Получение товарных нефтепродуктов из прямогонных нефтяных фракций и остатков

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение высшего образования 
«Казанский национальный исследовательский 
технологический университет» 

Е. А. Емельянычева, А. И. Абдуллин, С. М. Петров 

ПОЛУЧЕНИЕ ТОВАРНЫХ  
НЕФТЕПРОДУКТОВ ИЗ ПРЯМОГОННЫХ 
НЕФТЯНЫХ ФРАКЦИЙ И ОСТАТКОВ 

Монография 

Казань 
Издательство КНИТУ 
2020 

УДК 665.7 
ББК 35.514 

Е60

Печатается по решению редакционно-издательского совета 
Казанского национального исследовательского технологического университета 

Рецензенты: 
канд. техн. наук А. В. Вахин 
канд. техн. наук О. А. Варнавская 

Е60 

Емельянычева Е. А. 
Получение товарных нефтепродуктов из прямогонных нефтяных фрак-
ций и остатков : монография / Е. А. Емельянычева, А. И. Абдуллин, 
С. М. Петров; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. 
ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2020. – 80 с. 

ISBN 978-5-7882-2966-9

Содержит краткий обзор процессов первичной перегонки нефти на нефтеперерабатыва-
ющем предприятии, а также процессов получения товарных нефтепродуктов из прямогонных 
нефтяных фракций и остатков. 
Рекомендована широкому кругу специалистов в области переработки нефти, а также 
студентам, обучающимся по направлению «Химическая технология». 
Подготовлена на кафедре химической технологии переработки нефти и газа. 

Ответственный за выпуск Р. З. Фахрутдинов 

Подписано в печать 30.12.2020 
Формат 60´84 1/16

Бумага офсетная
Печать ризографическая
4,65 усл. печ. л.

5,0 уч.-изд. л.
Тираж 100 экз.
Заказ 195/20

Издательство Казанского национального исследовательского 

технологического университета 

Отпечатано в офсетной лаборатории Казанского национального 

исследовательского технологического университета 

420015, Казань, К. Маркса, 68

ISBN 978-5-7882-2966-9 
© Емельянычева Е. А., Абдуллин А. И., 

Петров С. М., 2020

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2020

УДК 665.7 
ББК 35.514

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Глава 1. ПЕРВИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА НЕФТИ .................................................. 4 

1.1. Совершенствование работы установок АВТ .......................................... 4 

1.2. Печи установок АВТ ....................................................................................... 8 

1.3. Система управления запасами вспомогательных 
материалов на установке ЭЛОУ-АВТ-7 ПАО «ТАНЕКО» ....................... 15 

Глава 2. ТЕРМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ ................ 26 

2.1. Висбрекинг нефтяных остатков ............................................................. 26 

2.2. Замедленное коксование как эффективная технология 
углубления переработки нефти ..................................................................... 33 

Глава 3. ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА НИЗКОЗАСТЫВАЮЩИХ 
ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ И МАСЕЛ ...................................................................... 41 

3.1. Состояние производства базовых масел .......................................... 41 

3.2. Получение низкозастывающих малосернистых дизельных 
топлив ....................................................................................................................... 48 

3.3. Получение низкозастывающих нефтепродуктов методами 
депарафинизации ................................................................................................ 56 

Литература ................................................................................................................. 75 

Гл а в а  1  
П Е Р В И Ч Н А Я  П Е Р Е РА Б О Т К А  Н Е Ф Т И

1.1. Совершенствование работы установок АВТ 

Выпуск разнообразной продукции в нефтеперерабатывающей 
отрасли зависит как от качества нефти, так и от потребности в ассор-
тименте нефтепродуктов в каждом конкретном регионе. Однако каче-
ство получаемых продуктов зависит от технологических процессов 
переработки, и контроля проведения каждого процесса. На данный пе-
риод развития нефтеперерабатывающей промышленности имеются 
множество инновационных решений и модернизаций технологии и 
оборудования, но ни один НПЗ не может обойтись без установки 
АВТ – головного процесса нефтепереработки, от которой зависит ра-
бота всех вторичных процессов [1]. 
В настоящее время 60 % добываемой нефти характеризуется вы-
соким содержанием серы. Из такого сырья получается меньше дорого-
стоящих светлых нефтепродуктов (бензина, авиационного топлива) и 
больше мазута и битума, цена на которые невысока. Сера наносит 
ущерб окружающей среде, поэтому нормы на ее содержание в топливе 
с каждым годом сокращаются. В связи с этим необходимо проектиро-
вать установки для переработки серосодержащих нефтей, а особенно 
для высокосернистых нефтей. 
Как и на любом другом НПЗ, головным процессом переработки 
нефти на нефтехимическом комплексе «ТАНЕКО» является атмосфер-
но-вакуумная перегонка (АВТ) (рис. 1.1), скомбинированная с уста-
новкой ЭЛОУ. ЭЛОУ-АВТ-7 предназначена для переработки серни-
стых и высокосернистых высоковязких нефтей Татарстана и других 
регионов, суммарная мощность которой составляет 7 млн т в год. Вы-
сокая единичная мощность установки имеет ряд неоспоримых пре-
имуществ: высокая производительность труда и низкие капитальные и 
эксплуатационные затраты по сравнению с установками малой произ-
водительности [2]. 
Секция АВТ, cкомбинированная с установкой ЭЛОУ, на пред-
приятии ОАО «ТАНЕКО» реализована по схеме двухкратного испаре-
ния с применением частичного отбензинивания в колонне К-1.  

Рис. 1.1. Установка АВТ 

 

Однако особенностью данной схемы по сравнению с другими 

является то, что у колонны отбензинивания отсутствует поддержание 
температуры низа с помощью горячей струи, так как переработка вы-
сокосернистой нефти предполагает высокую коррозионную актив-
ность сырья, которая многократно увеличивается при сильном нагреве 
(технологическая схема с горячей струей предполагает нагрев отбен-
зиненной нефти до 350–360 °С). Данное решение существенно снижа-
ет затраты на энергию – отсутствует печь нагрева после первой колон-
ны, но в то же время необходим более интенсивный и равномерный 
нагрев нефти до входа в колонну в теплообменниках. 

Ввиду современности установки ЭЛОУ-АВТ-7 предприятия 

ОАО «ТАНЕКО» довольно сложно выявить какие-либо недостатки, 
т.к. на данной установке были реализованы весь комплекс современных 
инновационных технологических решений, внедрены совершен-

ные аппараты и оборудование. Тем менее существуют несколько перспективных 
решений по модернизации АВТ-7. 

Интенсификация прямой перегонки нефти направлена прежде 

всего на повышение отбора дистиллятных фракций, а также на обеспечение 
четкости ректификации, то есть уменьшение наложения температур 
конца кипения предыдущей и начала кипения последующей 
фракции. 

В первом варианте рассматривается разделение нефти в двух колоннах, 
ввод нагретого потока первой колонны в зону питания второй 
колонны, подачу водяного пара в низ второй колонны.  

С целью увеличения отбора «светлых» нефтепродуктов из середины 
первой колонны выводят 5–15 % на нефть паровой фазы и вводят 
ее в середину отгонной секции второй колонны (паровую фазу перед 
вводом во вторую колонну можно подогреть до 400 °С) [3]. 

Второй вариант интенсификации предполагает подачу верхнего 

бокового погона вакуумной колонны на орошение этой же колонны 
с целью увеличения выхода «светлых» и повышения их качества. 
Оставшуюся часть направляют в колонну К-2, в нижнию и вышерас-
положенную отпарные секции. Следующий боковой погон вакуумной 
колонны подают в верхнюю часть нижней отпарной секции К-2. Пары 
верха нижней отпарной секции направляют в вакуумную колонну 
между отбираемыми боковыми погонами [4]. 

Одними из наиболее современных способов увеличения выхода 

дистиллятов являются способы воздействия на коллоидно-дисперсное 
состояние нефти, в частности кавитационное воздействие. Данный ме-
тод заключается в физическом воздействии ультразвуковых волн на 
нефтяную эмульсию. Установка представляет собой участок трубопро-
вода с фланцами, с наружной стороны которого установлены ультра-
звуковые излучатели. Такая установка не вносит дополнительного со-
противления в систему, надежно функционирует при любой скорости 
течения жидкости и степени ее агрессивности, проста в обслуживании 
и обладает возможностью тонкой электронной регулировки интенсив-
ности кавитационной обработки. Результаты работы установки пред-
полагают снижение на 10 % температуры начала кипения нефтяных 
фракций и увеличения выхода фракций при одинаковой температуре 
отгона [5]. 

Воздействие постоянного магнитного поля перед началом ваку-

умной перегонки позволяет увеличить выход дистиллятов на 3 % мас. 

Линии напряженности постоянного магнитного поля при этом направ-
лены перпендикулярно вектору потока жидкости [6]. 

Необходимо обращать внимание на повышение эффективности 

нагрева сырой нефти перед блоком АВТ, так как энергозатраты на 
нагрев оказывают существенное влияние на экономику процесса.  

Также при нагреве сырой нефти происходит существенное за-

грязнение теплообменников, что является одной из главных экономи-
ческих проблем производства. 

Наиболее современными теплообменниками, не допускающими 

загрязнения и обеспечивающими необходимую интенсивность тепло-
обмена, являются спиральные теплообменники. В данных теплооб-
менниках осуществляется 100 % противоток. Движение потоков про-
исходит по криволинейным каналам, близким по форме к концентри-
ческим окружностям. Направление векторов скоростей движения по-
токов постоянно претерпевают изменения. Шпильки в каналах и их 
кривизна создают сильную турбулентность, что интенсифицирует теп-
лоотдачу, уменьшает загрязнение [7]. 

Ввиду недостатков использования водяного пара как испаряю-

щего агента необходимо ограничивать его использование. Существует 
схема получения керосина через стриппинг-секцию без применения 
водяного пара. Принцип работы заключается в использовании тепла 
перетекающей флегмы для однократного ее испарения и создания пе-
репада давления между основной колонной и стриппингом за счет вы-
вода отпаренных бензиновых и водяных паров в шлемовую линию ос-
новной ректификационной колонны [8]. 

Среди наиболее прогрессивных и эффективных контактных 

устройств стоит выделить комбинированные тарелки. Так, S-образная 
тарелка с клапаном работает как при низких скоростях (при этом рабо-
тают S-образные элементы), так и при высоких скоростях барботиро-
вания газа, когда включается в работу клапан. Такая двухстадийная ра-
бота тарелки позволяет повысить производительность ректификаци-
онной колонны на 25–30 % и сохранить высокую эффективность раз-
деления в широком диапазоне рабочих нагрузок.  

Из модернизированных клапанных тарелок необходимо отме-

тить эжекционные тарелки (рис. 1.2), которые представляют собой по-
лотно с отверстиями и переливными устройствами.  

В отверстия полотна тарелок устанавливаются клапаны, пред-

ставляющие собой вогнутый диск с отверстиями для эжекции жидко-
сти. Клапан имеет четыре ограничительных ножки и двенадцать эжек-

ционных каналов. При решении вопросов оптимизации и модерниза-
ции установок АВТ необходимо учитывать, что лишь комплексное ре-
шение всех проблем даст улучшение качества выпускаемой продук-
ции, снизит экономические затраты и позволит продвигать дальней-
шие технологические решения [9]. 

Рис. 1.2. Эжекционная тарелка 

1.2. Печи установок АВТ 

Модернизация нефтеперерабатывающей промышленности необ-
ходима из-за постоянного роста потребления нефтепродуктов и все 
более ужесточающихся требований к качеству нефтепродуктов. Ос-
новными критериями при улучшении старых и маломощных устано-
вок являются: 
– достаточная мощность для обеспечения товарными нефтепро-
дуктами; 
– соответствие качества государственным стандартам;
– конкурентоспособность, экологическая безопасность и высо-
кая эффективность. 
Модернизация нефтеперерабатывающей промышленности поз-
воляет ориентировать ее на обеспечение народного хозяйства не толь-
ко топливом, но и другими товарными продуктами. На производствен-
ных процессах переработки нефти используют технологическое 
оформление различных видов. Они работают в широком интервале ра-
бочих параметров. Для осуществления процесса в большинстве случа-
ев на установках используют однотипное оборудование.  
Процессы первичной переработки нефти происходят на атмо-
сферных трубчатых (АТ), вакуумных трубчатых (ВТ) или атмосферно-
вакуумных установках (АВТ). На установках или на блоках АТ проис-

ходит неглубокая перегонка нефти с получением топливных фракции и 
мазута. К топливным фракциям относятся бензиновые, керосиновые и 
дизельные фракции. Целевые продукты в зависимости от установки 
могут быть разные. Даже если мощности установок одинаковые, то 
колонны могут быть разных размеров и выводить совершенно разные 
продукты. Чтобы переработать сырую нефть на установке АВТ, ее 
нужно предварительно нагреть, и для этих целей на НПЗ используют 
трубчатые печи. 
Существуют разные конструкции печей для того чтобы нагреть 
сырье и поддержать температуру технологического режима. У каждой 
из них есть свои преимущества и недостатки. 
Одной из первых печей была кострового типа (рис. 1.3а). Свое 
название она получила вследствие снабжения в части конвекции всхо-
дящего потока дымовых газов. В данной печи было немало недочетов. 
Например, скорость движения дымовых газов незначительна, контакт 
дымовых газов с поверхностью нагрева неудовлетворителен и в кон-
векционной части присутствуют «мертвые» зоны. В таких зонах теп-
лообмен не очень эффективен, так как скорость движения дымовых га-
зов незначительная.  
Последующим развитием трубчатых печей стала печь конвекци-
онного типа (рис. 1.3б). 

 а 
б 

Рис. 1.3. Печь кострового типа (а) и конвекционного типа (б) 

Характерной чертой данной печи является небольшая камера 
сгорания горючего и наличие только одной конвекционной поверхно-
сти. В данной печи обеспечиваются равномерное перемещение дымо-

вых газов и лучшая обтекаемость поверхности нагрева. Это позволяет 
получить высшую теплоотдачу за счет роста скорости дымовых газов 
и за счет наиболее равномерного теплонапряжения поверхности 
нагрева. Однако, вследствие отсутствия радиантной части температура 
дымовых газов слишкомбольшая и за счет этого может происходить 
прогар верхних труб. 

Возникновение печей радиантно-конвекционного типа явилось 

значимым шагом в развитии трубчатых печей. За счет появления ради-
антной поверхности в камере сгорания удается передать большую 
часть тепла поверхности нагрева. Радиантно-конвекционные печи различаются 
от остальных печей следующими признаками: 

– формой (они могут быть коробчатые широко- или узкокамер-

ные, секционные); 

– расположением змеевиков (вертикальные или горизонтальные); 
– топливной системой; 
– методом сжигания горючего. 
При использовании этих печей были выявлены следующие недостатки: 

– 
большая температура дымовых газов на перевале; 
– разрушение кирпичной кладки;  
– прогорание верхних змеевиков из-за высоких температур 

наверху; 

– сжигание топлива происходит за счет повышения расхода воз-

духа, что приводит к снижению к.п.д. печи. 

Только экранированием и увеличением топочной камеры были 

созданы приемлемые условия для работы змеевика. На замену пришли 
трубчатые печи радиантного типа. Они являются важной составляю-
щей в химической технологии для нагревания жидких и газовых пото-
ков, таких как нефть и газ. Такая популярность трубчатых печей на 
НПЗ объясняется их бесспорными преимуществами перед прежде экс-
плуатировавшимися для этих целей перегонными кубами, а иминно: 

1) работа печей построена на принципе однократного испарения 

сырья; 

2) у печей тепловая эффективность выше, что позволяет отда-

вать свое тепло одновременно конвекцией и излучением. 

3) имеют высокое КПД и обеспечивают огромную тепловую 

мощность. 

Классифицировать трубчатые печи мжно по типу их исполнения: 
1) Печи типа ГН (рис. 1.4). В печах типа ГН горелки расположе-

ны с двух сторон под углом 45 град. Посередине есть настильная пли-

та и при работе печи факел настилается по этой стене и отдает тепло 
экранам. За счет того, что стена стоит посередине, камера радиации 
делиться на две камеры и температурный режим этих камер не зависят 
друг от друга. 
2) Печи типа ЦС (рис. 1.5). Эти печи нашли себе применение на
установках гидроочистки, деасфальтизации. В них предусмотрено 
сжигание как жидкого, так и газообразного топлива в комбинирован-
ных горелках. Высота факела в этих печах составляет 2/3 от высоты 
трубчатого змеевика. 

Рис. 1.4. Печь типа ГН      Рис. 1.5. Печи типа ЦС 

3) Печи типа ЦД (рис. 1.6). Трубчатые печи являются наиболее
энергоемким оборудованием в нефтепереработке, так как все процессы 
нагрева происходят в этих печах. Печи состоят из большого количе-
ства частей и периферийного оснащения, которое гарантирует эффек-
тивное сжигание горючего. 
Для достижения и поддержания температуры в конструкцию пе-
чей входят такие важные элементы, как радиантный и конвективный 
змеевики, горелочное устройство, строительные конструкции и футе-
ровка печей, система топливопровода, дымовая труба и т. д. [10, 11]. 
Горелки играют основную роль в исполнении технологического про-
цесса в печи и организации горения топлива, создавая наилучший 
температурный профиль по всей длине змеевика с возможностью по-
лучения большего количества целевых продуктов.