Ropná rafinerie - Oil refinery

z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Anacortes Refinery ( Marathon ), na severním konci March Point jihovýchodně od Anacortes, Washington , USA

Rafinérie nebo ropné rafinerie je průmyslový proces, závod , kde surový olej se transformuje a rafinované na užitečné produkty, jako jsou ropné nafty , benzínu , nafty , asfaltové báze , topný olej , petrolej , zkapalněný ropný plyn , tryskové palivo a palivové oleje . Petrochemické suroviny jako ethylen a propylen lze také vyrábět přímo krakováním ropy bez nutnosti použití rafinovaných produktů ropy, jako je nafta. Ropy surovina má typicky zpracovávány těžbu ropy závodu . V ropné rafinérii nebo v její blízkosti se obvykle nachází skladiště ropy pro skladování vstupní suroviny a hromadných kapalných produktů. Podle časopisu Oil and Gas Journal k 31. prosinci 2014 provozovalo po celém světě celkem 636 rafinérií s celkovou kapacitou 87,75 milionu barelů (13 951 000 m 3 ).

Ropné rafinerie jsou typicky velké, rozlehlé průmyslové komplexy s rozsáhlým potrubím, které vede celým proudem a přenáší proudy tekutin mezi velkými jednotkami chemického zpracování , jako jsou destilační kolony. V mnoha ohledech ropné rafinerie využívají velkou část této technologie a lze je považovat za typy chemických závodů . Jamnagar Refinery je největší rafinérie ropy od 25. prosince 2008 se zpracovatelskou kapacitou 1,24 milionu barelů (197 000 m 3 ). V indickém Gudžarátu ji vlastní společnost Reliance Industries . Některé moderní ropné rafinerie denně zpracovávají až 800 000 až 900 000 barelů (127 000 až 143 000 metrů krychlových).

Ropná rafinerie je považována za podstatnou součást navazující strany ropného průmyslu .

Dějiny

Číňané byli mezi prvními civilizacemi, kteří rafinovali ropu. Již v prvním století Číňané rafinovali surovou ropu jako zdroj energie. V letech 512 až 518 představil čínský geograf, spisovatel a politik Li Daoyuan na konci severní dynastie Wei ve své slavné práci Komentář k vodní klasice proces rafinace oleje na různá maziva .

Ropa byla často destilována arabskými chemiky , s jasnými popisy uvedenými v arabských příručkách, jako jsou například knihy Muhammada ibn Zakarīya Rāziho (854–925). Ulice Bagdádu byly dlážděny dehtem odvozeným od ropy, která byla přístupná z přírodních polí v regionu. V 9. století byla v oblasti moderního Baku v Ázerbájdžánu využívána ropná pole . Tato pole popsal arabský geograf Abu al-Hasan 'Alī al-Mas'ūdī v 10. století a Marco Polo ve 13. století, který popsal výstup těchto vrtů jako stovky nákladních lodí. Arabští a perskí chemici také destilovali ropu za účelem výroby hořlavých produktů pro vojenské účely. Prostřednictvím islámského Španělska byla destilace v západní Evropě dostupná do 12. století.

V dynastii severní písně (960–1127) byla ve městě Kaifeng založena dílna s názvem „Fierce Oil Workshop“, jejímž cílem bylo vyrábět rafinovaný olej pro armádu Song jako zbraň. Vojáci by pak naplnili železné plechovky rafinovaným olejem a hodili je směrem k nepřátelským jednotkám, což způsobilo požár - ve skutečnosti první „ ohnivou bombu “ na světě . Workshop byl jednou z nejstarších rafinérií ropy na světě, kde tisíce lidí pracovaly na výrobě čínských zbraní na ropu.

Před devatenáctým stoletím byla ropa známá a využívaná v různých módech v Babylonu , Egyptě , Číně , na Filipínách , v Římě a Ázerbájdžánu . Moderní historie ropného průmyslu se však údajně začala psát v roce 1846, kdy Abraham Gessner z Nového Skotska v Kanadě vymyslel způsob výroby petroleje z uhlí. Krátce nato, v roce 1854, začal Ignacy Łukasiewicz vyrábět petrolej z ručně vykopaných ropných vrtů poblíž města Krosno v Polsku .

Jako první na světě systematickým ropná rafinerie byla postavena v Ploieşti , Rumunsko v roce 1856 s použitím bohaté olejem k dispozici v Rumunsku.

V Severní Americe byl první ropný vrt vyvrtán v roce 1858 Jamesem Millerem Williamsem v Oil Springs v Ontariu v Kanadě . Ve Spojených státech začal ropný průmysl v roce 1859, kdy Edwin Drake našel ropu poblíž Titusville v Pensylvánii . Průmysl rostl pomalu v 19. století a primárně vyráběl petrolej pro olejové lampy. Na počátku dvacátého století zavedení spalovacího motoru a jeho použití v automobilech vytvořilo trh s benzínem, který byl podnětem pro poměrně rychlý růst ropného průmyslu. Rané nálezy ropy jako v Ontariu a Pensylvánii brzy předstihly velké „ropné boomy“ v Oklahomě , Texasu a Kalifornii .

Samuel Kier založil první americkou ropnou rafinérii v Pittsburghu na Sedmé avenue poblíž Grant Street v roce 1853. Polský farmaceut a vynálezce Ignacy Łukasiewicz založil ropnou rafinérii v Jaslu , které bylo v roce 1854 součástí Rakouska-Uherska (nyní v Polsku ). velká rafinerie byla zahájena v Ploješť , Rumunsku , v 1856-1857. Poté, co byl převzat nacistickým Německem , rafinérie Ploieşti byly bombardovány v provozu přílivová vlna ze strany spojenců během Oil kampaně druhé světové války . Dalším blízkým uchazečem o titul hostitele nejstarší ropné rafinerie na světě je Salzbergen v Dolním Sasku v Německu . Salzbergenova rafinerie byla otevřena v roce 1860.

V jednom okamžiku se o rafinérii v Ras Tanura v Saúdské Arábii, kterou vlastnila Saudi Aramco, tvrdilo, že je největší ropnou rafinérií na světě. Po většinu 20. století byla největší rafinérií v Abadanu rafinerie v Íránu . Tato rafinerie utrpěla rozsáhlé škody během íránsko-irácké války . Od 25. prosince 2008 je největším rafinérským komplexem na světě komplex rafinérií Jamnagar , který se skládá ze dvou rafinérií vedle sebe provozovaných společností Reliance Industries Limited v indickém Jamnagaru s kombinovanou výrobní kapacitou 1 240 000 barelů denně (197 000 m 3 / d). PDVSA je Paraguaná rafinerie komplex v Paraguaná poloostrově , Venezuela s kapacitou 940.000 bbl / d (149.000 m 3 / d) a SK energie je Ulsan v Jižní Korea s 840.000 barelů / d (134.000 m 3 / d) jsou druhou a třetí největší.

Před druhou světovou válkou na počátku 40. let se většina ropných rafinérií ve Spojených státech skládala jednoduše z destilačních jednotek ropy (často označovaných jako atmosférické jednotky destilace ropy). Některé rafinerie měly také vakuové destilační jednotky, jakož i z tepelného krakování jednotky jako visbreakers (viskozita jističe, jednotky pro snížení viskozity oleje). Všechny z mnoha dalších rafinačních procesů popsaných níže byly vyvinuty během války nebo během několika let po válce. Staly se komerčně dostupnými během 5 až 10 let po skončení války a celosvětový ropný průmysl zaznamenal velmi rychlý růst. Hnací silou tohoto růstu technologie a počtu a velikosti rafinérií po celém světě byla rostoucí poptávka po automobilovém benzinu a leteckých pohonných hmotách.

Ve Spojených státech se výstavba nových rafinérií z různých složitých ekonomických a politických důvodů zastavila přibližně v 80. letech. Mnoho stávajících rafinérií ve Spojených státech však přepracovalo mnoho svých jednotek a / nebo postavilo přídavné jednotky, aby: zvýšily svou kapacitu zpracování ropy, zvýšily oktanové číslo svého produktového benzínu, snížily obsah síry v jejich motorová nafta a paliva pro vytápění domácností splňují předpisy na ochranu životního prostředí a splňují požadavky na znečištění ovzduší a znečištění vody.

Rafinérie ropy
ExxonMobil v Baton Rouge v Louisianě (čtvrtá největší ve Spojených státech )

Velikost trhu rafinace ropy v roce 2017 byla oceněna na více než 6 bilionů USD v roce 2017 a do roku 2024 bude svědkem spotřeby více než 100 milionů barelů denně (MBPD). Trh rafinace ropy bude díky rychlé industrializaci svědkem znatelného růstu. a ekonomické transformace. Měnící se demografické údaje, rostoucí populace a zlepšování životní úrovně v rozvojových zemích jsou některé z faktorů pozitivně ovlivňujících průmyslovou krajinu.

Rafinace ropy ve Spojených státech

Rafinerie, průmyslový komplex Bayport, Harris County, Texas

V 19. století zpracovávaly rafinérie v USA surovou ropu primárně za účelem získání petroleje . Pro těkavější frakci neexistoval trh, včetně benzínu, který byl považován za odpad a byl často vypouštěn přímo do nejbližší řeky. Vynález automobilu posunul poptávku na benzín a naftu, které dnes zůstávají primárními rafinovanými produkty.

Dnes národní a státní legislativa vyžaduje, aby rafinérie splňovaly přísné normy čistoty vzduchu a vody. Ropné společnosti v USA vnímají získání povolení k výstavbě moderní rafinerie ve skutečnosti tak obtížně a nákladně, že v USA nebyly postaveny žádné nové rafinerie (i když jich bylo mnoho rozšířeno) od roku 1976 do roku 2014, kdy malá rafinérie Dakota Prairie v Severní Dakota zahájila provoz. Více než polovina rafinérií, které existovaly v roce 1981, je nyní uzavřena kvůli nízké míře využití a zrychlení fúzí. V důsledku těchto uzávěrek poklesla v letech 1981 až 1995 celková kapacita rafinérií v USA, i když provozní kapacita zůstala v tomto časovém období poměrně konstantní na přibližně 15 000 000 barelů denně (2 400 000 m 3 / d). Zvýšení velikosti zařízení a zlepšení efektivity vykompenzovalo velkou část ztracené fyzické kapacity odvětví. V roce 1982 (nejdříve poskytnuté údaje) provozovaly Spojené státy 301 rafinérií s celkovou kapacitou 17,9 milionu barelů (2 850 000 m 3 ) ropy každý kalendářní den. V roce 2010 existovalo 149 provozuschopných amerických rafinérií s celkovou kapacitou 17,6 milionu barelů (2 800 000 m 3 ) za kalendářní den. Do roku 2014 se počet rafinérií snížil na 140, ale celková kapacita se zvýšila na 18,02 milionu barelů (2 865 000 m 3 ) za kalendářní den. Aby se snížily provozní náklady a amortizace, rafinace se skutečně provozuje na méně místech, ale s větší kapacitou.

V letech 2009 až 2010, kdy příjmy v ropném průmyslu vyschly a ziskovost ropných rafinérií poklesla kvůli nižší poptávce po produktech a vysokým zásobám předcházejícím ekonomické recesi , ropné společnosti začaly uzavírat nebo prodávat méně ziskové rafinerie.

Úkon

Surová nebo nezpracovaná ropa není obecně užitečná v průmyslových aplikacích, ačkoli „lehká, sladká“ (nízkoviskózní, nízkovirná ) ropa byla přímo používána jako palivo hořáku k výrobě páry pro pohon námořních plavidel. Lehčí prvky však tvoří výbušné páry v palivových nádržích, a proto jsou nebezpečné, zejména u válečných lodí . Místo toho se stovky různých molekul uhlovodíků v surové ropě rozdělí v rafinérii na komponenty, které lze použít jako paliva , maziva a suroviny v petrochemických procesech, které vyrábějí takové produkty jako plasty , detergenty , rozpouštědla , elastomery a vlákna , jako je nylon a polyestery .

Ropná fosilní paliva se spalují v motorech s vnitřním spalováním, aby poskytly energii lodím , automobilům , leteckým motorům , sekačkám na trávu , motokrosovým motorům a dalším strojům. Různé teploty varu umožňují, aby se uhlovodíky oddělily destilací . Jelikož jsou lehčí kapalné produkty velmi žádané pro použití ve spalovacích motorech, moderní rafinérie přemění těžké uhlovodíky a lehčí plynné prvky na tyto vysoce hodnotné produkty.

Ropná rafinerie v izraelské Haifě je schopna ročně zpracovat asi 9 milionů tun (66 milionů barelů) ropy . Jeho dvě chladicí věže jsou dominantou panorama města.

Olej lze použít různými způsoby, protože obsahuje uhlovodíky různých molekulových hmotností , forem a délek, jako jsou parafiny , aromatické látky , nafteny (nebo cykloalkany ), alkeny , dieny a alkyny . Zatímco molekuly ropy obsahovat různé atomy, jako je síra a dusík, uhlovodíků jsou nejčastější formou molekul, které jsou molekuly různé délky a složitosti z vodíku a uhlíku atomů , a malý počet atomů kyslíku. Rozdíly ve struktuře těchto molekul odpovídají za jejich různé fyzikální a chemické vlastnosti a právě tato odrůda činí ropu užitečnou v široké škále různých aplikací.

Po oddělení a očištění od nečistot a nečistot lze palivo nebo mazivo prodat bez dalšího zpracování. Menší molekuly, jako je isobutan a propylen nebo butylen, mohou být rekombinovány tak, aby splňovaly specifické požadavky na oktan, procesy, jako je alkylace nebo častěji dimerizace . Oktanový stupeň benzínu lze také zlepšit katalytickým reformováním , které zahrnuje odstranění vodíku z uhlovodíků za vzniku sloučenin s vyššími oktanovými čísly, jako jsou aromáty . Meziprodukty, jako jsou plynové oleje, lze dokonce přepracovat tak, aby se těžký olej s dlouhým řetězcem rozbil na lehčí olej s krátkým řetězcem, a to různými formami krakování, jako je fluidní katalytické krakování , tepelné krakování a hydrokrakování . Posledním krokem ve výrobě benzinu je směšování paliv s různými oktanovými čísly, tlaky par a dalšími vlastnostmi, aby byly splněny specifikace produktu. Další způsob přepracování a modernizace těchto meziproduktů (zbytkových olejů) používá proces odplynění k oddělení použitelného oleje od odpadního asfaltového materiálu.

Ropné rafinerie jsou velkokapacitní závody, které denně zpracovávají zhruba stotisíc až několik set tisíc barelů ropy. Kvůli vysoké kapacitě mnoho jednotek pracuje nepřetržitě , na rozdíl od zpracování v dávkách , v ustáleném stavu nebo téměř ustáleném stavu po celé měsíce až roky. Díky vysoké kapacitě je velmi žádoucí optimalizace procesu a pokročilé řízení procesu .

Hlavní produkty

Surová ropa se rozdělí na frakce frakční destilací . Frakce v horní části frakční kolony mají nižší teploty varu než frakce v dolní části. Frakce těžkého dna jsou často rozbité na lehčí a užitečnější produkty. Všechny frakce se dále zpracovávají v jiných rafinačních jednotkách.
Rozpis produktů vyrobených z typického barelu americké ropy.

Ropné produkty jsou materiály získané ze surové ropy ( ropné ), která se zpracovává v ropných rafinériích . Většina ropy se přeměňuje na ropné produkty, které zahrnují několik tříd paliv.

Ropné rafinerie také vyrábějí různé meziprodukty, jako je vodík , lehké uhlovodíky, reformát a pyrolýzní benzín . Nejsou obvykle přepravovány, ale jsou namíchány nebo zpracovány dále na místě. Chemické závody tak často sousedí s ropnými rafinériemi nebo je do nich integrována řada dalších chemických procesů. Například lehké uhlovodíky se v etylénovém zařízení krakují parou a vyrobený ethylen se polymerizuje za vzniku polyethenu .

Protože technické důvody a ochrana životního prostředí vyžadují velmi nízký obsah síry ve všech výrobcích kromě těch nejtěžších, přeměňuje se katalytickou hydrodesulfurací na sirovodík a odstraňuje se z proudu produktu zpracováním aminovým plynem . Pomocí Clausova procesu se sirovodík následně transformuje na elementární síru, která se prodá chemickému průmyslu. Poměrně velká tepelná energie uvolněná tímto procesem se přímo využívá v ostatních částech rafinerie. Elektrická elektrárna se často kombinuje do celého rafinérského procesu, aby absorbovala přebytečné teplo.

Podle složení ropy a podle požadavků trhu mohou rafinerie vyrábět různé podíly ropných produktů. Největší podíl ropných produktů se používá jako „nosiče energie“, tj. Různé stupně topného oleje a benzínu . Tato paliva zahrnují nebo mohou být smíchána za vzniku benzinu, leteckého paliva , motorové nafty , topného oleje a těžších topných olejů. Těžší (méně těkavé ) frakce lze také použít k výrobě asfaltu , dehtu , parafínového vosku , mazacích a jiných těžkých olejů. Rafinerie také vyrábějí další chemikálie , z nichž některé se používají v chemických procesech k výrobě plastů a jiných užitečných materiálů. Protože ropa často obsahuje několik procent molekul obsahujících síru , elementární síra se také často vyrábí jako ropný produkt. Uhlík ve formě ropného koksu a vodík lze také vyrábět jako ropné produkty. Vyrobený vodík se často používá jako meziprodukt pro jiné rafinérské procesy, jako je hydrokrakování a hydrodesulfurizace .

Ropné produkty jsou obvykle rozděleny do čtyř kategorií: lehké destiláty (LPG, benzín, nafta), střední destiláty (petrolej, palivo pro tryskové motory, nafta), těžké destiláty a reziduum (těžký topný olej, mazací oleje, vosk, asfalt). Vyžadují míchání různých surovin, míchání vhodných přísad, krátkodobé skladování a přípravu pro hromadné nakládání nákladních automobilů, nákladních člunů, nákladních lodí a železničních vozů. Tato klasifikace je založena na způsobu destilace a rozdělování ropy na frakce.

Z vedlejších produktů ropného odpadu je vyrobeno více než 6 000 položek, včetně: hnojiv , podlahových krytin , parfémů , insekticidů , vazelíny , mýdla , vitamínových tobolek . Viz odkaz na částečný seznam 144 vedlejších produktů uvedených v Ranken Energy.

Chemické procesy v rafinérii

Skladovací nádrže a věže ve společnosti Shell Puget Sound Refinery ( Shell Oil Company ), Anacortes, Washington
  • Odsolovací jednotka vymyje sůl ze surové ropy před vstupem do atmosférické destilační jednotky.
  • Destilační jednotka ropy destiluje přiváděnou ropu do různých frakcí pro další zpracování v jiných jednotkách. Viz kontinuální destilace .
  • Vakuová destilace dále destiluje zbytkový olej ze dna destilační jednotky surové ropy. Vakuová destilace se provádí při tlaku hluboko pod atmosférickým tlakem.
  • Jednotka hydrogenačního rafinace nafty používá k odsíření nafty z atmosférické destilace vodík . Před odesláním do jednotky katalytického reformingu musí být nafta odsířena.
  • Katalytický reformátor převádí odsířené molekuly nafty na molekuly s vyšším oktanem za vzniku reformátu (reformačního produktu). Reformát má vyšší obsah aromátů a cyklických uhlovodíků, které jsou součástí konečného produktu benzinu nebo benzínu. Důležitým vedlejším produktem reformátoru je vodík uvolněný během katalytické reakce. Vodík se používá buď ve hydrogenačních zařízeních nebo v hydrokraku.
  • Destilátový hydrogenační rafinátor po atmosférické destilaci odsíří destiláty (například naftu). Používá vodík k odsíření frakce nafty z destilace ropy nebo jiných jednotek v rafinérii.
  • Fluidní katalytický krak (FCC) vylepšuje těžší frakce s vyšší teplotou varu z destilace surové ropy jejich přeměnou na lehčí a nízkovroucí hodnotnější produkty.
  • Hydrocracker používá vodík k upgradu těžkých zbytkových olejů z vakuové destilační jednotky jejich tepelným krakováním na lehčí a hodnotnější produkty se sníženou viskozitou.
  • Merox desulfurizuje LPG, petrolej nebo tryskové palivo oxidací merkaptanů na organické disulfidy .
  • Jsou známy alternativní způsoby odstraňování merkaptanů, např. Postup sladění lékařem a louh.
  • Koksovací jednotky ( zpožděné koksování , fluidní koksování a flexikorkování) zpracovávají velmi těžké zbytkové oleje na benzín a motorovou naftu a zanechávají ropný koks jako zbytkový produkt.
  • Alkylační jednotka používá kyselinu sírovou nebo kyselinu fluorovodíkovou k výrobě vysoce oktanových složek pro míchání benzinu. „Alkylová“ jednotka převádí lehký konec isobutanu a butylenů z procesu FCC na alkylát , což je vysoce oktanová složka benzinu nebo benzínu konečného produktu.
  • Dimerizační jednotka převádí olefiny na složky směsi benzinu s vyšším oktanovým číslem. Například mohou být buteny dimerizovány na isookten, který může být následně hydrogenován za vzniku isooktanu . Existují také další možnosti dimerizace. Benzín vyrobený dimerizací je vysoce nenasycený a velmi reaktivní. Má tendenci spontánně tvořit dásně. Z tohoto důvodu musí být odpadní voda z dimerizace okamžitě přimíchána do hotové směsi benzinu nebo hydrogenována.
  • Izomerace převádí lineární molekuly, jako je normální pentan, na molekuly s větším oktanem, které se směšují na benzín nebo se přivádějí do alkylačních jednotek. Také se používá pro převod lineárního normálního butanu na isobutan pro použití v alkylační jednotce.
  • Parní reformování přeměňuje zemní plyn na vodík pro hydrogenační rafinaci a / nebo hydrokrakovací zařízení.
  • Zásobníky na zkapalněný plyn uchovávají propan a podobná plynná paliva pod tlakem dostatečným pro jejich udržení v kapalné formě. Obvykle se jedná o kulové nádoby nebo „kulky“ (tj. Vodorovné nádoby se zaoblenými konci).
  • Zařízení na úpravu aminového plynu , Clausova jednotka a úprava koncového plynu převádějí sirovodík z hydrodesulfurace na elementární síru. Převážná většina z 64 000 000 metrických tun síry vyprodukovaných po celém světě v roce 2005 byla vedlejším produktem síry z rafinace ropy a zařízení na zpracování zemního plynu .
  • Odstraňovač kyselé vody používá páru k odstranění plynného sirovodíku z různých proudů odpadních vod pro následnou přeměnu na síru konečného produktu v Clausově jednotce.
  • Chladicí věže cirkulují chladicí vodou, kotelny vyrábějí páru pro parní generátory a vzduchové systémy přístrojů zahrnují pneumaticky ovládané regulační ventily a elektrickou rozvodnu .
  • Systémy pro sběr a čištění odpadních vod se skládají z odlučovačů API , jednotek flotace rozpuštěného vzduchu (DAF) a dalších čisticích jednotek, jako je bioreaktor s aktivovaným kalem, aby byla voda vhodná k opětovnému použití nebo k likvidaci.
  • Rafinace rozpouštědlem používá rozpouštědlo, jako je kresol nebo furfural, k odstranění nežádoucích, zejména aromatických látek z mazacího oleje nebo z nafty.
  • Odparafinováním rozpouštědlem se odstraní těžké voskovité složky vazelína z produktů vakuové destilace.
  • Skladovací nádrže pro skladování ropy a hotových výrobků, obvykle vertikální, válcovité nádoby s určitým druhem regulace emisí par a obklopené hliněnou bariérou, která obsahuje úniky.

Vývojový diagram typické rafinerie

Obrázek níže je schematický vývojový diagram typické ropné rafinerie, který zobrazuje různé jednotkové procesy a tok proudů meziproduktu, ke kterému dochází mezi vstupní surovinou surové ropy a konečnými konečnými produkty. Diagram znázorňuje pouze jeden z doslova stovky různých konfigurací olej rafinerie. Diagram také nezahrnuje žádné obvyklé rafinérské zařízení poskytující služby, jako je pára, chladicí voda a elektrická energie, ani skladovací nádrže na surovou ropu a na meziprodukty a konečné produkty.

Desc-i.svg
Schematický vývojový diagram typické ropné rafinerie

Existuje mnoho konfigurací procesů, které nejsou uvedeny výše. Například vakuová destilační jednotka může také vyrábět frakce, které lze rafinovat na konečné produkty, jako je vřetenový olej používaný v textilním průmyslu, lehký strojní olej, motorový olej a různé vosky.

Destilační jednotka surové ropy

Destilační jednotka ropy (CDU) je první zpracovatelskou jednotkou prakticky ve všech ropných rafinériích. CDU destiluje přiváděnou ropu do různých frakcí s různým rozsahem varu, z nichž každá je dále zpracována v dalších rafinérských zpracovatelských jednotkách. CDU se často označuje jako atmosférická destilační jednotka, protože pracuje při mírně nad atmosférickém tlaku.

Níže je schematický vývojový diagram typické destilační jednotky surové ropy. Vstupní ropa se předehřívá výměnou tepla s některými horkými destilovanými frakcemi a jinými proudy. Poté se odsolí, aby se odstranily anorganické soli (zejména chlorid sodný).

Po odsolování se surová ropa dále zahřívá výměnou tepla s některými horkými, destilovanými frakcemi a jinými proudy. Poté se zahřívá v peci na palivo (topný ohřívač) na teplotu asi 398 ° C a vede se na dno destilační jednotky.

Chlazení a kondenzace nad hlavou destilační věže je zajišťována částečně výměnou tepla s přiváděnou ropou a částečně vzduchem nebo vodou chlazeným kondenzátorem. Další teplo se odvádí z destilační kolony systémem pumparound, jak je znázorněno na následujícím obrázku.

Jak je znázorněno na vývojovém diagramu, frakcí destilátu z destilační kolony je nafta. Frakce odstraněné ze strany destilační kolony v různých bodech mezi horní a dolní částí kolony se nazývají postranní řezy . Každý z bočních řezů (tj. Petrolej, lehký plynový olej a těžký plynový olej) je chlazen výměnou tepla s přiváděnou ropou. Všechny frakce (tj. Vrchní nafta, boční frakce a zbytky na dně) jsou před dalším zpracováním odeslány do meziskladovacích nádrží.

Schématické znázornění typické jednotky destilace ropy, která se používá v ropných rafinériích.

Umístění ropných rafinérií

Strana, která hledá místo pro výstavbu rafinerie nebo chemického závodu, musí zvážit následující problémy:

  • Místo musí být přiměřeně daleko od obytných oblastí.
  • Měla by být k dispozici infrastruktura pro dodávky surovin a přepravu produktů na trhy.
  • Měla by být k dispozici energie pro provoz elektrárny.
  • Měla by být k dispozici zařízení pro likvidaci odpadu.

Faktory ovlivňující výběr lokality pro ropnou rafinérii:

  • Dostupnost půdy
  • Podmínky provozu a přepravy
  • Podmínky veřejných služeb - napájení, přívod vody
  • Dostupnost pracovních sil a zdrojů

Rafinerie, které používají velké množství páry a chladicí vody, musí mít bohatý zdroj vody. Ropné rafinerie se proto často nacházejí poblíž splavných řek nebo na mořském pobřeží poblíž přístavu. Takové umístění také umožňuje přístup k přepravě po řece nebo po moři. Výhody přepravy ropy potrubím jsou zřejmé a ropné společnosti často přepravují velké množství paliva na distribuční terminály potrubím. Potrubí nemusí být u produktů s malým výkonem praktické a používají se motorové vozy, cisternové vozy a nákladní čluny.

Petrochemické závody a závody na výrobu rozpouštědel (jemné frakcionování) potřebují prostor pro další zpracování velkého objemu rafinérských produktů nebo pro míchání chemických přísad s výrobkem spíše u zdroje než u míchacích terminálů.

Bezpečnost a životní prostředí

Hasicí operace po výbuchu rafinérie v
Texasu .

Proces rafinace uvolňuje do atmosféry řadu různých chemikálií (viz AP 42 Kompilace emisních faktorů znečišťujících ovzduší ) a přítomnost rafinerie obvykle doprovází pozoruhodný zápach . Kromě dopadů znečištění ovzduší existují také obavy z odpadních vod, rizika průmyslových havárií, jako je požár a výbuch, a vliv hluku na zdraví v důsledku průmyslového hluku .

Mnoho vlád na celém světě nařídilo omezení kontaminujících látek, které uvolňují rafinerie, a většina rafinérií instalovala zařízení potřebné k dosažení souladu s požadavky příslušných regulačních agentur na ochranu životního prostředí. Ve Spojených státech existuje silný tlak, aby se zabránilo rozvoji nových rafinérií, a od roku Marathon's Garyville v Louisianě v roce 1976 nebyla v zemi postavena žádná významná rafinérie. Během této doby však došlo k rozšíření mnoha stávajících rafinérií. Omezení životního prostředí a tlak na zabránění výstavbě nových rafinérií také mohly přispět ke zvýšení cen pohonných hmot ve Spojených státech. Mnoho rafinérií (více než 100 od 80. let) bylo navíc uzavřeno z důvodu zastarávání nebo fúzí v samotném odvětví.

Z hlediska ochrany životního prostředí a bezpečnosti jsou ropné rafinerie někdy umístěny v určité vzdálenosti od hlavních městských oblastí. Existuje však mnoho případů, kdy jsou rafinérské operace blízko osídlených oblastí a představují zdravotní rizika. V kalifornském okrese Contra Costa a Solano County , pobřežním náhrdelníku rafinérií, postaveném na počátku 20. století před osídlením této oblasti, a související chemické závody sousedí s městskými oblastmi v Richmondu , Martinez , Pacheco , Concord , Pittsburg , Vallejo a Benicia , s příležitostnými náhodnými událostmi, které vyžadují objednávky „ přístřeší na místě “ sousedním populacím. Řada rafinérií se nachází v Sherwood Park v Albertě , přímo v sousedství města Edmonton . V oblasti metra Edmonton žije více než 1 000 000 obyvatel.

Kritéria NIOSH pro pracovní expozici rafinovaným ropným rozpouštědlům jsou k dispozici od roku 1977.

Zdraví pracovníků

Pozadí

Moderní rafinace ropy zahrnuje komplikovaný systém vzájemně souvisejících chemických reakcí, které produkují širokou škálu ropných produktů. Mnoho z těchto reakcí vyžaduje přesné parametry teploty a tlaku. Zařízení a monitorování potřebné k zajištění správného postupu těchto procesů je složité a vyvinulo se pokrokem ve vědeckém oboru ropného inženýrství .

Široká škála vysokotlakých a / nebo vysokoteplotních reakcí spolu s nezbytnými chemickými přísadami nebo extrahovanými kontaminujícími látkami vytváří pro pracovníka ropné rafinerie neuvěřitelné množství potenciálních zdravotních rizik. Díky rozvoji technického chemického a ropného inženýrství je drtivá většina těchto procesů automatizovaná a uzavřená, což výrazně snižuje potenciální dopad na zdraví pracovníků. V závislosti na konkrétním procesu, do kterého je pracovník zapojen, a na konkrétní metodě používané v rafinérii, ve které pracuje, však zůstávají významná zdravotní rizika.

Ačkoli pracovní úrazy ve Spojených státech nebyly v té době běžně sledovány a hlášeny, zprávy o zdravotních dopadech práce v ropné rafinérii lze najít již v 19. století. Například výbuch v chicagské rafinérii zabil v roce 1890 20 pracovníků. Od té doby četné požáry, výbuchy a další významné události čas od času upozornily veřejnost na zdraví pracovníků ropných rafinérií. Takové události pokračují i ​​v 21. století, přičemž v roce 2018 byly hlášeny výbuchy v rafinériích ve Wisconsinu a Německu.

Existuje však mnoho méně viditelných nebezpečí, která ohrožují pracovníky ropných rafinérií.

Chemické expozice

Vzhledem k vysoce automatizované a technicky vyspělé povaze moderních ropných rafinérií jsou téměř všechny procesy obsaženy v technických kontrolách a ve srovnání s dřívějšími časy představují podstatně snížené riziko expozice pracovníkům. Určité situace nebo pracovní úkoly však mohou tyto bezpečnostní mechanismy rozvrátit a vystavit pracovníky řadě chemických (viz tabulka výše) nebo fyzikálních (popsaných níže) nebezpečí. Mezi příklady těchto scénářů patří:

  • Poruchy systému (netěsnosti, výbuchy atd.).
  • Standardní kontrola, vzorkování produktu, zpracování procesu nebo údržba / čištění zařízení.

Je zajímavé, že i když ropné rafinerie využívají a vyrábějí chemikálie, které jsou známými karcinogeny , literatura o mírách rakoviny mezi pracovníky rafinérie je smíšená. Například bylo prokázáno , že benzen má vztah k leukémii , avšak studie zkoumající expozici benzenu a výslednou leukémii konkrétně v kontextu pracovníků ropných rafinérií dospěly k protichůdným závěrům. Mezoteliom související s azbestem je dalším konkrétním vztahem rakoviny a karcinogenu, který byl zkoumán v kontextu pracovníků ropných rafinérií. K dnešnímu dni tato práce ukázala okrajově významnou souvislost s rafinérským zaměstnáním a mezoteliomem. Je pozoruhodné, že metaanalýza, která zahrnovala údaje o více než 350 000 rafinérských pracovnících, nezjistila statisticky významný nadměrný výskyt úmrtnosti na rakovinu, s výjimkou nepatrně významného nárůstu úmrtí na melanom. Další studie založená na USA zahrnovala období sledování 50 let u více než 17 000 pracovníků. Tato studie dospěla k závěru, že v této kohortě nedošlo k nadměrné úmrtnosti v důsledku zaměstnání.

BTX znamená benzen , toluen , xylen . Jedná se o skupinu běžných těkavých organických sloučenin (VOC), které se nacházejí v prostředí ropných rafinérií a slouží jako vzor pro hlubší diskusi o limitech expozice na pracovišti, expozici chemickým látkám a dohledu mezi pracovníky rafinérie.

Nejdůležitější cestou expozice pro chemikálie BTX je vdechování kvůli nízké teplotě varu těchto chemikálií. Většina plynné produkce BTX probíhá během čištění nádrže a přepravy paliva, což způsobuje odplynění těchto chemikálií do vzduchu. K expozici může dojít také požitím kontaminovanou vodou, ale v pracovním prostředí je to nepravděpodobné. Možné je také dermální vystavení a absorpce, ale je méně pravděpodobné v pracovním prostředí, kde jsou k dispozici vhodné osobní ochranné prostředky.

Ve Spojených státech, bezpečnost a ochranu zdraví Administration zaměstnanecké (OSHA), Národní institut pro bezpečnost a ochranu zdraví (NIOSH) a Americká konference vládních průmyslových hygieniků (ACGIH) mají všechny stanovené limity pracovních expozic (OEL) pro mnoho chemikálií nad tím mohou být pracovníci vystaveni v ropných rafinériích.

Limity expozice na pracovišti pro BTX Chemicals
OSHA PEL (8 hodin TWA) CalOSHA PEL (8 hodin TWA) NIOSH REL (10 hodin TWA) ACGIH TLV (8 hodin TWA)
Benzen 10 ppm 1 ppm 1 ppm 0,5 ppm
Toluen 10 ppm 1 ppm 10 ppm 1 ppm
Xylen 100 ppm 100 ppm 100 ppm 100 ppm

Zejména benzen má několik biomarkerů, které lze měřit k určení expozice. Benzen sám může být měřena v dechu, krve a moči, a metabolity, jako je fenol , t , t kyseliny -muconic ( t , t MA) a S-phenylmercapturic kyseliny ( s PMA) může být měřena v moči. Kromě sledování hladin expozice prostřednictvím těchto biomarkerů je OSHA od zaměstnavatelů povinna provádět pravidelné krevní testy na pracovníky k testování časných známek některých obávaných hematologických výsledků, z nichž nejznámější je leukémie . Povinné testování zahrnuje „pravidelný“ kompletní krevní obraz s buněčnými diferenciály a nátěrem periferní krve . Užitečnost těchto testů je podporována formálními vědeckými studiemi.

Potenciální chemická expozice podle procesu

Proces Potenciální chemická expozice Společné obavy o zdraví
Extrakce rozpouštědlem a odvoskování Fenol Neurologické příznaky, svalová slabost, podráždění kůže.
Furfural Podráždění kůže
Glykoly Deprese centrálního nervového systému, slabost, podráždění očí, kůže, nosu, krku.
Methylethylketon Podráždění dýchacích cest, kašel, dušnost, plicní edém.
Tepelné praskání Sirovodík Podráždění dýchacích cest, bolesti hlavy, poruchy zraku, bolesti očí.
Kysličník uhelnatý Změny na elektrokardiogramu, cyanóza, bolest hlavy, slabost.
Amoniak Podráždění dýchacích cest, dušnost, plicní edém, popáleniny kůže.
Katalytické praskání Sirovodík Podráždění dýchacích cest, bolesti hlavy, poruchy zraku, bolesti očí.
Kysličník uhelnatý Změny na elektrokardiogramu, cyanóza, bolest hlavy, slabost.
Fenol Neurologické příznaky, svalová slabost, podráždění kůže.
Amoniak Podráždění dýchacích cest, dušnost, plicní edém, popáleniny kůže.
Merkaptan Cyanóza a narkóza, podráždění dýchacích cest, kůže a očí.
Niklkarbonyl Bolest hlavy, teratogen, slabost, bolest na hrudi / břiše, rakovina plic a nosu.
Katalytická reforma Sirovodík Podráždění dýchacích cest, bolesti hlavy, poruchy zraku, bolesti očí.
Benzen Leukémie, účinky na nervový systém, respirační příznaky.
Izomerizace Kyselina chlorovodíková Poškození kůže, podráždění dýchacích cest, popáleniny očí.
Chlorovodík Podráždění dýchacích cest, podráždění kůže, popáleniny očí.
Polymerizace Hydroxid sodný Podráždění sliznic, kůže, pneumonitida.
Kyselina fosforečná Kůže, oči, podráždění dýchacích cest.
Alkylace Kyselina sírová Popáleniny očí a kůže, plicní edém.
Kyselina fluorovodíková Změny kostí, popáleniny kůže, poškození dýchacích cest.
Sladění a léčba Sirovodík Podráždění dýchacích cest, bolesti hlavy, poruchy zraku, bolesti očí.
Hydroxid sodný Podráždění sliznic, kůže, pneumonitida.
Obnova nenasycených plynů Monoethanolamin (MEA) Ospalost, podráždění očí, kůže a dýchacích cest.
Diethanolamin (DEA) Nekróza rohovky, popáleniny kůže, podráždění očí, nosu, krku.
Léčba aminy Monoethanolamin (MEA) Ospalost, podráždění očí, kůže a dýchacích cest.
Diethanolamin (DEA) Nekróza rohovky, popáleniny kůže, podráždění očí, nosu, krku.
Sirovodík Podráždění dýchacích cest, bolesti hlavy, poruchy zraku, bolesti očí.
Oxid uhličitý Bolest hlavy, závratě, parestézie, malátnost, tachykardie .
Těžba nasyceného plynu Sirovodík Podráždění dýchacích cest, bolesti hlavy, poruchy zraku, bolesti očí.
Oxid uhličitý Bolest hlavy, závratě, parestézie, malátnost, tachykardie.
Diethanolamin Nekróza rohovky, popáleniny kůže, podráždění očí, nosu, krku.
Hydroxid sodný Podráždění sliznic, kůže, pneumonitida.
Výroba vodíku Kysličník uhelnatý Změny na elektrokardiogramu, cyanóza, bolest hlavy, slabost.
Oxid uhličitý Bolest hlavy, závratě, parestézie, malátnost, tachykardie.

Fyzická nebezpečí

Pracovníci jsou vystaveni riziku fyzických zranění v důsledku velkého počtu vysoce výkonných strojů v relativně těsné blízkosti ropné rafinerie. Vysoký tlak potřebný pro mnoho chemických reakcí také představuje možnost lokalizovaných poruch systému, které mají za následek tupé nebo pronikavé trauma z explodujících součástí systému.

Teplo je také nebezpečí. Teplota potřebná pro správný průběh určitých reakcí v procesu rafinace může dosáhnout 1 700 ° F (870 ° C). Stejně jako u chemikálií je operační systém navržen tak, aby bezpečně zvládl toto nebezpečí bez zranění pracovníka. V případě selhání systému však jde o silnou hrozbu pro zdraví pracovníků. Mezi obavy patří přímé zranění způsobené tepelným onemocněním nebo úrazem , jakož i možnost ničivých popálenin, pokud by pracovník přišel do styku s přehřátými činidly / vybavením.

Hluk je další nebezpečí. Rafinerie mohou být velmi hlučné prostředí a dříve se ukázalo, že jsou spojeny se ztrátou sluchu mezi pracovníky. Vnitřní prostředí ropné rafinerie může dosáhnout úrovně přesahující 90  dB . Ve Spojených státech je v průměru 90 dB povolený limit expozice (PEL) pro 8hodinový pracovní den. Hlukové expozice, které v průměru přesahují 85 dB za 8 hodin, vyžadují program ochrany sluchu, který pravidelně hodnotí sluch zaměstnanců a podporuje jeho ochranu. Pravidelné hodnocení sluchové kapacity pracovníků a věrné používání správně prověřené ochrany sluchu jsou nezbytnou součástí těchto programů.

I když to není specifické pro toto odvětví, mohou být pracovníci ropných rafinérií rovněž vystaveni riziku nebezpečí, jako jsou nehody spojené s vozidly, úrazy spojené se stroji, práce ve stísněných prostorech, výbuchy / požáry, ergonomická rizika , poruchy spánku související s prací na směny a pády.

Omezení nebezpečí

Teorie hierarchie kontrol může být aplikována na ropné rafinerie a jejich snahy o zajištění bezpečnosti pracovníků.

Eliminace a substituce jsou v ropných rafinériích nepravděpodobné, protože mnoho surovin, odpadních produktů a hotových výrobků je v té či oné formě nebezpečných (např. Hořlavých, karcinogenních).

Příklady technických kontrol zahrnují požární detekční / hasicí systém , tlakové / chemické senzory k detekci / předpovědi ztráty strukturální integrity a adekvátní údržbu potrubí, aby se zabránilo korozi vyvolané uhlovodíky (vedoucí k selhání konstrukce). Mezi další příklady používané v ropných rafinériích patří postkonstrukční ochrana ocelových komponent pomocí vermikulitu za účelem zlepšení tepelné / požární odolnosti. Rozdělení může pomoci zabránit šíření požáru nebo jiných systémů a ovlivnit tak další oblasti konstrukce a může pomoci zabránit nebezpečným reakcím tím, že různé chemické látky budou od sebe odděleny, dokud je nebude možné bezpečně kombinovat ve správném prostředí.

Administrativní kontroly zahrnují pečlivé plánování a dohled nad procesy čištění, údržby a zpracování rafinerie. K tomu dochází, když je mnoho technických ovládacích prvků vypnuto nebo potlačeno a mohou být pro pracovníky obzvláště nebezpečné. Je nezbytná podrobná koordinace, aby se zajistilo, že údržba jedné části zařízení nezpůsobí nebezpečné expozice osobám provádějícím údržbu ani pracovníkům v jiných oblastech závodu. Kvůli vysoce hořlavé povaze mnoha použitých chemikálií jsou kuřácké prostory přísně kontrolovány a pečlivě umístěny.

V závislosti na konkrétní zpracovávané nebo vyráběné chemické látce mohou být nutné osobní ochranné prostředky (OOP). Zvláštní pozornost je třeba věnovat odběru vzorků částečně dokončeného produktu, čištění nádrže a dalších vysoce rizikových úkolů, jak je uvedeno výše. Takové činnosti mohou vyžadovat použití nepropustného svrchního oděvu, kyselého krytu, jednorázových kombinéz atd. Obecněji by všichni pracovníci v provozních oblastech měli používat vhodnou ochranu sluchu a zraku , vyhýbat se oděvům z hořlavých materiálů ( nylon , Dacron , akryl nebo směsi). a celovečerní kalhoty a rukávy.

Předpisy

Spojené státy

Zdraví a bezpečnost pracovníků v ropných rafinériích je na národní úrovni pečlivě sledována jak Úřadem pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (OSHA), tak Národním institutem pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (NIOSH). Kromě federální monitorování, Kalifornie ‚s CalOSHA bylo zvláště aktivní v oblasti ochrany zdraví pracovníků v průmyslu, a přijala politiku v roce 2017, který vyžaduje ropné rafinerie, aby provést‚Hierarchie Hazard Controls Analysis‘(viz výše v části‚kontroly nebezpečnosti‘ ) pro každé bezpečnostní riziko procesu. Bezpečnostní předpisy vedly k podprůměrné míře úrazu pracovníků rafinérského průmyslu. Ve zprávě amerického úřadu pro statistiku práce z roku 2018 naznačují, že pracovníci ropných rafinérií mají výrazně nižší míru pracovních úrazů (0,4 případů zaznamenaných OSHA na 100 zaměstnanců na plný úvazek) než všechna průmyslová odvětví (3,1 případů), ropa a plyn těžba (0,8 případů) a výroba ropy obecně (1,3 případů).

Níže je uveden seznam nejběžnějších předpisů uvedených v citacích o bezpečnosti ropných rafinérií vydaných OSHA:

Koroze

Ropná rafinérie v Íránu.

Koroze kovových součástí je hlavním faktorem neúčinnosti procesu rafinace. Protože to vede k poruše zařízení, je to primární hnací síla pro plán údržby rafinerie. Přímé náklady související s korozí v americkém ropném průmyslu byly od roku 1996 odhadovány na 3,7 miliardy USD.

Ke korozi dochází v procesu rafinace v různých formách, jako je důlková koroze z vodních kapiček, křehnutí z vodíku a praskání korozní zátěží při útoku sulfidem. Z materiálového hlediska se uhlíková ocel používá pro více než 80 procent rafinérských komponentů, což je výhodné díky nízké ceně. Uhlíková ocel je odolná vůči nejběžnějším formám koroze, zejména vůči uhlovodíkovým nečistotám při teplotách pod 205 ° C, ale jiné korozivní chemikálie a prostředí brání jejímu použití všude. Běžnými náhradními materiály jsou nízkolegované oceli obsahující chrom a molybden , přičemž nerezové oceli obsahující více chromu se zabývají korozivnějším prostředím. Dražšími materiály, které se běžně používají, jsou slitiny niklu , titanu a mědi . Ty jsou primárně uloženy pro nejproblematičtější oblasti, kde jsou přítomny extrémně vysoké teploty a / nebo velmi korozivní chemikálie.

Proti korozi bojuje komplexní systém monitorování, preventivních oprav a pečlivého používání materiálů. Metody monitorování zahrnují offline kontroly prováděné během údržby a online monitorování. Offline kontroly měří korozi poté, co k ní došlo, a informují inženýra, kdy musí být zařízení vyměněno, na základě historických informací, které shromáždili. Toto se označuje jako preventivní management.

Online systémy představují modernější vývoj a způsobují revoluci v přístupu ke korozi. Existuje několik typů online technologií pro sledování koroze, jako je lineární polarizační odpor, elektrochemický šum a elektrický odpor. Online monitorování mělo v minulosti pomalé sazby hlášení (minuty nebo hodiny) a bylo omezeno podmínkami procesu a zdroji chyb, ale novější technologie mohou hlásit sazby až dvakrát za minutu s mnohem vyšší přesností (označováno jako monitorování v reálném čase) . To umožňuje zpracovatelům zpracovat korozi jako další procesní proměnnou, kterou lze v systému optimalizovat. Okamžité reakce na změny procesu umožňují kontrolu korozních mechanismů, takže je lze minimalizovat a zároveň maximalizovat produkci. V ideální situaci bude mít online informace o korozi, které jsou přesné a v reálném čase, možné identifikovat a snížit podmínky, které způsobují vysokou míru koroze. Toto se nazývá prediktivní správa.

Metody materiálů zahrnují výběr vhodného materiálu pro aplikaci. V oblastech s minimální korozí jsou výhodné levné materiály, ale pokud může dojít ke špatné korozi, měly by být použity dražší, ale trvanlivější materiály. Jiné metody materiálů přicházejí ve formě ochranných bariér mezi korozivními látkami a kovy zařízení. Může se jednat buď o podšívku ze žáruvzdorného materiálu, jako je standardní portlandský cement, nebo jiný speciální kyselinovzdorný cement, který se střílí na vnitřní povrch nádoby. K dispozici jsou také tenké překryvy dražších kovů, které chrání levnější kov před korozí, aniž by vyžadovaly mnoho materiálu.

Viz také

Reference

externí odkazy