Для получения нефтепродукта сырье разделяется на несколько фракций и проходит степени обработки. Перегонка нефти в итоге даёт возможность получить сложную смесь углеводородных соединений в виде маслянистой, вязкой жидкости. Плотность её меньше, чем воды, поэтому на поверхности жидкости нефть образует тонкую плёнку. Добыча сырья происходит в горных породах, так называемых коллекторах с разной степенью проницаемости.
Применение нефтепродуктов
В зависимости от состава, сырье может использоваться в различных отраслях. Чаще всего, кроме основных элементов, сюда входят:
- Парафины нормального типа.
- Циклопарафины.
- Ароматические углеводороды.
Учёные считают, что нефть является остатками животных и растений, населяющих земной шар. Теория органического происхождения была популярной несколько десятков лет. Действительно, в составе можно найти азотистые соединения, что появились вследствие разложения живых организмов.
Суть неорганической теории заключается в действии воды на карбиды металлов (соединения с углеродом). Для динамики процесса сыграли роль и другие компоненты:
- Высокая температура.
- Смена давления.
- Окружающая среда.
- Воздействие водорода.
Добывается сырье на глубине нескольких километров с помощью специальных насосов. Благодаря давлению между шарами пород скапливается газообразная субстанция, а уже под ней находится нефть.
Сырье важно не только для народного хозяйства, но и для комплексного развития экономики, ведь в процессе переработки получается продукт, способный влиять на создание каучука, спиртов, полиэтилена, пластмасс и изделий из них. Она служит реактивным топливом .
В процессе перегонки нефти получаются разные виды топлива, что используются в индустриальных отраслях и быту.
В последнее время развитие и добыча угольной промышленности отошла на второй план, уступая место газу и нефти. Потребление продукта для энергетических целей снизилось, но повысилась роль сырья для создания химических компонентов.
Первичная переработка
Процесс перегонки нефти производится с целью получения очищенного продукта. На начальном этапе проводится обессоливание и обезвоживание на специальных аппаратах. После первого периода в составе нефти содержится 2−3 мг солей на литр.
Удаление жидких углеводородов возможно благодаря изменению температуры. Когда продукт начинает кипеть, запускаются реакции по выделению фракций. Температура зависит от количества углеводорода в составе и места добычи.
В зависимости от этого показателя выделяется:
- Бензин (оптимальная температура 180 градусов).
- Реактивное топливо (кипение возникает так же, как у бензина, но выкипать начинает только от 190 до 230 градусов).
- Дизельное топливо. Температура здесь выше, чем у реактивного.
После окончания процесса перегона нефти остаётся мазут, который также используется в промышленных отраслях для ремонта и обслуживания механизмов. При первичной переработке вырабатываются разные компоненты.
В процессе начинает выделяться пара, которые специальными насосами убирают с поверхности. В большинстве случаев после первичной переработки надо провести дополнительные процедуры очистки и отфильтровать полученные компоненты. В их составе ещё много углеводородов, которые надо удалить.
Методы получения чистого продукта
Благодаря современному оборудованию и круглой автоматизации процесса, можно говорить о разных способах получения чистого продукта из натурального сырья. Для этого проводится неоднократная перегонка нефтяных фракций с помощью:
- Техники однократного испарения (равновесная дистилляция). Суть заключается в постепенном нагревании продукта до начала выделения пара и разложения его на составляющие.
- Ректификации.
- Испаряющего агента. Метод дорогой и требует смешивания продукта с другими элементами. Важна пропорциональность и правильно составленная формула для конкретного состава. Испаряющим агентом могут быть те же углеводороды.
- Вакуума или повышения давления.
Способ дистилляции является наиболее популярным, ведь чистого продукта в итоге получается больше, нежели от обычного выпаривания. Фракционная перегонка даёт возможность на начальном этапе получить готовые составляющие и топливо, использовать сырье без дополнительной очистки.
После того как нужные компоненты уже получены, можно приступать ко вторичной технике обработки.
Процедура крекинга
Процесс перегонки нефти основан на различии элементов в итоге. Если первичная процедура позволяет разделить сырьё на несколько вариантов топлива, то вторичный процесс предназначается для увеличения добычи мазута и конкретного вида топлива.
В основе методики лежит использование высоких температур для выпаривания элементов, у которых меньшая молекулярная масса. В результате получаются масла для техники, компоненты для создания пластика и другие варианты сырья химической промышленности.
В ядре процесса лежит образование свободных радикалов на фоне основного состава сырья. По эффективности и способу действия все вторичные методы делятся на несколько категорий:
- Углубляющие. Сюда относится изготовление битумов и главный процесс вторичной обработки.
- Облагораживающие. В основе процедуры - насыщение добавочными компонентами уже имеющегося сырья. Риформинг, изомеризация, может проводиться и гидроочистка.
- Дополнительные процессы по выработке разных групп масел и дополнительных веществ для производства ароматических углеводородов.
Выбор техники зависит от желаемого результата. Использование добавочных фильтров в работе даёт возможность очистить продукт от отходов и увеличить его качество.
Виды и особенности
В процессе термического разложения углеводородов используются дополнительные элементы и фильтры. Выделяется несколько подвидов методики:
Также применяется и каталитический этап обработки, в котором, кроме катализаторов, используются алюмосиликаты. В итоге получаются газообразные продукты. Независимо от типа перегонки нефти обязательно проводятся процедуры добавочной фильтрации для качественной очистки.
Дополнительные техники
Риформинг используется для ароматизации нефтепродуктов. Чаще всего для процедуры применяются бензиновые фракции с высокой температурой кипения. В итоге повышается октановое число бензина, а сама фракция обогащается ароматическими соединениями. Продукт может использоваться для создания автомобильного топлива или для разложения компонентов на ароматические составляющие и выработок толуола, бензола и ксилолов.
Гидроочистка состоит из чередования действия водорода при высокой температуре и повышенном давлении. Это фильтрация готового продукта, удаление из его состава ненужных серных соединений, снижение количества разных смол и кислородосодержащих соединений. Техника считается одной из наиболее популярных вариантов вторичной переработки.
Каталитический крекинг относится к сложным процедурам и требует не только специального оборудования, но и составления формул для дозировки компонентов. Целью процедуры является получения бензина и группы жирных газов за счёт расщепления молекул тяжёлых углеводородов.
Отходом техники является компонент в составе мазута. Это наиболее экономичный метод вторичной обработки, поскольку практически все элементы входят в состав веществ, которые используются в разных отраслях промышленности.
В основе процедуры гидрокрекинга лежит:
- Очистка с помощью углеводородов и давления.
- Расщепление тяжёлых молекул на более мелкие.
- Насыщение водородом.
В зависимости от типа влияния выделяется мягкий и жёсткий процесс. Первый вариант применяется для получения дизельного топлива, а второй - для керосиновых и бензиновых фракций. Процедуры коксования и изомеризации относятся к вторичным дополнительным и используются для получения остатков и компонентов для продукции.
Основные фракции
В процессе переработки нефти и разложения её на дополнительные компоненты выделяются фракции. На получение того или иного компонента влияет тип переработки и количество этапов. Дополнительное фильтрование и очистка дают возможность получить качественный продукт .
- Газолиновая фракция. Для её получения необходимо использовать высокую температуру. В результате можно получить бензин и газолин.
- Лигроиновый этап. Позволяет создавать горючее для тракторов, продукт в процессе обработки будет содержать большое количество тяжёлых молекул. На следующих этапах переработки из лигроина можно получить бензин, но с применением дополнительной фильтрации.
- Керосиновая фракция. На этапе производится реактивное топливо.
- Газойлевый этап. Благодаря повышению температуры и использованию специального оборудования производится дизельное топливо, которое сразу без фильтрации можно использовать для заправки автомобилей.
Из нефти можно выделить приблизительно 25% бензина, остальное - продукты для промышленности. Благодаря теории строения органических соединений можно говорить об увеличении процесса разгонки нефти и получения большего количества топлива.
Перегонка нефти
разделение нефти на составные части (фракции) по их температурам кипения в целях получения товарных нефтепродуктов (См. Нефтепродукты) или их компонентов. П. н.- начальный процесс переработки нефти на нефтеперерабатывающих заводах, основанный на том, что при нагреве нефти образуется паровая фаза, отличающаяся по составу от жидкости (см. Дистилляция). Фракции, получаемые в результате П. н., обычно представляют собой смеси углеводородов. С помощью методов многократной перегонки нефтяных фракций удаётся выделить некоторые индивидуальные углеводороды. П. н. осуществляется методами однократного испарения (равновесная дистилляция) или постепенного испарения (простая перегонка, или фракционная дистилляция); с ректификацией (См. Ректификация) и без неё; в присутствии перегретого водяного пара -испаряющего агента; при атмосферном давлении и под вакуумом. При равновесной дистилляции разделение нефти на фракции происходит менее четко по сравнению с простой перегонкой. Однако в первом случае при одной и той же температуре нагрева в парообразное состояние переходит большая часть нефти. В лабораторной практике в основном применяется простая П. н. с ректификацией паровой фазы на установках периодического действия. В промышленности используется П. н. с однократным испарением в сочетании с ректификацией паровой и жидкой фаз. Такое сочетание позволяет проводить П. н. на установках непрерывного действия и добиваться высокой чёткости разделения нефти на фракции, экономного расходования топлива на её нагрев. Применение водяного пара приводит к снижению температурного режима, увеличению отбора нефтяных фракций и повышению концентрации высококипящих компонентов в остатке. На промышленных установках П. н.
вначале проводится при атмосферном давлении, а затем под вакуумом. При атмосферной перегонке нефть нагревается не выше 370 °С, так как при более высокой температуре начинается расщепление углеводородов - Крекинг , а это нежелательно из-за того, что образующиеся непредельные углеводороды резко снижают качество и выход целевых продуктов. В результате атмосферной П. н. отгоняются фракции, выкипающие примерно от 30 до 350-360 °С, и в остатке остаётся Мазут . Из нефтяных фракций, выкипающих до 360 °С, получаются различные виды топлив (бензины, топлива для реактивных и дизельных двигателей), сырьё для нефтехимического синтеза (См. Нефтехимический синтез) (бензол, этилбензол, ксилолы, этилен, пропилен, бутадиен), растворители и др. Дальнейшая перегонка мазута проводится под вакуумом (остаточное давление 5,3-8 кн/м 2 ,
или 40-60 мм рт. ст.
), чтобы свести к минимуму крекинг углеводородов. В СССР на ряде нефтеперерабатывающих заводов производительность установок атмосферно-вакуумной П. н. доведена до 8 млн. т
нефти в год. История, сведения о П. н. см. в ст. Нефть . Лит.:
Обрядчиков С. Н., Принципы перегонки нефти, М.- Л., 1940; Трегубов А. М., Теория перегонки и ректификации, 3 изд., Баку, 1946; Технология переработки нефти и газа, ч. 1, М., 1972. А. Г. Сарданашвили.
Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .
Смотреть что такое "Перегонка нефти" в других словарях:
Разделение нефти на основные части, или фракции. П. н. нач. процесс переработки нефти, осн. на том, что при нагреве нефти образуется паровая фаза, отличающаяся по составу от жидкости. При П. н. получают бензин, лигроин, керосин, дизельное топливо … Большой энциклопедический политехнический словарь
перегонка нефти под вакуумом - отбензинивание нефти под вакуумом — Тематики нефтегазовая промышленность Синонимы отбензинивание нефти под вакуумом EN vacuum topping …
первичная перегонка (нефти) - — Тематики нефтегазовая промышленность EN preliminary distillation … Справочник технического переводчика
периодическая перегонка (нефти) - — Тематики нефтегазовая промышленность EN batch distillation … Справочник технического переводчика
- … Википедия
ПЕРЕГОНКА, перегонки, жен. 1. Разложение веществ (жидких или твердых) на составные части с помощью кипячения, нагревания (тех.). Перегонка основана на неодинаковой летучести составляющих смесь веществ. При перегонке жидкостей образующиеся пары… … Толковый словарь Ушакова
Перегонка - (нефти) - процесс разделения нефти на составные части (фракции) в зависимости от их температур кипения в целях получения нефтепродуктов или их компонентов. Из нефтяных фракций, выкипающих до 360oС, получаются различные виды топлив (бензины …
Перегонка, разгонка нефти - rectification, rundown Фракционированная перегонка нефти, при которой получаются дистилляты, отвечающие различным пределам температур кипения и перерабатываемые затем на соответствующие нефтепродукты – бензин, керосин, масла. Схема переработки… … Нефтегазовая микроэнциклопедия
перегонка - рафинирование очистка переработка (нефти) облагораживание — Тематики нефтегазовая промышленность Синонимы рафинированиеочисткапереработка (нефти)облагораживание… … Справочник технического переводчика
Перегонка вакуумная - - обработка нефти с целью отбора масляных фракций. Конечный продукт вакуумной обработки - гудрон. Вакуумная перегонка проводится на промышленных установках с целью свести к минимуму крекинг углеводородов … Нефтегазовая микроэнциклопедия
Книги
- Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа , Сарданашвили Александр Георгиевич, Львова Антонина Ильинична. В книге приведены примеры и задачи по курсу "Технология переработки нефти и газа", относящиеся к процессам первичной переработки нефти (физические свойства нефтей и нефтепродуктов, перегонка…
Нефтепереработка – достаточно сложный процесс, для проведения которого требуется привлечение . Из добытого природного сырья получают множество продуктов – разные типы топлива, битумы, керосины, растворители, смазки, нефтяные масла и другие. Переработка нефти и начинается с транспортировки углеводородов на завод. Производственный процесс происходит в несколько этапов, каждый из которых очень важен с технологической точки зрения.
Процесс переработки
Процесс переработки нефти начинается с ее специализированной подготовки. Это вызвано наличием в природном сырье многочисленных примесей. В нефтеносной залежи содержится песок, соли, вода, грунт, газообразные частицы. Для добычи большого количества продуктов и сохранения месторождения энергоресурса используют воду. Это имеет свои преимущества, но значительно снижает качество полученного материала.
Наличие примесей в составе нефтепродуктов делает невозможной их транспортировку к заводу. Они провоцируют образование налета на теплообменных аппаратах и других емкостях, что значительно снижает их срок службы.
Поэтому добытые материалы подвергаются комплексной очистке – механической и тонкой. На данном этапе производственного процесса происходит разделение полученного сырья на нефть и . Это происходит при помощи специальных нефтяных сепараторов.
Для очистки сырья в основном его отстаивают в герметических резервуарах. Для активации процесса разделения материал подвергают действию холода или высокой температуры. Электрообессоливающие установки применяются для удаления, содержащихся в сырье, солей.
Как происходит процесс разделения нефти и воды?
После первичной очистки получают труднорастворимую эмульсию. Она представляет собой смесь, в которой частички одной жидкости равномерно распределяются во второй. На этом основании выделяют 2 типа эмульсий:
- гидрофильная. Представляет собой смесь, где частицы нефти находятся в воде;
- гидрофобная. Эмульсия в основном состоит из нефти, где находятся частички воды.
Процесс разрушения эмульсии может происходить механическим, электрическим или химическим способом. Первый метод подразумевает отстаивание жидкости. Это происходит при определенных условиях – подогрев до температуры 120-160 градусов, повышение давления до 8-15 атмосфер. Расслаивание смеси обычно происходит в течение 2-3 часов.
Чтобы процесс разделение эмульсии прошел удачно, необходимо не допускать испарение воды. Также выделение чистой нефти осуществляется при помощи мощных центрифуг. Эмульсия разделяется на фракции при достижении 3,5-50 тысяч оборотов в минуту.
Применение химического метода подразумевает применение специальных поверхностно-активных веществ, называемых деэмульгаторами. Они помогают растворить адсорбционную пленку, в результате чего нефть очищается от частиц воды. Химический метод зачастую применяется совместно с электрическим. Последний способ очистки подразумевает воздействие на эмульсию электрического тока. Он провоцирует объединение частиц воды. В результате он легче удаляются из смеси, что позволяет получить нефть высочайшего качества.
Первичная переработка
Добыча и переработка нефти происходит в несколько этапов. Особенностью производства различных продуктов из природного сырья считается то, что даже после качественной очистки полученный продукт не подлежит применению по прямому назначению.
Исходный материал характеризуется содержанием различных углеводородов, которые существенно отличаются молекулярным весом и температурой кипения. В его составе присутствуют вещества нафтеновой, ароматической, парафиновой природы. Также в исходном сырье содержатся сернистые, азотистые и кислородные соединения органического типа, которые также должны быть удалены.
Все существующие способы переработки нефти направлены на ее разделение на группы. В процессе производства получают широкий спектр продукции с разными характеристиками.
Первичная переработка природного сырья осуществляется на основании разных температур кипения ее составляющих частей. Для осуществления данного процесса привлекаются специализированные установки, которые позволяют получить различные нефтепродукты – от мазута до гудрона.
Если перерабатывать природное сырье таким способом, не удастся получить материал, готовый к дальнейшему использованию. Первичная перегонка направлена лишь на определение физико-химических свойств нефти. После ее проведения можно определить необходимость осуществления дальнейшей переработки. Также устанавливают тип оборудования, которое необходимо привлечь для выполнения нужных процессов.
Первичная переработка нефти
Способы перегонки нефти
Выделяют следующие методы переработки нефти (перегонки):
- однократное испарение;
- многократное испарение;
- перегонка с постепенным испарением.
Метод однократного испарения подразумевает переработку нефти при воздействии высокой температуры с заданным значением. В результате образуются пары, которые поступают в специальный аппарат. Его называют испарителем. В данном устройстве цилиндрической формы пары отделяются от жидкостной фракции.
При многократном испарении сырье подвергают обработке, при которой несколько раз осуществляют повышение температуры по заданному алгоритму. Последний способ перегонки является более сложным. Переработка нефти с постепенным испарением подразумевает плавное изменение основных рабочих параметров.
Оборудование для перегонки
Промышленная переработка нефти осуществляется при помощи нескольких аппаратов.
Трубчатые печи. В свою очередь их также разделяют на несколько видов. Это атмосферные, вакуумные, атмосферно-вакуумные печи. При помощи оборудования первого типа осуществляется неглубокая переработка нефтепродуктов, что позволяет получить мазут, бензиновые, керосиновые и дизельные фракции. В вакуумных печах в результате более эффективной работы сырье разделяют на:
- гудрон;
- масляные частицы;
- газойлевые частицы.
Полученные продукты полностью подходят для производства кокса, битума, смазочных материалов.
Ректификационные колонны. Процесс переработки нефтяного сырья при помощи данного оборудования подразумевает ее нагревание в змеевике до температуры 320 градусов. После этого смесь поступает в промежуточные уровни ректификационной колонны. В среднем она имеет 30-60 желобов, каждый из которых размещен с определенным интервалом и оснащен ванной с жидкостью. Благодаря этому пары стекают вниз в виде капель, поскольку образуется конденсат.
Существует также переработка с помощью теплообменных аппаратов.
Вторичная переработка
После определения свойств нефти, в зависимости от потребности в определенном конечном продукте, выбирается тип вторичной перегонки. В основном она заключается в термически-каталитическом воздействии на исходное сырье. Глубокая переработка нефти может происходить при помощи нескольких методов.
Топливный. Применение данного способа вторичной перегонки позволяет получить ряд высококачественных продуктов – автомобильных бензинов, дизельных, реактивных, котельных топлив. Для осуществления переработки не нужно привлекать много оборудования. В результате применения данного метода из тяжелых фракций сырья и осадка получают готовый продукт. К топливному методу перегонки относят:
- крекинг;
- риформинг;
- гидроочистку;
- гидрокрекинг.
Топливно-масляный. В результате применения данного метода перегонки получают не только различные топлива, но и асфальт, смазочные масла. Это осуществляется при помощи метода экстракции, деасфальтизации.
Нефтехимический. В результате применения данного метода с привлечением высокотехнологичного оборудования получают большое количество продукции. Это не только топливо, масла, а и пластмассы, каучук, удобрения, ацетон, спирт и многое другое.
Как из нефти и газа получаются окружающие нас предметы - доступно и понятно
Данный метод считается более всего распространенным. С его помощью осуществляется переработка сернистой или высокосернистой нефти. Гидроочистка позволяет существенно повысить качество получаемых видов топлива. Из них удаляют различные добавки – сернистые, азотистые, кислородные соединения. Обработка материала происходит на специальных катализаторах в водородной среде. При этом температура в оборудовании достигает показателей 300-400 градусов, а давление – 2-4 Мпа.
В результате перегонки, содержащиеся в сырье, органические соединения разлагаются при взаимодействии с водородом, циркулирующем внутри аппарата. В итоге образуется аммиак, сероводород, которые удаляются из катализатора. Гидроочистка позволяет переработать 95-99% сырья.
Каталитический крекинг
Перегонка осуществляется при помощи цеолитсодержащих катализаторов при температуре 550 градусов. Крекинг считается очень эффективным методом переработки подготовленного сырья. С его помощью из мазутных фракций можно получить высокооктановый автомобильный бензин. Выход чистого продукта в данном случае составляет 40-60%. Также получают жидкий газ (10-15% от исходного объема).
Каталитический риформинг
Риформинг осуществляется при помощи алюмоплатинового катализатора при температуре 500 градусов и давлении 1-4 Мпа. При этом внутри оборудования присутствует водородная среда. Данный метод применяется для превращения нафтеновых и парафиновых углеводородов в ароматические. Это позволяет существенно повысить октановое число производимой продукции. При использовании каталитического риформинга выход чистого материала составляет 73-90% от залученного сырья.
Гидрокрекинг
Позволяет получить жидкостное топливо при воздействии высокого давления (280 атмосфер) и температуры (450 градусов). Также данный процесс происходит с применением сильных катализаторов – оксидов молибдена.
Если гидрокрекинг сочетать с другими методами переработки природного сырья, выход чистых продуктов в виде бензина и реактивного топлива составляет 75-80%. При применении качественных катализаторов их регенерация может не проводиться 2-3 года.
Экстракция и деасфальтизация
Экстракция подразумевает разделение подготовленного сырья на нужные фракции при помощи растворителей. В дальнейшем производится депарафинизация. Она позволяет существенно снизить температуру застывания масла. Также для получения продукции высокого качества ее подвергают гидроочистке. В результате проведения экстракции можно получить дистдизельное топливо. Также с помощью данной методики производят извлечение ароматических углеводородов из подготовленного сырья.
Деасфальтизация необходима для того, чтобы из конечных продуктов дестиляции нефтяного сырья получить смолисто-асфальтеновые соединения. Образовавшиеся вещества активно применяются для производства битума, в качестве катализаторов для осуществления других методов переработки.
Другие методики переработки
Переработка природного сырья после первичной перегонки может осуществляться и другими способами.
Алкилирование. После переработки подготовленных материалов получают высококачественные компоненты для бензина. Метод основан на химическом взаимодействии олефиновых и парафиновых углеводородов, в результате чего получают высококипящий парафиновый углеводород.
Изомеризация . Применение данного метода позволяет получить из низкооктановых парафиновых углеводородов вещество с более высоким октановым числом.
Полимеризация . Позволяет осуществить превращение бутиленов и пропилена в олигомерные соединения. В результате получают материалы для производства бензинов и для проведения различных нефтехимических процессов.
Коксование . Применяется для производства нефтяного кокса из тяжелых фракций, получаемых после перегонки нефти.
Нефтеперерабатывающая отрасль относится к перспективным и развивающимся. Производственный процесс все время усовершенствуется за счет введения нового оборудования и методик.
Видео: Переработка нефти
Сырая нефть представляет собой сложную смесь углеводородов и других соединений. В таком виде она мало используется. Сначала ее перерабатывают в другие продукты, которые имеют практическое применение. Поэтому сырую нефть транспортируют танкерами или с помощью трубопроводов к нефтеперерабатывающим заводам.
Переработка нефти включает целый ряд физических и химических процессов: фракционную перегонку, крекинг, риформинг и очистку от серы.
Фракционная перегонка
Сырую нефть разделяют на множество составных частей, подвергая ее простой, фракционной и вакуумной перегонке. Характер этих процессов, а также число и состав получаемых фракций нефти зависят от состава сырой нефти и от требований, предъявляемых к различным ее фракциям.
Из сырой нефти прежде всего удаляют растворенные в ней примеси газов, подвергая ее простой перегонке. Затем нефть подвергают первичной перегонке, в результате чего ее разделяют на газовую, легкую и среднюю фракции и мазут. Дальнейшая фракционная перегонка легкой и средней фракций, а также вакуумная перегонка мазута приводит к образованию большого числа фракций. В табл. 18.6 указаны диапазоны температур кипения и состав различных фракций нефти, а на рис. 18.11 изображена схема устройства первичной дистилляционной (ректификационной) колонны для перегонки нефти. Перейдем теперь к описанию свойств отдельных фракций нефти.
Таблица 18.6. Типичные фракции перегонки нефти
Рис. 18.11. Первичная перегонка сырой нефти.
Лаборатория экстракции и перегонки в Индийском нефтехимическом институте.
Газовая фракция. Газы, получаемые при переработке нефти, представляют собой простейшие неразветвленные алканы: этан, пропан и бутаны. Эта фракция имеет промышленное название нефтезаводской (нефтяной) газ. Ее удаляют из сырой нефти до того, как подвергнуть ее первичной перегонке, или же выделяют из бензиновой фракции после первичной перегонки. Нефтезаводской газ используют в качестве газообразного горючего или же подвергают его сжижению под давлением, чтобы получить сжиженный нефтяной газ. Последний поступает в продажу в качестве жидкого топлива или используется как сырье для получения этилена на крекинг-установках.
Бензиновая фракция. Эта фракция используется для получения различных сортов моторного топлива. Она представляет собой смесь различных углеводородов, в том числе неразветвленных и разветвленных алканов. Особенности горения неразветвленных алканов не идеально соответствуют двигателям внутреннего сгорания. Поэтому бензиновую фракцию нередко подвергают термическому риформингу (см. ниже), чтобы превратить неразветвленные молекулы в разветвленные. Перед употреблением эту фракцию обычно смешивают с разветвленными алканами, циклоалканами и ароматическими соединениями, получаемыми из других фракций путем каталитического крекинга либо риформинга.
Качество бензина как моторного топлива определяется его октановым числом. Оно указывает процентное объемное содержание 2,2,4-триметилпентана (изооктана) в смеси 2,2,4-триметилпентана и гептана (алкан с неразветвленной цепью), которая обладает такими же детонационными характеристиками горения, как и испытуемый бензин.
Плохое моторное топливо имеет нулевое октановое число, а хорошее топливо-октановое число 100. Октановое число бензиновой фракции, получаемой из сырой нефти, обычно не превышает 60. Характеристики горения бензина улучшаются при добавлении в него антидетонаторной присадки, в качестве которой используется разд. 15.2). Тетраэтилсвинец представляет собой бесцветную жидкость, которую получают при нагревании хлороэтана со сплавом натрия и свинца:
При горении бензина, содержащего эту присадку, образуются частицы свинца и оксида свинца(II). Они замедляют определенные стадии горения бензинового топлива и тем самым препятствуют его детонации. Вместе с тетраэтилсвинцом в бензин добавляют еще 1,2-дибромоэтан. Он реагирует со свинцом и образуя бромид Поскольку бромид представляет собой летучее соединение, он удаляется из автомобильного двигателя с выхлопными газами (см. разд. 15.2).
Лигроин (нафта). Эту фракцию перегонки нефти получают в промежутке между бензиновой и керосиновой фракциями. Она состоит преимущественно из алканов (табл. 18.7).
Лигроин получают также при фракционной перегонке легкой масляной фракции, получаемой из каменноугольной смолы (см. табл. 18.5). Лигроин из каменноугольной смолы имеет высокое содержание ароматических углеводородов.
Большую часть лигроина, получаемого при перегонке нефти, подвергают риформингу для превращения в бензин. Однако значительная его часть используется как сырье для получения других химических веществ (см. ниже).
Керосин. Керосиновая фракция перегонки нефти состоит из алифатических алканов, нафталинов (см. выше) и ароматических углеводородов. Часть ее подвергается
Таблица 18.7. Углеводородный состав лигроиновой фракции типичной ближневосточной нефти
очистке для использования в качестве источника насыщенных углеводородов-парафинов, а другая часть подвергается крекингу с целью превращения в бензин. Однако основная часть керосина используется в качестве горючего для реактивных самолетов.
Газойль. Эта фракция переработки нефти известна под названием дизельного топлива. Часть ее подвергают крекингу для получения нефтезаводского газа и бензина. Однако главным образом газойль используют в качестве горючего для дизельных двигателей. В дизельном двигателе зажигание топлива производится в результате повышения давления. Поэтому они обходятся без свечей зажигания. Газойль используется также как топливо для промышленных печей.
Мазут. Эта фракция остается после удаления из нефти всех остальных фракций. Большая его часть используется в качестве жидкого топлива для нагревания котлов и получения пара на промышленных предприятиях, электростанциях и в корабельных двигателях. Однако некоторую часть мазута подвергают вакуумной перегонке для получения смазочных масел и парафинового воска. Смазочные масла подвергают дальнейшей очистке путем экстракции растворителя. Темный вязкий материал, остающийся после вакуумной перегонки мазута, называется «битум», или «асфальт». Он используется для изготовления дорожных покрытий.
Мы рассказали о том, как фракционная и вакуумная перегонка наряду с экстракцией растворителями позволяет разделить сырую нефть на различные практически важные фракции. Все эти процессы являются физическими. Но для переработки нефти используются еще и химические процессы. Эти процессы можно подразделить на два типа: крекинг и риформинг.
Крекинг
В этом процессе крупные молекулы высококипящих фракций сырой нефти расщепляются на меньшие молекулы, из которых состоят низкокипящие фракции. Крекинг необходим потому, что потребности в низкокипяших фракциях нефти - особенно в бензине - часто опережают возможности их получения путем фракционной перегонки сырой нефти.
В результате крекинга кроме бензина получают также алкены, необходимые как сырье для химической промышленности. Крекинг в свою очередь подразделяется на три важнейших типа: гидрокрекинг, каталитический крекинг и термический крекинг.
Гидрокрекинг. Эта разновидность крекинга позволяет превращать высококипящие фракции нефти (воски и тяжелые масла) в низкокипящие фракции. Процесс гидрокрекинга заключается в том, что подвергаемую крекингу фракцию нагревают под очень высоким давлением в атмосфере водорода. Это приводит к разрыву крупных молекул и присоединению водорода к их фрагментам. В результате образуются насыщенные молекулы небольших размеров. Гидрокрекинг используется для получения газойля и бензинов из более тяжелых фракций.
Каталитический крекинг. Этот метод приводит к образованию смеси насыщенных и ненасыщенных продуктов. Каталитический крекинг проводится при сравнительно
невысоких температурах, а в качестве катализатора используется смесь кремнезема и глинозема. Таким путем получают высококачественный бензин и ненасыщенные углеводороды из тяжелых фракций нефти.
Термический крекинг. Крупные молекулы углеводородов, содержащихся в тяжелых фракциях нефти, могут быть расщеплены на меньшие молекулы путем нагревания этих фракций до температур, превышающих их температуру кипения. Как и при каталитическом крекинге, в этом случае получают смесь насыщенных и ненасыщенных продуктов. Например,
Термический крекинг имеет особенно важное значение для получения ненасыщенных углеводородов, например этилена и пропена. Для термического крекинга используются паровые крекинг-установки. В этих установках углеводородное сырье сначала нагревают в печи до 800°С, а затем разбавляют его паром. Это увеличивает выход алкенов. После того как крупные молекулы исходных углеводородов расщепятся на более мелкие молекулы, горячие газы охлаждают приблизительно до 400°С водой, которая превращается в сжатый пар. Затем охлажденные газы поступают в ректификационную (фракционную) колонну, где они охлаждаются до 40°С. Конденсация более крупных молекул приводит к образованию бензина и газойля. Несконденсировавшиеся газы сжимают в компрессоре, который приводится в действие сжатым паром, полученным на стадии охлаждения газов. Окончательное разделение продуктов производится в колоннах фракционной перегонки.
Таблица 18.8. Выход продуктов крекинга с паром из различного углеводородного сырья (масс. %)
В европейских странах главным сырьем для получения ненасыщенных углеводородов с помощью каталитического крекинга является лигроин. В Соединенных Штатах главным сырьем для этой цели служит этан. Его легко получают на нефтеперерабатывающих заводах как один из компонентов сжиженного нефтяного газа или же из природного газа, а также из нефтяных скважин как один из компонентов природных сопутствующих газов. В качестве сырья для крекинга с паром используются также пропан, бутан и газойль. Продукты крекинга этана и лигроина указаны в табл. 18.8.
Реакции крекинга протекают по радикальному механизму (см. разд. 18.1).
Риформинг
В отличие от процессов крекинга, которые заключаются в расщеплении более крупных молекул на менее крупные, процессы риформинга приводят к изменению структуры молекул или к их объединению в более крупные молекулы. Риформинг используется в переработке сырой нефти для превращения низкокачественных бензиновых фракций в высококачественные фракции. Кроме того, он используется с целью получения сырья для нефтехимической промышленности. Процессы риформинга могут быть подразделены на три типа: изомеризация, алкилирование, а также циклизация и ароматизация.
Изомеризация. В этом процессе молекулы одного изомера подвергаются перегруппировке с образованием другого изомера. Процесс изомеризации имеет очень важное значение для повышения качества бензиновой фракции, получаемой после первичной перегонки сырой нефти. Мы уже указывали, что эта фракция содержит слишком много неразветвленных алканов. Их можно превратить в разветвленные алканы, нагревая данную фракцию до под давлением 20-50 атм. Этот процесс носит название термического риформинга.
Для изомеризации неразветвленных алканов может также применяться каталитический риформинг. Например, бутан можно изомеризовать, превращая его в -метил-пропан, с помощью катализатора из хлорида алюминия при температуре 100°С или выше:
Эта реакция имеет ионный механизм, который осуществляется с участием карбкатионов (см. разд. 17.3).
Алкилирование. В этом процессе алканы и алкены, которые образовались в результате крекинга, воссоединяются с образованием высокосортных бензинов. Такие алканы и алкены обычно имеют от двух до четырех атомов углерода. Процесс проводится при низкой температуре с использованием сильнокислотного катализатора, например серной кислоты:
Эта реакция протекает по ионному механизму с участием карбкатиона
Циклизация и ароматизация. При пропускании бензиновой и лигроиновой фракций, полученных в результате первичной перегонки сырой нефти, над поверхностью таких катализаторов, как платина или оксид на подложке из оксида алюминия, при температуре 500°С и под давлением 10-20 атм происходит циклизация с последующей ароматизацией гексана и других алканов с более длинными неразветвленными цепями:
Отщепление водорода от гексана, а затем от циклогексана называется дегидрированием. Риформинг этого типа в сущности представляет собой один из процессов крекинга. Его
называют платформингом, каталитическим риформингом или просто риформингом. В некоторых случаях в реакционную систему вводят водород, чтобы предотвратить полное разложение алкана до углерода и поддержать активность катализатора. В этом случае процесс называется гидроформингом.
Очистка от серы
Сырая нефть содержит сероводород и другие соединения, содержащие серу. Содержание серы в нефти зависит от месторождения. Нефть, которую получают из континентального шельфа Северного моря, имеет низкое содержание серы. При перегонке сырой нефти органические соединения, содержащие серу, расщепляются, и в результате образуется дополнительное количество сероводорода. Сероводород попадает в нефтезаводской газ или во фракцию сжиженного нефтяного газа (см. выше). Поскольку сероводород обладает свойствами слабой кислоты, его можно удалить, обрабатывая нефтепродукты каким-либо слабым основанием. Из полученного таким образом сероводорода можно извлекать серу, сжигая сероводород в воздухе и пропуская продукты сгорания над поверхностью катализатора из оксида алюминия при температуре 400 С. Суммарная реакция этого процесса описывается уравнением
Приблизительно 75% всей элементной серы, используемой в настоящее время промышленностью несоциалистических стран, извлекают из сырой нефти и природного газа (см. разд. 15.4).
Определение состава нефти и ее продуктов происходит путем разделения по температурам кипения методом перегонки и ректификации.
Выход фракций нефти
Нефть, газовые конденсаты и их фракции представляют собой многокомпонентную смесь из соединений углеводородов. В . Поэтому определение состава этой смеси как совокупности всех входящих в их состав соединений - сложнейшая и не всегда разрешимая задача.
Расходы на покупку сырой нефти, составляющие около 80% расходов НПЗ, наиболее важный фактор, определяющий рентабельность нефтяной компании. Качество и ценность сырой нефти зависят от ее кривой ИТК, определяющей содержание фракции светлых нефтепродуктов, выкипающих до 360°C, фракции 360-540°C и кубового продукта (>540°C), и содержания примесей, таких как сера, азот, металлы и т.д.
Однако кривая ИТК не отражает химического состава нефтяных фракций, который, в свою очередь, влияет на выход и свойства продукции установок для преобразования и повышения сортности нефтепродуктов на НПЗ. Таким образом, знание кривой ИТК и химической природы фракций сырой нефти имеет чрезвычайно важное значение для улучшения экономических показателей НПЗ. К сожалению, для получение этой информации необходимы лабораторные анализы, требующие больших финансовых и временных затрат.
Основные фракции
Углеводородный газ
Газ, входящий в состав данной нефти состоит в основном из бутанов (73,9 % мас.) выход газов на нефть составляет 1,5 % мас. Пропан — бутановая фракция будет использована в качестве сырья газофракционирующих установок с целью производства индивидуальных углеводородов, топлива и компонента автомобильного бензина.
Фракция НК-62°С
Фракция НК-62°С будет использована как сырьё для процесса каталитической изомеризации с целью повышения октанового числа.
Фракция 62-85°С
Фракцию 62-85°С называют “бензольной”, она будет использоваться как компонент товарного бензина и для получения бензола.
Фракция 85-120°С
Фракция 85-120°С в смеси с фракцией 120-180°С будет использована как сырье для установки каталитического риформинга с целью повышения октанового числа. Предварительно отправляется на гидроочистку.
Фракция 120-180°С и 180-230°С
Фракция 120-180°С будет использована в смеси с фракцией 180-230°С как компонент реактивного топлива. Реактивное топливо не подходит по температуре вспышки, поэтому нужно удалить часть лёгких компонентов.
Способы добычи нефти
Индивидуальный состав нефтепродуктов
В настоящее время индивидуальный состав продуктов нефти может быть достаточно надежно определен методами газожидкостной хроматографии только для единичных бензиновых фракций. Поэтому индивидуальный углеводородный состав не может быть положен в основу прогнозных методов расчета теплофизических свойств (ТФС) ввиду его недоступности для потребителей.
В то же время фракционный состав и структурно-групповой углеводородный состав могут иметь более плодотворное применение на пути построения методов расчета теплофизических свойств нефти.
Поэтому ниже рассмотрены методики пересчета и экстраполяции кривых разгонок и способы расчета структурно-группового углеводородного состава фракций.
Фракционный состав нефти и нефтепродуктов
Определение данного вида состава нефти и ее продуктов происходит путем разделения по температурам кипения методом перегонки и ректификации.
Совокупность выхода (в процентах по массе или объему) отдельных фракций, которые выкипают в определенных температурных диапазонах, называется фракционным составом нефти, нефтепродукта или смеси. Для более полной характеристики определяется относительная плотность и средняя молярная масса каждого погона и смеси в целом. По результатам испарения строят кривую ИТК, которая содержит достаточно полную информацию о составе смеси.
Ректификация по ГОСТ 11011-85 в аппарате АРН-2 ограничивается температурой 450-460 °С из-за возможного термического разложения остатка. Проведение данного вида исследования нефтей рекомендуется в устройстве для перегонки АРН-2 по методу ГрозНИИ в колбе Мановяна до температуры выкипания 560-580 °С. При этом не происходит искажения кривой ИТК.
Фракционный состав, особенно светлых товарных нефтепродуктов и широких фракций, часто определяют перегонкой в аппарате Энглера по ГОСТ 2177-82, что значительно проще ректификации. Кривая разгонки по Энглеру позволяет достаточно надежно определить характеристические температуры кипения фракций. Однако при расчете фазовых равновесий предпочтительнее иметь кривую ИТК. Для получения такой кривой предложен ряд эмпирических процедур.
Например, для светлых нефтепродуктов известна методика БашНИИНП. Основываясь на том, что разность температур, полученных при разгонке товарного нефтепродукта по ИТК и по Энглеру, в определенной точке выкипания нефтепродукта является почти постоянной, можно записать
Характеризация физико-химических свойств (ФХС) узких нефтяных фракций (псевдокомпонентов)
При расчете процессов ректификации многокомпонентных смесей (МКС) необходимо использовать физико-химические и термодинамические свойства всех компонентов, составляющих разделяемую МКС. Поскольку в рассматриваемом случае декомпозиция исходной непрерывной смеси на псевдокомпоненты носит достаточно условный характер, процедура расчета физико-химических свойств отдельных псевдокомпонентов приобретает особое значение.
Известно , что любое химическое вещество обладает совокупностью характеристических констант, причем значения характеристических констант зависят от химического строения молекул вещества. Это положение может быть распространено и на псевдокомпоненты, особенно если значения характеристических констант определены экспериментально.
Кстати, прочтите эту статью тоже: Особенности переработки тяжелой нефти
В качестве основной и минимально необходимой характеристики псевдокомпонента принята его среднеарифметическая (между началом и концом выкипания фракции) температура кипения.
Однако, эта температура не в полной мере характеризует псевдокомпонент, поскольку она не учитывает особенности состава нефтей различного типа (различных месторождений). Для более точной оценки ФХС псевдокомпонентов необходима информация об углеводородном составе фракций.
Эта информация в косвенной форме в кривых ОИ и ИТК содержится. Более того, по закону сохранения масс усредненные (среднеинтегральные) значения псевдохарактеристических констант и вероятного углеводородного состава для фракций, выделенных по сравниваемым кривым при одинаковых расходных пределах выкипания, должны совпадать (за исключением их температурных пределов выкипания) .
Поэтому для оценки углеводородного состава моторных топлив вполне допустимо использование кривой ОИ – как более простой и удобной при экспериментальном определении. Однако при расчете процессов разделения (прежде всего ректификации) необходимо использовать только кривую ИТК.
Для расчетов в качестве псевдохарактеристических констант всех компонентов (псевдокомпонентов) МКС используются стандартные свойства (температуры кипения, температуры фазовых переходов, давления насыщенных паров, плотности газовой и жидкой фаз при стандартных условиях, показатели преломления, вязкости, энтальпий и др.), а также критические свойства. Эти константы характеризуют химическую индивидуальность компонента, т.е. представляют «химический паспорт» вещества. Характеристические свойства являются функциями специфических химических параметров вещества: молярной массы и структуры молекулы вещества :
Из (1.1) следует, что все стандартные свойства оказываются взаимосвязанными и могут быть выражены друг через друга. Так молярная масса какого либо углеводорода (псевдокомпонента) может быть выражена в виде функции от его стандартных свойств: температуры кипения, плотности, показателя преломления и прочих свойств, а также от комбинации этих свойств. В качестве примера можно привести формулы Б. П. Войнова , Крега и Мамедова для расчета молекулярной массы углеводородов:
Поэтому количество вариантов расчета ТФС псевдокомпонентов оказывается достаточно большим, что в определенной мере затрудняет их практическое использование.
Для расчета ФХС широких нефтяных фракций, состоящих из нескольких псевдокомпонентов, используется правило аддитивности, т.е. вклад каждой узкой фракции в свойства более широкой фракции определяется относительной концентрацией узкой фракции в более широкой.
Кстати, прочтите эту статью тоже: Перевод кинематической вязкости в динамическую
В УМП процедуры расчета ФХС для непрерывных смесей автоматизированы: пользователь в соответствии с принятой температурной разбивкой кривой ИТК на псевдокомпоненты задает пределы выкипания отдельных псевдокомпонентов (отдельных узких фракций), после чего заполняет спецификацию для каждого выбранного псевдокомпонента, задавая его характеристические свойства, известные пользователю.
В качестве минимально необходимой информации, как уже указывалось, должна быть задана средняя температура кипения псевдокомпонента, а в качестве дополнительной задаются свойства (плотность, показатель преломления и т.д.), известные пользователю. Чем более полно определена эта информация, тем точнее будет охарактеризован каждый псевдокомпонент, а значит, и точнее будут результаты последующего моделирования. Для примера на рис. 1.7 приведены кривые распределения характеристических свойств (t ср , p, n ) для прямогонного гидроочищенного бензина .
Рис. 1.7. Кривые распределения температуры кипения (t
ср
), плотности (p
) и показателя преломления (n
) фракции прямогонного гидроочищенного бензина
В соответствии с принятым условием достаточно плавного изменения характеристических свойств при изменении температуры кипения отдельных компонентов (число индивидуальных компонентов очень велико) зависимости всех свойств от доли отгона вещества (или от температуры отгона) должны быть также непрерывными.
На основе данной информации могут быть рассчитаны все основные свойства (T кр , P кр , Z кр , энтальпийные характеристики) как отдельных псевдокомпонентов, так и среднеинтегральные значения этих свойств для фракции в целом, а также определены вероятные брутто-формулы гипотетических псевдокомпонентов .По сути такой же подход используется и при взаимном пересчете кривых ОИ и ИТК.
При этом наличие даже неполной информации (только отдельных свойств для отдельных фракций даже в ограниченном диапазоне изменения доли отгона) позволяет заметно повысить адекватность обобщающей информации. Так, для примера, приведенного на рис. 1.4, учет только одного свойства по фракции в целом (плотность мазута) заметно уточняет вид конечной характеристики (кривая ИТК).
ВАМ БУДЕТ ИНТЕРЕСНО:
Нефтеперерабатывающие заводы России
На НПЗ «Газпром нефти» в Москве установлена колонна вакуумной перегонки нефти установки «Евро+»
Способы добычи нефти
Себестоимость добычи нефти
