Переробка нафти здійснюється фізичними і хімічними способами: фізичний - пряма перегонка; хімічний - термічний крекінг; каталітичний крекінг; гідрокрекінг; каталітичний риформінг; піроліз. Розберемо ці способи переробки нафти в окремо.
Переробка нафти прямою перегонкою
У нафтах містяться вуглеводні з різним числом атомів в молекулі (від 2 до 17). Така різноманітність вуглеводнів призводить до того, що нафта не має будь-якої постійної температури кипіння і при нагріванні википає в широких температурних межах. З більшості нафт при слабкому нагріванні до 30 ... 40 ° С починають випаровуватися і википати найлегші вуглеводні. При подальшому нагріванні до більш високих температур з нафти википають все більш важкі вуглеводні. Ці пари можна відвести і охолодити (скондесувати) і виділити частину нафти (фракцію нафти), википає в певних температурних межах. І в цьому допоможе переробка нафти!
Чи знаєте Ви, що нафта використовується людством вже понад 6000 років?
Процес розділення вуглеводнів нафти по температурах їх кипіння називається прямою перегонкою. На сучасних заводах процес прямої перегонки нафти здійснюють на установках безперервної дії. Нафта під тиском подають насосами в трубчасту піч, де її нагрівають до 330 ... 350 ° С. Гаряча нафту разом з парами потрапляє в середню частину колони ректифікації, де вона внаслідок зниження тиску додатково випаровується і випарувалися вуглеводні відокремлюються від рідкої частини нафти - мазуту. Пари вуглеводнів спрямовуються вгору по колоні, а рідкий залишок стікає вниз. У ректифікаційної колоні по шляху руху парів встановлюють тарілки, на яких конденсується частина парів вуглеводнів. Більш важкі вуглеводні конденсуються на перших тарілках, легкі встигають піднятися вгору по колоні, а самі в суміші з газами проходять всю колону, що не конденсуючись, і відводяться зверху колони у вигляді пари. Так вуглеводні поділяються на фракції залежно від температури їх кипіння.
З верху колони і з верхніх тарілок відводять легкі бензинові фракції (дистиляти) нафти. Такі фракції з межами кипіння від 30 до 180 ... 205 ° С після очищення є складовою частиною багатьох товарних автомобільних бензинів. Нижче відбирають гасовий дистилят, який після очищення використовують як паливо для реактивних авіаційних двигунів. Ще нижче відводять газойлевий дистилят, який після очищення йде в якості палива для дизельних двигунів.
Так добувають нафту
Мазут, що залишився після прямої перегонки нафти, в залежності від його складу використовують або безпосередньо у вигляді палива (топковий мазут) або в якості сировини на установки крекінгу, або піддають подальшому поділу на масляні фракції у вакуумній ректифікаційної колоні. В останньому випадку, мазут знову нагрівають в трубчастої печі до 420 ... 430 ° С і подають у колону ректифікації, що працює під розрідженням (залишковий тиск 50 ... 100 мм рт. Ст.). Температура кипіння вуглеводнів при зниженні тиску знижується, що дозволяє випарувати без розкладання важкі вуглеводні, що містяться в мазуті. При вакуумній перегонці мазуту в верхній частині колони відбирають соляровим дистилят, який служать сировиною для каталітичного крекінгу. Нижче відбирають масляні фракції:
Всі ці фракції після відповідної очистки йдуть на приготування товарних масел. З нижньої частини колони відбирають не випарувався, частина мазуту - напівгудрон або гудрон. З цих залишків шляхом глибокого очищення роблять високов'язкі, т.зв. залишкові масла.
Довгий час пряма перегонка нафти була єдиним способом переробки нафти, але з ростом потреби в бензині її ефективності (20 ... 25% виходу бензину) стало не вистачати. У 1875р. був запропонований процес розкладання важких вуглеводнів нафти при високих температурах. У промисловості цей процес був названий крекингом. що означає розщеплення, розколювання.
термічний крекінг
До складу автомобільних бензинів входять вуглеводні з 4 ... 12 атомами вуглецю, 12 ... 25 - диз. паливо, 25 ... 70 - масло. Відповідно до збільшення числа атомів збільшується молекулярна маса. Переробка нафти методом крекінгу розщеплює важкі молекули на більш легкі і перетворює їх в легко киплячі вуглеводні з утворенням бензинових, гасових і дизельних фракцій.
У 1900 році в Росії видобувалося більше половини від загальносвітових обсягів видобутку нафти.
Термічний крекінг поділяють на Парофазний і рідиннофазної:
- Парофазний крекінг - нафту нагрівають до 520 ... 550 ° С при тиску 2 ... 6 атм. Зараз він не застосовується через низьку продуктивність і великий вміст (40%) ненасичених вуглеводнів в кінцевому продукті, які легко окислюються і утворюють смоли;
- рідиннофазної крекінг - температура нагріву нафти 480 ... 500 ° С при тиску 20 ... 50 атм. Збільшується продуктивність, знижується кількість (25 ... 30%) ненасичених вуглеводнів. Бензинові фракції термічного крекінгу використовуються в якості компонента товарних автомобільних бензинів. Для палив термічного крекінгу характерна низька хімічна стабільність, яку поліпшують шляхом введення в палива спеціальних антиокисних добавок. Вихід бензину 70% - з нафти, 30% - з мазуту.
каталітичний крекінг
Переробка нафти каталітичним крекингом - більш досконалий технологічний процес. При каталітичному крекінгу має місце розщеплення важких молекул вуглеводнів нафти при температурі 430 ... 530 ° С при тиску близькому до атмосферного в присутності каталізаторів. Каталізатор спрямовує процес і сприяє ізомераціі граничних вуглеводнів і перетворенню з ненасичених в граничні. Бензин каталітичного крекінгу має високу детонаційну стійкість і хімічну стабільність. Вихід бензину до 78% з нафти і якість значно вище, ніж при термічному крекінгу. В якості каталізаторів застосовують алюмосилікати, що містять окису Si і Al, каталізатори, що містять окису міді, марганцю, З, Ni, і платиновий каталізатор.
гідрокрекінг
Переробка нафти Гідрокрекінгом - це різновид каталітичного крекінгу. Процес розкладання важкого сировини відбувається в присутності водню при температурі 420 ... 500 ° С і тиску 200 атм. Процес відбувається в спеціальному реакторі з додаванням каталізаторів (окису W, Mo, Pt). В результаті гідрокрекінгу отримують паливо для турбореактивних двигунів.
каталітичний риформінг
Переробка нафти каталітичним риформингом полягає в ароматизації бензинових фракцій в результаті каталітичного перетворення нафтенових і парафінових вуглеводнів в ароматичні. Крім ароматизації молекули парафінових вуглеводнів можуть піддаватися ізомераціі, найбільш важкі вуглеводні можуть розщеплюватися на дрібніші.
Нафта має найбільший вплив на ціну палива
Переробка нафти пиролизом - це термічний розклад вуглеводнів нафти в спеціальних апаратах або газогенераторах при температурі 650 ° С. Застосовується для отримання ароматичних вуглеводнів і газу. В якості сировини можна застосовувати як нафта так і мазут, але найбільший вихід ароматичних вуглеводнів спостерігається при піролізі легких фракцій нафти. Вихід: 50% газу, 45% смоли, 5% сажі. З смоли отримують ароматичні вуглеводні шляхом ректифікації.
Навігація по публікаціям