Этапы переработки нефти. Основные продукты переработки нефти и газа Основные способы перегонки нефти

Из продуктов переработки нефти и их дальнейшей химической переработки путём смешения (компаундирования) в необходимом соотношении изготавливаются многочисленные и разнообразные нефтепродукты, которые можно подразделить на следующие группы:

1) топлива (бензины, керосины, дизельные и котельные топлива);

2) смазочные масла;

3) парафины, церезины;

4) пластичные смазки;

5) битумы;

7) сырьё для нефтехимического и основного органического синтеза;

8) прочие нефтепродукты разного назначения.

Нефтяные топлива подразделяются на моторные или светлые нефтепродукты, применяемые для сжигания в двигателях, и котельные — для сжигания в топках паровых котлов и в промышленных печах. Первые из них, в свою очередь, делятся на карбюраторные, дизельные топлива и топлива для реактивных авиационных двигателей.

Карбюраторным топливом для двигателей внутреннего сгорания является бензин. Бензин в настоящее время — важнейший нефтепродукт, так как служит топливом для двигателей, устанавливаемых на автомашинах и винтомоторных самолётах.

Авиационный бензин является более лёгким, плотность его 0,73-0,76 г/см 3 , т. кип. 40-180°С; автомобильный — более тяжёлый, плотность его 0,74-0,77 г/см 3 , т. кип. 50-200°С. Важнейшей характеристикой бензина как топлива является его стойкость к детонации.

Детонационная стойкость карбюраторного топлива характеризуется октановым числом и определяется на специальных установках путём сравнения образцов испытываемого топлива с набором эталонного топлива. В качестве эталонного топлива применяют смеси, составленные из изооктана, обладающего высокими антидетонационными свойствами, и нормального гептана, сильно детонирующего вещества. Детонационная стойкость изооктана принимается за 100, а н-гептана — за ноль. Октановое число топлива численно равно процентному содержанию изооктана в эталонной смеси, детонирующей одинаково с испытуемым образцом топлива. Наибольшей детонационной стойкостью обладают сильно разветвлённые алканы, а также арены, а наиболее низкой — нормальные алканы и циклоалканы с неразветвлёнными боковыми цепями. Алкены нормального строения имеют более высокие октановые числа, чем нормальные алканы с тем же числом атомов углерода. Октановое число бензина зависит, следовательно, от относительного содержания в нём углеводородов указанных классов и их строения. Бензин прямой перегонки из нафтеновых нефтей имеет октановые числа 65-78, а из парафинистых нефтей — 40-60.

Стойкость бензина к детонации сильно повышается (на 10-20 октановых единиц) при растворении в нём небольших количеств антидетонатора. В качестве антидетонатора применяется тетраэтилсвинец (ТЭС) – Pb(C 2 H 5) 4 , весьма ядовитое вещество. ТЭС вводится обычно в виде смеси (этиловой жидкости) с бромистым этилом и a-хлорнафталином, которые способствуют удалению из двигателя образующихся окислов свинца, переводя их в летучие галогениды. В настоящее время тетраэтилсвинец находит всё меньшее применение, так как оказывает вредное воздействие на окружающую среду. Для повышения октановых чисел сейчас используют более экологически безопасные добавки: метилтретбутиловый эфир, молибденовые композиции, алкилаты и т.д.

В качестве топлива для воздушно-реактивных двигателей применяют полученный перегонкой нефти дистиллят с т. кип. 150-250 0 С (реактивное топливо ТС-1) или 150-280 0 С (топливо Т-1).

В связи с всё возрастающим распространением дизельных двигателей в различных видах транспорта с каждым годом всё большее значение приобретает дизельное топливо . Для быстроходных (тракторных, тепловозных и автомобильных) дизелей применяется продукт перегонки парафинистой нефти — газойль или смесь его или солярового масла с керосином (т. кип. 200-350 0 С).

Способность дизельного топлива давать воспламенение в цилиндре двигателя характеризуется цетановым числом. Цетановое число есть показатель воспламеняемости дизельного топлива, численно равный (в %) содержанию цетана (н-гексадекана) в такой его смеси с a-метилнафталином, которая по воспламеняемости в двигателе эквивалентна испытуемому топливу. Цетановое число цетана принято равным 100, а a-метилнафталина — нолю. Цетановое число зависит от химического состава топлива: наибольшее цетановое число у алканов, меньшее у циклоалканов, самое низкое — у аренов. Чем выше цетановое число, тем лучше качество дизельного топлива.

Котельные топлива готовят смешиванием остаточных продуктов прямой перегонки (мазута, полугудрона и гудрона) с остаточными продуктами термических и некоторых каталитических процессов.

К газообразным нефтяным топливам относятся попутные газы и газы, получаемые при переработке нефти и нефтепродуктов.

Вторая группа нефтепродуктов — смазочные (минеральные) масла; назначение их — образовывать слой смазки между соприкасающимися частями машин, станков и двигателей.

Таким путём трение между частями механизмов заменяется внутренним трением в смазке. Поэтому важнейшей характеристикой смазочных масел наряду с температурой вспышки и застывания является их вязкость.

Смазочные масла разделяют по областям их применения: индустриальные — веретённое, машинное и др.; для двигателей внутреннего сгорания — автотракторные (автолы), авиационные масла и др.; трансмиссионные; турбинные; компрессорные; для паровых машин; масла специального назначения. Смазочные масла изготавливают смешением очищенных остаточных и дистиллятных масел.

Для современных механизмов и двигателей применяют смазочные масла только с присадками — веществами, улучшающими их эксплуатационные качества.

Из смазочных масел, полученных из парафинистых нефтей, во избежание их застывания при низких температурах вследствие выделения твёрдых высших алканов (парафина) производится их удаление — депарафинизация. Масло растворяют чаще всего в смеси метилэтилкетона, бензола и толуола, охлаждают до -20 или -40 0 С и отфильтровывают твёрдый парафин, после чего отгоняют из масла смесь растворителей. Для депарафинизации дизельного топлива используют также способность мочевины образовывать труднорастворимые комплексные соединения с высшими н-алканами, которые отделяют и разлагают нагреванием до 60-75 0 С на мочевину и жидкий парафин .

После очистки твёрдый парафин применяется как изолятор в электротехнике, для пропитывания спичек и кож, для изготовления свечей. Окислением кислорода воздуха превращают его в синтетические жирные кислоты, используемые в мыловарении. Сплавлением со смазочным маслом получают вазелин, применяемый в медицине и парфюмерии.

Жидкий парафин после растворения в бензине очищают обработкой противоточно движущимся твёрдым адсорбентом от примеси ароматических углеводородов и затем отгоняют растворитель. Его используют для получения высших жирных спиртов.

Некоторые виды микроорганизмов способны усваивать парафин в присутствии раствора солей, содержащих азот, фосфор и калий и синтезировать на их основе белок. Центрифугированием отделяют массу микроорганизмов и применяют её в качестве добавки к корму животных — белково-витаминного концентрата; он богат различными витаминами, а белок содержит много незаменимых аминокислот.

Диспергированием в смазочных маслах загустителей (Ca, Na или Al- мыл) получают мазеобразные продукты — консистентные смазки (солидол, консталин и др.), применяемые для смазки частей механизмов, работающих при повышенных температурах и давлении, и для предохранения металлических предметов от коррозии.

Нефтяные битумы получают окислением гудронов смолистых нефтей, а также смешением с асфальтами. Битумы представляют собой твёрдые или жидкие водонерастворимые материалы.

Коксованием остаточных продуктов нефтепереработки в специальных кубах или печах получают нефтяной кокс . Кокс представляет собой пористую твёрдую массу от серого до чёрного цвета. Он употребляется как твёрдое топливо, а также при изготовлении электродов для электрических печей, различных изделий для электропромышленности и для производства искусственных графитов.

Кроме того, из продуктов переработки нефти получают:

1) осветительный керосин;

2) растворители. В качестве растворителей используют бензин (фр.

45-170 0 С), петролейный эфир (фр. 40-70 0 С и 70-100 0 С), уайт-спирит (фр. 165-200 0 С). Обычно растворители получают из нефтяных попутных газов на газофракционирующих установках, установках первичной перегонки нефти и при каталитическом риформинге;

3) смазочно-охлаждающие жидкости;

4) нефтяные кислоты и их соли;

5) деэмульгаторы нефтяных эмульсий.

Продукты переработки нефти. Из нефти получают следующие продукты: 1) топлива-жидкие и газообразные, 2) осветительные керосины, 3) растворители, 4) смазочные масла, 5) консистентные смазки, 6) твердые и полутвердые смеси углеводородов — парафин, церезин, вазелин и т. д., 7) нефтяные битумы и пеки, 8) нефтяные кислоты и их производные — мылонафты, сульфокислоты, жирные кислоты и пр., 9) индивидуальные углеводороды — этилен, пропилен, метан, бензол, толуол, ксилол и другие, являющиеся сырьем для химической промышленности.

По масштабам производства главенствующее положение принадлежит жидким и газообразным топливам, смазочным маслам и, в последнее время, индивидуальным углеводородам.

Нефтяные жидкие топлива в зависимости от путей их использования делятся на: 1) моторные бензины, 2) тракторное топливо, 3) дизельное топливо, 4) котельное топливо, 5) топливо для реактивных и турбореактивных двигателей.

Моторные бензины применяются как топливо для поршневых карбюраторных двигателей с зажиганием от искры, которыми оборудованы самолеты, автомобили, мотоциклеты и т.

Бензины должны обладать следующими свойствами: иметь определенный фракционный состав, давление насыщенных паров, детонационные свойства и химическую стабильность, не должны коррозировать аппаратуру.

Нефтеперерабатывающая промышленность вырабатывает более 500 наименований газообразных, жидких и твердых нефтепродуктов. Их принято классифицировать по назначению. Основными и наиболее известными группами нефтепродуктов являются:

Моторные топлива в зависимости от принципа работы двигателя подразделяют на: карбюраторные (авиационные и автомобильные бензины), реактивные и дизельные. Энергетические топлива: газотурбинные и котельные. Нефтяные масла: смазочные и несмазочные (несмазочные масла предназначены не для смазки, а для применения в качестве рабочих жидкостей в тормозных системах, трансформаторах, конденсаторах и т.п.). Кроме того, существуют следующие группы нефтепродуктов: углеродные и вяжущие материалы: нефтяные коксы (применяются для изготовления электродов и коррозионноустойчивой аппаратуры), битумы (дорожное строительство — в виде асфальта-, а также производство электро- и гидроизоляционных материалов) и нефтяные пеки (изготовление электродов).

Нефтехимическое сырье: ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы, нафталин и др., применяются для получения красителей и фармацевтических препаратов, в качестве растворителей), сырье для пиролиза — разложения химических соединений при нагревании -, парафины и церезины (жидкие парафины служат сырьем для получения белково-витаминных концентратов, синтетических жирных кислот и поверхностно-активных веществ).

Нефтепродукты специального назначения подразделяются на: термогазойль (сырье для производства технического углерода), консистентные смазки, осветительный керосин, присадки к топливам и маслам, деэмульгаторы, элементную серу, водород и др.

Определение химической стабильности нефтепродуктов.

Химическая стабильность — склонность бензинов к смолообразованию, изменению химического состава при его хранении и при работе двигателей внутреннего сгорания. Химическая стабильность определяется составом топлива и снижается в присутствии олефинов и диолефинов.

6) В чем заключается подготовка нефти в переработке.

От чего очищают нефтепродукты и с какой целью.

Глубина переработки нефти

Глубина переработки нефти (ГПН) — показатель, характеризующий эффективность использования сырья.

В России ГНП определяют как суммарный выход в процентах на нефть всех нефтепродуктов, кроме непревращенного остатка.

3а рубежом глубину переработки нефти определяют как суммарный выход светлых нефтепродуктов на нефть, то есть как глубину топливной переработки нефти.

По величине ГПН можно косвенно судить о насыщенности НПЗ вторичными процессами и структуре выпуска нефтепродуктов. НПЗ с высокой долей вторичных процессов располагает возможностью для производства большего количества нефтепродуктов на тонну сырья, и, следовательно, для более углубленной переработки нефти

Какой аппарат предназначен для разделения нефти на фракции.

Процесс переработки нефти

Переработка нефти происходит в три главных этапа:

на первом этапе нефтяное сырье разделяют на фракции, которые отличаются интервалами температур кипения (первичная переработка)
далее осуществляется переработка полученных фракций при помощи химических превращений находящихся в них углеводородов с образованием компонентов товарных нефтепродуктов (вторичная переработка)
на последнем этапе происходит смешивание компонентов с добавлением, если это необходимо, разных присадок, с образованием товарных нефтепродуктов с заданными показателями качества (товарное производство).

На нефтеперерабатывающих заводах производят моторные и котельные топлива, сжиженные газы, разные типы сырья для нефтехимических комбинатов, а также смазочные, гидравлические и прочие масла, битумы, нефтяные коксы, парафины. Исходя из того, какая применяется технология переработки нефти, на НПЗ производят от 5 до 40 позиций товарных нефтепродуктов. Нефтепереработка является непрерывным процессом, период деятельности производств между капитальными ремонтами в нынешних условиях достигает около 3-х лет.

Первичная переработка нефти

Первичные процессы переработки не предполагают химических изменений нефти и представляют собой ее физическое разделение на фракции. На территории России главные объёмы перерабатываемой сырой нефти привозятся на НПЗ от добывающих компаний по магистральным нефтепроводам. Незначительные объемы нефти привозятся по железной дороге. В странах-импортёрах нефти, которые обладают выходом к морю, поставка на припортовые НПЗ производится по воде.
В сырой нефти содержатся соли, которые вызывают быструю коррозию технологической аппаратуры. Чтобы удалить соли нефть смешивают с водой, в которой эти соли растворяются. Далее нефть подается на ЭЛОУ — электрообессоливащий аппарат. Процедура обессоливания ведется в электродегидраторах. В условиях тока высокого напряжения (свыше 25 кВ), смесь воды и нефти (эмульсия) разрушается, вследствие чего вода скапливается внизу аппарата и выводится. Все это происходит при температуре от 100 до 120°С. Нефть, из которой удалены соли, с ЭЛОУ подается на аппарат атмосферно-вакуумной перегонки, который на российских НПЗ называют АВТ — атмосферно-вакуумная трубчатка. Процесс АВТ разделен на два блока — атмосферную и вакуумную перегонку.
Задача атмосферной перегонки заключается в отборе светлых нефтяных фракций — бензиновой, керосиновой и дизельной, которые выкипают до 360°С. Объем их потенциального выхода достигает 45-60% на нефть. Остатком атмосферной перегонки является мазут. Нагретая в печи нефть разделяется на отдельные фракции в ректификационной колонне, внутри которой находятся контактные приспособления (тарелки). Сквозь эти тарелки пары поднимаются вверх, а жидкость стекает вниз. Вследствие такого процесса вверху колонны отводится бензиновая фракция в виде паров, а пары керосиновой и дизельных фракций превращаются в конденсат в других частях колонны и выводятся, а мазут не меняет своего состояния и в жидком виде откачивается с низа колонны.
Задачей вакуумной перегонки является отбор от мазута масляных дистиллятов на НПЗ топливно-масляного профиля, а также широкой масляной фракции (вакуумного газойля) на НПЗ топливного профиля. По окончанию вакуумной перегонки остается гудрон. Масляные фракции нужно отбирать под вакуумом потому, что при температуре около 400°С углеводороды подвергаются термическому разложению (крекингу), а окончание кипения вакуумного газойля составляет 520°С.

По этой причине перегонка проводится в условиях остаточного давления 40-60 мм рт. ст., вследствие чего снижается максимальная температура в аппарате до 360-380°С.
В получаемой на атмосферном блоке бензиновой фракции содержатся газы (главным образом пропан и бутан) в объёме, который превышает требования по качеству, и не может быть использован ни в качестве компонента автомобильного бензина, ни в качестве товарного прямогонного бензина. Помимо этого, нефтепереработка, направленная на увеличение октанового числа бензина и изготовления ароматических углеводородов предполагает использование в качестве сырья узкие бензиновые фракции. Следовательно, необходимо включать в процесс переработки нефти отгон от бензиновой фракции сжиженных газов. Продукты первичной переработки нефти необходимо охладить в теплообменниках, где они отдают тепло подводимому на переработку холодному сырью, в результате чего экономится технологическое топливо. Высокотехнологичные аппараты первичной переработки чаще всего являются комбинированными и могут осуществлять вышеперечисленные процессы в разной конфигурации. Мощность подобных аппаратов достигает от 3 до 6 млн. тонн по сырой нефти ежегодно.

Вторичная переработка нефти

Вторичные способы переработки нефти включают такие процедуры, которые направлены на увеличение количества производимых моторных топлив. В ходе таких процессов осуществляется химическая модификация молекул углеводородов, находящихся в составе нефти, чаще всего, с их преобразованием в более удобные для окисления формы.
Все вторичные процессы делятся на три категории:

углубляющие: разные виды крекинга, висбрекинг, замедленное коксование, создание битумов и прочие
облагораживающие: риформинг, гидроочистка, изомеризация
прочие, к примеру, производство масел, МТБЭ, алкилирование, производство ароматических углеводородов.

Крекинг

Существуют такие виды крекинга:

термический
каталитический
гидрокрекинг.

Автомобильные бензины имеют в своем составе углеводороды с 4-12 атомами углерода, в дизельном топливе содержатся углеводороды с 12-25 атомами, а в масле — с 25-70 атомами. При увеличении числа атомов растет и масса молекул. Посредством крекинга происходит расщепление тяжелых молекул на более легкие и их превращение в легко кипящие углеводороды. При этом образуются бензиновые, керосиновые и дизельные фракции.
В термическом крекинге выделяют:

парофазный крекинг, при котором нефть нагревают до 520-550°С и давлении 2-6 атм. На сегодняшний день этот метод является устаревшим и не используется, потому что характеризуется низкой производительности и большим содержанием (до 40%) непредельных углеводородов в конечном продукте
жидкофазный крекинг осуществляется при температура 480-500°С и давлении 20-50 атм. Возрастает уровень производительности, уменьшается объем (25-30%) непредельных углеводородов. Бензиновые фракции, полученные термическим крекингом, применяют как компонент товарных автомобильных бензинов. Топлива после такого процесса имеют низкую химическую стабильность, которую можно улучшить при помощи введения в топливо особых антиокислительных добавок.

Каталитический крекинг является более совершенным технологическим процессом. Во время этого процесса происходит расщепление тяжелых молекул углеводородов нефти в условиях температуры 430-530°С и давления, которое близко к атмосферному в присутствии катализаторов. Задача катализатора — направить процесс и способствовать изомерации предельных углеводородов, а также реакции превращения из непредельных в предельные. Бензин, полученный таким образом, отличается высокой детонационной стойкостью и химической стабильностью.
Кроме этого используется подвид каталитического крекинга — гидрокрекинг. В ходе данного процесса тяжелое сырье разлагается при помощи водорода при температуре 420-500°С и давлении 200 атм. Реакция возможна только в особом реакторе в присутствии катализаторов (окиси W, Mo, Pt). Результатом гидрокрекинга является топливо для турбореактивных силовых агрегатов.
В процессе каталитического риформинга происходит ароматизация бензиновых фракций вследствие каталитического преобразования нафтеновых и парафиновых углеводородов в ароматические. Помимо ароматизации молекулы парафиновых углеводородов подвергаются изомерации, самые тяжелые углеводороды расщепляются на более мелкие.

Продукты переработки нефти

Всем известно, что нефть — это ценнейшее сырье является для производства топлива для различных средств передвижения, к примеру, бензин и дизельное топливо для автомобилей, авиационный керосин для реактивных двигателей самолетов. Топливо — это главный продукт переработки нефти. Однако одним топливом переработка нефти не заканчивается. Сегодня из нефти производят огромное количество других полезных компонентов, применяемых в совершенно неожиданных вещах. Подобные продукты переработки нефти мы используем в нашей повседневной жизни, но не подозреваем об их происхождении.
Самым востребованным на сегодняшний день можно назвать полиэтилен или пластик. Миллионами тонн полиэтиленовый пластик расходуется для создания пластиковых мешков, пищевых контейнеров и прочих товаров массового использования.
Наверно все люди когда-либо использовали вазелин. Его изобрел английский химик Роберт Чезбро, который был крайне любопытен и наблюдателен, вследствие чего сумел разглядеть полезные качества этого вещества в остатках переработки нефти еще в конце 19 века. Сегодня вазелин применяется в медицине, в косметологии и даже как пищевая добавка.
Косметикой и в частности губной помадой женщины пользуются не одно тысячелетие. Раньше губная помада содержала различные вредные компоненты. Однако сегодня она обладает рядом полезных качеств, а в ее состав входят углеводороды: жидкий и твердый парафин, церезин.
Еще одним популярнейшим продуктом, в составе которого присутствуют углеводороды, является жевательная резинка.

В ее основе лежат не только природные компоненты, но и полиэтиленовые и парафиновые смолы. Вследствие того, что жвачка состоит из полученных нефтепереработкой полимеров, она разлагается крайне долго. По этой причине не нужно бросать жвачку на улице, так как она будет лежать в земле много много лет.
Пожалуй, самый уникальный материал, получаемый из нефти - это нейлон. Современную жизнь сложно представить без нейлоновых колготок. Нейлон — очень крепкий и легкий материал. Одними колготками его использование не заканчивается. Из него изготавливают средства для мытья посуды и парашюты. Изобрели этот полимер в 1935 году специалисты компании DuPont.

нефть, переработка нефти, нефтепереработка

Продукты из нефти

Удивительно, но когда начинаешь разбираться в том, что сегодня делают из нефти, оказывается, что чуть ли не все товары, которыми мы пользуемся в повседневной жизни, имеют в своем составе продукты переработки нефти. Таких продуктов насчитывается порядка 6000, а может даже и больше. В этой статье перечислены только некоторые из них.

Все мы знаем, что нефть является сырьем для получения топлива для наших средств передвижения (бензина и дизельного топлива для автомобилей, авиационного керосина для реактивных двигателей самолетов). Топливо является одним из основных продуктов, которые получают из нефти. Но помимо топлива из нефти получают массу других полезных компонентов, которые используются в совершенно неожиданных вещах. Этими продуктами переработки нефти мы пользуемся в нашей повседневной жизни, даже не задумываясь об их происхождении.

Одним из наиболее распространенных продуктов переработки нефти являются полиэтилен или пластик . Пластик играет чрезвычайно важную роль в современном мире. Миллионы тонн полиэтиленового пластика расходуются для изготовления пластиковых мешков, пищевых контейнеров и других потребительских товаров. Использование пластика удобно тем, что он может принимать любую необходимую форму. Кроме того, свойства изделий из пластика также можно изменять в соответствии с заданными условиями.

Вазелин – также хорошо известный и широко распространенный продукт. Вазелин изобретен английским химиком Робертом Чезбро, который благодаря своему любопытству и наблюдательности смог разглядеть полезные свойства этого продукта в остатках переработки нефти еще в конце 19 века. Вазелин сегодня используется в медицинских целях, в косметике и даже как пищевая добавка.

Губная помада . Косметику в целом и губную помаду в частности женщины используют на протяжении тысячелетий. Раньше в составе губной помады часто присутствовали вредные компоненты. Сегодня губная помада благодаря развитию химии имеет не только эстетический эффект, но также увлажняющий, питательный, противовоспалительный эффекты. Одним из компонентов губной помады являются углеводороды: жидкий и твердый парафин, церезин и другие.

Аспирин . Аспирин уже давно зарекомендовал себя в качестве одного из самых надежных и безопасных препаратов. Ежегодно употребляется несколько миллиардов таблеток аспирина для того, чтобы избавиться от головной боли, от жара. Препарат также принимается в качестве профилактического метода борьбы с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Ацетилсалициловая кислота в сочетании с химическим салицином и дают эффект избавления от боли. Однако, производство аспирина начинается с бензола и углеводорода, которые являются производными нефтепродуктов.

Еще одним распространенным продуктом, имеющем в своем составе углеводороды, является жевательная резинка . Основа жевательной резинки изготавливается как из природных компонентов, так и из полиэтиленовых и парафиновых смол. Из-за того, что в жвачке используются полученные из нефти полимеры, ее разложение происходит очень длительное время. Поэтому не стоит выбрасывать жвачку на улице, иначе она, как и полиэтиленовые пакеты, пролежит в земле долгие и долгие годы.

Немнущаяся одежда , которая обретает свои свойства благодаря добавлению в ткань волокон полиэстера.

Полиэстер является полимером, получаемым в результате переработки нефти. Он производится в виде волокон, пленки или пластмассы. Благодаря добавлению полиэстера ткани обретают полезные в применении свойства. Они не мнутся, легко стираются, не растягиваются и не садятся после стирки.

Панели солнечных батарей . Альтернативные источники энергии, такие как солнечные батареи, призваны заменить собой невозобновляемые источники энергии. Но по иронии судьбы для их изготовления также необходимы продукты переработки нефти. Дело в том, что фотоэлементы, преобразующие солнечную энергию в электрическую, наносятся на панели, изготовляемые из нефтяных смол.

Еще один уникальный материал, который мы получаем из нефти – это нейлон . Миллионы современных женщин носят нейлоновые колготки для комфорта и для того, чтобы соответствовать модным тенденциям. Нейлон — крепкое, легкое синтетическое волокно – имеет широкое применение. Сегодня нейлон используется при изготовлении огромного количества вещей, начиная от средств для мытья посуды и заканчивая парашютами. Также нейлон находит применение в промышленности для изготовления втулок, подшипников и т.п. Изобретен этот полимер в 1935 году в лаборатории компании DuPont.

В детстве многие из нас пользовались цветными парафиновыми карандашами .

И это тоже продукт переработки нефти. Такие карандаши изготавливаются из парафиновых смол. Из них же, кстати, делают и свечи.

Сырая нефть является термином, который употребляют для обозначения необработанной нефти - сырья, которое выходит из-под земли как есть. Таким образом, сырая нефть является ископаемым топливом, а это означает, что она произведена естественным природным путём из разлагающихся растений и животных, обитающих в древних морях миллионы лет назад - большинство мест, где чаще всего находят нефть, когда-то были дном морей. Сырая нефть в зависимости от месторождения бывает разной и изменяется в цвете и консистенции: от ярко-чёрной (мокрый асфальт) и очень вязкой, до немного прозрачной и почти твёрдой.

Главная ценность и польза нефти заключается в том, что она является отправной точкой для очень многих различных веществ, так как она содержит углеводороды. Углеводороды - это молекулы, которые, очевидно, содержат водород и углерод, и отличаются друг от друга лишь тем, что могут быть различной длины и структуры - от прямых цепочек до разветвлённых цепей с кольцами.

Существуют две вещи, которые делают углеводороды интересными для химиков:

Углеводороды содержат много потенциальной энергии. Многое из того, что получено из сырой нефти, как то: бензин, дизельное топливо , парафин и т.д. - ценно именно этой потенциальной энергией.
Углеводороды могут принимать множество различных форм. Наименьшим углеводородом (по чилу атомов) является метан (СН 4), который представляет собой газ, который легче воздуха. Более длинные цепочки с 5 или более атомами углерода являются в подавляющем большинстве случаев жидкостями. А уж очень длинные цепочки - твердые, например, воск или смола. По химической структуре "сшивания" углеводородных цепей Вы сможете получить все: от синтетического каучука до нейлона и пластика. Углеводородные цепочки на самом деле очень универсальны!

Основные классы углеводородов в сырой нефти включают в себя:

Парафины с общей формулой C n H 2n+2 (n представляет собой целое число, обычно от 1 до 20) с прямой структурой или разветвленной цепью могут представлять газы или жидкости, которые кипят уже при комнатной температуре в зависимости от примеров молекул: метан, этан, пропан, бутан, изобутан, пентан, гексан.
Ароматики с общей формулой: C 6 H 5 -Y (Y представляет собой большую прямую молекулу, которая соединяется с бензольным кольцом) - это кольчатые структуры с одним или более кольцами, которые содержат шесть атомов углерода, с чередованием двойных простых связей между атомами углерода. Яркие примеры ароматиков: бензол и нафталин.
Нафтены или циклоалканы с общей формулой C n H 2n (n является целым числом, как правило, от 1 до 20) - это кольчатые структуры с одним или несколькими кольцами, которые содержат только простые связи между атомами углерода. Это, как правило, жидкости: циклогексан, метилциклопентан и другие.
Алкены с общей формулой C n H 2n (n представляет собой целое число, обычно от 1 до 20) - это линейные или разветвлённые цепные молекулы, содержащие одну углерод-углеродную двойную связь, которые могут быть жидкостью или газом, например: этилен, бутен, изобутен.
Алкины с общей формулой: C n H 2n-2 (n представляет собой целое число, обычно от 1 до 20) - это линейные или разветвлённые цепные молекулы, содержащие две углерод-углеродные двойные связи, которые могут быть жидкостью или газом, например: ацетилен, бутадиены.

Теперь, зная структуру нефти, давайте посмотрим, что мы можем с ней сделать.

Как работает нефтепереработка?

Процесс переработки нефти начинается с дробной ректификационной колонны.

Типичный нефтеперерабатывающий завод

Главная проблема с сырой нефтью заключается в том, что она содержит сотни различных типов углеводородов, смешанные все вместе. И наша задача заключается в том, чтобы отделить различные виды углеводородов, чтобы получить что-нибудь полезное. К счастью, есть простой способ отделить эти вещи, и это то, что нефтепереработка и делает.

Различные длины углеводородной цепи имеют прогрессивно более высокие точки кипения, так что они могут быть разделены простой перегонкой с различными температурами. Проще говоря, нагревая нефть до какой-либо температуры, начинают закипать определённые цепочки углеводородов, и, таким образом, мы можем отделять "зёрна от плевел". Это то, что происходит на нефтеперерабатывающем заводе - в одной части процесса нефть нагревают, и различные цепи выкипают при соответствующих температурах кипения. Каждая отличающаяся длина цепи имеет своё уникальное свойство, что делает её полезной по-своему.

Чтобы понять разнообразие, содержащееся в сырой нефти, и понять, почему переработка сырой нефти настолько важна в нашей цивилизации, посмотрите на следующий список продуктов, которые получаются из сырой нефти:

Нефтяные газы - используются для отопления, приготовления пищи, изготовления пластмасс:

это небольшие алканы (от 1 до 4 атомов углерода)
широко известны по таким названиям как метан, этан, пропан, бутан
диапазон кипения - менее 40 градусов по Цельсию
часто сжижаемые под давлением газы

Нафта или лигроин - промежуточный продукт, который будет дополнительно обработан, чтобы впоследствии стать бензином:

содержит от 5 до 9 атомов алканов углерода
диапазон кипения - от 60 до 100 градусов по Цельсию

Бензин - моторное топливо:

всегда жидкий продукт
представляет собой смесь алканов и циклоалканов (от 5 до 12 атомов углерода)
диапазон кипения - от 40 до 205 градусов по Цельсию

Керосин - топливо для реактивных двигателей и тракторов; исходный материал для изготовления других продуктов:

жидкость
смесь алканов (от 10 до 18 атомов углерода) и ароматических углеводородов
диапазон кипения - от 175 до 325 градусов по Цельсию

Дизельный дистиллят - используется для дизельного топлива и мазута; исходный материал для изготовления других продуктов:

жидкость
алканы, содержащие 12 или более атомов углерода
диапазон кипения - от 250 до 350 градусов по Цельсию

Смазочные масла - используются для изготовления моторного масла, жира, других смазочных материалов:

жидкость
длинноцепочечные структуры (от 20 до 50 углеродных атомов) алканы, циклоалканы, ароматики
диапазон кипения - от 300 до 370 градусов по Цельсию

Мазут - используется для промышленного топлива; исходный материал для изготовления других продуктов:

жидкость
длинноцепочечные структуры (от 20 до 70 углеродных атомов) алканы, циклоалканы, ароматики
диапазон кипения - 370 до 600 градусов по Цельсию

Остатки продуктов переработки - кокс, асфальт, гудрон, парафины; исходный материал для изготовления других продуктов:

твердые частицы
множественные кольцевые соединения с 70 или более атомами углерода
диапазон кипения не менее 600 градусов по Цельсию.

Вы, возможно, заметили, что все эти продукты имеют различные размеры и диапазоны кипения. Химики воспользовались этими свойствами для нефтепереработки. Давайте теперь далее узнаем детали этого увлекательного процесса!

Подробный процесс переработки нефти

Как упоминалось ранее, баррель сырой нефти имеет смесь всевозможных углеводородов в себе. Нефтепереработка отделяет от всей этой "компании разнорасовых представителей" полезные вещества. При этом, происходят следующие группы производственные химические процессы, которые, в принципе, есть на каждой нефтеперерабатывающей фабрике:

Самый старый и самый распространённый способ отделить от нефти различные компоненты (их называют фракции) - это сделать это, используя различия в температуре кипения. Этот процесс называется фракционной перегонкой .
Новые методы использования химической обработки в некоторых из фракций используют метод преобразования. Химическая обработка, например, может нарушить длинные цепочки на более короткие. Это позволяет нефтеперерабатывающему заводу превратить дизельное топливо в бензин в зависимости, например, от спроса.
Нефтеперерабатывающие заводы, кроме того, после процесса фракционной перегонки должны очищать фракции в целях удаления из них примесей.
Нефтеперерабатывающие заводы объединяют различные фракции (обработанные и необработанные) в смеси, чтобы сделать нужные продукты. Например, различные смеси из различных цепочек могут создать бензины с различным октановым числом.

Продукты переработки нефти отправляются на недолгое хранение в специальные резервуары, пока они не будут доставлены на различные рынки: АЗС, аэропорты и на химические предприятия. В дополнение к созданию продуктов на масляной основе, заводы должны также позаботиться об отходах, появление которых неизбежно, чтобы минимизировать загрязнение воздуха и воды.

Фракционная перегонка

Различные компоненты нефти имеют различные размеры, вес и температуры кипения; так, первый шаг заключается в разделении этих компонентов. Поскольку они имеют различные температуры кипения, они могут быть разделены легко с помощью процесса, называемого фракционной перегонкой.

Этапы фракционной перегонки следующие:

Вы нагреваете смесь двух или более веществ (жидкостей) с различными температурами кипения до высокой температуры. Нагревание обычно делается с помощью пара под высоким давлением до температуры около 600 градусов по Цельсию.
Смесь кипит, образуя пар (газы); большинство веществ проходят в паровой фазе.
Пар поступает в нижнюю часть длинной колонны, которая заполнена лотками или тарелками. Лотки имеют много отверстий или пузырчатые колпачки (аналогично продырявленной крышке на пластиковой бутылке) в них, чтобы позволить пару пройти сквозь них. Они увеличивают время контакта между паром и жидкостью в колонне и помогают сбору жидкостей, которые образуются на различных высотах в колонке. Существует разница температур в этой колонне (очень горячая внизу и холоднее к верхней части).
Таким образом, пар поднимается в колонне.
При повышении паров через тарелки в колонне, он охлаждается.
Когда парообразное вещество достигает высоты, где температура в колонке равна температуре кипения этого вещества, оно будет конденсироваться с образованием жидкости. При этом, вещества с самой низкой температурой кипения будет конденсироваться в самой высокой точке в колонне, а вещества с более высокими температурами кипения будут конденсироваться ниже в колонне.
Лотки собирают различные жидкие фракции.
Собранные жидкие фракции могут перейти к конденсаторам, которые охлаждают их дальше, а потом идут в резервуары для хранения, либо же они могут отправиться в другие районы для дальнейшей химической переработки

Фракционная перегонка полезна для разделения смеси веществ с узкими различиями в температурах кипения и является наиболее важным шагом в процессе переработки нефти. Процесс переработки нефти начинается с дробной ректификационной колонны. Очень немногие из компонентов выйдут из колонны фракционной перегонки, готовые к продаже на рынке нефтепродуктов. Многие из них должны быть химически обработаны, чтобы быть преобразованными в другие фракции. Например, только 40% дистиллированной сырой нефти станет бензином, однако, бензин является одним из основных продуктов, производимых нефтяными компаниями. Вместо того, чтобы постоянно дистиллировать в больших количествах сырую нефть, нефтяные компании химически обрабатывают другие фракции из ректификационной колонны, чтобы получить тот же бензин; и эта обработка увеличивает выход бензина из каждого барреля сырой нефти.

Химическое преобразование

Вы можете преобразовать одну фракцию в другую с помощью одного из трёх методов:

Разбить большие углеводороды на более мелкие (крекинг)
Объединить мелкие углеводороды, чтобы сделать из них более крупные (унификация)
Переставлять или замещать различные части углеводородов, чтобы получить нужные углеводороды (гидротермальное изменение)

Крекинг

Крекинг принимает большие углеводороды и ломает их на более мелкие. Есть несколько типов крекинга:

Тепловой - Вы нагреваете большие углеводороды при высоких температурах (иногда ещё и при высоких давлениях), пока они не распадутся.
Паровой - высокая температура пара (более 800 градусов по Цельсию) используется для разрыва этана, бутана и лигроина в этилен и бензол, которые используются для производства химических веществ.
Висбрекинг - остаточные вещества из дистилляционной колонны нагревают почти до 500 градусов по Цельсию, охлаждают и быстро сжигают в дистилляционной колонне. Этот процесс снижает вязкость веществ и число тяжёлых масел в них и производит смолы.
Коксование - остаточные вещества из дистилляционной колонны нагревают до температуры выше 450 градусов по Цельсию, в результате чего тяжёлый почти чистый углерод остаётся (кокс); кокс очищается от коксования и продаётся.
Катализация - используется катализатор для ускорения реакции крекинга. Катализаторы включают цеолит, гидросиликат алюминия, бокситы и алюмосиликат. Каталитический крекинг - это когда горячая жидкость катализатора (538 градусов по Цельсию) расщепляет тяжёлое вещество в дизельные масла и бензин.
Гидрокрекинг - подобен каталитическому крекингу, но использует другой катализатор с более низкими температурами, высоким давлением и водородом. Это позволяет расщепить тяжёлую нефть в бензин и керосин (авиатопливо).

Унификация

Иногда Вам нужно объединить мелкие углеводороды, чтобы получить из них более крупные - этот процесс называется унификацией. Основным процессом объединения является при этом каталитический риформинг и в этом случае используется катализатор (смесь из платины и платины-рения), чтобы объединить низкий вес нафты в ароматические соединения, которые используются в создании химических веществ и при смешивании бензина. Значительным побочным продуктом этой реакции является газообразный водород, который затем либо используется для гидрокрекинга, либо попросту продаётся.

Гидротермальное изменение

Иногда структуры молекул в одной фракции переставляются, чтобы произвести другую. Как правило, это делается с помощью процесса, называемого алкилированием . В алкилировании низкомолекулярные соединения, такие как пропилен и бутилен, смешивают в присутствии катализатора , такого как фтористо-водородная кислота или серная кислота (побочный продукт от удаления примесей из многих нефтепродуктов). Продуктами алкилирования являются высокооктановые углеводороды, которые используются в бензиновых смесях для повышения октанового числа.

Конечная обработка (очистка) нефтепродуктов

Дистиллированные и химически обработанные фракции нефти снова обрабатывают, чтобы удалить примеси - с основном, органические соединения, содержащие серу, азот, кислород, воду, растворённые металлы и неорганические соли. Конечную обработку, как правило, делают следующими путями:

Колонна серной кислоты удаляет ненасыщенные углеводороды (с двойными углерод-углеродными-облигациями), соединения азота, кислорода и остаточные твёрдые вещества (смолы, асфальт).
Абсорбционная колонна заполнена осушителем, чтобы удалить воду.
Сероводородные скрубберы удаляют серу и все соединения серы.

После того, как фракции будут обработаны, их охлаждают и затем смешивают вместе, чтобы сделать различные продукты, такие как:

Бензин различных марок, с добавками или без добавок.
Смазочные масла различных марок и типов (например, 10W-40, 5W-30).
Керосин различных марок.
Реактивное топливо.
Мазут.
Другие химические вещества различных марок для изготовления пластмасс и других полимеров.

С момента поступления на нефтеперерабатывающий завод нефть и получаемые из нее нефтепродукты проходят следующие основные этапы:

1. Подготовка нефти к переработке.

2. Первичная переработка нефти.

3. Вторичная переработка нефти.

4. Очистка нефтепродуктов.

Схема, отражающая взаимосвязь этих этапов, приведена на рис. 4.1.1.

Подготовка нефти к переработке заключается в ее дополнительном обезвоживании и обессоливании. Необходимость дополнительной подготовки обусловлена тем, что для обеспечения высоких показателей работы установок по переработке нефти в них необходимо

Рис. 4.1.1. Технологические потоки современного НПЗ (упрощенная схема): I - подготовка нефти
к переработке; II - первичная перегонка нефти; III - вторичная переработка нефти; IV - очистка
нефтепродуктов

Глава 4. Переработка нефти, газа и углеводородного сырья 173

Подавать сырье с содержанием солей не более 6 г/л и воды 0,2%. Поэтому нефть, поступающую на нефтеперерабатывающий завод (НПЗ), подвергают дополнительному обезвоживанию и обессоливанию.

Доведение содержания воды и солей до требуемых показателей осуществляется на электрообессоливающих установках (ЭЛОУ) следующим образом. Нефть несколькими потоками с помощью насосов прокачивается через подогреватели, где нагревается отработавшим паром. После этого в поток добавляется деэмульгатор, и нефть поступает в отстойники, где от нее отделяется вода. Для вымывания солей в нефть добавляют щелочную воду. Основное ее количество затем отделяют в электродегидраторе первой ступени. Окончательное обезвоживание нефти осуществляется в электродегидраторе второй ступени.

Переработка нефти начинается с ее перегонки (первичная переработка нефти). Нефть представляет собой сложную смесь большого количества взаимно растворимых углеводородов, имеющих различные температуры начала кипения. В ходе перегонки, повышая температуру, из нефти выделяют углеводороды, выкипающие в различных интервалах температур.

Для получения данных фракций применяют процесс, называемый ректификацией и осуществляемый в ректификационной колонне. Ректификационная колонна представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат высотой 20...30 м и диаметром 2...4 м. Внутренность колонны разделена на отдельные отсеки большим количеством горизонтальных дисков, в которых имеются отверстия для прохождения через них паров нефти. Жидкость перемещается по сливным патрубкам.

Перед закачкой в ректификационную колонну нефть нагревают в трубчатой печи до температуры 350...360 °С. При этом легкие углеводороды, бензиновая, керосиновая и дизельная фракции переходят в парообразное состояние, а жидкая фаза с температурой кипения выше 350 °С представляет собой мазут.

После ввода данной смеси в ректификационную колонну мазут стекает вниз, а углеводороды, находящиеся в парообразном состоянии, поднимаются вверх. Кроме того, вверх поднимаются пары углеводородов, испаряющиеся из мазута, нагреваемого в нижней части колонны до 350 "С.

Поднимаясь вверх, пары углеводородов за счет контакта с жидкостью (орошением), подаваемой сверху, постепенно охлаждаются. Поэтому их температура в верхней части колонны становится равной

174 Часть I. Основы нефтегазового дела

По мере остывания паров нефти конденсируются соответствующие углеводороды. Технологический процесс рассчитан таким образом, что в самой верхней части колонны конденсируется бензиновая фракция, ниже - керосиновая, еще ниже - фракция дизельного топлива. Несконденсировавшиеся пары направляются на газофракционирование, где из них получают сухой газ (метан, этан), пропан, бутан и бензиновую фракцию.

Перегонка нефти с целью получения указанных фракций (по топливному варианту) производится на атмосферных трубчатых установках (AT). Для более глубокой переработки нефти используются атмосферно-вакуумные трубчатые установки (АВТ), имеющие кроме атмосферного вакуумный блок, где из мазута выделяют масляные фракции (дистилляты), вакуумный газойль, оставляя в остатке гудрон.

Методы вторичной переработки нефти делятся на две группы - термические и каталитические.

К термическим методам относятся термический крекинг, коксование и пиролиз.

Термический крекинг - это процесс разложения высокомолекулярных углеводородов на более легкие при температуре 470...540 °С и давлении 4...6 МПа. Сырьем для термического крекинга является мазут и другие тяжелые нефтяные остатки. При высоких температуре и давлении длинноцепочные молекулы сырья расщепляются. Продукты реакции разделяются с получением топливных компонентов, газа и крекинг-остатка.

Коксование - это форма термического крекинга, осуществляемого при температуре 450...550 °С и давлении 0,1...0,6 МПа. При этом получаются газ, бензин, керосино-газойлевые фракции, а также кокс.

Пиролиз - это термический крекинг, проводимый при температуре 750...900 °С и давлении, близком к атмосферному, с целью получения сырья для нефтехимической промышленности. Сырьем для пиролиза являются легкие углеводороды, содержащиеся в газах, бензины первичной перегонки, керосины термического крекинга, керосино-газойлевая фракция. Продукты реакции разделяются с получением индивидуальных непредельных углеводородов (этилен, пропилен и др.). Из жидкого остатка, называемого смолой пиролиза, могут быть извлечены ароматические углеводороды.

К каталитическим методам относятся каталитический крекинг, риформинг.

Каталитический крекинг - это процесс разложения высокомолекулярных углеводородов при температурах 450...500 °С и давлении

Глава 4. Переработка нефти, газа и углеводородного сырья 175

0,2 МПа в присутствии катализаторов - веществ, ускоряющих реакцию крекинга и позволяющих осуществлять ее при более низких, чем при термическом крекинге, давлениях.

В качестве катализаторов используются, в основном, алюмосиликаты и цеолиты.

Сырьем для каталитического крекинга являются вакуумный газойль, а также продукты термического крекинга и коксования мазутов и гудронов. Получаемые продукты - газ, бензин, кокс, легкий и тяжелый газойли.

Риформинг - это каталитический процесс переработки низкооктановых бензиновых фракций, осуществляемый при температуре около 500 °С и давлении 2...4 МПа. В результате структурных преобразований октановое число углеводородов в составе катализата резко повышается. Данный катализат является основным высокооктановым компонентом товарного автомобильного бензина. Кроме того, из катализата могут быть выделены ароматические углеводороды (бензол, толуол, этилбензол, ксилолы).

Гидрогенизационными называются процессы переработки нефтяных фракций в присутствии водорода, вводимого в систему извне. Гидрогенизационные процессы протекают в присутствии катализаторов при температуре 260...430 °С и давлении 2...32 МПа.

Применение гидрогенизационных процессов позволяет углубить переработку нефти, обеспечив увеличение выхода светлых нефтепродуктов, а также удалить нежелательные примеси серы, кислорода, азота (гидроочистка).

Фракции (дистилляты), получаемые в ходе первичной и вторичной переработки нефти, содержат в своем составе различные примеси. Состав и концентрация примесей, содержащихся в дистиллятах, зависят от вида используемого сырья, применяемого процесса его переработки, технологического режима установки. Для удаления вредных примесей дистилляты подвергаются очистке.

Для очистки светлых нефтепродуктов применяются следующие процессы:

1) щелочная очистка (выщелачивание);

2) кислотно-щелочная очистка;

3) депарафинизация;

4) гидроочистка;

5) ингибирование.

Щелочная очистка заключается в обработке бензиновых, керосино-вых и дизельных фракций водными растворами каустической или кальцинированной соды. При этом из бензинов удаляют сероводород и час-

176 Часть I. Основы нефтегазового дела

Тично меркаптаны, из керосинов и дизельного топлива - нафтеновые кислоты.

Кислотно-щелочная очистка применяется с целью удаления из дистиллятов непредельных и ароматических углеводородов, а также смол. Заключается она в обработке продукта сначала серной кислотой, а затем - в ее нейтрализации водным раствором щелочи.

Депарафинизация используется для понижения температуры застывания дизельных топлив и заключается в обработке дистиллята раствором карбамида. В ходе реакции парафиновые углеводороды образуют с карбамидом соединение, которое сначала отделяется от продукта, а затем при нагревании разлагается на парафин и карбамид.

Гидроочистка применяется для удаления сернистых соединений из бензиновых, керосиновых и дизельных фракций. Для этого в систему при температуре 350...430 °С и давлении 3...7 МПа в присутствии катализатора вводят водород. Он вытесняет серу в виде сероводорода.

Гидроочистку применяют также для очистки продуктов вторичного происхождения от непредельных соединений.

Ингибирование применяется для подавления реакций окисления и полимеризации непредельных углеводородов в бензинах термического крекинга путем введения специальных добавок.

Для очистки смазочных масел применяют следующие процессы:

1) селективную очистку растворителями;

2) депарафинизацию;

3) гидроочистку;

4) деасфальтизацию;

5) щелочную очистку.

Селективными растворителями называют вещества, которые обладают способностью извлекать при определенной температуре из нефтепродукта только какие-то определенные компоненты, не растворяя других компонентов и не растворяясь в них.

Очистка производится в экстракционных колоннах, которые бывают либо полыми внутри, либо с насадкой или тарелками различного типа.

Для очистки масел применяют следующие растворители: фурфурол, фенол, пропан, ацетон, бензол, толуол и др. С их помощью из масел удаляют смолы, асфальтены, ароматические углеводороды и твердые парафиновые углеводороды.

В результате селективной очистки образуются две фазы: полезные компоненты масла (рафинат) и нежелательные примеси (экстракт).

Депарафинизации подвергают рафинаты селективной очистки, полученные из парафинистой нефти и содержащие твердые углеводо-

Глава 4. Переработка нефти, газа и углеводородного сырья 177

Роды. Если этого не сделать, то при понижении температуры масла теряют подвижность и становятся непригодными для эксплуатации.

Депарафинизация осуществляется фильтрацией после предварительного охлаждения продукта, разбавленного растворителем.

Целью гидроочистки является улучшение цвета и стабильности масел, повышение их вязкостно-температурных свойств, снижение коксуемости и содержания серы. Сущность данного процесса заключается в воздействии водорода на масляную фракцию в присутствии катализатора при температуре, вызывающей распад сернистых и других соединений.

Деасфальтизация полугудрона производится с целью их очистки от асфальто-смолистых веществ. Для разделения полугудрона на де-асфальтизат (масляная фракция) и асфальт применяется экстракция легкими углеводородами (например, сжиженным пропаном).

Щелочная очистка применяется для удаления из масел нафтеновых кислот, меркаптанов, а также для нейтрализации серной кислоты и продуктов ее взаимодействия с углеводородами, остающимися после деасфальтизации.

Похожая информация.

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).

Владимир Хомутко

Время на чтение: 7 минут

А А

Как происходит первичная переработка нефти?

Нефть – это сложная смесь углеводородных соединений. Выглядит она как маслянистая вязкая жидкость с характерным запахом, цвет которой в основном варьируется от темно-коричневого до черного, хотя бывают и светлые, почти прозрачные нефти.

Эта жидкость обладает слабой флюоресценцией, её плотность меньше, чем у воды, в которой она почти не растворяется. Плотность нефти может иметь имеет значение от 0,65-0,70 грамм на кубический сантиметр (легкие сорта), а также 0,98-1,00 грамма на кубический сантиметр (тяжелые сорта).

Задача вакуумной перегонки – отбор из мазута дистиллятов масляного типа (если НПЗ специализируется на производстве масел и смазок) либо широкой масляной фракции широкого спектра, которая называется вакуумный газойль (если специализация НПЗ – производство моторного топлива). После вакуумной перегонки образуется остаток, называемый гудроном.

Необходимость такой переработки мазута под вакуумом объясняется тем, что при значении температуры более 380-ти градусов начинается процесс крекинга (термического разложения углеводородов), а точка выкипания вакуумного газойля – это более 520-ти градусов. Из-за этого перегонку необходимо проводить при остаточном значении давления на уровне 40-60 миллиметров ртутного столба, что дает возможность уменьшить максимальне температурное значение в установке до 360-ти – 380-ти градусов.

Вакуумная среда в такой колонне создается с помощью специализированного оборудования, основным ключевым элементом которого являются либо жидкостные, либо паровые эжекторы.

Получаемая прямой перегонкой продукция

С помощью первичной перегонки нефтяного сырья получают следующие продукты:

углеводородный газ, который выводят посредством головки стабилизации; применяется в качестве бытового топлива и сырья для процессов газофракционирования;
бензиновые фракции (температура выкипания – до 180 градусов); используется в качестве сырья для процессов вторичной перегонки в установках каталитического риформинга и крекинга, пиролиза и других видов переработки нефти (точнее, её фракций), с целью получения товарных автомобильных бензинов;
керосиновые фракции (температура выкипания – от 120-ти до 315 градусов); после прохождения гидроочистки их применяют как реактивное и тракторное топливо;
атмосферный газойль (дизельные фракции), который выкипает в диапазоне от 180-ти до 350-ти градусов; после чего, пройдя соответствующую обработку и очистку, он применяется как топливо для дивгателей дизельного типа;
мазут, который выкипает при температурах свыше 350-ти градусов; используется как топливо для котельных и как сырьё для термических крекинговых установок;
вакуумный газойль с температурой выкипания от 350 до 500 градусов и более; является сырьём для каталитического и гидрокрекинга, а также для производства масляных нефтепродуктов;
гудрон – температура выкипания – более 500 градусов; который выступает сырьем для установок коксования и термического крекинга, с целью получения битумов и различных видов нефтяных масел.

Технологическая схема прямой перегонки (из учебника в редакции Глаголевой и Капустина)

Расшифруем обозначения:

К-1 – колонна отбензинивания;
К-2 – колонна атмосферной переработки нефти;
К-3 – колонна отпаривания;
К-4 – установка стабилизации;