Перегонка нафти. Фракційна перегонка нафти
Нафта являє собою корисну копалину, що має консистенцію маслянистої рідини. Дане горюча речовина в основному має чорний колір, але це залежить від району його видобутку. Розглядаючи нафту з хімічної точки зору, можна сказати, що ця речовина є складною сумішшю вуглеводнів, в якій також присутні такі домішки сполук, як сірка, азот та ін. Запах рідини залежить від вмісту в її складі сірчистих сполук і ароматичних вуглеводнів. Нафта використовували в різних цілях, але тільки в минулому столітті почала використовуватися пряма перегонка нафти, вона стала головною сировиною для виготовлення палива і безлічі органічних складів.
Склад нафти
Вперше вивченням нафти в XIX столітті почав займатися Карл Шорлеммер, який був відомим німецьким хіміком. В ході проведення досліджень речовини він виявив у ньому найпростіші вуглеводні бутан (С4Н10), гексан (С6Н14) і пентан (С5Н12). Через деякий час російський вчений В. В. Марковников в процесі дослідження виявив в нафти достатню кількість циклічних насичених вуглеводнів - циклопентана (С5Н10) і циклогексану (С6Н12).
На сьогоднішній день встановлено, що нафта і нафтопродукти відповідно мають у своєму складі більше однієї тисячі різних речовин, але деякі з них представлені в малій кількості. Варто відзначити, що в даній речовині містяться алициклические, насичені, ненасичені та ароматичні вуглеводні, мають різноманітне будова. До складу нафти також можуть входити сполуки азоту, сірки, а також кисень з'єднання (феноли і кислоти).
Перегонка нафти
В даний час технологія переробки нафти включає в себе такі процеси: однократна перегонка нафти і ратифікація сумішей. До неї часто застосовуються узагальнені найменування.
У процесі поділу нафти шляхом перегонки та ратифікації отримують фракції і дистиляти. Вони википають при певних температурах і являють собою досить складні суміші. При цьому окремі фракції нафти в деяких випадках складаються з невеликої кількості компонентів, значно розрізняються температурами кипіння. З цієї причини суміші можуть класифікуватися на дискретні, безперервні і дискретно-безперервні.
Продукти переробки нафти
До продуктів переробки відноситься парафін, вазелін, церезин, різні масла та інші речовини з вираженими водовідштовхувальними властивостями. Завдяки даній особливості їх застосовують для виготовлення чистячих засобів і кремів.
Так звана первинна перегонка нафти виконується завдяки природному напору підземних вод, які розташовуються під нафтової залежью. Під тиском нафту буде піднята на поверхню з глибини. Прискорити процедуру можна із застосуванням насосів. Дана процедура дозволяє видобути близько 25-30% нафти. Для вторинної видобутку в нафтовій пласт в основному накачують воду або ж нагнітають діоксид вуглецю. В результаті цих дій на поверхню можна витіснити ще приблизно 35% речовини.
У процесі первинної перегонки нафти та вторинної термічної переробки виділяються продукти перегонки нафти, в яких міститься сірководень. Значною мірою це залежить від умов попередньої сепарації нафти, а також експлуатованих родовищ. Вміст у складі нафти сірководню є важливим показником, який визначає безліч чинників.
Методи переробки нафти. Фракційна перегонка
Головним методом переробки є фракційна перегонка нафти. Дана процедура передбачає поділ речовини на фракції, які відрізняються за складом. Дистиляція заснована на відмінності в температурах кипіння компонентів нафти.
Фракція являє собою хімічну частина речовини з однаковими фізичними та хімічними властивостями, яка виділяється в процесі перегонки.
Пряма перегонка являє собою фізичний метод переробки нафти з застосуванням атмосферно-вакуумної установки.
Принцип роботи атмосферно-вакуумної установки
У спеціальній трубчастої печі відбувається нагрів нафти при температурі 350 ° С. В результаті цієї процедури утворюється суміш рідкого залишку і парів речовини, яка надходить в колону ректифікації з теплообмінниками.
Далі дотримується схема перегонки нафти, яка передбачає здійснення в ректифікаційної колоні поділу парів нафти на фракції, які становлять собою різні нафтопродукти. При цьому температура їх кипіння має відмінності в кілька градусів.
Важкі фракції речовини надходять в пристрій в рідкій фазі. Вони відокремлюються від парів в нижній її частині і у вигляді мазуту відводяться з неї.
Застосовуються такі способи перегонки нафти для отримання палива залежно від хімічного складу нафти. У першому випадку відбирають авіаційні бензини в інтервалі температур кипіння від 40 до 150 ° С, а також гас для виробництва реактивного палива - від 150 до 300 ° С. У другому випадку добувають автомобільні бензини при температурі кипіння від 40 до 200 ° С, а дизельні палива - від 200 до 350 ° С.
Мазут, який залишається після відгону паливних фракцій, застосовують для утворення крекінг-бензинів і масел. Вуглеводні, що мають температуру кипіння менше 40 ° С, використовуються в якості сировини для виготовлення певних синтетичних продуктів, добавок до деяких бензинів, а також як паливо для автомобілів.
Таким чином, вакуумна перегонка нафти дозволяє добути такі дистиляти: бензин, гас, соляр, лігроін і газойль. Середній вихід бензинових фракцій залежить від характеристик видобувається речовини і варіюється від 15 до 20%. Частка решти палива складає до 30%. Лігроїн володіє більшою щільністю, ніж бензин, і застосовується для створення високооктанових бензинів, а також в якості дизельного палива для автомобілів. Газойль являє собою проміжний продукт між мастилами та гасом. Його утворює пряма перегонка нафти, після чого його застосовують в якості сировини для каталітичного крекінгу і палива для дизелів.
Продукти, одержувані в результаті прямої перегонки, відрізняються високою хімічною стабільністю завдяки відсутності в своєму складі ненасичених вуглеводнів.
Крекінг
Збільшити вихід бензинових фракцій можна завдяки застосуванню крекінг-процесів для переробки нафти. Крекінг являє собою процес перегонки нафти і нафтопродуктів, який заснований на розщепленні молекул складних вуглеводнів в умовах високих тисків і температур. У 1875 році крекінг був вперше запропонований А.А. Річним, російським ученим, після чого він був розроблений в 1891 році В.Г. Шуховим. Незважаючи на це, перша промислова установка, в якій передбачалася пряма перегонка, була споруджена в США.
Крекінг ділиться на такі види: термічний, каталітичний, гідрокрекінг і каталітичний риформінг. Термічний крекінг застосовується для утворення бензину, гасу та дизельного палива. Наприклад, при температурі до 500 ° С і тиску 5 МПа наявний у складі дизельного палива і гасу вуглеводень цетан розкладається на речовини, які входять до складу бензину.
Термічний крекінг
Бензин, створюваний шляхом термічного крекінгу, володіє невисоким октановим числом і великим вмістом ненасичених вуглеводнів. З цього можна зробити висновок, що бензин має погану хімічну стабільність. Тому його будуть застосовувати тільки в якості компонента для освіти товарних бензинів.
На сьогоднішній день установки для термічного крекінгу не будеш будувати. Це пояснюється тим, що з їх допомогою отримують продукти перегонки нафти, які в умовах зберігання окислюються. У них утворюються смоли, тому в речовину вводять спеціальні присадки, призначені для зниження ступеня осмоления.
Каталітичний крекінг
Каталітичний крекінг являє собою процес перегонки нафти для отримання бензину, який заснований на розщепленні вуглеводнів та зміні їх структури, що відбувається завдяки каталізатору і високих температур. Вперше каталітичний крекінг був здійснений в 1919 році в Росії на заводській установці.
При каталітичному крекінгу в якості сировини застосовують фракції соляру і газойлю, які утворюються в разі прямої перегонки нафти. Їх нагрівають до температури близько 500 ° С при дотриманні тиску 0,15 МПа з використанням алюмоселікатного каталізатора. Він дозволяє прискорити процедуру розщеплення молекул сировини і перетворює продукти розпаду в ароматичні вуглеводні. Пряма перегонка дозволяє бензинів мати більший октанове число, ніж при термічному крекінгу. Продукти каталітичного крекінгу являють собою обов'язкові складові палива марки А-72 і А-76.
Гідрокрекінг
Гідрокрекінг являє собою процедуру переробки, яка поширюється на нафту і нафтопродукти. Він складається з крекінгування і гідрування сировини. Його виконують в умовах температури близько 400 ° С і тиску водню до 20 МПа. При цьому використовуються спеціальні молібденові каталізатори. У такому випадку октанове число бензинових фракцій буде ще більше. Даний процес також здатний підвищити вихід світлих нафтопродуктів, таких як реактивне і дизельне паливо, бензин.
Каталітичний риформінг
Сировиною для каталітичного риформінгу служать бензинові фракції, одержувані при температурі не більше 180 ° С в процесі первинної перегонки нафти. Дану процедуру проводять в умовах водомісткими газу. При цьому температура становить близько 500 ° С, а тиск 4 МПа. Також застосовується платиновий або молібденовий каталізатор.
Гидроформингом називають риформинг із застосуванням молібденового каталізатора, а платформингом - процедуру з використанням платинового каталізатора. Більш простим і безпечним методом є платформинг, тому його застосовують набагато частіше. Для отримання високооктанового компонента автомобільних бензинів використовують каталітичний риформінг.
Отримання мастил
У 1876 році В.І. Рогозіним був споруджений перший у світі завод з виготовлення мазуту і масел близько Нижнього Новгорода. Розглядаючи спосіб виробництва, масла можна розділити залишкові і дистилятів масла. У першому випадку мазут нагрівають до температури близько 400 ° С у вакуумній колоні. З мазуту виходить тільки 50% дистилятних масел, а інша частина складається з гудрону.
Залишкові масла являють собою очищені гудрони. Для їх утворення напівгудрон або мазут доповнюють зрідженим пропаном, в умовах невисокої температури близько 50 ° С. Пряма перегонка дозволяє виробляти трансмісійні та авіаційні масла. У мастильних маслах, які будуть отримані з мазуту, містяться вуглеводні. Крім них, є сірчисті з'єднання, нафтенові кислоти, а також смолисто-асфальтові речовини, тому необхідно виконувати їх очистку.
Нафтопереробна промисловість Росії
Нафтопереробна промисловість являє собою галузь нафтової промисловості Росії. На даний момент в країні діє понад тридцяти великих підприємств, що спеціалізуються на переробці нафти. Ними видобуваються великі обсяги автомобільного бензину, дизельного палива і мазуту. Переважна кількість підприємств почало своє існування в останні два десятиліття. При цьому деякі з них займають лідируючі позиції на ринку.
У більшості випадків ними застосовується фракційна перегонка нафти, яка найбільш актуальна в сучасних умовах. Підприємствами виготовляються високоякісні засоби, які користуються великим попитом не лише на вітчизняному, а й на світовому ринку.
