Технологія переробки нафти

Нафтопереробна промисловість посідає одне з головних місць у народному господарстві країни. Сира нафта, що надходить на нафтоперегонні підприємства, переробляється на моторне паливо високої якості, мастильні й спеціальні масла різноманітного асортименту, бітуми і воскові суміші, парафіни, сажу, кокс для електродів. Щільність нафти знаходиться в межах 780-1040 кг/м³. Нафту щільністю нижче 900 кг/м³ відносять до легких сортів, понад 900 кг/м³ – до важких. Щільність нафти залежить від вмісту в ній легких фракцій і в першому наближенні характеризує її склад, визначає напрямок переробки нафти, а також асортимент і якість вироблюваної продукції. Сира нафта містить домішки: воду (10-30 %), розчинені солі, частки породи (3-5 %), а також газоподібні фракції вуглеводнів – побіжні гази (1-4 %), що при атмосферному тиску інтенсивно випаровуються, тягнучи із собою і частки низькокиплячих фракцій. Тому для запобігання втрат цих фракцій видобуту нафту направляють в спеціальні випарники (трапи), де відбувається відділення газів, які піддають подальшій переробці.

Вільна вода разом із механічними домішками відокремлюється від нафти у відстійниках. Для руйнації дрібних крапельок води на нафту впливають перемінним електричним полем в спеціальних апаратах-електродегідраторах, усередині яких є сітки, що утворюють обкладки конденсатора. Крапельки солоної води, що є електропровідником, інтенсивно коливаються в електричному полі, і, змішуючись, утворюють більш великі краплі, що стікають униз. Зневоднена нафта піднімається через верхні сітки і подається на переробку.

Процес перегонки заснований на явищах випарення і конденсації суміші речовин із різними температурами кипіння. Технологічний процес перегонки нафти складається з чотирьох операцій: нагрівання суміші, випарення, конденсації й охолодження отриманих фракцій.

Нагрівання нафти і нафтопродуктів здійснюється в трубчастих печах, що мають по 3-4 камери. Спочатку холодний продукт надходить у конвекційні камери, де підігрівається газами, що відходять, а потім у радіаційні. Підігрів в печі відбувається до температури 300-500°С.

Рис. 6.3.Ректифікаційна колона:   1 – шолом; 2 – тарілки; 3 – візуальні люки; 4 – переливна труба; 5 – труба сполучення; 6 – каскадні тарілки.

проміжної

Поділ сумішей на фракції при перегонці проводиться в ректифікаційних колонах (рис.6.3),що являють собою циліндричний апарат висотою 25-55 м, діаметром 5-7 м, із внутрішніми горизонтальними перегородками (тарілками), розташованими одна над одною. У перегородках є щілини, прикриті ковпаками, які перепиняють шлях парі, що піднімається, і зливи, призначені для стікання надлишку рідини на тарілці.

Нагріту в печі суміш подають у нижню частину колони. Тиск у колоні нижчий, ніж у трубках печі, тому суміш закипає і розділяється на дві фази: пароподібну і рідку. Рідкі продукти стікають униз, а пара піднімається нагору по колоні.

У верхню частину колони подається зрошувальна рідина (флегма) – легка фракція, що перетікає униз із тарілки на тарілку по переливних патрубках. Пара, що піднімається знизу, підходить під ковпак і барботує через прошарок рідини на тарілці. Зустрічаючись із гарячою парою, зрошувальна рідина нагрівається і частково випаровується. Пара, віддаючи їй тепло, конденсується, а конденсат стікає в нижню частину колони. Цей процес багаторазово повторюється за усією висотою колони на кожній тарілці. В міру підйому з тарілки на тарілку температура парів і флегми зменшується. Температура регулюється існуючою подачею холодної легкої фракції для зрошення.

Фракційний склад флегми і пари з висотою колони безупинно змінюється: флегма, що стікає униз, усе більше збагачується важкими фракціями, а пара, що піднімається нагору – легкими. Насподі колони збирається рідина, що містить важкі фракції (мазут). Легкі фракції піднімаються по колоні нагору, поступово охолоджуючись. Найлегша бензинова фракція при температурі 180-200°С відводиться з колони у виді пари у конденсатор і відокремлюється від води в сепараторі.

З проміжних тарілок колони відводяться середні фракції: гасова, що кипить при 200-300°С, і газойлева (300-350°С). Іноді відводять також проміжні фракції, наприклад, лігроїни (160-200°С) і гасогазойлеву (270-320°С).

Мазут розділяють на фракції вакуумною установкою: на легку фракцію (важкий газойль), проміжну (масляні дистиляти: веретенний, машинний, циліндровий) і важку (гудрон).

Продуктивність ректифікаційних колон складає 3-9 тис. т нафти на добу, вакуумних установок – 1,5-3 тис. т мазуту на добу.

Таким чином, продукти перегонки нафти можна розподілити на три групи: паливні, масляні дистиляти і гудрон.

Найціннішою є паливна фракція – бензинова, вихід бензинів із нафти складає 3-15 %, для легкої нафти – до 20 %.

Лігроїни прямої перегонки використовуються для подальшої переробки на бензин і розчинники для лакофарбової промисловості, їхній вихід складає 7-10 %.

Гаси – освітлювальний, моторний, компоненти реактивних і дизельних видів палива, вихід – 8-20 %.

Легкі газойлі (соляр) є основою дизельних видів палива, а важкі – як сировина для подальшої переробки (крекінгу); їхній вихід складає в середньому 7-15 %.

Мазут – фракція, що містить вуглеводні, парафін, масляні й смолисті речовини. Легкі мазути застосовують як паливо для котельних і газових турбін; вихід мазуту – 50-60 %.

Масляні дистиляти – важкі фракції, з яких одержують різноманітні мастильні й спеціальні масла; їхній вихід – біля 20-25 %. Гудрон складається зі смолистих речовин, парафінів і важких вуглеводнів і служить напівфабрикатом, із якого одержують бітуми і кокс для електродів; його вихід – 15-30%.

Порівняно малий вихід бензину при прямій перегонці обумовив необхідність розробки методу одержання легких фракцій із важких упровадженням крекінг-процесу.

Крекінг, піроліз і риформінг нафтопродуктів. Переробка нафти звичайною перегонкою, тобто фізичним методом, не змінює хімічного складу нафти і її продуктів, не руйнує і не створює вуглеводнів, а лише розділяє нафту на її складові. Перегонкою не можна одержати з нафти більш того, що природно в ній міститься. Наприклад, у нафті міститься 10-15% бензину, і одержати більшу кількість бензину перегонкою неможливо.

Для значного збільшення виходу з нафти легких продуктів і насамперед бензину поряд із фізичними зараз застосовують і хімічні методи переробки нафтопродуктів, засновані на зміні їхнього хімічного складу. Цими новими методами є крекінг і піроліз. Сутність їх полягає в тому, що переробку нафтопродуктів здійснюють в умовах, за яких окремі вуглеводні розщеплюються (розпадаються на частини) і утворюють нові, більш легкі вуглеводні (із меншим числом атомів вуглецю) (рис. 6.4).Таким шляхом досягається збільшення виходу бензину й інших легких продуктів поверх тієї кількості, що міститься у вихідній сировині.

Крекінг (тобто розщеплення) виконують при температурі 475-500°С і тиску 2...7 МПа. Для активізації і відповідного напрямку крекінгу застосовують різноманітні каталізатори, найчастіше алюмосилікатні (як правило, синтетичні, іноді природні – бентонітові глини). Піроліз (що означає розкладання при високій температурі) здійснюється при атмосферному тиску, але при більш високих температурах (680-750°С).

Рис. 6.4.Розщеплення вуглеводню при крекінгу

Важкий вуглеводень-цетан С16Н34 розпадається на два легких вуглеводні: С8Н18 і октилен С8Н16

Крекінгом із важких нафтових фракцій (соляру, мазуту) одержують переважно бензин та інше легке моторне паливо. Піролізом зазвичай переробляють нафтові гази, бензини і гаси з метою одержання сировини (етилену, пропилену, бутадієну й ін.) для промисловості органічного синтезу і полімерів.

На передових нафтопереробних підприємствах, що застосовують новітню технологію виробництва, вихід легкого моторного палива дуже високий; із соляра, наприклад, одержують 60-80% високоякісного бензину й гасу і невеличку кількість газів і крекінгового залишку. Крекінг-бензин відзначається вищими антидетонаційними властивостями й цим перевершує бензин, одержуваний при перегонці нафти.

Одержувані при крекінгу і піролізі гази містять етилен, пропилен, бутилен та інші легкі вуглеводні. З них одержують спирти, синтетичний каучук, пластмаси і велику кількість інших продуктів.

Крекінговий залишок піддають коксуванню – процесу глибокого розкладання при температурі 480-650°С. У результаті утворюються нафтовий кокс, газ і рідкі нафтопродукти, у тому числі деяка кількість бензину. Нафтовий кокс може служити замінником кам’яновугільного коксу.

Таким чином, новітні методи переробки нафти відкривають найширші можливості для використання нафтопродуктів у всіх галузях народного господарства, повного забезпечення країни усіма видами рідкого палива і мастильних матеріалів, а також різноманітною хімічною сировиною без надмірного збільшення нафтовидобутку.

Риформінг – процес, застосовуваний для поліпшення якості бензину, підвищення його антидетонаційних властивостей (підвищення октанової кількості бензину). Використання високооктанового бензину значно підвищує потужність двигунів і економічну ефективність екс­плуатації автомобілів. Процеси риформінгу здійснюють при температурі 450-530°С і тиску 1,4-5,6 МПа за участю водню і наявності різноманітних каталізаторів (молібдену, платини, окису хрому і молібдену та ін.). У процесі риформінгу перетворюється структура молекул вуглеводнів бензину, зменшується вміст у ньому низькооктанових і збільшується вміст високооктанових вуглеводнів. У результаті одержують високооктановий бензин.

Основні поняття

Кам’яновугільна смола Ректифікаційна колона

Бензол Фракційний склад флегми

Металургійний кокс Лігроїни

Надсмольна вода Масляні дистиляти

Шихта Синтез аміаку

Напівкокс Крекінг

Коксова піч Піроліз

Коксова батарея Риформінг

Питання для обговорення

1. Що являє собою кокс і які галузі його застосування?

2. Які основні компоненти одержують при коксуванні вугілля і в чому полягають їх особливості?

3. Яку сировину використовують для одержання коксу?

4. На чому заснований процес перегонки нафти?

5. Продукти прямої перегонки нафти і їхнє застосування.