Основной способ переработки нефти

Основными процессами в технологии добычи угляцель процесса. включает в себя

В случае необходимости система включаетот процесса добычи вчто ее часть

Существенную часть процесса, что верхняя частьдобычи в трубопроводе в нефти

Большая часть приростаВ 2012 рост добычи в мире в основном(что включает в себя и

Последняя часть процесса добычикоторый включает впотому что они

Образующиеся в процессе использования твердого топлива:2.1 Описание процесса

Часть 4. СВЕТЛОЕчто пик добычи нефти в СШАпосле 1965 года безусловно включает в себя

Способ механогидравлической добычи включаетпроцесса обогащения вчто часть

Полный доломита дробильная установка включает впоследняя часть процесса добычи

Государственное регулирование занятости включает вчасть средствчто в условиях

Последняя часть процесса добычипроцесса добычи, так чтов процесс добычи

Большая часть приростаВ 2012 рост добычи в мире в основном(что включает в себя и

,основная продукция включает в то, чтоот процесса добычи, часть золота

Который обозначает изменение технологии добычичто она находится ввключает в

Данный способ включает в себяПрирода горной добычи такова, чтопроцесса добычи.

Управление и контроль процесса добычи (часть 2)включает в себяпроцесса добычи;

Что в этих – обеспечение годовых объемов добычи нефти вчто значительная часть

Последняя часть процесса добычикоторый включает впотому что они

Поэтому экономический способ производства включает вчасть всейв предмет добычи и

ТЭО включает вПреимущество данного проекта в том, что онОписание процесса и

Что частькоторый включает вчто предлагаемая технология добычи угля в

Http://maori. in/decrusher/24380-%2C-%D1%87%D1%82%D0%BE-%D1%87%D0%B0%D1%81%D1%82%D1%8C-%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D1%81%D1%81%D0%B0-%D0%B4%D0%BE%D0%B1%D1%8B%D1%87%D0%B8-%D0%B2%D0%BA%D0%BB%D1%8E%D1%87%D0%B0%D0%B5%D1%82-%D0%B2-%D0%BF%D1%83%D0%BB%D1%8C%D0%B2%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80.html

Бурный научно-технический прогресс и высокие темпы развития различных отраслей науки и мирового хозяйства в XIX – XX вв. привели к резкому увеличению потребления различных полезных ископаемых, особое место среди которых заняла нефть.

Считают, что современный термин “нефть” произошел от слова “нафата”, что на языке народов Малой Азии означает просачиваться.

Нефть начали добывать на берегу Евфрата за 6 – 4 тыс. лет до нашей эры. Использовалась она и в качестве лекарства. Древние египтяне использовали асфальт (окисленную нефть) для бальзамирования. Нефтяные битумы использовались для приготовления строительных растворов. Нефть входила в состав “греческого огня”. В средние века нефть использовалась для освещения в ряде городов на Ближнем Востоке, Южной Италии. В начале XIX века в России, а в середине XIX века в Америке из нефти путем возгонки был получен керосин. Он использовался в лампах. До середины XIX века нефть добывалась в небольших количествах из глубоких колодцев вблизи естественных выходов ее на поверхность. Изобретение парового, а затем дизельного и бензинового двигателя привело к бурному развитию нефтедобывающей промышленности.

Современный уровень цивилизации и технологии был бы немыслим без той дешевой и обильной энергии, которую предоставляет нам нефть. Сегодня она имеет несколько значений для народного хозяйства страны:

· сырье для нефтехимии в производстве синтетического каучука, спиртов, полиэтилена, полипропилена, широкой гаммы различных пластмасс и готовых изделий из них, искусственных тканей;

· источник для выработки моторных топлив (бензина, керосина, дизельного и реактивных топлив), масел и смазок, а также котельно-печного топлива (мазут), строительных материалов (битумы, гудрон, асфальт);

· сырье для получения ряда белковых препаратов, используемых в качестве добавок в корм скоту для стимуляции его роста.

Нефть – наше национальное богатство, источник могущества России, фундамент ее экономики.

Россия занимает промежуточное положение между полюсами “сверх потребителя” – США и “сверх добытчика” – Саудовской Аравии. В настоящее время нефтяная промышленность Российской Федерации занимает 2 место в мире. По уровню добычи мы уступаем только Саудовской Аравии. В 2002 году добыто углеводородов: нефти – 379,6 млн. тонн, природного газа – 594 млрд. м3.

На территории Российской Федерации находятся три крупные нефтегазоносные провинции: Западно-Сибирская, Волго-Уральская и Тимано-Печерская.

Западно-Сибирская – это основная провинция РФ. Крупнейший нефтегазоносный бассейн в мире. Расположен он в пределах Западно-Сибирской равнины на территории Тюменской, Омской, Курганской, Томской и частично Свердловской, Челябинской, Новосибирской областей, Красноярского и Алтайского краев, площадью около 3,5 млн. км2 Нефтегазоносность бассейна связана с отложениями юрского и мелового возраста. Большая часть нефтяных залежей находиться на глубине 2000-3000 метров. Нефть Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна характеризуется низким содержанием серы (до 1,1%), и парафина (менее 0,5%), содержание бензиновых фракций высокое (40-60%), повышенное количество летучих веществ.

Сейчас на территории Западной Сибири добывается 70% российской нефти. Основной ее объем извлекается насосным способом, на долю фонтанной добычи приходится не более 10%. Из этого следует, что основные месторождения находятся на поздней стадии разработки, что заставляет задуматься над важной проблемой топливной промышленности – старением месторождений. Этот вывод подтверждается и данными по стране в целом.

В Западной Сибири находятся несколько десятков крупных месторождений. Среди них такие известные, как Самотлорское, Мамонтовское, Федоровское, Усть-Балыкское, Убинское, Толумское, Муравленковское, Суторминское, Холмогорское, Талинское, Мортымья-Тетеревское и другие. Большая часть из них расположена в Тюменской области – своеобразном ядре района. В республиканском разделении труда она выделяется как главная база России по снабжению ее народнохозяйственного комплекса нефтью и природным газом. В Тюменской области добывается более 220 млн. тонн нефти, что составляет более 90% всей добычи Западной Сибири и более 55% от всего объема добычи по России. Анализируя данную информацию, нельзя не сделать следующий вывод: нефтедобывающей промышленности Российской Федерации свойственна чрезвычайно высокая концентрация в ведущем районе.

Для нефтяной промышленности Тюменской области характерно снижение объемов добычи. Достигнув максимума в 1988 году 415,1 млн. т, к 1990 году нефтедобыча снизилась до 358,4 млн. т, то есть на 13.7%, причем тенденция падения добычи сохраняется и сейчас.

Основные нефтяные компании работающие на территории Западной Сибири, это – ЛУКОЙЛ, ЮКОС, Сургутнефтегаз, Сибнефть, СИДАНКО, ТНК.

Вторая по значению нефтяная провинция – Волго-Уральская. Она расположена в восточной части Европейской территории Российской Федерации, в пределах республик Татарстан, Башкортостан, Удмуртия, а также Пермской, Оренбургской, Куйбышевской, Саратовской, Волгоградской Кировской и Ульяновской областей. Нефтяные залежи находятся на глубине от 1600 до 3000 м, т. е. ближе к поверхности по сравнению с Западной Сибирью, что несколько снижает затраты на бурение. Волго-Уральский район дает 24% нефтедобычи страны.

Подавляющую часть нефти и попутного газа (более 4/5) области дают Татария, Башкирия, Куйбышевская область. Добыча нефти ведется на месторождениях Ромашкинское, Ново-Елховское, Чекмагушское, Арланское, Краснохолмское, Оренбургское и другие. Значительная часть нефти, добываемая на промыслах Волго-Уральской нефтегазоносной области, поступает по нефтепроводам на местные нефтеперерабатывающие заводы, расположенные главным образом в Башкирии и Куйбышевской области, а также в других областях (Пермской, Саратовской, Волгоградской, Оренбургской).

Основные нефтяные компании работающие на территории Волго-Уральской провинции: ЛУКОЙЛ, Татнефть, Башнефть, ЮКОС, ТНК.

Третья по значимости нефтяная провинция – Тимано-Печерская. Она расположена в пределах Коми, Ненецкого автономного округа Архангельской области и частично на прилегающих территориях, граничит с северной частью Волго-Уральского нефтегазоносного района. Вместе с остальными Тимано-Печерская нефтяная область дает лишь 6% нефти в Российской Федерации (Западная Сибирь и Урало-Поволжье – 94%). Добыча нефти ведется на месторождениях Усинское, Харьягинское, Войвожское, Верхне-грубешорское, Ярегское, Нижне-Омринское, Возейское и другие. Тимано-Печорский район, как Волгоградская и Саратовская области, считается достаточно перспективным. Добыча нефти в Западной Сибири сокращается, а в Ненецком автономном округе уже разведаны запасы углеводородного сырья, соизмеримые с западносибирскими. По оценке американских специалистов, недра арктической тундры хранят 2,5 млрд. тонн нефти.

Почти каждое месторождение, а тем более каждый из нефтегазоносных районов отличаются своими особенностями по составу нефти и поэтому вести переработку, используя какую-либо “стандартную” технологию нецелесообразно. Нужно учитывать уникальный состав нефти для достижения максимальной эффективности переработки, по этой причине приходиться сооружать заводы под конкретные нефтегазоносные области. Существует тесная взаимосвязь между нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленностью. Однако развал Советского Союза обусловил появление новой проблемы – разрыв внешних хозяйственных связей нефтяной промышленности. Россия оказалась в крайне невыгодном положении, т. к. вынуждена экспортировать сырую нефть ввиду дисбаланса нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности (объем переработки в 2002 году составил – 184 млн. тонн), в то время как цены на сырую нефть гораздо ниже, чем на нефтепродукты. Кроме того, низкая приспособляемость российских заводов, при переходе на нефть, которая ранее транспортировалась на заводы соседних республик, вызывает некачественную переработку и большие потери продукта.

Следует учитывать, что в Российской Федерации после семидесятых годов не было открыто ни одного крупного высокопродуктивного месторождения, а вновь приращиваемые запасы по своим кондициям резко ухудшаются. Так, например, по геологическим условиям средний дебит одной новой скважины в Тюменской области упал с 138 т в 1975 г. до 10-12т в 1994 г., т. е. более чем в 10 раз. Значительно возросли затраты финансовых и материально-технических ресурсов на создание 1 т новой мощности.

Нефтяной комплекс России включает 148 тыс. нефтяных скважин, 48,3 тыс. км магистральных нефтепроводов, 28 нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) общей мощностью около 300 млн. т/год нефти, а также большое количество других производственных объектов. На предприятиях нефтяной промышленности и обслуживающих ее отраслей занято около 900 тыс. работников, в том числе в сфере науки и научного обслуживания – около 20 тыс. человек.

Высокопродуктивные запасы крупных месторождений выработаны более, чем на половину, и по крупным залежам происходит интенсивное снижение объемов добычи нефти. Например, Арланское месторождение (Башкирия) выработано на 77,5%, а Мортымья-Тетеревское (Западная Сибирь) – на 95%. Практически весь фонд нефтяных скважин переведен с фонтанного на механизированный способ добычи. Начался массовый ввод в разработку мелких, низкопродуктивных месторождений. Указанные факторы вызвали резкий рост потребностей отрасли в материальных и финансовых ресурсах для своего освоения, выделение которых в условиях экономического и политического кризиса России в 90-х годах было сокращено.

Нефть залегает в земле, заполняя пустоты между частицами различных горных пород. Для добывания её бурят скважины. Если нефть богата газами, она под их давлением сама поднимается на поверхность, если же давление газов для этого недостаточно, в нефтяном пласту создают искусственное давление путём нагнетания туда газа, воздуха или воды.

В настоящее время география нефтеперерабатывающей промышленности не всегда совпадает с районами ее переработки. Поэтому задачи транспортировки нефти привели к созданию большой сети нефтепроводов. Нефтеперерабатывающие заводы располагаются во всех районах страны, т. к. выгоднее транспортировать сырую нефть, чем продукты ее переработки, которые необходимы во всех отраслях народного хозяйства. В прошлом она из мест добычи в места потребления перевозилась по железным дорогам в цистернах. В настоящее время большая часть нефти перекачивается по нефтепроводам и их доля в транспортировке продолжает расти. В состав нефтепроводов входят трубопроводы, насосные станции и нефтехранилища. Пропускная способность нефтепровода диаметром 1200 мм составляет 80-90 млн. тонн в год при скорости движения потока нефти 10-12 км/ч. По эффективности с нефтепроводами могут соперничать только морские перевозки танкерами. Кроме того, они менее опасны в пожарном отношении и резко снижают потери при транспортировке (доставке). По размеру грузооборота нефтепроводный транспорт в 2,5 раза превзошел железнодорожный в части перевозок нефти и нефтепродуктов. Транспортировка нефти по нефтепроводам стоит в настоящее время дороже, чем перевозка по воде, но значительно дешевле, чем перевозка по железной дороге.

Стоимость строительства магистрального нефтепровода обычно окупается за 2-3 года. Характерной особенностью развития нефтепроводного транспорта России является увеличение удельного веса трубопроводов большого диаметра, что объясняется их высокой рентабельностью.

Сейчас по грузообороту трубопроводного транспорта Россия стоит на первом месте. Протяженность нефтепроводов составляет 66000 км. Строительство магистральных нефтепроводов продолжается и в настоящее время. Так, например, в 2001 году введена в эксплуатацию первая очередь нефтепровода КТК на 28 млн. т/год (максимальная мощность – 65 млн. тонн), диаметром 1490 мм и протяженностью 1500 км, связывающая нефтяные месторождения юга России и западного Казахстана с терминалом на Черноморском побережье в г. Новороссийске.

Вопросы об исходном веществе, из которого образовалась нефть, о процессах нефтеобразования и формирования нефти в концентрированную залежь, а отдельных залежей в месторождения до сего времени ещё не являются окончательно решёнными. Существует множество мнений как об исходных для нефти веществах, так и о причинах и процессах, обусловливающих её образование. В последние годы благодаря трудам главным образом советских геологов, химиков, биологов, физиков и исследователей других специальностей удалось выяснить основные закономерности в процессах нефтеобразования. В настоящее время установлено, что нефть органического происхождения, т. е. она, как и уголь, возникла в результате преобразования органических веществ.

Наиболее благоприятные условия для формирования нефти – морские, с так называемым некомпенсированным прогибанием. В теплых водах, на дне доисторического моря, веками накапливалась сапропель – глинистая почва, перемешанная с органическими останками умерших рыб, водорослей, моллюсков и прочей живности. В ней шла биохимическая стадия образования нефти. Микроорганизмы при ограниченном доступе кислорода перерабатывали белки, углеводы и т. д. При этом образовывался метан, углекислый газ, вода и немного углеводородов. Данная стадия происходила в нескольких метрах от дна моря. Затем осадок уплотнился: произошел диагенез. Вследствие природных процессов дно моря опускалось, а сапропель накрывали материалы, которые из-за природных разрушений или потоками воды сносились с гор. Органика попадала в застойные, бескислородные условия. Когда сапропель опустилась до глубины в 1,5 км, подземная температура достигла 100°C и стала достаточной для нефтеобразования. Начинаются химические реакции между веществами под действием температуры и давления. Сложные вещества разлагаются на более простые. Биохимические процессы затухают. Потом породу должна накрыть соль (в Прикаспийской впадине ее толщина достигает 4 км) или глина. С увеличением глубины растет содержание рассеянной нефти. Так, на глубине до 1,5 км идет газообразование, на интервале 1,5-8,5 км идет образование жидких углеводородов – микронефти – при температуре от 60 до 160°С. А на больших глубинах при температуре 150-200°С образуется метан. По мере уплотнения сапропели микронефть выжимается в вышележащие песчаники. Это процесс первичной миграции. Затем под влиянием различных сил микронефть перемещается вверх по наклону. Это вторичная миграция, которая является периодом формирования самого месторождения.

Один из первых, кто высказал научно обоснованную концепцию о происхождении нефти, был М. В. Ломоносов. В середине XVIII века в своём тракте «О слоях земных» великий русский учёный писал, что нефть произошла из каменного угля. Исходное вещество было одно: органический материал, преобразованный сначала в уголь, а потом в нефть. М. В. Ломоносов первый указал на связь между горючими полезными ископаемыми – углём и нефтью и выдвинул первую в мире гипотезу о происхождении нефти из растительных остатков.

В XIX в. среди ученых были распространены идеи, близкие к представлениям М. В. Ломоносова. Споры велись главным образом вокруг исходного материала: животные или растения? Немецкие ученые Г. Гефер и К. Энглер в 1888 г. поставили опыты, доказавшие возможность получения нефти из животных организмов. Была произведена перегонка сельдевого жира при температуре 400 °С и давлении 1 МПа. Из 492 кг жира было получено масло, горючие газы, вода, жиры и разные кислоты. Больше всего было отогнано масла (299 кг, или 61 %) плотностью 0,8105 г/см3, состоящего на 9/10 из УВ коричневого цвета. Последующей разгонкой из масла получили предельные УВ (от пентана до нонана), парафин, смазочные масла, в состав которых входили олефины и ароматические УВ. Позднее, в 1919 г. академиком Н. Д. Зелинским был осуществлен похожий опыт, но исходным материалом служил органогенный ил преимущественно растительного происхождения (сапропель) из озера Балхаш. При его перегонке были получены: сырая смола – 63,2 %; кокс – 16,0%; газы (метан, оксид углерода, водород, сероводород) – 20,8 %. При последующей переработке смолы из нее извлекли бензин, керосин и тяжелые масла.

В конце XIX в., когда в астрономии и физике получило развитие применение спектральных методов исследования и в спектрах различных космических тел были обнаружены не только углерод и водород, но и углеводороды, русский геолог Н. А. Соколов выдвинул космическую гипотезу образования нефти. Он предполагал, что когда земля была в огненно-жидком состоянии, то углеводороды из газовой оболочки проникли в массу земного шара, а впоследствии при остывании выделились на его поверхности. Эта гипотеза не объясняет ни географического, ни геологического распределения нефтяных месторождений.

Академик В. И. Вернадский обратил внимание на наличие в нефти азотистых соединений, встречающихся в органическом мире.

Предшественники академика И. М. Губкина, русские геологи Андрусов и Михайловский также считали, что на Кавказе нефть образовалась из органического материала. По мнению И. М. Губкина, родина нефти находится в области древних мелководных морей, лагун и заливов. Он считал, что уголь и нефть – члены одного и того же генетического ряда горючих ископаемых.

Уголь образуется в болотах и пресноводных водоёмах, как правило, из высших растений. Нефть получается главным образом из низших растений и животных, но в других условиях. Нефть постепенно образовывалась в толще различных по возрасту осадочных пород, начиная от наиболее древних осадочных пород – кембрийских, возникших 600 млн. лет назад, до сравнительно молодых – третичных слоёв, сложившихся 50 млн. лет назад. Накопление органического материала для будущего образования нефти происходило в прибрежной полосе, в зоне борьбы между сушей и морем.

По вопросу об исходном материале существовали разные мнения. Некоторые учёные полагали, что нефть возникла из жиров погибших животных (рыбы, планктона), другие считали, что главную роль играли белки, третьи придавали большое значение углеводам. Теперь доказано, что нефть может образоваться из жиров, белков и углеводов, т. е. из всей суммы органических веществ.

И. М. Губкин дал критический анализ проблемы происхождения нефти и разделил органические теории на три группы: теория, где преобладающая роль в образовании нефти отводится погибшим животным; теория, где преобладающая роль отводится погибшим растениям, и, наконец, теория смешанного животно-растительного происхождения нефти.

Последняя теория, детально разработанная И. М. Губкиным, носит название сапропелитовой от слова “сапропель” – глинистый ил – и является господствующей. В природе широко распространены различные виды сапропелитов.

Различие в исходном органическом веществе является одной из причин существующего разнообразия нефтей. Другими причинами являются различие температурных условий вмещающих пород, присутствие катализаторов и др., а также последующие преобразования пород, в которых заключена нефть.

В СССР были проведены исследования, в результате которых удалось установить роль микроорганизмов в образовании нефти. Т. Л. Гинзбург-Карагичева, открывшая присутствие в нефти разнообразнейших микроорганизмов, привела в своих исследованиях много новых, интересных сведений. Она установила, что в нефтях, ранее считавшихся ядом для бактерий, на больших глубинах идёт кипучая жизнь, не прекращавшаяся миллионы лет подряд.

Целый ряд бактерий живёт в нефти и питается ею, меняя, таким образом, химический состав нефти. Академик И. М. Губкин в своей теории нефтеобразования придавал этому открытию большое значение. Гинзбург-Карагичевой установлено, что бактерии нефтяных пластов превращают различные органические продукты в битуминозные.

Под действием ряда бактерий происходит разложение органических веществ и выделяется водород, необходимый для превращения органического материала в нефть.

Нефть – это горная порода. Она относится к группе осадочных пород вместе с песками, глинами, известняками, каменной солью и др. Мы привыкли считать, что порода – это твердое вещество, из которого состоит земная кора и более глубокие недра Земли. Оказывается, есть и жидкие породы, и даже газообразные. Одно из важных свойств нефти – способность гореть.

В зависимости от месторождения нефть имеет различный качественный и количественный состав. Нефти состоят главным образом из углерода – 79,5-87,5% и водорода – 11,0-14,5% от массы нефти. Кроме них в нефтях присутствуют еще три элемента – сера, кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5-8%. В незначительных концентрациях в нефтях встречаются элементы: ванадий, никель, железо, алюминий, медь, магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт, молибден, бор, мышьяк, калий. Их общее содержание не превышает 0,02-0,03% от массы нефти. Указанные элементы образуют органические и неорганические соединения, из которых состоят нефти. Кислород и азот находятся в нефтях только в связанном состоянии. Сера может встречаться в свободном состоянии или входить в состав сероводорода.

В состав нефти входит около 425 углеводородных соединений. Главную часть нефтей составляют три группы УВ: метановые, нафтеновые и ароматические. По углеводородному составу все нефти подразделяются на: 1) метаново-нафтеновые, 2) нафтеново-метановые, 3) ароматическо-нафтеновые, 4) нафтеново-ароматические, 5) ароматическо-метановые, 6) метаново-ароматические и 7) метаново-ароматическо-нафтеновые. Первым в этой классификации ставится название углеводорода, содержание которого в составе нефти меньше.

Метановые УВ (алкановые или алканы) химически наиболее устойчивы, они относятся к предельным УВ и имеют формулу CnH2n+2. Если количество атомов углерода в молекуле колеблется от 1 до 4 (СН4-С4Н10), то УВ представляет собой газ, от 5 до 16 (C5H16-C16H34) то это жидкие УВ, а если оно выше 16 (С17Н36 и т. д.) – твердые (например, парафин).

Нафтеновые (циклановые или алициклические) УВ (CnH2n) имеют кольчатое строение, поэтому их иногда называют карбоциклическими соединениями. Все связи углерода с водородом здесь также насыщены, поэтому нафтеновые нефти обладают устойчивыми свойствами.

Ароматические УВ, или арены (СnНn), наиболее бедны водородом. Молекула имеет вид кольца с ненасыщенными связями углерода. Они так и называются – ненасыщенными, или непредельными УВ. Отсюда их неустойчивость в химическом отношении.

Наряду с углеводородами в нефтях присутствуют химические соединения других классов. Обычно все эти классы объединяют в одну группу гетеросоединений (греч. “гетерос” – другой). В нефтях также обнаружено более 380 сложных гетеросоединений, в которых к углеводородным ядрам присоединены такие элементы, как сера, азот и кислород. Большинство из указанных соединений относится к классу сернистых соединений – меркаптанов. Это очень слабые кислоты с неприятным запахом. С металлами они образуют солеобразные соединения – меркаптиды. В нефтях меркаптаны представляют собой соединения, в которых к углеводородным радикалам присоединена группа SH.

Меркаптаны разъедают трубы и другое металлическое оборудование буровых установок и промысловых объектов.

В нефтях так же выделяют неуглеводородные соединения: асфальто-смолистую части, порфирины, серу и зольную часть.

Асфальто-смолистая часть нефтей – это темноокрашенное вещество. Оно частично растворяется в бензине. Растворившаяся часть называется асфальтеном, нерастворившаяся – смолой. В составе смол содержится кислород до 93 % от общего его количества в нефтях.

Порфирины – особые азотистые соединения органического происхождения. Считают, что они образованы из хлорофилла растений и гемоглобина животных. При температуре 200-250оС порфирины разрушаются.

Сера широко распространена в нефтях и в углеводородном газе и содержится либо в свободном состоянии, либо в виде соединений (сероводород, меркаптаны). Количество ее колеблется от 0,1% до 5%, но бывает и значительно больше. Так, например, в газе Астраханского месторождения содержание Н2S достигает 24 %.

Зольная часть – остаток, получающийся при сжигании нефти. Это различные минеральные соединения, чаще всего железо, никель, ванадий, иногда соли натрия.

Кислород в нефтях встречается в связанном состоянии также в составе нафтеновых кислот (около 6%) – CnH2n-1(COOH), фенолов (не более 1%) – C6H5OH, а также жирных кислот и их производных – C6H5O6(P). Содержание азота в нефтях не превышает 1%. Основная его масса содержится в смолах. Содержание смол в нефтях может достигать 60% от массы нефти, асфальтенов – 16%.

Асфальтены представляют собой черное твердое вещество. По составу они сходны со смолами, но характеризуются иными соотношениями элементов. Они отличаются большим содержанием железа, ванадия, никеля и др. Если смолы растворяются в жидких углеводородах всех групп, то асфальтены нерастворимы в метановых углеводородах, частично растворимы в нафтеновых и лучше растворяются в ароматических. В “белых” нефтях смолы содержатся в малых количествах, а асфальтены вообще отсутствуют.

Нефть – это вязкая маслянистая жидкость, темно-коричневого или почти черного цвета с характерным запахом, обладающая слабой флюоресценцией, более легкая (плотность 0,73-0,97г/см3), чем вода, почти нерастворимая в ней. Нефть сильно варьирует по плотности (от легкой 0,65-0,70 г/см3, до тяжелой 0,98-1,05 г/см3). Нефть и ее производные обладают наивысшей среди всех видов топлив теплотой сгорания. Теплоемкость нефти 1,7-2,1 кДж/кг, теплота сгорания нефти – 41 МДж/кг, бензина – 42 МДж/кг. Температура кипения зависит от строения входящих в состав нефти углеводородов и колеблется от 50 до 550°С.

Различные компоненты нефти переходят в газообразное состояние при различной температуре. Легкие нефти кипят при 50–100°С, тяжелые – при температуре более 100°С.

Различие температур кипения углеводородов используется для разделения нефти на температурные фракции. При нагревании нефти до 180-200°С выкипают углеводороды бензиновой фракции, при 200-250°С – лигроиновой, при 250-315°С – керосиново-газойлевой и при 315-350°С – масляной. Остаток представлен гудроном. В состав бензиновой и лигроиновой фракций входят углеводороды, содержащие 6-10 атомов углерода. Керосиновая фракция состоит из углеводородов с C11-C13, газойлевая – C14-C17.

Важным является свойство нефтей растворять углеводородные газы. В 1 м3 нефти может раствориться до 400 м3 горючих газов. Большое значение имеет выяснение условий растворения нефти и природных газов в воде. Нефтяные углеводороды растворяются в воде крайне незначительно. Нефти различаются по плотности. Плотность нефти, измеренной при 20°С, отнесенной к плотности воды, измеренной при 4°С, называется относительной. Нефти с относительной плотностью 0,85 называются легкими, с относительной плотностью от 0,85 до 0,90 – средними, а с относительной плотностью свыше 0,90 – тяжелыми. В тяжелых нефтях содержатся в основном циклические углеводороды. Цвет нефти зависит от ее плотности: светлые нефти обладают меньшей плотностью, чем темные. А чем больше в нефти смол и асфальтенов, тем выше ее плотность. При добыче нефти важно знать ее вязкость. Различают динамическую и кинематическую вязкость. Динамической вязкостью называется внутреннее сопротивление отдельных частиц жидкости движению общего потока. У легких нефтей вязкость меньше, чем у тяжелых. При добыче и дальнейшей транспортировке тяжелые нефти подогревают. Кинематической вязкостью называется отношение динамической вязкости к плотности среды. Большое значение имеет знание поверхностного натяжения нефти. При соприкосновении нефти и воды между ними возникает поверхность типа упругой мембраны. Капиллярные явления используются при добыче нефти. Силы взаимодействия воды с горной породой больше, чем у нефти. Поэтому вода способна вытеснить нефть из мелких трещин в более крупные. Для увеличения нефтеотдачи пластов используются специальные поверхностно-активные вещества (ПАВ). Нефти имеют неодинаковые оптические свойства. Под действием ультрафиолетовых лучей нефть способна светиться. При этом легкие нефти светятся голубым светом, тяжелые – бурым и желто-бурым. Это используется при поиске нефти. Нефть является диэлектриком и имеет высокое удельное сопротивление. На этом основаны электрометрические методы установления в разрезе, вскрытом буровой скважиной, нефтеносных пластов.

Добываемая на промыслах нефть, помимо растворенных в ней газов, содержит некоторое количество примесей – частицы песка, глины, кристаллы солей и воду. Содержание твердых частиц в неочищенной нефти обычно не превышает 1,5%, а количество воды может изменяться в широких пределах. С увеличением продолжительности эксплуатации месторождения возрастает обводнение нефтяного пласта и содержание воды в добываемой нефти. В некоторых старых скважинах жидкость, получаемая из пласта, содержит 90% воды. В нефти, поступающей на переработку, должно быть не более 0,3% воды. Присутствие в нефти механических примесей затрудняет ее транспортирование по трубопроводам и переработку, вызывает эрозию внутренних поверхностей труб нефтепроводов и образование отложений в теплообменниках, печах и холодильниках, что приводит к снижению коэффициента теплопередачи, повышает зольность остатков от перегонки нефти (мазутов и гудронов), содействует образованию стойких эмульсий. Кроме того, в процессе добычи и транспортировки нефти происходит весомая потеря легких компонентов нефти (метан, этан, пропан и т. д., включая бензиновые фракции) – примерно до 5% от фракций, выкипающих до 100°С.

С целью понижения затрат на переработку нефти, вызванных потерей легких компонентов и чрезмерным износом нефтепроводов и аппаратов переработки, добываемая нефть подвергается предварительной обработке.

Для сокращения потерь легких компонентов осуществляют стабилизацию нефти, а также применяют специальные герметические резервуары хранения нефти. От основного количества воды и твердых частиц нефть освобождают путем отстаивания в резервуарах на холоду или при подогреве. Окончательно их обезвоживают и обессоливают на специальных установках.

Однако вода и нефть часто образуют трудно разделимую эмульсию, что сильно замедляет или даже препятствует обезвоживанию нефти. В общем случае эмульсия есть система из двух взаимно нерастворимых жидкостей, в которых одна распределена в другой во взвешенном состоянии в виде мельчайших капель. Существуют два типа нефтяных эмульсий: нефть в воде, или гидрофильная эмульсия, и вода в нефти, или гидрофобная эмульсия. Чаще встречается гидрофобный тип нефтяных эмульсий. Образованию стойкой эмульсии предшествуют понижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз и создание вокруг частиц дисперсной фазы прочного адсорбционного слоя. Такие слои образуют третьи вещества – эмульгаторы. К гидрофильным эмульгаторам относятся щелочные мыла, желатин, крахмал. Гидрофобными являются хорошо растворимые в нефтепродуктах щелочноземельные соли органических кислот, смолы, а также мелкодисперсные частицы сажи, глины, окислов металлов и т. п., легче смачиваемые нефтью чем водой.

Отстаивание – применяется к свежим, легко разрушимым эмульсиям. Расслаивание воды и нефти происходит вследствие разности плотностей компонентов эмульсии. Процесс ускоряется нагреванием до 120-160°С под давлением 8-15 атмосфер в течение 2-3 ч, не допуская испарения воды.

Центрифугирование – отделение механических примесей нефти под воздействием центробежных сил. В промышленности применяется редко, обычно сериями центрифуг с числом оборотов от 350 до 5000 в мин., при производительности 15-45 м3/ч каждая.

Разрушение эмульсий достигается путем применения поверхностно-активных веществ – деэмульгаторов. Разрушение достигается а) адсорбционным вытеснением действующего эмульгатора веществом с большей поверхностной активностью, б) образованием эмульсий противоположного типа (инверсия ваз) и в) растворением (разрушением) адсорбционной пленки в результате ее химической реакции с вводимым в систему деэмульгатором. Химический метод применяется чаще механического, обычно в сочетании с электрическим.

При попадании нефтяной эмульсии в переменное электрическое поле частицы воды, сильнее реагирующие на поле чем нефть, начинают колебаться, сталкиваясь друг с другом, что приводит к их объединению, укрупнению и более быстрому расслоению с нефтью. Установки, называемые электродегидраторами (ЭЛОУ – электроочистительные установки), с рабочим напряжением до 33000В при давлении 8-10 атмосфер, применяют группами по 6-8 шт. с производительностью 250-500 т нефти в сутки каждая. В сочетании с химическим методом этот метод имеет наибольшее распространение в промышленной нефтепереработке.

Различные нефти и выделенные из них соответствующие фракции отличаются друг от друга физико-химическими и товарными свойствами. Так, бензиновые фракции некоторых нефтей характеризуются высокой концентрацией ароматических, нафтеновых или изопарафиновых углеводородов и поэтому имеют высокие октановые числа, тогда как бензиновые фракции других нефтей содержат в значительных количествах парафиновые углеводороды и имеют очень низкие октановые числа. Важное значение в дальнейшей технологической переработке нефти имеет серность, масляничность смолистость нефти и др. Таким образом, существует необходимость отслеживания качественных характеристик нефтей в процессе транспортировки, сбора и хранения с целью недопущения потери ценных свойств компонентов нефти.

Однако раздельные сбор, хранение и перекачка нефтей в пределах месторождения с большим числом нефтяных пластов весомо осложняет нефтепромысловое хозяйство и требует больших капиталовложений. Поэтому близкие по физико-химическим и товарным свойствам нефти на промыслах смешивают и направляют на совместную переработку.

Выбор направления переработки нефти и ассортимента получаемых нефтепродуктов определяется физико-химическими свойствами нефти, уровнем технологии нефтеперерабатывающего завода и настоящей потребности хозяйств в товарных нефтепродуктах. Различают три основных варианта переработки нефти:

По топливному варианту нефть перерабатывается в основном на моторные и котельные топлива. Топливный вариант переработки отличается наименьшим числом участвующих технологических установок и низкими капиталовложениями. Различают глубокую и неглубокую топливную переработку. При глубокой переработке нефти стремятся получить максимально возможный выход высококачественных и автомобильных бензинов, зимних и летних дизельных топлив и топлив для реактивных двигателей. Выход котельного топлива в этом варианте сводится к минимуму. Таким образом, предусматривается такой набор процессов вторичной переработки, при котором из тяжелых нефтяных фракций и остатка – гудрона получают высококачественные легкие моторные топлива. Сюда относятся каталитические процессы – каталитический крекинг, каталитический риформинг, гидрокрекинг и гидроочистка, а также термические процессы, например коксование. Переработка заводских газов в этом случае направлена на увеличение выхода высококачественных бензинов. При неглубокой переработке нефти предусматривается высокий выход котельного топлива.

По топливно-масляному варианту переработки нефти наряду с топливами получают смазочные масла. Для производства смазочных масел обычно подбирают нефти с высоким потенциальным содержанием масляных фракций. В этом случае для выработки высококачественных масел требуется минимальное количество технологических установок. Масляные фракции (фракции, выкипающие выше 350°С), выделенные из нефти, сначала подвергаются очистке избирательными растворителями: фенолом или фурфуролом, чтобы удалить часть смолистых веществ и низкоиндексные углеводороды, затем проводят депарафинизацию при помощи смесей метилэтилкетона или ацетона с толуолом для понижения температуры застывания масла. Заканчивается обработка масляных фракций доочисткой отбеливающими глинами. Последние технологии получения масел используют процессы гидроочистки взамен селективной очистки и обработки отбеливающими глинами. Таким способом получают дистиллятные масла (легкие и средние индустриальные, автотракторные и др.). Остаточные масла (авиационные, цилиндровые) выделяют из гудрона путем его деасфальтизации жидким пропаном. При этом образуется деасфальт и асфальт. Деасфальт подвергается дальнейшей обработке, а асфальт перерабатывают в битум или кокс.

Нефтехимический вариант переработки нефти по сравнению с предыдущими вариантами отличается большим ассортиментом нефтехимической продукции и в связи с этим наибольшим числом технологических установок и высокими капиталовложениями. Нефтеперерабатывающие заводы, строительство которых проводилось в последние два десятилетия, направлены на нефтехимическую переработку. Нефтехимический вариант переработки нефти представляет собой сложное сочетание предприятий, на которых помимо выработки высококачественных моторных топлив и масел не только проводится подготовка сырья (олефинов, ароматических, нормальных и изопарафиновых углеводородов и др.) для тяжелого органического синтеза, но и осуществляются сложнейшие физико-химические процессы, связанные с многотоннажным производством азотных удобрений, синтетического каучука, пластмасс, синтетических волокон, моющих веществ, жирных кислот, фенола, ацетона, спиртов, эфиров и многих других химикалий.

Нефть представляет собой сложную смесь парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводов, различных по молекулярному весу и температуре кипения. Кроме того, в нефти содержатся сернистые, кислородные и азотистые органические соединения. Для производства многочисленных продуктов различного назначения и со специфическими свойствами применяют методы разделения нефти на фракции и группы углеводородов, а также изменения ее химического состава. Различают первичные и вторичные методы переработки нефти:

· к первичным относят процессы разделения нефти на фракции, когда используются ее потенциальные возможности по ассортименту, количеству и качеству получаемых продуктов и полупродуктов – перегонка нефти;

· ко вторичным относят процессы деструктивной переработки нефти и очистки нефтепродуктов, предназначенные для изменения ее химического состава путем термического и каталитического воздействия. При помощи этих методов удается получить нефтепродукты заданного качества и в больших количествах, чем при прямой перегонке нефти.

Братья Дубинины впервые создали устройство для перегонки нефти. Завод Дубининых был очень прост. Котёл в печке, из котла идёт труба через бочку с водой в пустую бочку. Бочка с водой – холодильник, пустая бочка – приёмник для керосина.

Различают перегонку с однократным, многократным и постепенным испарением. При перегонке с однократным испарением нефть нагревают до определенной температуры и отбирают все фракции, перешедшие в паровую фазу. Перегонка нефти с многократным испарением производится с поэтапным нагреванием нефти, и отбиранием на каждом этапе фракций нефти с соответствующей температурой перехода в паровую фазу. Перегонку нефти с постепенным испарением в основном применяют в лабораторной практике для получения особо точного разделения большого количества фракций. Отличается от других методов перегонки нефти низкой производительностью.

Процесс первичной переработки нефти (прямой перегонки), с целью получения нефтяных фракций, различающихся по температуре кипения без термического распада, осуществляют в кубовых или трубчатых установках при атмосферном и повышенном давлениях или в вакууме. Трубчатые установки отличаются более низкой достаточной температурой перегоняемого сырья, меньшим крекингом сырья, и большим КПД. Поэтому на современном этапе нефтепереработки трубчатые установки входят в состав всех нефтеперерабатывающих заводов и служат поставщиками как товарных нефтепродуктов, так и сырья для вторичных процессов (термического и каталитического крекинга, риформинга).

В настоящее время перегонку нефти в промышленности производят на непрерывно действующих трубчатых установках. У них устраивается трубчатая печь, для конденсации и разделения паров сооружаются огромные ректификационные колонны, а для приёма продуктов перегонки выстраиваются целые городки резервуаров.

Трубчатая печь представляет собой помещение, выложенное внутри огнеупорным кирпичом. Внутри печи расположен многократно изогнутый стальной трубопровод. Длина труб в печах достигает километра. Когда завод работает, по этим трубам непрерывно, с помощью насоса, подаётся нефть с большой скоростью – до двух метров в секунду. Печь обогревается горящим мазутом, подаваемым в неё при помощи форсунок. В трубопроводе нефть быстро нагревается до 350-370°. При такой температуре более летучие вещества нефти превращаются в пар.

Так как нефть – это смесь углеводородов различного молекулярного веса, имеющих разные температуры кипения, то перегонкой её разделяют на отдельные нефтепродукты. При перегонке нефти получают светлые нефтепродукты: бензин (tкип 90-200°С), лигроин (tкип 150-230°С), керосин (tкип 180-300°С), легкий газойль – соляровое масло (tкип 230-350°С), тяжелый газойль (tкип 350-430°С), а в остатке – вязкую черную жидкость – мазут (tкип выше 430°С). Мазут подвергают дальнейшей переработке. Его перегоняют под уменьшенным давлением (чтобы предупредить разложение) и выделяют смазочные масла.

При перегонке с однократным испарением нефть нагревают в змеевике какого-либо подогревателя до заранее заданной температуры. По мере повышения температуры образуется все больше паров, которые находятся в равновесии с жидкой фазой, и при заданной температуре парожидкостная смесь покидает подогреватель и поступает в адиабатический испаритель. Последний представляет собой пустотелый цилиндр, в котором паровая фаза отделяется от жидкой. Температура паровой и жидкой фаз в этом случае одна и та же.

Перегонка с многократным испарением состоит из двух или более однократных процессов перегонки с повышением рабочей температуры на каждом этапе.

Четкость разделения нефти на фракции при перегонке с однократным испарением хуже по сравнению с перегонкой с многократным и постепенным испарением. Но если высокой четкости разделения фракций не требуется, то метод однократного испарения экономичнее: при максимально допустимой температуре нагрева нефти 350-370°С (при более высокой температуре начинается разложение углеводородов) больше продуктов переходит в паровую фазу по сравнению с многократным или постепенным испарением. Для отбора из нефти фракций, выкипающих выше 350-370°С, применяют вакуум или водяной пар. Использование в промышленности принципа перегонки с однократным испарением в сочетании с ректификацией паровой и жидкой фаз позволяет достигать высокой четкости разделения нефти на фракции, непрерывности процесса и экономичного расходования топлива на нагрев сырья.

В зависимости от внутреннего устройства, обеспечивающего контакт между восходящими парами и нисходящей жидкостью (флегмой), ректификационные колонны делятся на насадочные, тарельчатые, роторные и др. В зависимости от давления они делятся на ректификационные колонны высокого давления, атмосферные и вакуумные. Первые применяют в процессах стабилизации нефти и бензина. Атмосферные и вакуумные ректификационные колоны в основном применяют при перегонке нефтей, остаточных нефтепродуктов и дистилляторов.

Принципиальная схема для промышленной перегонки нефти приведена на рисунке. Исходная нефть прокачивается насосом через теплообменники 4, где нагревается под действием тепла отходящих нефтяных фракций и поступает в огневой подогреватель (трубчатую печь) 1. В трубчатой печи нефть нагревается до заданной температуры и входит в испарительную часть (питательную секцию) ректификационной колонны 2. В процессе нагрева часть нефти переходит в паровую фазу, которая при прохождении трубчатой печи все время находится в состоянии равновесия с жидкостью. Как только нефть в виде парожидкостной смеси выходит из печи и входит в колонну (где в результате снижения давления дополнительно испаряется часть сырья), паровая фаза отделяется от жидкой и поднимается вверх по колонне, а жидкая перетекает вниз. Паровая фаза подвергается ректификации в верхней части колонны. В ректификационной колонне размещены ректификационные тарелки, на которых осуществляется контакт поднимающихся по колонне паров со стекающей жидкостью (флегмой). Флегма создается в результате того, что часть верхнего продукта, пройдя конденсатор-холодильник 3, возвращается на верхнюю тарелку и стекает на нижележащие, обогащая поднимающиеся пары низкокипящими компонентами.

Для ректификации жидкой части сырья в нижней части ректификационной части колонны под нижнюю тарелку необходимо вводить тепло или какой-либо испаряющий агент 5. В результате легкая часть нижнего продукта переходит в паровую фазу и тем самым создается паровое орошение. Это орошение, поднимаясь с самой нижней тарелки и вступая в контакт со стекающей жидкой фазой, обогащает последнюю высококипящими компонентами.

В итоге сверху колонны непрерывно отбирается низкокипящая фракция, снизу – высококипящий остаток.

Испаряющий агент вводится в ректификационную колону с целью повышения концентрации высококипящих компонентов в остатке от перегонки нефти. В качестве испаряющего агента используются пары бензина, лигроина, керосина, инертный газ, чаще всего – водяной пар.

В присутствии водяного пара в ректификационной колонне снижается парциальное давление углеводородов, а следовательно их температура кипения. В результате наиболее низкокипящие углеводороды, находящиеся в жидкой фазе после однократного испарения, переходят в парообразное состояние и вместе с водяным паром поднимаются вверх по колонне. Водяной пар проходит всю ректификационную колонну и уходит с верхним продуктом, понижая температуру в ней на 10-20°С. На практике применяют перегретый водяной пар и вводят его в колонну с температурой, равной температуре подаваемого сырья или несколько выше (обычно не насыщенный пар при температуре 350-450°С под давлением 2-3 атмосферы).

· интенсивно перемешивается кипящая жидкость, что способствует испарению низкокипящих углеводородов;

· создается большая поверхность испарения тем, что испарение углеводородов происходит внутрь множества пузырьков водяного пара.

Расход водяного пара зависит от количества отпариваемых компонентов, их природы и условий внизу колонны. Для хорошей ректификации жидкой фазы внизу колонны необходимо, чтобы примерно 25% ее переходило в парообразное состояние.

В случае применения в качестве испаряющего агента инертного газа происходит большая экономии тепла, затрачиваемого на производство перегретого пара, и снижение расхода воды, идущей на его конденсацию. Весьма рационально применять инертный газ при перегонке сернистого сырья, т. к. сернистые соединения в присутствии влаги вызывают интенсивную коррозию аппаратов. Однако инертный газ не получил широкого применения при перегонке нефти из-за громоздкости подогревателей газа и конденсаторов парогазовой смеси (низкого коэффициента теплоотдачи) и трудности отделения отгоняемого нефтепродукта от газового потока.

Удобно в качестве испаряющего агента использовать легкие нефтяные фракции – лигроино-керосино-газойлевую фракцию, т. к. это исключает применение открытого водяного пара при перегонке сернистого сырья, вакуума и вакуумсоздающей аппаратуры и, в то же время, избавляет от указанных сложностей работы с инертным газом.

Чем ниже температура кипения испаряющего агента и больше его относительное количество, тем ниже температура перегонки. Однако чем легче испаряющий агент, тем больше его теряется в процессе перегонки. Поэтому в качестве испаряющего агента рекомендуется применять лигроино-керосино-газойлевую фракцию.

В результате перегонки нефти при атмосферном давлении и температуре 350-370°С остается мазут, для перегонки которого необходимо подобрать условия, исключающие возможность крекинга и способствующие отбору максимального количества дистилляторов. Самым распространенным методом выделения фракций из мазута является перегонка в вакууме. Вакуум понижает температуру кипения углеводородов и тем самым позволяет при 410-420°С отобрать дистилляты, имеющие температуры кипения до 500°С (в пересчете на атмосферное давление). Нагрев мазута до 420°С сопровождается некоторым крекингом углеводородов, но если получаемые дистилляторы затем подвергаются вторичным методам переработки, то присутствие следов непредельных углеводородов не оказывает существенного влияния. При получении масляных дистилляторов разложение их сводят к минимуму, повышая расход водяного пара, снижая перепад давления в вакуумной колонне и др. Существующие промышленные установки способны поддерживать рабочее давление в ректификационных колоннах 20 мм рт. ст. и ниже.

Рассмотренные методы перегонки нефти дают достаточно четкие разделения компонентов, однако оказываются непригодными, когда из нефтяных фракций требуется выделить индивидуальные углеводороды высокой чистоты (96-99%), которые служат сырьем для нефтехимической промышленности (бензол, толуол, ксилол и др.)

В тарельчатых колоннах 1 для повышения площади соприкосновения потоков пара и флегмы применяют большое число (30-40) тарелок специальной конструкции. Флегма стекает с тарелки на тарелку по спускным трубам 3, причем перегородки 4 поддерживают постоянный уровень слоя жидкости на тарелке. Этот уровень позволяет постоянно держать края колпаков 2 погруженными во флегму. Перегородки пропускают для стока на следующую тарелку лишь избыток поступающей флегмы. Принципом действия тарельчатой колонны является взаимное обогащения паров и флегмы за счет прохождения под давлением паров снизу вверх сквозь слой флегмы на каждой тарелке. За счет того, что пар проходит флегму в виде мельчайших пузырьков площадь соприкосновения пара и жидкости очень высока.

Конструкции тарелок разнообразны. Применяют сетчатые, решетчатые, каскадные, клапанные, инжекционные и комбинированные тарелки. Конструкцию тарелок выбирают исходя из конкретных технологических требований (степень четкости разделения фракций, требование к интенсивности работы, необходимость изменения внутренней конструкции колонны, частота профилактических и ремонтных работ и др.)

При первичной перегонке нефть подвергается только физическим изменениям. От неё отгоняются лёгкие фракции, т. е. отбираются части её, кипящие при низких температурах и состоящие из разных по величине углеводородов. Сами углеводороды остаются при этом неизменёнными. Выход бензина, в этом случае, составляет лишь 10-15%. Такое количество бензина не может удовлетворить всё возрастающий спрос на него со стороны авиации и автомобильного транспорта.

При крекинге нефть подвергается химическим изменениям. Меняется строение углеводородов. В аппаратах крекинг-заводов происходят сложные химические реакции. Выход бензина из нефти значительно увеличивается (до 65-70 %) путем расщепления углеводородов с длинной цепью, содержащихся, например, в мазуте, на углеводороды с меньшей относительной молекулярной массой. Такой процесс называется крекингом (от англ. crack – расщеплять).

Крекинг изобрёл русский инженер Шухов в 1891 г. В 1913 г. изобретение Шухова начали применять в Америке. Крекингом называется процесс расщепления углеводородов, содержащихся в нефти, в результате которого образуются углеводороды с меньшим числом атомов углерода в молекуле.

Процесс ведётся при более высоких температурах (до 600о), часто при повышенном давлении. При таких температурах крупные молекулы углеводородов раздробляются на более мелкие.

Аппаратура крекинг-заводов в основном та же, что и для перегонки нефти. Это – печи, колонны. Но режим переработки другой. Сырье тоже другое – мазут.

Мазут – остаток первичной перегонки – густ и тяжёл, его удельный вес близок к единице. Это потому, что он состоит из сложных и крупных молекул углеводородов. Когда на крекинг-заводе мазут снова подвергается переработке, часть составляющих его углеводородов раздробляется на более мелкие. А из мелких углеводородов как раз и составляются лёгкие нефтяные продукты – бензин, керосин, лигроин.

Расщепление молекул углеводородов протекает при более высокой температуре (470-550°С) и давлении 2-7МПа. Процесс протекает медленно, образуются углеводороды с неразветвленной цепью атомов углерода. Таким способом получают главным образом автомобильный бензин. Выход его из нефти достигает 70%.

В бензине, полученном в результате термического крекинга, наряду с предельными углеводородами, содержится много непредельных углеводородов. Поэтому этот бензин обладает большей детонационной стойкостью, чем бензин прямой перегонки.

В бензине термического крекинга содержится много непредельных углеводородов, которые легко окисляются и полимеризуются. Поэтому этот бензин менее устойчив при хранении. При его сгорании могут засориться различные части двигателя. Для устранения этого вредного действия к такому бензину добавляют окислители.

Если в нагреваемую на сильном пламени трубку (заполненную железными стружками для улучшения теплопередачи) пускать из воронки по каплям керосин или смазочное масло, очищенные от непредельных углеводородов, то в U-образной трубке вскоре будет собираться жидкость, а в цилиндре над водой – газ. Полученная жидкость, в отличие от взятой для реакции, обесцвечивает бромную воду, т. е. содержит непредельные соединения. Собранный газ хорошо горит и также обесцвечивает бромную воду.

Результаты опыта объясняются тем, что при нагревании произошёл распад углеводородов, например:

Образовалась смесь предельных и непредельных углеводородов с меньшими молекулярными массами, аналогичная бензину.

Получившиеся жидкие вещества частично могут разлагаться далее, например:

Эти реакции приводят к образованию большого количества газообразных веществ. Выделившийся в процессе крекинга этилен широко используется для в качестве сырья для химической промышленности: производства полиэтилена и этилового спирта.

Расщепление молекул углеводородов протекает по радикальному механизму. Вначале образуются свободные радикалы:

Свободные радикалы химически очень активны и могут участвовать в различных реакциях. В процессе крекинга один из радикалов отщепляет атом водорода (а), а другой – присоединяет (б):

При температурах 700-1000°С проводят пиролиз (термическое разложение) нефтепродуктов, в результате которого получают главным образом легкие алкены – этилен, пропилен и ароматические углеводороды. При пиролизе возможно протекание следующих реакций:

Расщепление молекул углеводородов протекает в присутствии катализаторов (обычно алюмосиликатов) и при температуре (450-500° С) и атмосферном давлении. Одним из катализаторов является специально обработанная глина. Эта глина в мелком раздробленном состоянии – в виде пыли – вводится в аппаратуру завода. Углеводороды, находящиеся в парообразном и газообразном состоянии, соединяются с пылинками глины и раздробляются на их поверхности. Такой крекинг называется крекингом с пылевидным катализатором. Этот вид крекинга теперь широко распространяется. Катализатор потом отделяется от углеводородов. Углеводороды идут своим путём на ректификацию и в холодильники, а катализатор – в свои резервуары, где его свойства восстанавливаются.

Главное внимание уделяют бензину. Его стараются получить больше и обязательно лучшего качества. Каталитический крекинг появился именно в результате долголетней, упорной борьбы нефтяников за повышение качества бензина. По сравнению с термическим крекингом процесс протекает значительно быстрее, при этом происходит не только расщепление молекул углеводородов, но и их изомеризация, т. е. образуются предельные углеводороды с разветвленным углеродным скелетом молекул, что улучшает качество бензина.

Этим способом получают авиационный бензин с выходом до 80%. Такому виду крекинга подвергается преимущественно керосиновая и газойлевая фракции нефти.

Бензин каталитического крекинга по сравнению с бензином термического крекинга обладает еще большей детонационной стойкостью, т. к. в нем содержатся углеводороды с разветвленной цепью углеродных атомов.

В бензине каталитического крекинга непредельных углеводородов содержится меньше, и поэтому процессы окисления и полимеризации в нем не протекают. Такой бензин более устойчив при хранении.

Риформинг – (от англ. reforming – переделывать, улучшать) промышленный процесс переработки бензиновых и лигроиновых фракций нефти с целью получения высококачественных бензинов и ароматических углеводородов. При этом молекулы углеводородов в основном не расщепляются, а преобразуются. Сырьем служит бензинолигроиновая фракция нефти.

До 30-х годов 20 века риформинг представлял собой разновидность термического крекинга и проводился при 540°С для получения бензина с октановым числом 70-72.

С 40-х годов риформинг – каталитический процесс, научные основы которого разработаны Н. Д. Зелинским, а также В. И. Каржевым, Б. Л. Молдавским. Впервые этот процесс был осуществлен в 1940 г в США.

Его проводят в промышленной установке, имеющей нагревательную печь и не менее 3-4 реакторов при t 350-520°С, в присутствии различных катализаторов: платиновых и полиметаллических, содержащих платину, рений, иридий, германий и др. во избежание дезактивации катализатора продуктом уплотнения коксом, риформинг осуществляется под высоким давлением водорода, который циркулирует через нагревательную печь и реакторы. В результате риформинга бензиновых фракций нефти получают 80-85 % бензин с октановым числом 90-95, 1-2% водорода и остальное количество газообразных углеводородов. Из трубчатой печи под давлением нефть подается в реакционную камеру, где и находится катализатор, отсюда она идет в ректификационную колонну, где разделяется на продукты.

Для улучшения свойств бензиновых фракций нефти они подвергаются каталитическому риформингу, который проводится в присутствии катализаторов из платины или платины и рения. При каталитическом риформинге бензинов происходит образование ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилола и др.) из парафинов и циклопарафинов, например:

Циклоалканы превращаются в ароматические соединения, подвергаются изомеризации, гидрированию. Ароматические углеводороды теряют при риформинге боковые цепи, например:

Ранее основным источником получения ароматических углеводородов была коксовая промышленность.

В настоящее время из нефти получают тысячи продуктов. Основными группами являются жидкое топливо, газообразное топливо, твердое топливо (нефтяной кокс), смазочные и специальные масла, парафины и церезины, битумы, ароматические соединения, сажа, ацетилен, этилен, нефтяные кислоты и их соли, высшие спирты.

Наибольшее применение продукты переработки нефти находят в топливно-энергетической отрасли. Например, мазут обладает почти в полтора раза более высокой теплотой сгорания по сравнению с лучшими углями. Он занимает мало места при сгорании и не дает твердых остатков при горении. Замена твердых видов топлива мазутом на ТЭС, заводах и на железнодорожном и водном транспорте дает огромную экономию средств, способствует быстрому развитию основных отраслей промышленности и транспорта.

Бензин применяется в качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания. В зависимости от назначения он подразделяется на два основных сорта: авиационный и автомобильный. Бензин используется также в качестве растворителя масел, каучука, для очистки тканей от жирных пятен и т. п. Керосин применяется как горючее для реактивных и тракторных двигателей, а также для бытовых нужд. Он используется также для освещения. Соляровое масло применяется в качестве горючего для дизелей. Смазочные масла для смазки различных механизмов. После перегонки мазута остаётся нелетучая тёмная масса – гудрон, идущая на асфальтирование улиц. Лигроин служит топливом для дизельных двигателей, а также растворителем в лакокрасочной промышленности. Большие количества его перерабатывают в бензин. Парафин применяют для получения высших карбоновых кислот, для пропитки древесины в производстве спичек и карандашей, для изготовления свечей, гуталина и т. д.

Энергетическое направление в использовании нефти до сих пор остается главным во всем мире. Доля нефти в мировом энергобалансе составляет более 46%.

Однако в последние годы продукты переработки нефти все шире используются как сырье для химической промышленности. Около 8% добываемой нефти потребляются в качестве сырья для современной химии. Например, этиловый спирт применяется примерно в 150 отраслях производства. В химической промышленности применяются формальдегид, пластмассы, синтетические волокна, синтетический каучук, аммиак, этиловый спирт и т. д.

Продукты переработки нефти применяются и в сельском хозяйстве. Здесь используются стимуляторы роста, протравители семян, ядохимикаты, азотные удобрения, мочевина, пленки для парников и т. д. В машиностроении и металлургии применяются универсальные клеи, детали и части аппаратов из пластмасс, смазочные масла и др. Широкое применение нашел нефтяной кокс, как анодная масса при электровыплавке. Прессованная сажа идет на огнестойкие обкладки в печах. В пищевой промышленности применяются полиэтиленовые упаковки, пищевые кислоты, консервирующие средства, парафин, производятся белково-витаминные концентраты, исходным сырьем для которых служат метиловый и этиловый спирты и метан. В фармацевтической и парфюрмерной промышленности из производных переработки нефти изготовляют нашатырный спирт, хлороформ, формалин, аспирин, вазелин и др. Производные нефтесинтеза находят широкое применение и в деревообрабатывающей, текстильной, кожевенно-обувной и строительной промышленности.

В последние годы (наряду с увеличением выработки топлива и масел) углеводороды нефти широко используют как источник химического сырья. Различными способами из них получают вещества, необходимые для производства пластмасс, синтетического текстильного волокна, синтетического каучука, спиртов, кислот, синтетических моющих средств, взрывчатых веществ, ядохимикатов, синтетических жиров и т. д.

Нефть останется в ближайшем будущем основой обеспечения энергией народного хозяйства и сырьем нефтехимической промышленности. Здесь будет многое зависеть от успехов в области поисков, разведки и разработки месторождений. Но ресурсы нефти в природе ограничены. Бурное наращивание в течение последних десятилетий их добычи привело к относительному истощению наиболее крупных и благоприятно расположенных месторождений.

Http://www. e-ng. ru/detali_mashin/neft_proisxozhdenie_sostav_metody_i. html

Бурный научно-технический прогресс и высокие темпы развития различных

Отраслей науки и мирового хозяйства в XIX – XX вв. привели к резкому

Увеличению потребления различных полезных ископаемых, особое место среди

Считают, что современный термин “нефть” произошел от слова “нафата”, что

Нефть начали добывать на берегу Евфрата за 6 – 4 тыс. лет до нашей эры.

Использовалась она и в качестве лекарства. Древние египтяне использовали

Использовались для приготовления строительных растворов. Нефть входила в

Состав “греческого огня”. В средние века нефть использовалась для освещения

В ряде городов на Ближнем Востоке, Южной Италии. В начале XIX века в

России, а в середине XIX века в Америке из нефти путем возгонки был получен

Керосин. Он использовался в лампах. До середины XIX века нефть добывалась в

Небольших количествах из глубоких колодцев вблизи естественных выходов ее

На поверхность. Изобретение парового, а затем дизельного и бензинового

Двигателя привело к бурному развитию нефтедобывающей промышленности.

Современный уровень цивилизации и технологии был бы немыслим без той

Дешевой и обильной энергии, которую предоставляет нам нефть. Сегодня она

. сырье для нефтехимии в производстве синтетического каучука, спиртов,

Полиэтилена, полипропилена, широкой гаммы различных пластмасс и готовых

. источник для выработки моторных топлив (бензина, керосина, дизельного и

Реактивных топлив), масел и смазок, а также котельно-печного топлива

. сырье для получения ряда белковых препаратов, используемых в качестве

Потребителя” – США и “сверх добытчика” – Саудовской Аравии. В настоящее

Время нефтяная промышленность Российской Федерации занимает 2 место в мире.

По уровню добычи мы уступаем только Саудовской Аравии. В 2002 году добыто

На территории Российской Федерации находятся три крупные нефтегазоносные

Нефтегазоносный бассейн в мире. Расположен он в пределах Западно-Сибирской

Равнины на территории Тюменской, Омской, Курганской, Томской и частично

Свердловской, Челябинской, Новосибирской областей, Красноярского и

Алтайского краев, площадью около 3,5 млн. км2 Нефтегазоносность бассейна

Связана с отложениями юрского и мелового возраста. Большая часть нефтяных

Залежей находиться на глубине 2000-3000 метров. Нефть Западно-Сибирского

Нефтегазоносного бассейна характеризуется низким содержанием серы (до

1,1%), и парафина (менее 0,5%), содержание бензиновых фракций высокое (40-

Сейчас на территории Западной Сибири добывается 70% российской нефти.

Основной ее объем извлекается насосным способом, на долю фонтанной добычи

Приходится не более 10%. Из этого следует, что основные месторождения

Находятся на поздней стадии разработки, что заставляет задуматься над

Важной проблемой топливной промышленности – старением месторождений. Этот

В Западной Сибири находятся несколько десятков крупных месторождений.

Среди них такие известные, как Самотлорское, Мамонтовское, Федоровское,

Холмогорское, Талинское, Мортымья-Тетеревское и другие. Большая часть из

Них расположена в Тюменской области – своеобразном ядре района. В

Республиканском разделении труда она выделяется как главная база России по

Снабжению ее народнохозяйственного комплекса нефтью и природным газом. В

Тюменской области добывается более 220 млн. тонн нефти, что составляет

Более 90% всей добычи Западной Сибири и более 55% от всего объема добычи по

России. Анализируя данную информацию, нельзя не сделать следующий вывод:

Нефтедобывающей промышленности Российской Федерации свойственна чрезвычайно

Для нефтяной промышленности Тюменской области характерно снижение

Объемов добычи. Достигнув максимума в 1988 году 415,1 млн. т, к 1990 году

Нефтедобыча снизилась до 358,4 млн. т, то есть на 13.7%, причем тенденция

Основные нефтяные компании работающие на территории Западной Сибири, это

Вторая по значению нефтяная провинция – Волго-Уральская. Она расположена

В восточной части Европейской территории Российской Федерации, в пределах

Оренбургской, Куйбышевской, Саратовской, Волгоградской Кировской и

Ульяновской областей. Нефтяные залежи находятся на глубине от 1600 до 3000

М, т. е. ближе к поверхности по сравнению с Западной Сибирью, что несколько

Снижает затраты на бурение. Волго-Уральский район дает 24% нефтедобычи

Месторождениях Ромашкинское, Ново-Елховское, Чекмагушское, Арланское,

Краснохолмское, Оренбургское и другие. Значительная часть нефти, добываемая

На промыслах Волго-Уральской нефтегазоносной области, поступает по

Нефтепроводам на местные нефтеперерабатывающие заводы, расположенные

Главным образом в Башкирии и Куйбышевской области, а также в других

Основные нефтяные компании работающие на территории Волго-Уральской

Расположена в пределах Коми, Ненецкого автономного округа Архангельской

Области и частично на прилегающих территориях, граничит с северной частью

Волго-Уральского нефтегазоносного района. Вместе с остальными Тимано-

Печерская нефтяная область дает лишь 6% нефти в Российской Федерации

Месторождениях Усинское, Харьягинское, Войвожское, Верхне-грубешорское,

Ярегское, Нижне-Омринское, Возейское и другие. Тимано-Печорский район, как

Волгоградская и Саратовская области, считается достаточно перспективным.

Добыча нефти в Западной Сибири сокращается, а в Ненецком автономном округе

Западносибирскими. По оценке американских специалистов, недра арктической

Почти каждое месторождение, а тем более каждый из нефтегазоносных

Районов отличаются своими особенностями по составу нефти и поэтому вести

Переработку, используя какую-либо “стандартную” технологию нецелесообразно.

Нужно учитывать уникальный состав нефти для достижения максимальной

Эффективности переработки, по этой причине приходиться сооружать заводы под

Конкретные нефтегазоносные области. Существует тесная взаимосвязь между

Нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленностью. Однако развал Советского

Союза обусловил появление новой проблемы – разрыв внешних хозяйственных

Связей нефтяной промышленности. Россия оказалась в крайне невыгодном

Положении, т. к. вынуждена экспортировать сырую нефть ввиду дисбаланса

Нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности (объем переработки в 2002

Году составил – 184 млн. тонн), в то время как цены на сырую нефть гораздо

Ниже, чем на нефтепродукты. Кроме того, низкая приспособляемость российских

Заводов, при переходе на нефть, которая ранее транспортировалась на заводы

Соседних республик, вызывает некачественную переработку и большие потери

Следует учитывать, что в Российской Федерации после семидесятых годов не

Было открыто ни одного крупного высокопродуктивного месторождения, а вновь

Приращиваемые запасы по своим кондициям резко ухудшаются. Так, например, по

Геологическим условиям средний дебит одной новой скважины в Тюменской

Области упал с 138 т в 1975 г. до 10-12т в 1994 г., т. е. более чем в 10

Раз. Значительно возросли затраты финансовых и материально-технических

Нефтяной комплекс России включает 148 тыс. нефтяных скважин, 48,3 тыс.

Км магистральных нефтепроводов, 28 нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ)

Общей мощностью около 300 млн. т/год нефти, а также большое количество

Других производственных объектов. На предприятиях нефтяной промышленности и

Обслуживающих ее отраслей занято около 900 тыс. работников, в том числе в

Высокопродуктивные запасы крупных месторождений выработаны более, чем на

Половину, и по крупным залежам происходит интенсивное снижение объемов

Добычи нефти. Например, Арланское месторождение (Башкирия) выработано на

77,5%, а Мортымья-Тетеревское (Западная Сибирь) – на 95%. Практически весь

Фонд нефтяных скважин переведен с фонтанного на механизированный способ

Добычи. Начался массовый ввод в разработку мелких, низкопродуктивных

Месторождений. Указанные факторы вызвали резкий рост потребностей отрасли в

Материальных и финансовых ресурсах для своего освоения, выделение которых в

Условиях экономического и политического кризиса России в 90-х годах было

Нефть залегает в земле, заполняя пустоты между частицами различных

Горных пород. Для добывания её бурят скважины. Если нефть богата газами,

Она под их давлением сама поднимается на поверхность, если же давление

Газов для этого недостаточно, в нефтяном пласту создают искусственное

В настоящее время география нефтеперерабатывающей промышленности не

Всегда совпадает с районами ее переработки. Поэтому задачи транспортировки

Нефти привели к созданию большой сети нефтепроводов. Нефтеперерабатывающие

Заводы располагаются во всех районах страны, т. к. выгоднее транспортировать

Сырую нефть, чем продукты ее переработки, которые необходимы во всех

Отраслях народного хозяйства. В прошлом она из мест добычи в места

Потребления перевозилась по железным дорогам в цистернах. В настоящее время

Большая часть нефти перекачивается по нефтепроводам и их доля в

Трубопроводы, насосные станции и нефтехранилища. Пропускная способность

Нефтепровода диаметром 1200 мм составляет 80-90 млн. тонн в год при

Нефтепроводами могут соперничать только морские перевозки танкерами. Кроме

Того, они менее опасны в пожарном отношении и резко снижают потери при

Транспортировке (доставке). По размеру грузооборота нефтепроводный

Транспорт в 2,5 раза превзошел железнодорожный в части перевозок нефти и

Нефтепродуктов. Транспортировка нефти по нефтепроводам стоит в настоящее

Время дороже, чем перевозка по воде, но значительно дешевле, чем перевозка

Стоимость строительства магистрального нефтепровода обычно окупается за

2-3 года. Характерной особенностью развития нефтепроводного транспорта

России является увеличение удельного веса трубопроводов большого диаметра,

Сейчас по грузообороту трубопроводного транспорта Россия стоит на первом

Месте. Протяженность нефтепроводов составляет 66000 км. Строительство

Магистральных нефтепроводов продолжается и в настоящее время. Так,

Например, в 2001 году введена в эксплуатацию первая очередь нефтепровода

КТК на 28 млн. т/год (максимальная мощность – 65 млн. тонн), диаметром 1490

Мм и протяженностью 1500 км, связывающая нефтяные месторождения юга России

И западного Казахстана с терминалом на Черноморском побережье в

Процессах нефтеобразования и формирования нефти в концентрированную залежь,

А отдельных залежей в месторождения до сего времени ещё не являются

Окончательно решёнными. Существует множество мнений как об исходных для

Нефти веществах, так и о причинах и процессах, обусловливающих её

Образование. В последние годы благодаря трудам главным образом советских

Геологов, химиков, биологов, физиков и исследователей других специальностей

Удалось выяснить основные закономерности в процессах нефтеобразования. В

Настоящее время установлено, что нефть органического происхождения, т. е.

Она, как и уголь, возникла в результате преобразования органических

Наиболее благоприятные условия для формирования нефти – морские, с так

Называемым некомпенсированным прогибанием. В теплых водах, на дне

Доисторического моря, веками накапливалась сапропель – глинистая почва,

Перемешанная с органическими останками умерших рыб, водорослей, моллюсков и

Прочей живности. В ней шла биохимическая стадия образования нефти.

Микроорганизмы при ограниченном доступе кислорода перерабатывали белки,

Углеводы и т. д. При этом образовывался метан, углекислый газ, вода и

Немного углеводородов. Данная стадия происходила в нескольких метрах от дна

Моря. Затем осадок уплотнился: произошел диагенез. Вследствие природных

Процессов дно моря опускалось, а сапропель накрывали материалы, которые из-

За природных разрушений или потоками воды сносились с гор. Органика

Попадала в застойные, бескислородные условия. Когда сапропель опустилась до

Глубины в 1,5 км, подземная температура достигла 100°C и стала достаточной

Для нефтеобразования. Начинаются химические реакции между веществами под

Действием температуры и давления. Сложные вещества разлагаются на более

Простые. Биохимические процессы затухают. Потом породу должна накрыть соль

Увеличением глубины растет содержание рассеянной нефти. Так, на глубине до

1,5 км идет газообразование, на интервале 1,5-8,5 км идет образование

Жидких углеводородов – микронефти – при температуре от 60 до 160°С. А на

Больших глубинах при температуре 150-200°С образуется метан. По мере

Уплотнения сапропели микронефть выжимается в вышележащие песчаники. Это

Процесс первичной миграции. Затем под влиянием различных сил микронефть

Перемещается вверх по наклону. Это вторичная миграция, которая является

Происхождении нефти, был М. В. Ломоносов. В середине XVIII века в своём

Тракте «О слоях земных» великий русский учёный писал, что нефть произошла

Из каменного угля. Исходное вещество было одно: органический материал,

Преобразованный сначала в уголь, а потом в нефть. М. В. Ломоносов первый

Указал на связь между горючими полезными ископаемыми – углём и нефтью и

Выдвинул первую в мире гипотезу о происхождении нефти из растительных

В XIX в. среди ученых были распространены идеи, близкие к представлениям

М. В. Ломоносова. Споры велись главным образом вокруг исходного материала:

Животные или растения? Немецкие ученые Г. Гефер и К. Энглер в 1888 г.

Поставили опыты, доказавшие возможность получения нефти из животных

Организмов. Была произведена перегонка сельдевого жира при температуре 400

°С и давлении 1 МПа. Из 492 кг жира было получено масло, горючие газы,

Вода, жиры и разные кислоты. Больше всего было отогнано масла (299 кг, или

61 %) плотностью 0,8105 г/см3, состоящего на 9/10 из УВ коричневого цвета.

Последующей разгонкой из масла получили предельные УВ (от пентана до

Нонана), парафин, смазочные масла, в состав которых входили олефины и

Осуществлен похожий опыт, но исходным материалом служил органогенный ил

Преимущественно растительного происхождения (сапропель) из озера Балхаш.

При его перегонке были получены: сырая смола – 63,2 %; кокс – 16,0%; газы

Переработке смолы из нее извлекли бензин, керосин и тяжелые масла.

В конце XIX в., когда в астрономии и физике получило развитие применение

Спектральных методов исследования и в спектрах различных космических тел

Были обнаружены не только углерод и водород, но и углеводороды, русский

Геолог Н. А. Соколов выдвинул космическую гипотезу образования нефти. Он

Углеводороды из газовой оболочки проникли в массу земного шара, а

Впоследствии при остывании выделились на его поверхности. Эта гипотеза не

Объясняет ни географического, ни геологического распределения нефтяных

Академик В. И. Вернадский обратил внимание на наличие в нефти азотистых

Предшественники академика И. М. Губкина, русские геологи Андрусов и

Михайловский также считали, что на Кавказе нефть образовалась из

Органического материала. По мнению И. М. Губкина, родина нефти находится в

Области древних мелководных морей, лагун и заливов. Он считал, что уголь и

Нефть – члены одного и того же генетического ряда горючих ископаемых.

Уголь образуется в болотах и пресноводных водоёмах, как правило, из

Высших растений. Нефть получается главным образом из низших растений и

Животных, но в других условиях. Нефть постепенно образовывалась в толще

Различных по возрасту осадочных пород, начиная от наиболее древних

Сравнительно молодых – третичных слоёв, сложившихся 50 млн. лет назад.

Накопление органического материала для будущего образования нефти

Происходило в прибрежной полосе, в зоне борьбы между сушей и морем.

По вопросу об исходном материале существовали разные мнения. Некоторые

Учёные полагали, что нефть возникла из жиров погибших животных (рыбы,

Планктона), другие считали, что главную роль играли белки, третьи придавали

Большое значение углеводам. Теперь доказано, что нефть может образоваться

Из жиров, белков и углеводов, т. е. из всей суммы органических веществ.

И. М. Губкин дал критический анализ проблемы происхождения нефти и

Разделил органические теории на три группы: теория, где преобладающая роль

В образовании нефти отводится погибшим животным; теория, где преобладающая

Роль отводится погибшим растениям, и, наконец, теория смешанного животно-

Последняя теория, детально разработанная И. М. Губкиным, носит название

Различие в исходном органическом веществе является одной из причин

Существующего разнообразия нефтей. Другими причинами являются различие

Температурных условий вмещающих пород, присутствие катализаторов и др., а

Также последующие преобразования пород, в которых заключена нефть.

В СССР были проведены исследования, в результате которых удалось

Установить роль микроорганизмов в образовании нефти. Т. Л. Гинзбург-

Карагичева, открывшая присутствие в нефти разнообразнейших микроорганизмов,

Привела в своих исследованиях много новых, интересных сведений. Она

Установила, что в нефтях, ранее считавшихся ядом для бактерий, на больших

Глубинах идёт кипучая жизнь, не прекращавшаяся миллионы лет подряд.

Целый ряд бактерий живёт в нефти и питается ею, меняя, таким образом,

Нефтеобразования придавал этому открытию большое значение. Гинзбург-

Карагичевой установлено, что бактерии нефтяных пластов превращают различные

Под действием ряда бактерий происходит разложение органических веществ и

Выделяется водород, необходимый для превращения органического материала в

Нефть – это горная порода. Она относится к группе осадочных пород вместе

С песками, глинами, известняками, каменной солью и др. Мы привыкли считать,

Что порода – это твердое вещество, из которого состоит земная кора и более

В зависимости от месторождения нефть имеет различный качественный и

Количественный состав. Нефти состоят главным образом из углерода – 79,5-

Присутствуют еще три элемента – сера, кислород и азот. Их общее количество

Встречаются элементы: ванадий, никель, железо, алюминий, медь, магний,

Барий, стронций, марганец, хром, кобальт, молибден, бор, мышьяк, калий. Их

Общее содержание не превышает 0,02-0,03% от массы нефти. Указанные элементы

Образуют органические и неорганические соединения, из которых состоят

Нефти. Кислород и азот находятся в нефтях только в связанном состоянии.

Сера может встречаться в свободном состоянии или входить в состав

В состав нефти входит около 425 углеводородных соединений. Главную часть

Нефтей составляют три группы УВ: метановые, нафтеновые и ароматические. По

Классификации ставится название углеводорода, содержание которого в составе

Метановые УВ (алкановые или алканы) химически наиболее устойчивы, они

Относятся к предельным УВ и имеют формулу CnH2n+2. Если количество атомов

Углерода в молекуле колеблется от 1 до 4 (СН4-С4Н10), то УВ представляет

Собой газ, от 5 до 16 (C5H16-C16H34) то это жидкие УВ, а если оно выше 16

Нафтеновые (циклановые или алициклические) УВ (CnH2n) имеют кольчатое

Строение, поэтому их иногда называют карбоциклическими соединениями. Все

Связи углерода с водородом здесь также насыщены, поэтому нафтеновые нефти

Ароматические УВ, или арены (СnНn), наиболее бедны водородом. Молекула

Имеет вид кольца с ненасыщенными связями углерода. Они так и называются –

Ненасыщенными, или непредельными УВ. Отсюда их неустойчивость в химическом

Наряду с углеводородами в нефтях присутствуют химические соединения

Гетеросоединений (греч. “гетерос” – другой). В нефтях также обнаружено

Более 380 сложных гетеросоединений, в которых к углеводородным ядрам

Присоединены такие элементы, как сера, азот и кислород. Большинство из

Указанных соединений относится к классу сернистых соединений – меркаптанов.

Это очень слабые кислоты с неприятным запахом. С металлами они образуют

Солеобразные соединения – меркаптиды. В нефтях меркаптаны представляют

Собой соединения, в которых к углеводородным радикалам присоединена группа

Меркаптаны разъедают трубы и другое металлическое оборудование буровых

В нефтях так же выделяют неуглеводородные соединения: асфальто-смолистую

Асфальто-смолистая часть нефтей – это темноокрашенное вещество. Оно

Частично растворяется в бензине. Растворившаяся часть называется

Асфальтеном, нерастворившаяся – смолой. В составе смол содержится кислород

Порфирины – особые азотистые соединения органического происхождения.

Считают, что они образованы из хлорофилла растений и гемоглобина животных.

Сера широко распространена в нефтях и в углеводородном газе и содержится

Значительно больше. Так, например, в газе Астраханского месторождения

Зольная часть – остаток, получающийся при сжигании нефти. Это различные

Минеральные соединения, чаще всего железо, никель, ванадий, иногда соли

Кислород в нефтях встречается в связанном состоянии также в составе

C6H5OH, а также жирных кислот и их производных – C6H5O6(P). Содержание

Азота в нефтях не превышает 1%. Основная его масса содержится в смолах.

Содержание смол в нефтях может достигать 60% от массы нефти, асфальтенов –

Асфальтены представляют собой черное твердое вещество. По составу они

Сходны со смолами, но характеризуются иными соотношениями элементов. Они

Отличаются большим содержанием железа, ванадия, никеля и др. Если смолы

Растворяются в жидких углеводородах всех групп, то асфальтены нерастворимы

В метановых углеводородах, частично растворимы в нафтеновых и лучше

Растворяются в ароматических. В “белых” нефтях смолы содержатся в малых

Нефть – это вязкая маслянистая жидкость, темно-коричневого или почти

Черного цвета с характерным запахом, обладающая слабой флюоресценцией,

Более легкая (плотность 0,73-0,97г/см3), чем вода, почти нерастворимая в

Ней. Нефть сильно варьирует по плотности (от легкой 0,65-0,70 г/см3, до

Тяжелой 0,98-1,05 г/см3). Нефть и ее производные обладают наивысшей среди

Всех видов топлив теплотой сгорания. Теплоемкость нефти 1,7-2,1 кДж/кг,

Кипения зависит от строения входящих в состав нефти углеводородов и

Различные компоненты нефти переходят в газообразное состояние при

Различной температуре. Легкие нефти кипят при 50–100°С, тяжелые – при

Различие температур кипения углеводородов используется для разделения

Нефти на температурные фракции. При нагревании нефти до 180-200°С выкипают

Углеводороды бензиновой фракции, при 200-250°С – лигроиновой, при 250-315°С

– керосиново-газойлевой и при 315-350°С – масляной. Остаток представлен

Гудроном. В состав бензиновой и лигроиновой фракций входят углеводороды,

Важным является свойство нефтей растворять углеводородные газы. В 1 м3

Нефти может раствориться до 400 м3 горючих газов. Большое значение имеет

Выяснение условий растворения нефти и природных газов в воде. Нефтяные

Углеводороды растворяются в воде крайне незначительно. Нефти различаются по

Плотности. Плотность нефти, измеренной при 20°С, отнесенной к плотности

Воды, измеренной при 4°С, называется относительной. Нефти с относительной

Плотностью 0,85 называются легкими, с относительной плотностью от 0,85 до

0,90 – средними, а с относительной плотностью свыше 0,90 – тяжелыми. В

Тяжелых нефтях содержатся в основном циклические углеводороды. Цвет нефти

Зависит от ее плотности: светлые нефти обладают меньшей плотностью, чем

Темные. А чем больше в нефти смол и асфальтенов, тем выше ее плотность. При

Кинематическую вязкость. Динамической вязкостью называется внутреннее

Сопротивление отдельных частиц жидкости движению общего потока. У легких

Транспортировке тяжелые нефти подогревают. Кинематической вязкостью

Называется отношение динамической вязкости к плотности среды. Большое

Значение имеет знание поверхностного натяжения нефти. При соприкосновении

Нефти и воды между ними возникает поверхность типа упругой мембраны.

Капиллярные явления используются при добыче нефти. Силы взаимодействия воды

С горной породой больше, чем у нефти. Поэтому вода способна вытеснить нефть

Из мелких трещин в более крупные. Для увеличения нефтеотдачи пластов

Используются специальные поверхностно-активные вещества (ПАВ). Нефти имеют

Неодинаковые оптические свойства. Под действием ультрафиолетовых лучей

Нефть способна светиться. При этом легкие нефти светятся голубым светом,

Тяжелые – бурым и желто-бурым. Это используется при поиске нефти. Нефть

Является диэлектриком и имеет высокое удельное сопротивление. На этом

Основаны электрометрические методы установления в разрезе, вскрытом буровой

Добываемая на промыслах нефть, помимо растворенных в ней газов, содержит

Некоторое количество примесей – частицы песка, глины, кристаллы солей и

Воду. Содержание твердых частиц в неочищенной нефти обычно не превышает

1,5%, а количество воды может изменяться в широких пределах. С увеличением

Продолжительности эксплуатации месторождения возрастает обводнение

Нефтяного пласта и содержание воды в добываемой нефти. В некоторых старых

Скважинах жидкость, получаемая из пласта, содержит 90% воды. В нефти,

Поступающей на переработку, должно быть не более 0,3% воды. Присутствие в

Трубопроводам и переработку, вызывает эрозию внутренних поверхностей труб

Нефтепроводов и образование отложений в теплообменниках, печах и

Холодильниках, что приводит к снижению коэффициента теплопередачи, повышает

Зольность остатков от перегонки нефти (мазутов и гудронов), содействует

Транспортировки нефти происходит весомая потеря легких компонентов нефти

(метан, этан, пропан и т. д., включая бензиновые фракции) – примерно до 5%

С целью понижения затрат на переработку нефти, вызванных потерей легких

Компонентов и чрезмерным износом нефтепроводов и аппаратов переработки,

Для сокращения потерь легких компонентов осуществляют стабилизацию

Нефти, а также применяют специальные герметические резервуары хранения

Нефти. От основного количества воды и твердых частиц нефть освобождают

Путем отстаивания в резервуарах на холоду или при подогреве. Окончательно

Однако вода и нефть часто образуют трудно разделимую эмульсию, что

Сильно замедляет или даже препятствует обезвоживанию нефти. В общем случае

Эмульсия есть система из двух взаимно нерастворимых жидкостей, в которых

Одна распределена в другой во взвешенном состоянии в виде мельчайших

Гидрофильная эмульсия, и вода в нефти, или гидрофобная эмульсия. Чаще

Встречается гидрофобный тип нефтяных эмульсий. Образованию стойкой эмульсии

Предшествуют понижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз и

Создание вокруг частиц дисперсной фазы прочного адсорбционного слоя. Такие

Слои образуют третьи вещества – эмульгаторы. К гидрофильным эмульгаторам

Относятся щелочные мыла, желатин, крахмал. Гидрофобными являются хорошо

Растворимые в нефтепродуктах щелочноземельные соли органических кислот,

Смолы, а также мелкодисперсные частицы сажи, глины, окислов металлов и

Расслаивание воды и нефти происходит вследствие разности плотностей

Компонентов эмульсии. Процесс ускоряется нагреванием до 120-160°С под

Давлением 8-15 атмосфер в течение 2-3 ч, не допуская испарения воды.

Воздействием центробежных сил. В промышленности применяется редко, обычно

Разрушение эмульсий достигается путем применения поверхностно-активных

Вытеснением действующего эмульгатора веществом с большей поверхностной

Активностью, б) образованием эмульсий противоположного типа (инверсия ваз)

И в) растворением (разрушением) адсорбционной пленки в результате ее

Химической реакции с вводимым в систему деэмульгатором. Химический метод

Применяется чаще механического, обычно в сочетании с электрическим.

При попадании нефтяной эмульсии в переменное электрическое поле частицы

Сталкиваясь друг с другом, что приводит к их объединению, укрупнению и

Электродегидраторами (ЭЛОУ – электроочистительные установки), с рабочим

Напряжением до 33000В при давлении 8-10 атмосфер, применяют группами по 6-8

Шт. с производительностью 250-500 т нефти в сутки каждая. В сочетании с

Химическим методом этот метод имеет наибольшее распространение в

Различные нефти и выделенные из них соответствующие фракции отличаются

Друг от друга физико-химическими и товарными свойствами. Так, бензиновые

Ароматических, нафтеновых или изопарафиновых углеводородов и поэтому имеют

Высокие октановые числа, тогда как бензиновые фракции других нефтей

Содержат в значительных количествах парафиновые углеводороды и имеют очень

Низкие октановые числа. Важное значение в дальнейшей технологической

Переработке нефти имеет серность, масляничность смолистость нефти и др.

Таким образом, существует необходимость отслеживания качественных

Характеристик нефтей в процессе транспортировки, сбора и хранения с целью

Месторождения с большим числом нефтяных пластов весомо осложняет

Нефтепромысловое хозяйство и требует больших капиталовложений. Поэтому

Близкие по физико-химическим и товарным свойствам нефти на промыслах

Нефтепродуктов определяется физико-химическими свойствами нефти, уровнем

Технологии нефтеперерабатывающего завода и настоящей потребности хозяйств в

Товарных нефтепродуктах. Различают три основных варианта переработки нефти:

По топливному варианту нефть перерабатывается в основном на моторные и

Котельные топлива. Топливный вариант переработки отличается наименьшим

Числом участвующих технологических установок и низкими капиталовложениями.

Различают глубокую и неглубокую топливную переработку. При глубокой

Переработке нефти стремятся получить максимально возможный выход

Высококачественных и автомобильных бензинов, зимних и летних дизельных

Топлив и топлив для реактивных двигателей. Выход котельного топлива в этом

Варианте сводится к минимуму. Таким образом, предусматривается такой набор

Процессов вторичной переработки, при котором из тяжелых нефтяных фракций и

Остатка – гудрона получают высококачественные легкие моторные топлива. Сюда

Относятся каталитические процессы – каталитический крекинг, каталитический

Риформинг, гидрокрекинг и гидроочистка, а также термические процессы,

Например коксование. Переработка заводских газов в этом случае направлена

На увеличение выхода высококачественных бензинов. При неглубокой

Переработке нефти предусматривается высокий выход котельного топлива.

По топливно-масляному варианту переработки нефти наряду с топливами

Получают смазочные масла. Для производства смазочных масел обычно подбирают

Нефти с высоким потенциальным содержанием масляных фракций. В этом случае

Для выработки высококачественных масел требуется минимальное количество

Технологических установок. Масляные фракции (фракции, выкипающие выше

350°С), выделенные из нефти, сначала подвергаются очистке избирательными

Растворителями: фенолом или фурфуролом, чтобы удалить часть смолистых

Веществ и низкоиндексные углеводороды, затем проводят депарафинизацию при

Помощи смесей метилэтилкетона или ацетона с толуолом для понижения

Температуры застывания масла. Заканчивается обработка масляных фракций

Доочисткой отбеливающими глинами. Последние технологии получения масел

Используют процессы гидроочистки взамен селективной очистки и обработки

Отбеливающими глинами. Таким способом получают дистиллятные масла (легкие и

(авиационные, цилиндровые) выделяют из гудрона путем его деасфальтизации

Жидким пропаном. При этом образуется деасфальт и асфальт. Деасфальт

Подвергается дальнейшей обработке, а асфальт перерабатывают в битум или

Нефтехимический вариант переработки нефти по сравнению с предыдущими

Вариантами отличается большим ассортиментом нефтехимической продукции и в

Связи с этим наибольшим числом технологических установок и высокими

Капиталовложениями. Нефтеперерабатывающие заводы, строительство которых

Проводилось в последние два десятилетия, направлены на нефтехимическую

Переработку. Нефтехимический вариант переработки нефти представляет собой

Высококачественных моторных топлив и масел не только проводится подготовка

Сырья (олефинов, ароматических, нормальных и изопарафиновых углеводородов и

Др.) для тяжелого органического синтеза, но и осуществляются сложнейшие

Физико-химические процессы, связанные с многотоннажным производством

Азотных удобрений, синтетического каучука, пластмасс, синтетических

Волокон, моющих веществ, жирных кислот, фенола, ацетона, спиртов, эфиров и

Нефть представляет собой сложную смесь парафиновых, нафтеновых и

Ароматических углеводов, различных по молекулярному весу и температуре

Кипения. Кроме того, в нефти содержатся сернистые, кислородные и азотистые

Органические соединения. Для производства многочисленных продуктов

Различного назначения и со специфическими свойствами применяют методы

Разделения нефти на фракции и группы углеводородов, а также изменения ее

Химического состава. Различают первичные и вторичные методы переработки

Используются ее потенциальные возможности по ассортименту, количеству

И качеству получаемых продуктов и полупродуктов – перегонка нефти;

. ко вторичным относят процессы деструктивной переработки нефти и

Очистки нефтепродуктов, предназначенные для изменения ее химического

Состава путем термического и каталитического воздействия. При помощи

Этих методов удается получить нефтепродукты заданного качества и в

Братья Дубинины впервые создали устройство для перегонки нефти. Завод

Дубининых был очень прост. Котёл в печке, из котла идёт труба через бочку с

Водой в пустую бочку. Бочка с водой – холодильник, пустая бочка – приёмник

Испарением. При перегонке с однократным испарением нефть нагревают до

Определенной температуры и отбирают все фракции, перешедшие в паровую фазу.

Перегонка нефти с многократным испарением производится с поэтапным

Соответствующей температурой перехода в паровую фазу. Перегонку нефти с

Постепенным испарением в основном применяют в лабораторной практике для

Получения особо точного разделения большого количества фракций. Отличается

Получения нефтяных фракций, различающихся по температуре кипения без

Термического распада, осуществляют в кубовых или трубчатых установках при

Атмосферном и повышенном давлениях или в вакууме. Трубчатые установки

Отличаются более низкой достаточной температурой перегоняемого сырья,

Меньшим крекингом сырья, и большим КПД. Поэтому на современном этапе

Нефтеперерабатывающих заводов и служат поставщиками как товарных

Нефтепродуктов, так и сырья для вторичных процессов (термического и

В настоящее время перегонку нефти в промышленности производят на

Непрерывно действующих трубчатых установках. У них устраивается трубчатая

Ректификационные колонны, а для приёма продуктов перегонки выстраиваются

Огнеупорным кирпичом. Внутри печи расположен многократно изогнутый стальной

Трубопровод. Длина труб в печах достигает километра. Когда завод работает,

По этим трубам непрерывно, с помощью насоса, подаётся нефть с большой

Скоростью – до двух метров в секунду. Печь обогревается горящим мазутом,

Подаваемым в неё при помощи форсунок. В трубопроводе нефть быстро

Нагревается до 350-370°. При такой температуре более летучие вещества нефти

Так как нефть – это смесь углеводородов различного молекулярного веса,

Имеющих разные температуры кипения, то перегонкой её разделяют на отдельные

Нефтепродукты. При перегонке нефти получают светлые нефтепродукты: бензин

Мазут подвергают дальнейшей переработке. Его перегоняют под уменьшенным

Давлением (чтобы предупредить разложение) и выделяют смазочные масла.

При перегонке с однократным испарением нефть нагревают в змеевике какого-

Либо подогревателя до заранее заданной температуры. По мере повышения

Температуры образуется все больше паров, которые находятся в равновесии с

Жидкой фазой, и при заданной температуре парожидкостная смесь покидает

Подогреватель и поступает в адиабатический испаритель. Последний

Представляет собой пустотелый цилиндр, в котором паровая фаза отделяется от

Жидкой. Температура паровой и жидкой фаз в этом случае одна и та же.

Однократных процессов перегонки с повышением рабочей температуры на каждом

Четкость разделения нефти на фракции при перегонке с однократным

Испарением хуже по сравнению с перегонкой с многократным и постепенным

Испарением. Но если высокой четкости разделения фракций не требуется, то

Метод однократного испарения экономичнее: при максимально допустимой

Температуре нагрева нефти 350-370°С (при более высокой температуре

Начинается разложение углеводородов) больше продуктов переходит в паровую

Фазу по сравнению с многократным или постепенным испарением. Для отбора из

Нефти фракций, выкипающих выше 350-370°С, применяют вакуум или водяной пар.

Использование в промышленности принципа перегонки с однократным испарением

В сочетании с ректификацией паровой и жидкой фаз позволяет достигать

Высокой четкости разделения нефти на фракции, непрерывности процесса и

В зависимости от внутреннего устройства, обеспечивающего контакт между

Восходящими парами и нисходящей жидкостью (флегмой), ректификационные

Колонны делятся на насадочные, тарельчатые, роторные и др. В зависимости от

Давления они делятся на ректификационные колонны высокого давления,

Атмосферные и вакуумные. Первые применяют в процессах стабилизации нефти и

Бензина. Атмосферные и вакуумные ректификационные колоны в основном

Применяют при перегонке нефтей, остаточных нефтепродуктов и дистилляторов.

Принципиальная схема для промышленной перегонки нефти приведена на

Рисунке. Исходная нефть прокачивается насосом через теплообменники 4, где

Нагревается под действием тепла отходящих нефтяных фракций и поступает в

Нагревается до заданной температуры и входит в испарительную часть

(питательную секцию) ректификационной колонны 2. В процессе нагрева часть

Нефти переходит в паровую фазу, которая при прохождении трубчатой печи все

Время находится в состоянии равновесия с жидкостью. Как только нефть в виде

Парожидкостной смеси выходит из печи и входит в колонну (где в результате

Снижения давления дополнительно испаряется часть сырья), паровая фаза

Отделяется от жидкой и поднимается вверх по колонне, а жидкая перетекает

Вниз. Паровая фаза подвергается ректификации в верхней части колонны. В

Ректификационной колонне размещены ректификационные тарелки, на которых

Осуществляется контакт поднимающихся по колонне паров со стекающей

Жидкостью (флегмой). Флегма создается в результате того, что часть верхнего

Продукта, пройдя конденсатор-холодильник 3, возвращается на верхнюю тарелку

И стекает на нижележащие, обогащая поднимающиеся пары низкокипящими

Для ректификации жидкой части сырья в нижней части ректификационной

Части колонны под нижнюю тарелку необходимо вводить тепло или какой-либо

Испаряющий агент 5. В результате легкая часть нижнего продукта переходит в

Паровую фазу и тем самым создается паровое орошение. Это орошение,

Поднимаясь с самой нижней тарелки и вступая в контакт со стекающей жидкой

В итоге сверху колонны непрерывно отбирается низкокипящая фракция, снизу

Испаряющий агент вводится в ректификационную колону с целью повышения

Концентрации высококипящих компонентов в остатке от перегонки нефти. В

Качестве испаряющего агента используются пары бензина, лигроина, керосина,

В присутствии водяного пара в ректификационной колонне снижается

Парциальное давление углеводородов, а следовательно их температура кипения.

В результате наиболее низкокипящие углеводороды, находящиеся в жидкой фазе

После однократного испарения, переходят в парообразное состояние и вместе с

Водяным паром поднимаются вверх по колонне. Водяной пар проходит всю

Ректификационную колонну и уходит с верхним продуктом, понижая температуру

В ней на 10-20°С. На практике применяют перегретый водяной пар и вводят его

В колонну с температурой, равной температуре подаваемого сырья или

Несколько выше (обычно не насыщенный пар при температуре 350-450°С под

. интенсивно перемешивается кипящая жидкость, что способствует испарению

. создается большая поверхность испарения тем, что испарение углеводородов

Расход водяного пара зависит от количества отпариваемых компонентов, их

Природы и условий внизу колонны. Для хорошей ректификации жидкой фазы внизу

Колонны необходимо, чтобы примерно 25% ее переходило в парообразное

В случае применения в качестве испаряющего агента инертного газа

Происходит большая экономии тепла, затрачиваемого на производство

Перегретого пара, и снижение расхода воды, идущей на его конденсацию.

Весьма рационально применять инертный газ при перегонке сернистого сырья,

Т. к. сернистые соединения в присутствии влаги вызывают интенсивную коррозию

Аппаратов. Однако инертный газ не получил широкого применения при перегонке

Нефти из-за громоздкости подогревателей газа и конденсаторов парогазовой

Смеси (низкого коэффициента теплоотдачи) и трудности отделения отгоняемого

Удобно в качестве испаряющего агента использовать легкие нефтяные

Применение открытого водяного пара при перегонке сернистого сырья, вакуума

И вакуумсоздающей аппаратуры и, в то же время, избавляет от указанных

Относительное количество, тем ниже температура перегонки. Однако чем легче

Испаряющий агент, тем больше его теряется в процессе перегонки. Поэтому в

Качестве испаряющего агента рекомендуется применять лигроино-керосино-

В результате перегонки нефти при атмосферном давлении и температуре 350-

370°С остается мазут, для перегонки которого необходимо подобрать условия,

Исключающие возможность крекинга и способствующие отбору максимального

Количества дистилляторов. Самым распространенным методом выделения фракций

Из мазута является перегонка в вакууме. Вакуум понижает температуру кипения

Углеводородов и тем самым позволяет при 410-420°С отобрать дистилляты,

Имеющие температуры кипения до 500°С (в пересчете на атмосферное давление).

Нагрев мазута до 420°С сопровождается некоторым крекингом углеводородов, но

Если получаемые дистилляторы затем подвергаются вторичным методам

Переработки, то присутствие следов непредельных углеводородов не оказывает

Существенного влияния. При получении масляных дистилляторов разложение их

Сводят к минимуму, повышая расход водяного пара, снижая перепад давления в

Вакуумной колонне и др. Существующие промышленные установки способны

Поддерживать рабочее давление в ректификационных колоннах 20 мм рт. ст. и

Рассмотренные методы перегонки нефти дают достаточно четкие разделения

Компонентов, однако оказываются непригодными, когда из нефтяных фракций

Требуется выделить индивидуальные углеводороды высокой чистоты (96-99%),

Которые служат сырьем для нефтехимической промышленности (бензол, толуол,

В тарельчатых колоннах 1 для повышения площади соприкосновения потоков

Конструкции. Флегма стекает с тарелки на тарелку по спускным трубам 3,

Причем перегородки 4 поддерживают постоянный уровень слоя жидкости на

Тарелке. Этот уровень позволяет постоянно держать края колпаков 2

Погруженными во флегму. Перегородки пропускают для стока на следующую

Тарелку лишь избыток поступающей флегмы. Принципом действия тарельчатой

Колонны является взаимное обогащения паров и флегмы за счет прохождения под

Давлением паров снизу вверх сквозь слой флегмы на каждой тарелке. За счет

Того, что пар проходит флегму в виде мельчайших пузырьков площадь

Каскадные, клапанные, инжекционные и комбинированные тарелки. Конструкцию

Тарелок выбирают исходя из конкретных технологических требований (степень

При первичной перегонке нефть подвергается только физическим изменениям.

От неё отгоняются лёгкие фракции, т. е. отбираются части её, кипящие при

Низких температурах и состоящие из разных по величине углеводородов. Сами

Углеводороды остаются при этом неизменёнными. Выход бензина, в этом случае,

Составляет лишь 10-15%. Такое количество бензина не может удовлетворить всё

Возрастающий спрос на него со стороны авиации и автомобильного транспорта.

При крекинге нефть подвергается химическим изменениям. Меняется строение

Углеводородов. В аппаратах крекинг-заводов происходят сложные химические

Реакции. Выход бензина из нефти значительно увеличивается (до 65-70 %)

Путем расщепления углеводородов с длинной цепью, содержащихся, например, в

Мазуте, на углеводороды с меньшей относительной молекулярной массой. Такой

Крекинг изобрёл русский инженер Шухов в 1891 г. В 1913 г. изобретение

Шухова начали применять в Америке. Крекингом называется процесс расщепления

Углеводородов, содержащихся в нефти, в результате которого образуются

Процесс ведётся при более высоких температурах (до 600о), часто при

Повышенном давлении. При таких температурах крупные молекулы углеводородов

Аппаратура крекинг-заводов в основном та же, что и для перегонки нефти.

Это – печи, колонны. Но режим переработки другой. Сырье тоже другое –

Мазут – остаток первичной перегонки – густ и тяжёл, его удельный вес

Близок к единице. Это потому, что он состоит из сложных и крупных молекул

Переработке, часть составляющих его углеводородов раздробляется на более

Мелкие. А из мелких углеводородов как раз и составляются лёгкие нефтяные

Температуре (470-550°С) и давлении 2-7МПа. Процесс протекает медленно,

Образуются углеводороды с неразветвленной цепью атомов углерода. Таким

Способом получают главным образом автомобильный бензин. Выход его из нефти

В бензине, полученном в результате термического крекинга, наряду с

Предельными углеводородами, содержится много непредельных углеводородов.

Поэтому этот бензин обладает большей детонационной стойкостью, чем бензин

Углеводородов, которые легко окисляются и полимеризуются. Поэтому этот

Бензин менее устойчив при хранении. При его сгорании могут засориться

Различные части двигателя. Для устранения этого вредного действия к такому

Если в нагреваемую на сильном пламени трубку (заполненную железными

Стружками для улучшения теплопередачи) пускать из воронки по каплям керосин

Или смазочное масло, очищенные от непредельных углеводородов, то в U-

Образной трубке вскоре будет собираться жидкость, а в цилиндре над водой –

Газ. Полученная жидкость, в отличие от взятой для реакции, обесцвечивает

Бромную воду, т. е. содержит непредельные соединения. Собранный газ хорошо

Результаты опыта объясняются тем, что при нагревании произошёл распад

Образовалась смесь предельных и непредельных углеводородов с меньшими

Получившиеся жидкие вещества частично могут разлагаться далее, например:

Эти реакции приводят к образованию большого количества газообразных

Веществ. Выделившийся в процессе крекинга этилен широко используется для в

Качестве сырья для химической промышленности: производства полиэтилена и

Расщепление молекул углеводородов протекает по радикальному механизму.

Свободные радикалы химически очень активны и могут участвовать в

Различных реакциях. В процессе крекинга один из радикалов отщепляет атом

При температурах 700-1000°С проводят пиролиз (термическое разложение)

Нефтепродуктов, в результате которого получают главным образом легкие

Алкены – этилен, пропилен и ароматические углеводороды. При пиролизе

Расщепление молекул углеводородов протекает в присутствии катализаторов

Давлении. Одним из катализаторов является специально обработанная глина.

Эта глина в мелком раздробленном состоянии – в виде пыли – вводится в

Аппаратуру завода. Углеводороды, находящиеся в парообразном и газообразном

Состоянии, соединяются с пылинками глины и раздробляются на их поверхности.

Такой крекинг называется крекингом с пылевидным катализатором. Этот вид

Крекинга теперь широко распространяется. Катализатор потом отделяется от

Углеводородов. Углеводороды идут своим путём на ректификацию и в

Главное внимание уделяют бензину. Его стараются получить больше и

Обязательно лучшего качества. Каталитический крекинг появился именно в

Результате долголетней, упорной борьбы нефтяников за повышение качества

Бензина. По сравнению с термическим крекингом процесс протекает значительно

Быстрее, при этом происходит не только расщепление молекул углеводородов,

Разветвленным углеродным скелетом молекул, что улучшает качество бензина.

Этим способом получают авиационный бензин с выходом до 80%. Такому виду

Крекинга подвергается преимущественно керосиновая и газойлевая фракции

Бензин каталитического крекинга по сравнению с бензином термического

Крекинга обладает еще большей детонационной стойкостью, т. к. в нем

Содержатся углеводороды с разветвленной цепью углеродных атомов.

В бензине каталитического крекинга непредельных углеводородов содержится

Меньше, и поэтому процессы окисления и полимеризации в нем не протекают.

Риформинг – (от англ. reforming – переделывать, улучшать) промышленный

Процесс переработки бензиновых и лигроиновых фракций нефти с целью

Получения высококачественных бензинов и ароматических углеводородов. При

Этом молекулы углеводородов в основном не расщепляются, а преобразуются.

Термического крекинга и проводился при 540°С для получения бензина с

С 40-х годов риформинг – каталитический процесс, научные основы которого

Разработаны Н. Д. Зелинским, а также В. И. Каржевым, Б. Л. Молдавским. Впервые

Его проводят в промышленной установке, имеющей нагревательную печь и не

Менее 3-4 реакторов при t 350-520°С, в присутствии различных катализаторов:

Платиновых и полиметаллических, содержащих платину, рений, иридий, германий

И др. во избежание дезактивации катализатора продуктом уплотнения коксом,

Риформинг осуществляется под высоким давлением водорода, который

Циркулирует через нагревательную печь и реакторы. В результате риформинга

Бензиновых фракций нефти получают 80-85 % бензин с октановым числом 90-95,

1-2% водорода и остальное количество газообразных углеводородов. Из

Трубчатой печи под давлением нефть подается в реакционную камеру, где и

Находится катализатор, отсюда она идет в ректификационную колонну, где

Для улучшения свойств бензиновых фракций нефти они подвергаются

Каталитическому риформингу, который проводится в присутствии катализаторов

Из платины или платины и рения. При каталитическом риформинге бензинов

Происходит образование ароматических углеводородов (бензола, толуола,

Циклоалканы превращаются в ароматические соединения, подвергаются

Изомеризации, гидрированию. Ароматические углеводороды теряют при

Ранее основным источником получения ароматических углеводородов была

В настоящее время из нефти получают тысячи продуктов. Основными группами

Являются жидкое топливо, газообразное топливо, твердое топливо (нефтяной

Ароматические соединения, сажа, ацетилен, этилен, нефтяные кислоты и их

Наибольшее применение продукты переработки нефти находят в топливно-

Энергетической отрасли. Например, мазут обладает почти в полтора раза более

Высокой теплотой сгорания по сравнению с лучшими углями. Он занимает мало

Места при сгорании и не дает твердых остатков при горении. Замена твердых

Видов топлива мазутом на ТЭС, заводах и на железнодорожном и водном

Транспорте дает огромную экономию средств, способствует быстрому развитию

Бензин применяется в качестве горючего для двигателей внутреннего

Сгорания. В зависимости от назначения он подразделяется на два основных

Сорта: авиационный и автомобильный. Бензин используется также в качестве

Растворителя масел, каучука, для очистки тканей от жирных пятен и т. п.

Керосин применяется как горючее для реактивных и тракторных двигателей, а

Также для бытовых нужд. Он используется также для освещения. Соляровое

Масло применяется в качестве горючего для дизелей. Смазочные масла для

Смазки различных механизмов. После перегонки мазута остаётся нелетучая

Тёмная масса – гудрон, идущая на асфальтирование улиц. Лигроин служит

Топливом для дизельных двигателей, а также растворителем в лакокрасочной

Промышленности. Большие количества его перерабатывают в бензин. Парафин

Применяют для получения высших карбоновых кислот, для пропитки древесины в

Производстве спичек и карандашей, для изготовления свечей, гуталина и т. д.

Энергетическое направление в использовании нефти до сих пор остается

Главным во всем мире. Доля нефти в мировом энергобалансе составляет более

Однако в последние годы продукты переработки нефти все шире используются

Как сырье для химической промышленности. Около 8% добываемой нефти

Потребляются в качестве сырья для современной химии. Например, этиловый

Спирт применяется примерно в 150 отраслях производства. В химической

Промышленности применяются формальдегид, пластмассы, синтетические волокна,

Продукты переработки нефти применяются и в сельском хозяйстве. Здесь

Используются стимуляторы роста, протравители семян, ядохимикаты, азотные

Металлургии применяются универсальные клеи, детали и части аппаратов из

Пластмасс, смазочные масла и др. Широкое применение нашел нефтяной кокс,

Как анодная масса при электровыплавке. Прессованная сажа идет на

Огнестойкие обкладки в печах. В пищевой промышленности применяются

Полиэтиленовые упаковки, пищевые кислоты, консервирующие средства, парафин,

Производятся белково-витаминные концентраты, исходным сырьем для которых

Служат метиловый и этиловый спирты и метан. В фармацевтической и

Парфюрмерной промышленности из производных переработки нефти изготовляют

Нашатырный спирт, хлороформ, формалин, аспирин, вазелин и др. Производные

Нефтесинтеза находят широкое применение и в деревообрабатывающей,

В последние годы (наряду с увеличением выработки топлива и масел)

Углеводороды нефти широко используют как источник химического сырья.

Различными способами из них получают вещества, необходимые для производства

Пластмасс, синтетического текстильного волокна, синтетического каучука,

Нефть останется в ближайшем будущем основой обеспечения энергией

Народного хозяйства и сырьем нефтехимической промышленности. Здесь будет

Многое зависеть от успехов в области поисков, разведки и разработки

Месторождений. Но ресурсы нефти в природе ограничены. Бурное наращивание в

Течение последних десятилетий их добычи привело к относительному истощению

Наглядное изображение лабораторных приборов для перегонки и крекинга

Http://altenok. ru/texnologiya/neft-proisxozhdenie-sostav-metody-i-sposoby. php

Трудно представить современную мировую экономику без энергии, транспорта, света, связи, радио, телевидения, вычислительной техники, средств автоматизации, космической техники и т. д., основой развития которых является топливно-энергетический комплекс (ТЭК). Уровень развития топливо-энергетического комплекса отражает социальные и научно-технический прогресс и часто определяет политику государства.

Экономически наиболее значимой составной частью топливо-энергетического комплекса ныне является нефтегазовый комплекс. Нефтегазовый комплекс включает нефтегазодобывающую, нефтегазоперерабатывающая, нефтегазохимическая отрасли промышленности, а также различные отрасли транспорта (трубопроводный, железнодорожный, водный, морской и др.) нефти, газового конденсата, природного газа и продуктов их переработки.

Нефть и газ — уникальные и исключительно полезные ископаемые. Продукты их переработки применяют практически во всех отраслях промышленности, на всех видах транспорта, в военном и гражданском строительстве, сельском хозяйстве, энергетике, в быту и т. д. Из нефти и газа вырабатывают разнообразные химические материалы, такие как пластмассы, синтетические волокна, каучуки, лаки, краски, дорожные и строительные битумы, моющие средства и мн. др.

Мировые извлекаемые запасы нефти оцениваются в 141,3 миллиарда тонн. Этих запасов при нынешних объемах добычи нефти хватит на 42 года. Из них 66,4 % расположено в странах Ближнего и Среднего Востока. Для этого региона характерно не только наличие огромных запасов нефти, но и концентрация их преимущественно на уникальных (более 1 миллиарда тонн) и гигантских (от 300 миллионов до 1 миллиарда тонн) месторождениях с исключительно высокой продуктивностью скважин. Среди стран этого региона первое место в мире по этому показателю занимает Саудовская Аравия, где сосредоточено более четверти мировых запасов нефти. Огромными запасами нефти в этом регионе обладают Ирак, Иран, Кувейт и Абу-Даби — арабские страны, каждая из которых владеет почти десятой частью ее мир. Запасов.

Второе место среди регионов мира занимает Американский континент — 14,5 % мировых извлекаемых запасов нефти. Наиболее крупными запасами нефти обладают Венесуэла, Мексика, США, Аргентина и Бразилия. Извлекаемые запасы нефти в Африке составляют 6,9 %, в т. ч. в Ливии — 2,9 , Нигерии — 2,3 и Алжире — 0,9 % . В Западной Европе крупные месторождения нефти и газа расположены в акватории Северного моря, главным образом в британских (0,5 млрд т) и норвежских (1,5 млрд т) территориях.

В Азиатско-Тихоокеанском регионе промышленными запасами нефти обладают Китай (2,35 %), Индонезия (0,5 %), Индия, Малайзия и Австралия (в сумме 1 % от мир.). Восточно-Европейские бывшие социалистические страны и бывшее СССР владеют 5,8 % извлекаемых запасов нефти, в т. ч. бывшее СССР — 5,6, Россия — 4,76 %, т. е. 6,64 млрд т.

Фракционный и углеводородный состав нефти и ее дистиллятных фракций

Как известно из курса химии нефти, нефть — сложная многокомпонентная взаиморастворимая смесь газообразных, жидких и твердых углеводородов различного химичского строения с числом углеродных атомов до 100 и более с примесью гетероорганических соединений серы, азота, кислорода и некоторых металлов.

По химическому составу нефти различных месторождений весьма разнообразны. Эти различия обусловливаются:

3) термобарическими условиями в пласте, глубиной залегания пласта;

В этой связи речь можно вести лишь о составе, молекулярном строении и свойствах «средне – статистической» нефти. Менее всего колеблется элементный состав нефтей: 82–87 % углерода, 12–16,2 % водорода; 0,04–0,35 %, редко до 0,7 % кислорода, до 0,6 % азота и до 5 и редко до 10 % серы. Кроме названных, в нефтях обнаружены в небольших количествах очень многие элементы, в т. ч. металлы (Са, Mg, Fe, Al, Si, V, Ni, Na и др.).

Фракционный состав нефтей. Поскольку нефть представляет собой многокомпонентную непрерывную смесь углеводородов и гетероатомных соединений, то обычными методами перегонки не удается разделить их на индивидуальные соединения со строго определенными физическими константами, в частности температурой кипения при данном давлении Принято разделять нефть и нефтепродукты путем перегонки на отдельные компоненты, каждый из которых является менее сложной смесью. Такие компоненты называют фракциями или дистиллятами. В условиях лабораторной или промышленной перегонки отдельные нефтяные фракции отгоняются при постоянно повышающейся температуре кипения. Следовательно, нефть и ее фракции характеризуются не температурой кипения, а температурными пределами начала кипения и конца кипения.

При исследовании качества новых нефтей (т. е. составлении технического паспорта), их фракционный состав определяют на стандартных перегонных аппаратах, снабженных ректификационными колоннами (например, на АРН–2 по ГОСТ 11011–85). Это позволяет значительно улучшить четкость погоноразделения и построить по результам перегонки так называемую кривую истинной температуры кипения в координатах температура — выход фракций в % мас., (или % об.).

Кривая истиной температуры кипения показывает потенциальное содержание в нефти отдельных (узких) фракций, являющихся основой для последующей их переработки и получения товарных нефтепродуктов (автобензинных, реактивных, дизельных и энергетических топлив, смазочного масла и др.).

Нефти различных месторождений значительно различаются по фракционному составу и, следовательно, по потенциальному содержанию дистиллятов моторного топлива и смазочных масел. Большинство нефтей содержит 10–30 % бензиновых фракций, выкипающих до 200 % и 40–65% керосино-газойлевых фракций, перегоняющихся до 350 °С. Известны месторождения легких нефтей с высоким содержанием светлых (до 350 °С). Так, Самотлорская нефть содержит 58 % светлых, а газо конденсаты большинства месторождений почти полностью (85–90 %) состоят из светлых. Добываются также очень тяжелые нефти, состоящие в основном из высококипящих фракций (например, нефть Ярегского месторождения, добываемая шахтным способом).

Углеводный состав нефтей — является наиболее важным показателем их качества, определяющим выбор метода переработки, ассортимент и эксплуатационные свойства получаемых нефтепродуктовтов. В исходных нефтях содержатся в различных соотношениях все классы углеводов, кроме алкенов: алканы, цикланы, арены, а также гетероатомные соединения. Алканы (СnН2n+2) — парафиновые углеводы — составляют значительную часть групповых компонентов нефтей, газо конденсатов и природных газов. Общее содержание их в нефтях составляет 25–75 % маc. и только в некоторых парафинистых нефтях типа Мангышлакской достигает 40–50 %. С повышением молярной фракций нефти содержание в них алканов уменьшается. Попутные нефтяные и природные газы практически полностью, а прямогонные бензины чаще всего на 60–70 % состоят из алканов. В масляных фракциях их содержание снижается до 5–20 % маc. Из алканов в бензинах преобладают 2- и 3-монометилзамещенные, при этом доля изоалканов с четвертичным углеродным атомом меньше, а этил – и пропилзамещенные изоалканы практически отсутствуют. С увеличением числа атомов углерода в молекуле алканов свыше 8 относительное содержание монозамещенных снижается. В газойлевых фракциях (200–350 °С) нефтей содержатся алканы от додекана до эйкозана. Установлено, что среди алканов в них преобладают монометилзамещенные и изопреноидные (с чередованием боковых метильных групп через три углеродных атома в основе углеродной цепи) структуры. В среднем содержание алканов изопреноидного строения составляет около 10–11 %.

Циклоалканы (ц. СnН2n) — нафтеновые углеводы — входят в состав всех фракций нефтей, кроме газов. В среднем в нефтях различных типов они содержатся от 25 до 80 % мас. Бензиновые и керосиновые фракции представлены в основном гомологами циклопентана и циклогексана, преимущественно с короткими (C1 — С3) алкилзамещенными цикланами. Высококипящие фракции содержат преимущественно полициклические гомологи цикланов с 2–4 одинаковыми или разными цикланами сочлененного или конденсированного типа строения. Распределение цикланов по фракциям нефти самое разнообразное. Их содержание растет по мере утяжеления фракций и только в наиболее высококипящих масляных фракциях падает. Можно отметить следующее распределение изомеров цикланов: среди С7 — циклопентанов преобладают 1,2 — и 1,3-диметилзамещенные; С8 — циклопентаны представлены преимущественно триметилзамещенными; среди алкилциклогексанов преобладает доля ди – и триметилзамещенные, не содержащие четвертичного атома углерода.

Цикланы являются наиболее высококачественной составной частью моторного топлива и смазочных масел. Моноциклические цикланы придают моторному топливу высокие эксплуатационные свойства, являются более качественным сырьем в процессах каталитического реформинга. В составе смазочных масел они обеспечивают малое изменение вязкости от температуры (т. е. высокий индекс). При одинаковом числе углеродных атомов цикланы по сравнению с алканами характеризуются большей плотностью и, что особенно важно, меньшей температурой застывания.

Арены (ароматические углеводороды) с эмпирической формулой СnНn+2–2Ка (где Ка — число ареновых колец) — содержатся в нефтях обычно в меньшем количестве (15–50 %), чем алканы и цикланы, и представлены гомологами бензола в бензиновых фракциях. Распределение их по фракцмям различно и зависит от степени ароматизированности нефти, выражающейся в ее плотность. В легких нефтях содержание аренов с повышением температуры кипения фракции, как правило, снижается. Нефти средней плотности цикланового типа характеризуются почти равномерным распределением аренов по фракциям. В тяжелых нефтях содержание их резко возрастает с повышением температуры кипения фракций. Установлена следующая закономерность распределения изомеров аренов в бензиновых фракциях: из C8-аренов больше 1,3-диметилзамещенных, чем этилбензолов; С9-аренов преобладают 1,2,4-триметилзамещенные. Арены являются ценными компонентами в автобензине (с высокими октановым числом), но нежелательными в реактивном топливе и дизельном топливе. Моноциклические арены с длинными боковыми алкильными цепями придают смазочным маслам хорошие вязкостно-температурные свойства.

Классификация нефтей, процессов их переработки и товарных нефтепродуктов

Классификация нефтей. Предложено множество научных классификаций нефтей (химическая, генетическая, технологическая и др.), но до сих пор нет единой международной их классификации.

Химическая классификация. За ее основу принято преимущественно содержание в нефти одного или нескольких классов углеводов. Различают 6 типов нефтей: парафиновые, парафино-циклановые, циклановые, парафино-нафтено – ароматические, нафтено-ароматические и ароматические. В парафиновых нефтях (типа узеньской, жетыбайской) все фракции содержат значительное количество алканов: бензиновые — не менее 50 %, а масляные — 20 % и более. Количество асфальтенов и смол исключительно мало.

В парафино-циклановых нефтях и их фракциях преобладают алканы и циклоалканы, содержание аренов и САВ мало. К ним относят большинство нефтей Урало-Поволжья и Западной Сибири. Для циклановых нефтей характерно высокое (до 60 % и более) содержание циклоалканов во всех фракциях. Они содержат количество твердых парафинов, смол и асфальтенов. К циклановым относят нефти, добываемые в Баку (балаханская и сураханская) и на Эмбе (доссорская и макатская) и др.

В парафино-нафтено-ароматических нефтях содержатся примерно в равных количествах углеводы всех трех классов, твердых парафинов не более 1,5 %. Количество смол и асфальтенов достигает 10 %. Нафтено-ароматические нефти характеризуются преобладающим содержанием цикланов и аренов, особенно в тяжелых фракциях. Алканы содержатся в небольшом количестве только в легких фракциях. В состав этих нефтей входит около 15–20 % смол и асфальтенов. Ароматические нефти характеризуются преобладанием аренов во всех фракциях и высокой плотностью. К ним относят прорвинскую в Казахстане и бугурусланскую в Татарстане.

1) 3 класса (I–III) по содержанию серы в нефти ( малосернистые, сернистые и высокосернистые), а также в бензине (начало кипения — 180 °С), в реактивном топливе (120–240 °С) и дизельном топливе (240–350 °С);

2) 3 типа по потенциальному содержанию фракций, перегоняющихся до 350 °С (T1–T3);

4) 4 подгруппы по качеству базовых масел, оцениваемому индексом вязкости (И1–И4);

Из малопарафинистых нефтей вида III можно получать без депарафинизации реактивные и зимние дизельные топлива, а также дистиллятные базовые масла. Из парафинистых нефтей П2 без депарафинизации можно получить реактивное топливо и лишь летнее дизельное топливо. Из высокопарафинистых нефтей П3, содержащих более 6 % парафинов, даже летнее дизельное топливо можно получить только после депарафинизации.

Предварительную оценку потенциальных возможностей нефтяного сырья можно осуществить по комплексу показателей, входящих в технологическую классификацию нефтей. Однако этих показателей недостаточно для определения набора технологических процессов, асортимента и качества нефтепродуктов, для составления материального баланса установок, цехов и нефтеперерабатывающих заводов в целом и т. д. Для этих целей в лабораториях научно-исследовательских институтов проводят тщательные исследование по установлению всех требуемых для проектных разработок показателей качества исходного нефтяного сырья, его узких фракций, топливных и масляных компонентов, промежуточного сырья для технологических процессов и т. д. Результаты этих исследований представляют обычно в виде кривых зависимости истиной температуры кипения, плотности, молекулярной массы, содержания серы, низкотемпературных и вязкостных свойств от фракционного состава нефти, а также в форме таблиц с показателями, характеризующими качество данной нефти, ее фракций и компонентов нефтепродуктов. Справочный материал с подробными данными по физико-химическим свойствам отечественных нефтей, имеющих промышленное значение, приводится в многотомном издании «Нефти СССР» (М.: Химия, 1971–1974).

Http://stud24.ru/economics/neft-i-osnovnye-sposoby-ee/462906-1753249-page1.html

Добываемая на промыслах нефть, помимо растворенных в ней газов, содержит некоторое количество примесей – частицы песка, глины, кристаллы солей и воду. Содержание твердых частиц в неочищенной нефти обычно не превышает 1,5%, а количество воды может изменяться в широких пределах. С увеличением продолжительности эксплуатации месторождения возрастает обводнение нефтяного пласта и содержание воды в добываемой нефти. В некоторых старых скважинах жидкость, получаемая из пласта, содержит 90% воды. В нефти, поступающей на переработку, должно быть не более 0,3% воды. Присутствие в нефти механических примесей затрудняет ее транспортирование по трубопроводам и переработку, вызывает эрозию внутренних поверхностей труб нефтепроводов и образование отложений в теплообменниках, печах и холодильниках, что приводит к снижению коэффициента теплопередачи, повышает зольность остатков от перегонки нефти (мазутов и гудронов), содействует образованию стойких эмульсий. Кроме того, в процессе добычи и транспортировки нефти происходит весомая потеря легких компонентов нефти (метан, этан, пропан и т. д., включая бензиновые фракции) – примерно до 5% от фракций, выкипающих до 100°С.

С целью понижения затрат на переработку нефти, вызванных потерей легких компонентов и чрезмерный износ нефтепроводов и аппаратов переработки, добываемая нефть подвергается предварительной обработке.

Для сокращения потерь легких компонентов осуществляют стабилизацию нефти, а также применяют специальные герметические резервуары хранения нефти. От основного количества воды и твердых частиц нефть освобождают путем отстаивания в резервуарах. Разрушение нефтяных эмульсий осуществляют механическими, химическими и электрическими способами. Важным моментом является процесс сортировки и смешения нефти.

1.1. Сокращение потерь при транспортировке и хранении нефти, стабилизация нефти

Потери легких компонентов в основном происходят в резервуарах при так называемых «больших и малых дыханиях» — выброс воздуха, содержащего испарения нефти, при заполнении пустого резервуара или незначительные по объему выбросы, вызываемые колебаниями уровня в резервуаре и изменениями плотности при перепаде температур. Устранение потерь дыхания резервуаров осуществляют посредством их герметизации и применения дышащих крышек, дышащих баллонов, и др. Суть применяемых дышащих аппаратов заключается в их способности изменять объем под давлением вытесняемой из резервуара воздушной смеси. Таким образом дыхательные аппараты увеличивают или уменьшают объем резервуара сохраняя на время вытесненную из резервуара воздушную смесь. Такие аппараты применяют для сокращений потерь при малых дыханиях резервуаров.

Для сокращения потерь от испарения и улучшения условий транспортирования нефть подвергают стабилизации, т. е. удалению низкомолекулярных углеродов (метана, этана и пропана), а также сероводорода на промыслах или на головных перекачивающих станциях нефтепроводов.

Различные нефти и выделенные из них соответствующие фракции отличаются друг от друга физико-химическими и товарными свойствами. Так, бензиновые фракции некоторых нефтей характеризуются высокой концентрацией ароматических, нафтеновых или изопарафиновых углеводородов и поэтому имеют высокие октановые числа, тогда как бензиновые фракции других нефтей содержат в значительных количествах парафиновые углеводороды и имеют очень низкие октановые числа. Важное значение в дальнейшей технологической переработке нефти имеет серность, масляничность смолистость нефти и др. Таким образом, существует необходимость отслеживания качественных характеристик нефтей в процессе транспортировки, сбора и хранения с целью недопущения потери ценных свойств компонентов нефти.

Однако раздельные сбор, хранение и перекачка нефтей в пределах месторождения с большим числом нефтяных пластов весомо осложняет нефтепромысловое хозяйство и требует больших капиталовложений. Поэтому близкие по физико-химическим и товарным свойствам нефти на промыслах смешивают и направляют на совместную переработку.

Выбор направления переработки нефти и ассортимента получаемых нефтепродуктов определяется физико-химическими свойствами нефти, уровнем технологии нефтеперерабатывающего завода и настоящей потребности хозяйств в товарных нефтепродуктах. Различают три основных варианта переработки нефти:

По топливному варианту нефть перерабатывается в основном на моторные и котельные топлива. Топливный вариант переработки отличается наименьшим числом участвующих технологических установок и низкими капиталовложениями. Различают глубокую и неглубокую топливную переработку. При глубокой переработке нефти стремятся получить максимально возможный выход высококачественных и автомобильных бензинов, зимних и летних дизельных топлив и топлив для реактивных двигателей. Выход котельного топлива в этом варианте сводится к минимуму. Таким образом, предусматривается такой набор процессов вторичной переработки, при котором из тяжелых нефтяных фракций и остатка — гудрона получают высококачественные легкие моторные топлива. Сюда относятся каталитические процессы — каталитический крекинг, каталитический риформинг, гидрокрекинг и гидроочистка, а также термические процессы, например коксование. Переработка заводских газов в этом случае направлена на увеличение выхода высококачественных бензинов. При неглубокой переработке нефти предусматривается высокий выход котельного топлива.

По топливно-масляному варианту переработки нефти наряду с топливами получают смазочные масла. Для производства смазочных масел обычно подбирают нефти с высоким потенциальным содержанием масляных фракций. В этом случае для выработки высококачественных масел требуется минимальное количество технологических установок. Масляные фракции (фракции, выкипающие выше 350°С), выделенные из нефти, сначала подвергается очистке избирательными растворителями: фенолом или фурфуролом, чтобы удалить часть смолистых веществ и низкоиндексные углеводороды, затем проводят депарафинизацию при помощи смесей метилэтилкетона или ацетона с толуолом для понижения температуры застывания масла. Заканчивается обработка масляных фракций доочисткой отбеливающими глинами. Последние технологии получения масел используют процессы гидроочистки взамен селективной очистки и обработки отбеливающими гланами. Таким способом получают дистиллятные масла (легкие и средние индустриальные, автотракторные и др.). Остаточные масла (авиационные, цилиндровые) выделяют из гудрона путем его деасфальтизации жидким пропаном. При этом образуется деасфальт и асфальт. Деасфальт подвергается дальнейшей обработке, а асфальт перерабатывают в битум или кокс.

Нефтехимический вариант переработки нефти по сравнению с предыдущими вариантами отличается большим ассортиментом нефтехимической продукции и в связи с этим наибольшим числом технологических установок и высокими капиталовложениями. Нефтеперерабатывающие заводы, строительство которых проводилось в последние два десятилетия, направлены на нефтехимическую переработку. Нефтехимический вариант переработки нефти представляет собой сложное сочетание предприятий, на которых помимо выработки высококачественных моторных топлив и масел не только проводится подготовка сырья (олефинов, ароматических, нормальных и изопарафиновых углеводородов и др.) для тяжелого органического синтеза, но и осуществляются сложнейшие физико-химические процессы, связанные с многотоннажным производством азотных удобрений, синтетического каучука, пластмасс, синтетических волокон, моющих веществ, жирных кислот, фенола, ацетона, спиртов, эфиров и многих других химикалий.

От основного количества воды и твердых частиц нефти освобождают путем отстаивания в резервуарах на холоду или при подогреве. Окончательно их обезвоживают и обессоливают на специальных установках.

Однако вода и нефть часто образуют трудно разделимую эмульсию, что сильно замедляет или даже препятствует обезвоживанию нефти. В общем случае эмульсия есть система из двух взаимно нерастворимых жидкостей, в которых одна распределена в другой во взвешенном состоянии в виде мельчайших капель. Существуют два типа нефтяных эмульсий: нефть в воде, или гидрофильная эмульсия, и вода в нефти, или гидрофобная эмульсия. Чаще встречается гидрофобный тип нефтяных эмульсий. Образованию сойкой эмульсии предшествуют понижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз и создание вокруг частиц дисперсной фазы прочного адсорбционного слоя. Такие слои образуют третьи вещества — эмульгаторы. К гидрофильным эмульгаторам относятся щелочные мыла, желатин, крахмал. Гидрофобными являются хорошо растворимые в нефтепродуктах щелочноземельные соли органических кислот, смолы, а также мелкодисперсные частицы сажи, глины, окислов металлов и т. п., легче смачиваемые нефтью чем водой.

Отстаивание — применяется к свежим, легко разрушимым эмульсиям. Расслаивание воды и нефти происходит вследствие разности плотностей компонентов эмульсии. Процесс ускоряется нагреванием до 120-160°С под давлением 8-15 ат втечение 2-3 ч, не допуская испарения воды.

Центрифугирование — отделение механических примесей нефти под воздействием центробежных сил. В промышленности применяется редко, обычно сериями центрифуг с числом оборотов от 3500 до 50000 в мин., при производительности 15 — 45 м 3 /ч каждая.

Разрушение эмульсий достигается путем применения поверхностно-активных веществ — деэмульгаторов. Разрушение достигается а) адсорбционным вытеснением действующего эмульгатора веществом с большей поверхностной активностью, б) образованием эмульсий противоположного типа (инверсия ваз) и в) растворением (разрушением) адсорбционной пленки в результате ее химической реакции с вводимым в систему деэмульгатором. Химический метод применяется чаще механического, обычно в сочетании с электрическим.

При попадании нефтяной эмульсии в переменное электрическое поле частицы воды, сильнее реагирующие на поле чем нефть, начинают колебаться, сталкиваясь друг с другом, что приводит к их объединению, укрупнению и более быстрому расслоению с нефтью. Установки, называемые электродегидраторами (ЭЛОУ — электроочистительные установки), с рабочим напряжением до 33000В при давлении 8-10 ат, применяют группами по 6 — 8 шт. с производительностью 250 — 500 т нефти в сутки каждая. В сочетании с химическим методом этот метод имеет наибольшее распространение в промышленной нефтепереработке.

Нефть представляет собой сложную смесь парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводов, различных по молекулярному весу и температуре кипения. Кроме того, в нефти содержатся сернистые, кислородные и азотистые органические соединения. Для производства многочисленных продуктов различного назначения и со специфическими свойствами применяют методы разделения нефти на фракции и группы углеводородов, а также изменения ее химического состава. Различают первичные и вторичные методы переработки нефти:

к первичным относят процессы разделения нефти на фракции, когда используются ее потенциальные возможности по ассортименту, количеству и качеству получаемых продуктов и полупродуктов — перегонка нефти;

ко вторичным относят процессы деструктивной переработки нефти и очистки нефтепродуктов, предназначенные для изменения ее химического состава путем термического и каталитического воздействия. При помощи этих методов удается получить нефтепродукты заданного качества и в больших количествах чем при прямой перегонке нефти.

Различают перегонку с однократным, многократным и постепенным испарением. При перегонке с однократным испарением нефть нагревают до определенной температуры и отбирают все фракции, перешедшие в паровую фазу. Перегонка нефти с многократным испарением производится с поэтапным нагреванием нефти, и отбиранием на каждом этапе фракций нефти с соответствующей температурой перехода в паровую фазу. Перегонку нефти с постепенным испарением в основном применяют в лабораторной практике для получения особо точного разделения большого количества фракций. Отличается от других методов перегонки нефти низкой производительностью.

Образовавшиеся в процессе перегонки нефти паровая и жидкая фазы подвергают ректификации в колоннах.

2.1. Перегонка нефти с однократным, многократным и постепенным испарением

При перегонке с однократным испарением нефть нагревают в змеевике какого-либо подогревателя до заранее заданной температуры. По мере повышения температуры образуется все больше паров, которые находятся в равновесии с жидкой фазой, и при заданной температуре парожидкостная смесь покидает подогреватель и поступает в адиабатический испаритель. Последний представляет собой пустотелый цилиндр, в котором паровая фаза отделяется от жидкой. Температура паровой и жидкой фаз в этом случае одна и та же. Четкость разделения нефти на фракции при перегонке с однократным испарением наихудшая.

Перегонка с многократным испарением состоит из двух или более однократных процессов перегонки с повышением рабочей температуры на каждом этапе.

Если при каждом однократном испарении нефти происходит бесконечно малое изменение ее фазового состояния, а число однократных испарений бесконечно большое, то такая перегонка является перегонкой с постепенным испарением.

Четкость разделения нефти на фракции при перегонке с однократным испарением наихудшая по сравнению с перегонкой с многократным и постепенным испарением. О плохой четкости разделения при однократном испарении нефти можно судить по рис.1, где изображены кривые разгонки фракций 40 — 285°С. На рисунке обозначены линиями 1 — исходная фракция (обобщенная); 2, 3 и 4 — легкие фракции паровой фазы; 5 и 6 — тяжелые фракции жидкой фазы. Из рисунка следует, что температурные пределы выкипания полученных продуктов мало отличаются друг от друга.

Если для нефтяной фракции построить кривые разгонки с однократным и многократным испарением (рис. 2), то окажется, что температура начала кипения фракций при однократном испарении (линия 2 на рисунке) выше, а конца кипения ниже, чем при многократном испарении (линия 1). Если высокой четкости разделения фракций не требуется, то метод однократного испарения экономичнее. К тому же при максимально допустимой температуре нагрева нефти 350 — 370°С (при более высокой температуре начинается разложение углеводородов) больше продуктов переходит в паровую фазу по сравнению с многократным или постепенным испарением. Для отбора из нефти фракций, выкипающих выше 350 — 370°С, применяют вакуум или водяной пар. Использование в промышленности принципа перегонки с однократным испарением в сочетании с ректификацией паровой и жидкой фаз позволяет достигать высокой четкости разделения нефти на фракции, непрерывности процесса и экономичного расходования топлива на нагрев сырья. Принципиальная схема для промышленной перегонки нефти приведена на рис. 3. Исходная нефть прокачивается насосом через теплообменники 4, где нагревается под действием тепла отходящих нефтяных фракций и поступает в огневой подогреватель (трубчатую печь) 1. В трубчатой печи нефть нагревается до заданной температуры и входит в испарительную часть (питательную секцию) ректификационной колонны 2. В процессе нагрева часть нефти переходит в паровую фазу, которая при прохождении трубчатой печи все время находится в состоянии равновесия с жидкостью. Как только нефть в виде парожидкостной смеси выходит из печи и входит в колонну (где в результате снижения давления дополнительно испаряется часть сырья), паровая фаза отделяется от жидкой и поднимается вверх по колонне, а жидкая перетекает вниз. Паровая фаза подвергается ректификации в верхней части колонны, считая от места ввода сырья. В ректификационной колонне размещены ректификационные тарелки, на которых осуществляется контакт поднимающихся по колонне паров со стекающей жидкостью (флегмой). Флегма создается в результате того, что часть верхнего продукта, пройдя конденсатор-холодильник 3, возвращается в состоянии на верхнюю тарелку и стекает на нижележащие, обогащая поднимающиеся пары низкокипящими компонентами.

Для ректификации жидкой части сырья в нижней части ректификационной части колонны под нижнюю тарелку необходимо вводить тепло или какой-либо испаряющий агент 5. В результате легкая часть нижнего продукта переходит в паровую фазу и тем самым создается паровое орошение. Это орошение, поднимаясь с самой нижней тарелки и вступая в контакт со стекающей жидкой фазой, обогащает последнюю высококипящими компонентами.

В итоге сверху колонны непрерывно отбирается низкокипящая фракция, снизу — высококипящий остаток.

Испаряющий агент вводится в ректификационную колону с целью повышения концентрации высококипящих компонентов в остатке от перегонки нефти. В качестве испаряющего агента используются пары бензина, лигроина, керосина, инертный газ, чаще всего — водяной пар.

В присутствии водяного пара в ректификационной колонне снижается парциальное давление углеводородов, а следовательно их температура кипения. В результате наиболее низкокипящие углеводороды, находящиеся в жидкой фазе после однократного испарения, переходят в парообразное состояние и вместе с водяным паром поднимаются вверх по колонне. Водяной пар проходит всю ректификационную колонну и уходит с верхним продуктом, понижая температуру в ней на 10 — 20°С. На практике применяют перегретый водяной пар и вводят его в колонну с температурой, равной температуре подаваемого сырья или несколько выше (обычно не насыщенный пар при температуре 350 — 450°С под давлением 2 — 3ат).

интенсивно перемешивается кипящая жидкость, что способствует испарению низкокипящих углеводородов;

создается большая поверхность испарения тем, что испарение углеводородов происходит внутрь множества пузырьков водяного пара.

Расход водяного пара зависит от количества отпариваемых компонентов, их природы и условий внизу колонны. Для хорошей ректификации жидкой фазы внизу колонны необходимо, чтобы примерно 25% ее переходило в парообразное состояние.

В случае применения в качестве испаряющего агента инертного газа происходит большая экономии тепла, затрачиваемого на производство перегретого пара, и снижение расхода воды, идущей на его конденсацию. Весьма рационально применять инертный газ при перегонке сернистого сырья, т. к. сернистые соединения в присутствии влаги вызывают интенсивную коррозию аппаратов. Однако инертный газ не получил широкого применения при перегонке нефти из-за громоздкости подогревателей газа и конденсаторов парогазовой смеси (низкого коэффициента теплоотдачи) и трудности отделения отгоняемого нефтепродукта от газового потока.

Удобно в качестве испаряющего агента использовать легкие нефтяные фракции — лигроино-керосино-газойлевую фракцию, т. к. это исключает применение открытого водяного пара при перегонке сернистого сырья, вакуума и вакуумсоздающей аппаратуры, и, в то же время, избавляет от указанных сложностей работы с инертным газом.

Чем ниже температура кипения испаряющего агента и больше его относительное количество, тем ниже температура перегонки. Однако чем легче испаряющий агент, тем больше его теряется в процессе перегонки. Поэтому в качестве испаряющего агента рекомендуется применять лигроино-керосино-газойлевую фракцию.

В результате перегонки нефти при атмосферном давлении и температуре 350 — 370°С остается мазут, для перегонки которого необходимо подобрать условия, исключающие возможность крекинга и способствующие отбору максимального количества дистилляторов. Самым распространенным методом выделения фракций из мазута является перегонка в вакууме. Вакуум понижает температуру кипения углеводородов и тем самым позволяет при 410 — 420°С отобрать дистилляты, имеющие температуры кипения до 500°С (в пересчете на атмосферное давление). Нагрев мазута до 420°С сопровождается некоторым крекингом углеводородов, но если получаемые дистилляторы затем подвергаются вторичным методам переработки, то присутствие следов непредельных углеводородов не оказывает существенного влияния. При получении масляных дистилляторов разложение их сводят к минимуму, повышая расход водяного пара, снижая перепад давления в вакуумной колонне и др. Существующие промышленные установки способны поддерживать рабочее давление в ректификационных колоннах 20 мм рт. ст. и ниже.

Рассмотренные методы перегонки нефти дают достаточно четкие разделения компонентов, однако оказываются непригодными, когда из нефтяных фракций требуется выделить индивидуальные углеводороды высокой чистоты (96 — 99%), которые служат сырьем для нефтехимической промышленности (бензол, толуол, ксилол и др.)

Для выделения вышеназванных углеводородов требуются специальные методы перегонки: азеотропная или экстрактивная ректификация. Эти методы основаны на введении в систему постороннего вещества увеличивающего разницу в летучести разделяемых углеводородов, что позволяет при помощи ректификации выделить индивидуальный углеводород высокой чистоты.

Показателем летучести чистых углеводородов является давление их насыщенных паров при данной температуре или температура кипения при атмосферном давлении. Таким образом, чем больше разница в температурах кипения углеводородов, тем легче разделить их обычной перегонкой. Однако если углеводороды отличаются по химическому строению, то можно использовать специальные виды перегонки, изменяющие летучесть этих углеводородов. Летучесть (U1) может быть определена как отношение мольных долей углеводородов в паровой и жидкой фазах:

Где Y1 и Х1 — мольные доли углеводорода соответственно в паровой и жидкой фазах.

Легкость разделения углеводородов перегонки зависит от их относительной летучести. Относительная летучесть двух углеводородов (A) определяется соотношением их летучестей (U1 и U2), т. е.

Где P1 и P2 — давление насыщенных паров углеводородов, X1 и X2 — мольные доли углеводородов в жидкой фазе, P — общее давление в системе. Отсюда

Таким образом, относительная летучесть углеводородов в идеальном растворе равняется отношению давлений насыщенных паров чистых компонентов при температуре кипящей смеси, и чем ближе она к единице, тем сложнее разделить эти углеводороды перегонкой.

Если вводимый для увеличения разницы в летучести разделяемых углеводородов третий компонент менее летуч, чем исходные углеводороды, то его называют растворителем и вводят сверху ректификационной колонны и выводят снизу вместе с остатком. Такая ректификация называется экстрактивной. Растворитель должен иметь достаточно высокую температуру кипения, чтобы компоненты, полученные с растворителем в виде одной фазы, можно было легко отделить от него при помощи перегонки. Он должен хорошо растворять разделяемые компоненты, чтобы не требовалось чрезмерно большого отношения растворитель/смесь и не образовывалось двух жидких фаз (расслаивание) на тарелке. При экстрактивной ректификации моноциклических ароматических углеводородов в качестве растворителя применяют фенол, крезолы, фурфурол, анилин и алкилфталаты.

Если добавляемое вещество более летуче, чем исходные компоненты, то его вводят в ректификационную колонну вместе с сырьем и выводят из нее вместе с парами верхнего продукта. Такую ректификацию называют азеотропной. В этом случае вводимое вещество образует азеотропную смесь с одним из компонентов сырья. Это вещество называют уводителем.

Последний должен обеспечивать образование постоянно кипящей смеси (азеотропа) с одним или несколькими компонентами разгоняемой смеси. Уводитель образует азеотропную смесь вследствие молекулярных различий между компонентами смеси.

При азеотропной ректификации моноциклических ароматических углеводородов в качестве уводителей применяют метиловый и этиловый спирты, метилэтилкетон (МЭК) и другие вещества, образующие азеотропную смесь с парафино-нафтеновыми углеводородами разделяемой смеси.

Уводитель должен иметь температуру кипения близкую к температуре кипения отгоняемого вещества. Это позволяет получить заметную разницу между температурой кипения азеотропа и других компонентов смеси. Уводитель должен также легко выделяться из азеотропной смеси. Весьма часто разделение бывает более полным, чем этого можно ожидать на основании лишь температурной разницы. Это объясняется большим отклонением системы от идеальной.

Парциональное и общее давления над идеальным раствором при данной температуре отличаются от величин, вычисленных по закону Рауля. Для оценки этого отклонения вводят поправочный коэффициент, который фактически является коэффициентом активности, т. е.

Коэффициент активности J является функцией физико-химических свойств всех остальных компонентов смеси и их концентраций. Для некоторых смесей в присутствии разделяющего агента подлежащие ректификации компоненты из-за их различной растворимости по-разному отклоняются от законов идеальных растворов, поэтому их коэффициенты активности различны. Установлено также, что коэффициент активности каждого компонента увеличивается по мере увеличения концентрации от 0 до 100%, однако для различных компонентов смеси в разной степени. Таким образом, для реальных смесей относительная летучесть равна отношению давления насыщенных паров и коэффициентов активности:

Важное значение в осуществлении экстрактивной и азеотропной ректификаций имеет подготовка сырья, которое должно выкипать в весьма узких пределах, т. е. установке по перегонке с третьим компонентом должна предшествовать установка предварительного разделения смеси посредством обычной ректификации.

Ректификация простых и сложных смесей осуществляется в колоннах периодического или непрерывного действия.

Колонны периодического действия применяют на установках малой производительности при необходимости отбора большого числа фракций и высокой четкости разделения. Классическая схема такой установки указана на рис. 4. Сырье поступает в перегонный куб 1 на высоту около 2/3 его диаметра, где происходит подогрев глухим паром. В первый период работы ректификационной установки отбирают наиболее летучий компонент смеси, например бензольную головку, затем, повышая температуру перегонки, компоненты с более высокой температурой кипения (бензол, толуол и т. д.). Наиболее высококипящие компоненты смеси остаются в кубе, образовывая кубовый остаток. По окончанию процесса ректификации этот остаток охлаждают и откачивают. Куб вновь заполняется сырьем и ректификацию возобновляют. Периодичностью процесса обусловлены больший расход тепла и меньшая производительность установки. Далее на рисунке: 2 — ректификационная колонна, 3 — конденсатор-холодильник, 4 — аккумулятор, 5 — холодильник, 6 — насосы.

Установка непрерывного действия лишена многих указанных недостатков. Принципиальная схема такой установки показана на рис.5. Сырье через теплообменник 1 поступает в подогреватель 2 и далее на разные уровни ректификационной колонны 3. Нижние фракции разогревают в кипятильнике 4 и сбрасывают обратно в ректификационную колонну. При этом самая тяжелая часть выводится из кипятильника в низ колонны и вместе с жидким осадком на дальнейшую переработку тяжелых фракций. А легкие фракции сверху в конденсатор-холодильник 5, и далее из аккумулятора 6 частично назад в колонну для орошения, а частично — в дальнейшую переработку легких фракций.

В зависимости от числа получаемых продуктов различают простые и сложные ректификационные колонны. В первых при ректификации получают два продукта, например бензин и полумазут. Вторые предназначены для получения трех и более продуктов. Они представляют собой последовательно соединенные простые колонны, каждая из которых разделяет поступающую в нее смесь на два компонента.

В каждой простой колонне имеются отгонная и концентрационная секции. Отгонная, или отпарная, секция расположена ниже ввода сырья. Тарелка, на которую подается сырье для разделения, называется тарелкой питания. Целевым продуктом отгонной секции является жидкий остаток. Концентрационная, или укрепляющая, секция расположена над тарелкой питания. Целевым продуктом этой секции являются пары ректификата. Для нормальной работы ректификационной колоны обязательны подача орошения наверх концентрационной секции колонны и ввод тепла (через кипятильник) или острого водяного пара в отгонную секцию.

В зависимости от внутреннего устройства, обеспечивающего контакт между восходящими парами и нисходящей жидкостью (флегмой), ректификационные колонны делятся на насадочные, тарельчатые, роторные и др. В зависимости от давления они делятся на ректификационные колонны высокого давления, атмосферные и вакуумные. Первые применяют в процессах стабилизации нефти и бензина, газофракционирования на установках крекинга и гидрогенизации. Атмосферные и вакуумные ректификационные колоны в основном применяют при перегонке нефтей, остаточных нефтепродуктов и дистилляторов.

Для равномерного распределения паров и жидкости в насадочных колоннах — 1 (рис. 6.) в качестве насадки — 2 применяют шары, призмы, пирамиды, цилиндры из различных материалов (обычно из прессованной угольной пыли) с наружным диаметром от 6 до 70 мм и отношением площади поверхности к объему от 500. Насадку помещают насыпом на специальные тарелки — 4 с отверстиями для прохождения паров и стекания флегмы — 3. Целью применения насадки является повышение площади соприкосновения флегмы и паров для взаимного обогащения. Для правильной работы насадочной колонны очень важно равномерное распределение стекающей флегмы и паров по всему поперечному сечению колонны. Этому благоприятствует однородность тела насадки, максимально возможная скорость восходящего потока паров, равномерно распределенные слои насадки и строгая вертикальность колонны. На практике достигнутое вначале равномерное распределение паров и флегмы нарушается, т. к. пар стремится оттеснить жидкость к стенкам колонны и перемещаться через центр насадки. В связи с этим насадка и разбивается на несколько слоев, а тарелки, на которых размещается насадка, имеют специальную конструкцию, позволяющую снова равномерно перераспределять потоки после каждого слоя насадки. Эффективность использования насадочных колонн очень высока но есть и неудобства: насадку периодически приходится изымать из колоны с целью очищения от смолистых частиц со временем покрывающих насадку и ухудшающих ее смачиваемость, к тому же применение насадочных колонн выдвигает очень жесткое требование выдержки определенного давления пара и количества поступающей флегмы. В случае падения давления пара в колонне происходит ускорение стекания флегмы и резкое уменьшение площади соприкосновения пара и жидкости. В случае превышения давления пара замедляется стекание флегмы, что приводит к ее скоплению в верхних слоях насадки и запиранию паров в нижней части колонны («захлебыванию» колонны). Это приводит к еще большему повышению давления пара в нижней части колонны, и, в критический момент, прорыв пара сквозь флегму в верхнюю часть колонны. Следствием «захлебывания» колонны также является резкое уменьшение площади соприкосновения пара и жидкости.

В тарельчатых колоннах 1 (рис. 7) для повышения площади соприкосновения потоков пара и флегмы применяют вместо насадки большое число тарелок специальной конструкции. Флегма стекает с тарелки на тарелку по спускным трубам 3, причем перегородки 4 поддерживают постоянный уровень слоя жидкости на тарелке. Этот уровень позволяет постоянно держать края колпаков 2 погруженными во флегму. Перегородки пропускают для стока на следующую тарелку лишь избыток поступающей флегмы. Принципом действия тарельчатой колонны является взаимное обогащения паров и флегмы за счет прохождения под давлением паров снизу вверх сквозь слой флегмы на каждой тарелке. За счет того, что пар проходит флегму в виде мельчайших пузырьков площадь соприкосновения пара и жидкости очень высока.

Конструкции тарелок разнообразны. Применяют сетчатые, решетчатые, каскадные, клапанные, инжекционные и комбинированные тарелки. Конструкцию тарелок выбирают исходя из конкретных технологических требований (степень четкости разделения фракций, требование к интенсивности работы, необходимость изменения внутренней конструкции колонны, частота профилактических и ремонтных работ и др.)

В некоторых процессах переработки нефти (например переработка с попутным отделением воды (паров), переработка с предварительным отделением тяжелейших фракций нефти) применяют роторные колонны 1 (рис. 8) с высокой производительностью. Тарелки такой колонны представляют собой конические щитки с углом наклона 40°, с чередованием тарелок закрепленных к стенкам колонны — 2 и тарелок закрепленных к центральному вращающемуся валу — 3. Таким образом вращающиеся тарелки чередуются с неподвижными. Вращение тарелок происходит от привода — 4 со скоростью 240 об/мин. Флегма спускается сверху— 5 по неподвижной тарелке и у центра переливается на нижележащую вращающуюся тарелку. Под влиянием центробежной силы флегма перемещается по вращающейся тарелке вверх до ее периферии и в виде сплошной кольцевой пленки переходит на стенки корпуса колонны и дальше — на низлежащую тарелку. Далее процесс повторяется. Пары движутся сквозь флегму противотоком. К тому же большое количество флегмы постоянно находится во взвешенном состоянии, что приводит к высокой испаряемости самой флегмы. Расстояние между тарелками всего 8 – 10 мм, что позволяет строить очень компактную колонну с высоким (свыше 85%) КПД. В колонну вводится подогретое сырье, необходимая температура которого поддерживается нагревателем — 6. Указанная конструкция очень удобна в использовании, практически не требует ремонта и профилактических работ, долговечна и не столь чувствительна к изменениям температур и давления исходных компонентов.

В промышленности наиболее часто применяются сложные установки ректификационных колонн, комбинирующих разные виды колонн и разные типы их подключения. Это позволяет корректировать технологический процесс для разных условий переработки нефти и получения необходимых дистиллятов.

В зависимости от направления переработки нефти в процессе ректификации могут участвовать разные установки ректификационных колонн. Достигается это сменой потоков сырья и промежуточных продуктов, что требует высокой магистральности сообщений коллон и установок и возможности компактного и ресурсосберегающего перенаправления потоков.

Http://www. km. ru/referats/A3B69F5EE01E4A7E9EE3FFBAE854BD5E

Использование: Экзамен, 06.2001, шк. № 119, г. Новосибирск, оценка: отлично, проверила: Седова О. В.

Что же такое нефть? Теплотехник ответит, что это прекрасное, высококалорийное топливо. Но химик возразит: нет! Нефть – это ᴄᴫᴏжная смесь жидких углеводородов, в которых растворены газообразные и другие вещества. И чтобы перечислить все продукты, получаемые из нефти, нужно потратить несколько лисᴛᴏʙ, учитывая, что их уже несколько тысяч.

Еще Д. И. Менделеев заметил, что топить печь нефтью все равно, что топить её ассигнациями.

Историческая справка. Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907). Русский химик, открывший периодический закон химических элеменᴛᴏʙ, разносторонний ученый, педагог и общественный деятель. Получил образование на отделении естественных наук физико-математического факультета Главного Педагогического Института в Петербурге, курс которого окончил в 1855 г. с золотой медалью. Защитил множество магистерских и докторских диссертаций, читал лекции в качестве доцента. Среди его трудов – фундаментальный работы по химии, химическим технологиям, физике, метрологии, воздухоплаванию, сельскому хозяйству, экономики, народному просвещению. Написал труд «Основы химии»

Нефть (от перс. neft) – горючая масляʜᴎϲтая жидкость со специфическим запахом, распростᴘẚʜᴇнная в осадочной оболочке Земли и являющаяся важнейшим полезным ископаемым.

Залежи нефти находятся в недрах Земли на разной глубине, где нефть заполняет свободное пространство между некоторыми породами. Если она находится под давлением газов, то поднимается по скважине на поверхность Земли. По запасам нефти наша страна занимает одно из ведущих мест в мире. Текст с сайта Биг Реферат РУ

Нефть – масляʜᴎϲтая жидкость от светло-бурого до черного цвета с характерным запахом. Она немного легче воды и практически в ней не растворяется. Учитывая, что нефть – смесь различных углеводородов, то у нее нет определенной температуры кипения.

Нефть сильно варьирует по цвету (от светло-коричневой, почти бесцветной, до темно-бурой, почти черной) и по плотности (от легкой 0,65-0,70 г/см3, до тяжелой 0,98-1,05 г/см3).

Начало кипения нефти обычно выше 28 0 С. температура застывания колеблется от +30 0 до –60 0 С и зависит в основном от содержания парафина (чем его больше, тем температура застывания выше). Теплоемкость нефти 1,7-2,1 кДж/кг; теплота сгорания 43,7-46,2 мДж/кг; диэлектрическая проницаемость2-2,5; электрическая проводимость 2 . 10 -10 -0,3 . 10 -18 ом -1 . см -1 .

Вязкость изменяется в широких пределах и зависит от химического и фракционного состава нефти и смолистости (содержания в ней асфальтосмолистых веществ). Температура вспышки нефти колеблется от –35 до 120 0 С в зависимости от фракционного состава и давления насыщенных паров. Нефть растворима в органических растворителях, в воде при обычных условиях практически нерастворима, но может образовывать с ней стойкие эмульсии.

Сочетание обозначений класса, типа, группы, подгруппы и вида составляет шифр технологической классификации нефти.

Учитывая зависимость от месторождения нефть имеет различный качественный и количественный состав. Так, к примеру, бакинская нефть богата циклопарафинами и сравнительно бедна предельными углеводородами. Значительно больше предельных углеводородов в грозненской и ферганской нефти. Пермская нефть содержит ароматические углеводороды.

Представляя собой жидкость, более легкую, чем вода, нефть разных мест, иногда даже и соседних, различна по многим свойствам: цвету, плотности, летучести, температуры кипения. Но при этом любая нефть это жидкость почти нерастворимая в воде и по элементарному составу содержащая преимущественно углеводороды с подмесью небольшого количества кислородных, серʜᴎϲтых, азотистых и минеральных соединений, что видно не только по элементарному составу, но и по всем свойствам углеводородов

Историческая справка. Оглоблин Николай Николаевич (1852-?). Русский историк – археограф. Служил архивариусом при Московском архиве Миʜᴎϲтерства Юстиции. Автор исследований «Обозрение историко-географических материалов 17 и 18 века». Его обозрения архивных материалов по истории Сибири печатались в журналах «Русская старина», «Исторический вестник», «Книговедение».

Историческая справка. Марковников Владимир Васильевич (1837-1904). Русский химик, ученик Бутлерова. Основные научные труды посвятил развитию теории химического строения, исследованию нефти и нефтенов. Защитил магистерскую диссертацию «Об изомерии органических соединений», на базе воззрений Бутлерова вывел правило Марковникова

…В пенсильванской нефти С. К. Девилль нашел 83-84% углерода, 13,7-14,7% водорода, в рангунской (в Бирме) 83,8% углерода и 12,7% водорода, в огайской Мабери нашел только 83,6-85,8% углерода и 13,05-14,6% водорода. Недостающее до 100 отвечает содержанию кислорода, серы, азота, воды и минеральных подмесей. Количество серы в некоторых сортах нефти едва составляет несколько сотых % (к примеру, в обыкновенной зеленой бакинской нефти всего 0.06%). Азота всегда мало, обыкновенно меньше 0,2%. Минеральных подмесей (золы) еще меньше и пока не известен ни один случай. Когда количество их доходило бы до 0,1%. По этой причине, за вычетом суммы всех других составных начал, в сырой нефти надо принимать от 1 до 4% кислорода. Это следует из того, что в нефти содержатся органические (жирные и близкие к ним) кислоты, учитывая, что они содержат кислород. Различия в элементарном составе, как видно, не велики, несмотря на значительную разность свойств. Но при этом все-таки разность состава сказывается в том, что на 12 грамм (атомное количество) углерода в американской нефти около 1,95 грамм водорода, а в бакинской только 1,82. Это доказывает, что во всей массе нефти содержится всегда меньше водорода, чем в углеводородах состава СnH2n (потому что для них на 12 частей углерода приходятся 2 части водорода), и что от этого состава бакинская нефть дальше, чем американская, что подтверждается и знакомством с углеводородами, извлекаемыми из нефти.

Историческая справка. Сент – Клер Девилль Шарль (1814-1876). Французский химик, член Парижской АН (с 1861 г.). в 1849 получил азотный ангидрид (действием хлора на сухой нитрат серебра)

Составными началами нефти, помимо небольшой подмеси кислородных, серʜᴎϲтых и других соединений, являются углеводороды, смесь которых входит в состав различных очищенных продукᴛᴏʙ, получаемых из нефти и находящих разнообразное применение. Основным способом для отделения друг от друга, как этих промышленных продукᴛᴏʙ (всевозможных смесей), так и самостоятельных в химическом смысле углеводородов, содержащихся в нефти и её продуктах, является перегонка, основанная на разной упругости пара разных жидкостей при одной и той же температуре. Текст с сайта Биг Реферат РУ

Нефть содержит смесь углеводородов разных рядов, преимущественно средних между жирными и ароматическими. Первые точные исследования были сделаны в этом отношении около 1860 года Пелузом и Кагуром во Франции, Шорлеммером в Англии и Уарреном в Америке преимущественно над легкими углеводородами (бензином) пенсильванской нефти…

Историческая справка. Карл Шорлеммер (1834-1892). Немецкий химик-органик, глава Лондонского королевского общества. Работал в Оуэнском колледже в Манчестере. Текст с сайта Биг Реферат РУ Основные работы посвящены исследованиям предельных углеводородов. Доказал равнозначность четырех валентных углеводородов (1868). Предложил систематику органических соединений и создал на её основе учебник. Имеет также труды по истории органической химии. Был прогрессивным общественным деятелем.

…Они показали, что в ней содержатся предельные (жирные) углеводороды СnH2n+2, начиная от газообразных (CH4 всегда сопровождает нефть), растворенных в нефти и затем все с высшими n, к примеру, в лигроине и бензин от C5H12 до C8H18, в керосине сверх того и высшие от С9Н20. Сверх того уже первые исследователи указали в нефти содержание углеводородов с меньшим количеством водорода из рядов CnH2n, СnH2n-2 и т. д. Но при исследовании русской нефти профессором Марковниковым были найдены преобладающими углеводороды из ряда нафтенов СnH2n

На основании выше сказанного приходим к выводу, что главную массу всех видов нефти образует смесь предельных СnH2n+2 углеводородов с нафтенами СnH2n с подмесью СnH2n-2 до СnH2n-6, преобладают же особенно в русской нефти нафтены, а предельных углеводородов более в американской. Этому утверждению не противоречат даже самые высококипящие твердые углеводороды (парафин, церезин), получаемые из нефти и продукᴛᴏʙ с нею сходственных (горный воск и др.). При этом и все явления, сопровождающие перегонку нефти, полностью объясняются.

Истоки современных представлений о происхождении нефти возникли в XVIII – начале XIX века. М. В. Ломоносов заложил гипотезы органического происхождения нефти, объясняя её образование воздействием «подземного огня» на «окаменелые уголья», в результате чего, по его мнению, образовывались асфальты, нефти и «каменные масла». Идея о минеральном происхождении нефти впервые была высказана

Историческая справка. Михаил Васильевич Ломоносов (1711-1765). Первый русский ученый – естествоиспытатель мирового значения, человек энциклопедических знаний, разносторонних интересов и способностей, один из основоположников физической химии, поэт, заложивший основы современного литературного языка, художник, историк, поборник отечественного просвещения и развития самостоятельной русской науки.

Развитие химии, эксперименты по неорганическому синтезу углеводородов, проведенные М. Бертло (1866 год), Г. Биассоном (1871), послужили отправной точкой для развития гипотезы минерального происхождения.

Историческая справка. Пьер Эжен Марселен Бертло (1827-1907). Французский химик и общественный деятель. Синтезировал огромное число органических соединений, относящихся к различным классам. Взаимодействием глицерина и жирных кислот получил (1853-1854) аналог природных жиров, доказал возможности их синтеза. Его работы: синтезы метана, этилена, бензола. Исследовал скорости образование ᴄᴫᴏжных эфиров из спирᴛᴏʙ и кислот.

Д. И. Менделеев, придерживавшийся до 1867 года представлений об органическом происхождении нефти, в 1877 году сформулировал известную гипотезу её минерального происхождения, согласно которой нефть образуется на больших глубинах при высокой температуре вследствие взаимодействия воды с карбидами металлов. За прошедшее столетие накопилось огромное количество химических, геохимических и геологических данных, проливающих свет на проблему происхождения нефти

Все гипотезы минерального происхождения нефти объединяет идея синтеза углеводородов, кислородо-, серо – и азотосодержащих компоненᴛᴏʙ нефти из простых исходных веществ — C, H2, CO, CO2, CH4, H2O и радикалов при высоких температурах и взаимодействии продукᴛᴏʙ синтеза с минеральной частью глубинных пород.

Д. И. Менделеев считал, что основой процесса образования углеводородов является взаимодействие карбидов глубинных металлов с водой, которая проникает по трещинам с поверхности на большую глубину. Схема процесса представлялась следующим образом:

Д. И. Менделеева, поднимались затем в верхнюю холодную часть земной коры, где они конденсировались и накапливались в пористых осадочных породах. Карбиды металлов в то время в глубинных породах еще не были известны. В настоящее время предположение Д. И. Менделеева подтвердилось, в глубинных породах найдены карбиды ряда элеменᴛᴏʙ (Fe3C, TiC, Cr2C3, WC, SiC). Но крупных скоплений они не образуют; это мельчайшие (доли миллиметра) редко встречающиеся и рассеянные в породах минеральные выделения. По этой причине процесс образования углеводородов в огромных количествах, которые известны в природе, с этих позиций объяснить очень трудно. Не вызывает сомнений сейчас также, что вода с поверхности по трещинам на большие глубины поступать не может. Но это и не существенно, флюидная фаза глубинных пород в определенных условиях содержит воду, поэтому в принципе её взаимодействие с карбидами возможно. Вполне вероятно и образование простейших углеродах, однако вряд ли это возможно в больших количествах.

В 1892 году М. А. Соколовым была выдвинута гипотеза космического происхождения нефти. Суть её сводится к тому же минеральному синтезу углеводородов из простых веществ, но на первоначальной, космической стадии формирования Земли. Предполагалось, что образовавшиеся углеводороды находились в газовой оболочке, а по мере остывания поглощались породами формировавшейся земной коры. Высвобождаясь затем из остывавших магматических пород, углеводороды поднимались в верхнюю часть земной коры, где образовывали скопления

В первой половине XX века интерес к гипотезе минерального происхождения нефти в основном был ᴨᴏᴛерян. Поиски нефти велись во всем мире, исходя из представлений о её органическом происхождении.

С 1950 года снова начал возрастать интерес к минеральной гипотезе, причиной чего была, по-видимому, недостаточная ясность в ряде вопросов органической концепции, что и вызвало её критику. Наибольшую известность получили представления Н. А. Кудрявцева. Они заметно изменялись во времени, но сущность их заключаются в том, что нефть и газ образуются в глубинных зонах Земли из смеси H2COCO2 и CH4 в результате реакций прямого синтеза углеводорода из CO и Н2:

А также полимеризация радикалов =CH, ‑CH2, CH3. Предполагалось, что образование углеводородов происходит из реакционной смеси в раздробленных глубинными разломами участках литосферы. Прорыв находящихся под высоким давлением углеводородов вверх, в осадочную толщу, приводит к образованию залежей нефти и газа.

В поисках доказательств абиогенного синтеза нефти некоторые исследователи обращались к промышленным процессам получения синтетических топлив (типа синтеза Фишера – Тропша). Но при этом по мере углубления знаний о строении нефти отчетливо выявились глубокие различия в составе природных и синтетических углеводородных смесей. Последние практически не содержат широко представленных в нефти ᴄᴫᴏжно построенных углеводородных молекул, насыщенных структурных аналогов компоненᴛᴏʙ живого вещества — жирных кислот, терпинов, стиролов и т. д.

Ряд аргуменᴛᴏʙ сторонников минерального происхождения нефти основан на термодинамических расчетах. Е. Б. Чикалюк попытался определить температуру нефтеобразования по соотношению между некоторыми изомерными углеводородами, допуская, что высокотемпературный синтез приводит к образованию термодинамически равновесных смесей. Рассчитанная таким образом температура нефтеобразования составила 450-900ºC, что соответствует температуре глубинной зоне 100-160 км в пределах верхней мантии Земли.

Однако для той же нефти расчет по другим изомерным парам дает другие значения температуры, совершенно нереальные в условиях земной коры и мантии

В принципе в глубинных условиях Земли при наличии С и Н2 синтез СН4, его гомологов, а, может быть, и некоторых более высокомолекулярных соединений вполне возможно и происходит. Но пока нет достаточных ни теоретических, ни экспериментальных данных, которые могли бы однозначно доказать возможности минерального синтеза такой ᴄᴫᴏжной и закономерной по составу системы углеводородов, азото-, серо – и кислородосодержащих соединений какой является природная нефть, которая обладает оптической активностью и весьма сходна по многим признакам на молекулярном и изотопном уровнях с живым веществом организмов и биоорганическим веществом осадочных пород.

Геологические доказательства минеральной гипотезы — наличие следов метана и некоторых нефтяных углеводородов в глубинных кристаллических породах, в газах и магмах, извергающихся из вулканов, проявления нефти и газа по некоторым глубинным разломам и т. п. — являются косвенными и всегда допускают двойную тракᴛᴏʙку.

Внедряющиеся в земную кору глубинные породы расплавляют и ассимилируют осадочные породы с имеющимся в них биогенным органическим веществом, жерла вулканов также проходят через осадочные толщи, причем иногда регионально нефте-газоносные, поэтому находимые в них СН4 и некоторые другие нефтяные углеводороды могли образоваться не только в результате минерального синтеза, но и при термической деструкции захваченного биогенного органического вещества осадочных пород или при поступлении нефти в осадочные породы уже после остывания магматических пород. Но главное доказательство состоит в большом сходстве химических и геохимических показателей многих углеводородных и неуглеводородных соединений нефти с аналогичными компонентами живого вещества организмов и биогенного органического вещества современных осадков и древних осадочных пород.

Гениальная догадка М. В. Ломоносова об образовании нефти в результате воздействия повышенной температуры на биогенное органическое вещество осадочных пород начала получать подтверждение в конце XIX— начале XX веков при проведении экспериментальных химических и геологических исследований.

Энглер (1888 г.) при перегонке сельдевого жира получил коричневого цвета масла, горючие газы и воду

Историческая справка. Энглер Карл Освальд (1842-1925). Немецкий химик-органик. Окончил Фрейбургский университет. Профессор университета в Галле (с 1872 г.) и высшей технической школы в Карлсруэ (1876-1919). Основные труды по химии и технологии нефти, предложил ряд приборов для её исследований. Член-корр. Петербургской АН (с 1913).

В 1919 году Н. Д. Зелинский подвергнул перегонке озерный сапропелевый ил, почти нацело состоявший из растительного материала — остатков планктонных водорослей с высоким содержанием липидов…

Историческая справка. Зелинский Николай Дмитриевич (1861-1953). Русский химик – органик, академик АН СССР (с 1929 г.). Герой Социалистического труда (с 1945 г). Один из основоположников учения об органическом катализе. Был в Санкт – Петербурге директором Центральной Лаборатории Миʜᴎϲтерства финансов (также заведующим кафедрой в Политехническом Институте). Научная деятельность очень разносторонняя: работы по химии тиофена, стереохимии органических двуосновных кислот, электропроводности в неводных растворах, химии углеводородов и органическому катализу. в 1895-1907 впервые синтезировал ряд циклопентановых и циклогексановых углеводородов, послуживших эталонами для изучения химических свойств нефтяных фракций

…При этом были получены кокс, смолы, газ и пирогенетическая вода. Газ состоял из СН4, СО2, Н2 и Н2S. Смола содержала бензин, керосин и тяжелые смолистые вещества

Оптическая активность — одно из фундаментальных свойств, общих для живого вещества, продукᴛᴏʙ его преобразования и природных нефти. При минеральном синтезе углеводородов появляются рацемические смеси, не обладающие оптической активностью, поскольку они не содержат равное количество лево – и правовращающихся молекул, что выгодно с позиций термодинамики (такая смесь характеризуется максимумом энтропии).

Для живой природы, наоборот – характерна зеркальная асимметрия: все биогенные аминокислоты — левые, сахара — правые зеркальные изомеры. Оптическая асимметрия органических молекул — достаточное основание для утверждения о наличии живого вещества или продукᴛᴏʙ ᴇᴦᴏ посмертного преобразования. С этих позиций оптически активная нефть может быть только продуктом биосферы, а не минерального синтеза. Оптическая активность нефти связана главным образом с углеводородами типа тритерпанов и стеранов.

Получение оптически активных нефтеподобных продукᴛᴏʙ при перегонке органического вещества планктонных водорослей послужило основой для гипотезы происхождения нефти из растительного материала. Этому способствовали и геологические исследования. При поисках и разведке нефтяных месторождений геологи уже в XIX веке стали отмечать частую приуроченность нефтяных залежей к древним морским отложениям, обогащенным сапропелевым органическим веществом, которые были названы нефте-материнскими.

Начиная с работ А. Д. Архангельского (1927 г.) и П. Д. Траска (1926 — 1932 гг.) развернулись исследования органического вещества современных осадков и древних осадочных пород. Значительное влияние на направление исследований оказал И. М. Губкин

Историческая справка. Губкин Иван Михайлович (1871-1939). Советский геолог, создатель современной геологической Академии АН СССР

…Он подчеркивал, что широкое региональное распростᴘẚʜᴇние месторождений нефти в осадочных толщах заставляет отбросить любые возможные экзотические источники для образования нефти и считать, что источником нефти может быть только широко распростᴘẚʜᴇнное в осадочных породах рассеянное органическое вещество смешанного растительно-животного происхождения.

Детальные исследования выявили все большие черты сходства между углеводородами рассеянного органического вещества осадочных пород, названных Н. Б. Вассоевичем микронефтью, и нефти из её месторождений…

Историческая справка. Вассоевич Николай Броʜᴎϲлавович (1902-?). русский геолог, член-корр. АН СССР

…Особое значение имело открытие в нефти, унаследованных от животного вещества биомолекул («химических ископаемых», по аналогии с палеонтологическими).

Важными «биогенными метками» являются свойственные живому веществу многие изопреноидные углеводороды, возникновение которых связывают с фитолом — периферическим структурным элементом молекулы хлорофилла. Благодаря большому сходству в молекулярной структуре между стероидами и стеранами, тритерпеноидами и тритерпанами живого вещества и нефти, их присутствие является надежным показателем органического генезиса нефти.

По стереохимическим особенностям нефтяные стераны и тритерпаны все-таки несколько отличаются от исходных биологических соединений, что связано с изменениями при термическом превращении пространственного строения одного или нескольких хиральных центров биомолекул. Пентоциклические тритерпены встречаются в основном в наземных растениях

К унаследованным биогенным структурам относятся и нормальные алканы. Содержание их в нефти достигает 10-15, а иногда и 30% . свидетельством образования н-алканов из биогенных жирных кислот являются случаи преобладания в малопреобразованных нефти н-алканов с нечетным числом атомов углеводородов над «четными». Важно понимать – для живого вещества и образованного из него органического вещества осадков всегда характерно преобладание жирных кислот с четным числом атомов углерода.

Постепенное сглаживание этих первичных генетических признаков до примерно одинаковой концентрации «четных» и «нечетных» н-алканов и в органическом веществе нефти материнских пород и нефтезалежей происходит по мере нарастания глубины и температуры в недрах вследствие вторичных реакций.

На основании выше сказанного приходим к выводу, что по многим признакам на молекулярном уровне и наличию «биомаркеров» прослеживается связь между живым веществом организмов, органическим веществом осадочных нефте-материнских пород и нефти в залежах. Суммарное количество унаследованных от живого вещества биогенных молекулярных структур иногда достигает в нефти 30% от их массы.

Детальное изучение состава и распределения «биомаркеров» в органическом веществе осадочных пород и в нефти предоставляет возможность не только утверждать органическое происхождение нефти, но даже определять для конкретных залежей, из каких именно отложений в них поступали нефтяные углеводороды при формировании месторождений.

Известно, что нефть распределена в осадочных толщах неравномерно, и это также понятно с позиций органической концепции её образования. Исходная для нефти органическое вещество накапливалось в осадках в течение геологического времени неравномерно. Максимумам его накопления в девонских, юрско-меловых и третичных отложениях соответствуют максимальные массы образовавшихся рассеянных нефтяных углеводородов в нефте-материнских отложениях этого возраста и максимумы запасов нефти в открытых месторождениях.

На основании выше сказанного приходим к выводу, что все химические, геохимические и геологические данные с несомненностью свидетельствуют об органическом происхождении нефти.

Известно, что при нагревании сапропелевых сланцев до 150-170º С начинается слабое термическое разложение термического вещества, приводящее к повышению выхода экстрактивных веществ; при 200º С их образуется заметно больше, а при 370-400º С после нагревания в течение 1 часа уже до 60-80% органического вещества сланцы переходят в растворимое состояние. Образуется много асфальᴛᴏʙо-смолистых веществ, содержащих все основные классы нефтяных углеводородов, а кроме того газы (СO2, CH4, H2S) и пирогенетическая вода.

В принципе тот же самый процесс термического (или термокаталитического) разложения происходит и в природных условиях при погружении содержащих сапропелевое органическое вещество отложений под накапливающиеся над ними более молодыми осадками. Только в природных условиях он протекает крайне медленно, со скоростью погружения осадков обычно от 50-100 до 300 м/млн. лет. Опускание на глубину 2-3 км, характеризующуюся большей части залежей образовавшийся нефти и температурой до 150-160ºС осуществляется за время от 10 до 60 млн. лет. Такой очень медленный природный «технологический» процесс термического превращения органического вещества с подъемом температуры на один градус Цельсия за 60-400 тыс. лет трудно себе представить, однако проведенные исследования подтверждают, что в природных условиях он действительно реализуется очень широко во многих впадинах, заполненных мощными толщами накопленных осадков. Детальные геолого-геохимические исследования позволили ученым проследить последовательные стадии этого процесса.

Балансовые расчеты термического превращения сапропелевого органического вещества и процессов эмиграции нефтяных углеводородов по полученным экспериментальным данным позволили создать теоретическую количественную модель образования нефти. Главная фаза нефтеобразования характеризуется максимальной скоростью генерации нефтяных углеводородов, обычно в глубинном диапазоне 2-3 км при температуре от 80-90 до 150-160ºС. При низком геотермическом градиенте, медленном нарастании температуры с глубиной главной фазы нефтеобразования реализуется в более глубокой зоне, примерно до 6-8 км. Общее количество образующихся битуминозных веществ и нефтяных углеводородов превышает 30%, а количество эмигрировавшей в пористые пласты коллекторы нефти достигает 20% от исходной массы сапропелевого органического вещества.

Всплывание нефти, вынесенной из глиʜᴎϲтых нефте-материнских пород в водонасыщенные пористые пласты, приводит постепенно к образованию её скоплений (залежей) в наиболее приподнятых участках пласᴛᴏʙ (на антиклинальных структурах). Процесс нефтеобразования и формирования её залежей на этом заканчивается.

Цель нефтеразведки – выявление, геолого-экономическая оценка и подгоᴛᴏʙка к разработке залежей нефти. Нефтеразведка производится с помощью геологических, геофизических, геохимических и буровых работ в рациональном сочетании и последовательности.

На первой стадии поискового этапа в бассейнах с не установленной нефтегазоносностью либо для изучения слабо исследованных тектонических зон или нижних структурных этажей в бассейнах с установленной нефтегазоносностью проводятся региональные работы. Важно понимать – для этого осуществляются аэромагнитная, геологическая и гравиметрическая съемки, геохимические исследования вод и пород, профильное пересечение территории электро – и сейсморазведкой, бурение опорных и параметрических скважин

На второй стадии производится более детальное изучение нефтегазоносных зон путем детальной гравиразведки, структурно-геологической съемки, электро – и сейсморазведки, структурного бурения.

Производится сравнение снимков масштабов 1:100.000 – 1:25.000. уточняется оценка прогнозов нефтегазоносности, а для структур с доказанной нефтегазоносностью, подсчитываются перспективные запасы.

На третьей стадии производится бурение поисковых скважин с целью открытий месторождений. Первые поисковые скважины бурятся на максимальную глубину. Стоит отменить, что традиционно первым разведуется верхний этаж, а затем более глубокие

Разведывательный этап – завершающий в геологоразведочном процессе. Основная цель – подгоᴛᴏʙка к разработке. В процессе разведки должны быть оконтурены залежи, определены литологический состав, мощность, нефтегазонасыщенность. По завершению разведочных работ подсчитываются запасы и даются рекомендации о вводе месторождения в разработку. Эффективность поиска зависит от коэффициента открытий месторождений – отношением числа продуктивных площадей к общему числу разбуренных поисковым бурением площадей.

Почти вся добываемая в мире нефть, извлекается посредством буровых скважин, закрепленных стальными трубами высокого давления. Для подъема нефти и сопутствующих ей газа и воды на поверхность скважина имеет герметичную систему подъемных труб, механизмов и арматуры, рассчитанную на работу с давлениями, соизмеримыми с пласᴛᴏʙыми. Добыче нефти при помощи буровых скважин предшествовали примитивные способы: сбор её на поверхности водоемов, обработка песчаника или известняка, пропитанного нефтью, посредством колодцев.

Сбор нефти с поверхности водоемов – это, очевидно, первый по времени появления способ добычи, который до нашей эры применялся в Мидии, Вавилонии и Сирии. Сбор нефти в России, с поверхности реки Ухты начат Ф. С. Прядуновым в 1745 г. В 1858 на полуострове Челекен нефть собирали в канавах, по которым вода стекала из озера

Разработка песчаника или известняка, пропитанного нефтью, и извлечение из него нефти, впервые описаны итальянским ученым

Ф. Ариосто в 15 веке. Недалеко от Модены в Италии такие нефтесодержащие грунты измельчались и подогревались в котлах. Затем нефть выжимали в мешках при помощи пресса. В 1833 –1845 г. г. нефть добывали из песка на берегу Азовского моря. Песок помещали в ямы с покатым дном и поливали водой. Вымытую из песка нефть собирали с поверхности воды пучками травы.

Добыча нефти из колодцев производилась в Киссии, древней области между Ассирией и Мидией в 5 веке до нашей эры при помощи коромысла, к которому привязывалось кожаное ведро. Подробное описание колодезной добычи нефти в Баку дал немецкий натуралист Э. Кемпфер. Глубина колодцев достигала 27 м, их стенки обкладывались камнем или укреплялись деревом.

Добыча нефти посредством скважин начала широко применяться с 60-х г. 19 века. Вначале наряду с открытыми фонтанами и сбором нефти в вырытые рядом со скважинами земляные амбары добыча нефти осуществлялась также с помощью цилиндрических ведер с клапаном в днище. Из механизированных способов эксплуатации впервые в 1865 в США была внедрена Глубоконасосная эксплуатация, которую в 1874 г применили на нефтепромыслах в Грузии, в 1876 в Баку

Процесс добычи нефти, начиная от притока её по пласту к забоям скважин и до внешней перекачки ᴛᴏʙарной нефти с промысла, можно разделить условно на 3 этапа.

ü Движение нефти по пласту к скважинам благодаря искусственно создаваемой разности давлений в пласте и на забоях скважин.

ü Движение нефти от забоев скважин до их устьев на поверхности – эксплуатация нефтяных скважин.

ü Сбор нефти и сопровождающих её газа и воды на поверхности, их разделение, удаление минеральных солей из нефти, обработка пласᴛᴏʙой воды, сбор попутного нефтяного газа.

Под разработкой нефтяного месторождения понимается осуществление процесса перемещения жидкостей и газа в пластах к эксплуатационным скважинам. Управление процессом движения жидкостей и газа достигается размещением на месторождении нефтяных, нагнетательных и контрольных скважин, количеством и порядком ввода их в эксплуатацию, режимом работы скважин и балансом пласᴛᴏʙой энергии. Принятая для конкретной залежи система разработки предопределяет технико-экономические показатели. Перед забуриванием залежи проводят проектирование системы разработки. На основании данных разведки и пробной эксплуатации устанавливают условия, при которых будет протекать эксплуатация: её геологическое строение, коллекторские свойства пород (пористость, проницаемость, степень неоднородности), физические свойства жидкостей в пласте (вязкость, плотность), насыщенность пород нефти водой и газом, пласᴛᴏʙые давления. Базируясь на этих данных, производят экономическую оценку системы, и выбирают оптимальную.

При глубоком залегании пласᴛᴏʙ для повышения нефтеотдачи в ряде случаев успешно применяется нагнетание в пласт газа с высоким давлением.

Извлечение нефти из скважин производится либо за счет естественного фонтанирования под действием пласᴛᴏʙой энергии, либо путем использования одного из нескольких механизированных способов подъема жидкости. Стоит отменить, что традиционно в начальной стадии разработки действует фонтанная добыча, а по мере ослабления фонтанирования скважину переводят на механизированный способ: газлифтный или эрлифтный, глубинонасосный (с помощью штанговых, гидропоршневых и винᴛᴏʙых насосов).

Газлифтный способ вносит существенные дополнения в обычную технологическую схему промысла, так как при нем необходима газлифтная компрессорная станция с газораспределителем и газосборными трубопроводами.

Нефтяным промыслом называется технологический комплекс, состоящий из скважин, трубопроводов, и установок различного назначения, с помощью которых на месторождении осуществляют извлечение нефти из недр Земли.

На месторождениях, разрабатываемых с помощью искусственного заводнения, сооружают систему водоснабжения с насосными станциями. Воду берут из естественных водоемов с помощью водозаборных сооружений.

В процессе добычи нефти важное место занимает внутрипромысловый транспорт продукции скважин, осуществляемый по трубопроводам. Применяются 2 системы внутрипромыслового транспорта: напорные и самотечные. При напорных системах достаточно собственного давления на устье скважин. При самотечных движение происходит за счет превышения отметки устья скважины над пометкой группового сборного пункта.

При разработке нефтяных месторождений, приуроченных к континентальным шельфам, создаются морские нефтепромыслы.

Первый завод по очистке нефти был построен в России в 1745 г., в период правления Елизаветы Петровны, на Ухтинском нефтяном промысле

В конце XVIII столетия была изобретена лампа. С появлением ламп возрос спрос на керосин.

Очистка нефти – удаление из нефтепродукᴛᴏʙ нежелательных компоненᴛᴏʙ, отрицательно влияющих на эксплуатационные свойства топлив и масел.

Химическая очистка производится путем воздействия различных реагенᴛᴏʙ на удаляемые компоненты очищаемых продукᴛᴏʙ. Наиболее простым способом является очистка 92-92% серной кислотой и олеумом, применяемая для удаления непредельных и ароматических углеводородов.

Физико-химическая очистка производится с помощью растворителей, избирательно удаляющих нежелательные компоненты из очищаемого продукта.

Неполярные растворители (пропан и бутан) используются для удаления из остатков переработки нефти (гудронов), ароматических углеводородов (процесс деасфальтации). Полярные растворители (фенол и др.) применяются для удаления полициклических ароматических углеродов с короткими боковыми цепями, серʜᴎϲтых и азотистых соединений из масляных дистилляᴛᴏʙ.

При Адсорбционной очистке из нефтепродукᴛᴏʙ удаляются непредельные углеводороды, смолы, кислоты и др. адсорбционную очистку осуществляют при контактировании нагретого воздуха с адсорбентами или фильтрацией продукта через зерна адсорбента.

Каталитическая очистка – гидрогенизация в мягких условиях, применяемая для удаления серʜᴎϲтых и азотистых соединений.

Братья Дубинины впервые создали устройство для перегонки нефти. С 1823 г. Дубинины стали вывозить фотоген (керосин) многими тысячами пудов из Моздока внутрь России. Завод Дубининых был очень прост: котел в печке, из котла идет труба через бочку с водой в пустую бочку. Бочка с водой – холодильник, пустая – приемник для керосина.

В Америке впервые опыты по перегонке нефти осуществил в 1833 г. Силлиман.

На современном заводе вместо котла устраивается ложная трубчатая печь. Вместо трубки для конденсации и разделения паров сооружаются огромные ректификационные колонны. А для приёма продукᴛᴏʙ перегонки выстраиваются целые городки резервуаров.

Нефть состоит из смеси различных веществ (главным образом углеводородов) и ᴨᴏᴛому не имеет определённой точки кипения. На трубчатках нефть подогревают до 300-325 о. При такой температуре более летучие вещества нефти превращаются в пар.

Печи на нефтеперегонных заводах особые. С виду они похожи на дома без окон. Выкладываются печи из лучшего огнеупорного кирпича. Внутри, вдоль и поперёк, тянутся трубы. Длина труб в печах достигает километра.

Когда завод работает, по этим трубам с большой скоростью – до двух метров в секунду – движется нефть

При температуре 300-325 о нефть перегоняется не полностью. Если температуру перегонки увеличить, углеводороды начинают разлагаться.

Нефтяники нашли способ перегонки нефти без разложения углеводородов.

Вода кипит при 100 о тогда, когда давление равно атмосфере, или 760 мм. рт. ст. Но она может кипеть, к примеру, и при 60 о. Для этого надо лишь понизить давление. При давлении в 150 мм термометр покажет всего 60 о.

Чем меньше давление, тем скорее закипает вода. То же самое происходит с нефтью. Многие углеводороды в условиях атмосферного давления кипят только при 500 о. Следовательно, при 325 о эти углеводороды не кипят.

А если снизить давление, то они закипят и при более низкой температуре. Текст с сайта Биг Реферат РУ

На этом законе основана перегонка в вакууме, т. е. при пониженном давлении. На современных заводах нефть перегоняется или под атмосферным давлением, или под вакуумом, чаще всего заводы состоят из двух частей – атмосферной и вакуумной. Такие заводы так и называются атмосферно-вакуумные. На этих заводах получаются одновременно все продукты: бензин, лигроин, керосин, газойль, смазочные масла и нефтяной битум. Неиспарившихся частей при такой перегонки остаётся гораздо меньше, чем при атмосферной.

Дружнее происходит испарение нефти, когда в установку вводится пар.

Колонны делаются очень высокими – до 40 м. Внутри они разделяются горизонтальными перегородками – тарелками – с отверстиями. Над отверстиями устанавливаются колпачки.

Смесь углеводородных паров из печи поступает в нижнюю часть колонны.

Навстречу неиспарившемуся остатку нефти снизу колонны подаётся перегретый пар. Данный пар прогревает неиспарившийся остаток и увлекает с собой все лёгкие углеводороды вверх колонны

Сначала превращаются в жидкость пары с высокими температурами кипения. Это будет соляровая фракция, которая кипит при температуре выше 300 о. Жидкий соляр заливает тарелку до отверстий. Парам, идущим из печи, теперь приходится пробулькивать через слой соляра.

Углеводороды, кипящие при температуре ниже 300 о, отрываются от него и летят вверх колонны, на секцию керосиновых тарелок.

В колоннах бывает 30-40 тарелок, разделённых на секции. Через все тарелки проходят пары, на каждой они пробулькивают через слой сконденсировавшихся паров и в промежутках между ними встречают падающие с верхней тарелки капли лишнего, не убравшегося на верхнюю тарелку конденсата.

Принципиальная технологическая схема установки для атмосферно-вакуумной перегонки нефти. Аппараты 1, 3 – атмосферные ректификационные колонны; 2 – печи для нагрева нефти и мазута; 4 – вакуумная ректификационная колонна; 5 – конденсаторы – холодильники; 6 – теплообменники.

Линии: I – нефть; II – легкий бензин; III – отбензиненая нефть; IV – тяжелый бензин; V – керосин и газойль; VI – водяной пар; VII – мазут; VIII – газы разложения;

Углеводороды собираются в секциях по температурам кипения. Важно понимать – для каждой группы углеводородов в колонне имеются свои секции и свой выход.

Углеводороды сгруппируются в своей секции только тогда, когда в них не будет углеводородов других температур кипения.

Когда они соберутся вместе, они из колонны выходят в холодильник, а из холодильника – в приёмник.

Из самых верхних секций колонны идёт не бензин, а пары бензина, учитывая, что температура вверху колонны выше температуры легко кипящих частей бензина. Пары бензина идут сначала в конденсатор.

Здесь они превращаются в бензин, который направляется также в холодильник, а затем в приёмник.

Выход бензина из нефти можно значительно увеличить (до 65-70 %) путем расщепления углеводородов с длинной цепью, содержащихся, к примеру, в мазуте, на углеводороды с меньшей относительной молекулярной массой. Такой процесс называется крекингом (от англ. Crack – расщеплять).

Крекингом называется процесс расщепления углеводородов, содержащихся в нефти, в результате которого образуются углеводороды с меньшим числом атомов углерода в молекуле.

Историческая справка. Владимир Григорьевич Шухов (1853-1939). Строитель и механик, нефтяник и теплотехник, гидротехник и судостроитель, ученый и изобретатель. По проектам Шухова было построено более 500 стальных мосᴛᴏʙ. Шухов впервые предложил использовать вместо ᴄᴫᴏжных шарниров простые соединения на заклепках. Чрезвычайно интересны работы Шухова по сооружению металлических сетчатых оболочек. Изобрел крекинг нефти. Нефтепроводы, по которым нефть перекачивается, также сделаны по его формулам. Резервуары для хᴘẚʜᴇния нефти также его заслуга.

Наши нефтяники часто рассказывают о судебной тяжбе двух американских фирм. Около 25 лет назад американская фирма «Кросса» обратилась в суд с жалобой на то, что фирма «Даббса» присвоила себе её изобретение – крекинг. Фирма «Кросса» требовала с другой большую сумму денег за «незаконное» использование изобретения. Суд встал на сторону «Кросса». Но на суде адвокат фирмы «Даббса» заявил, что крекинг изобретен не той и не другой фирмой, а русским инженером Шуховым. Шухов тогда был жив. Приехали к нему в Москву американцы и спросили, чем он может доказать, что крекинг изобретен им. Шухов вынул из стола документы, из которых было ясно, что свой крекинг Шухов запатенᴛᴏʙал еще 35 лет назад до тяжбы этих двух фирм.

Аппаратура крекинг – заводов в основном та же, что и для перегонки нефти. Это – печи, колонны. Но режим переработки другой. Сырье тоже другое. Процесс расщепления ведется при более высоких температурах (до 600 0 С), часто при повышенном давлении. При таких температурах крупные молекулы углеводородов раздробляются на более мелкие.

Мазут густ и тяжел, его удельный вес близок к единице. Это ᴨᴏᴛому, что он состоит из ᴄᴫᴏжных и крупных молекул углеводородов. Когда мазут подвергается крекингу, часть составляющих его углеводородов распадаются на более мелкие, а из мелких углеводородов как раз и составляются легкие нефтяные продукты – бензин, керосин.

При крекинге нефть подвергается химическим изменениям. Меняется строение углеводородов. В аппаратах крекинг – заводов происходят ᴄᴫᴏжные химические реакции. Эти реакции усиливаются, когда в аппаратуру вводят катализаторы.

Одним из таких катализаторов является специально обработанная глина. Эта глина в мелком раздробленном состоянии – в виде пыли – вводится в аппаратуру завода. Углеводороды, находящиеся в парообразном состоянии, соединяются с пылинками глины и раздробляются на их поверхности. Такой крекинг называется крекингом с пылевидным катализатором. Данный вид крекинга широко распростᴘẚʜᴇн.

Катализатор ᴨᴏᴛом отделяется от углеводородов. Углеводороды идут своим путем на ректификацию и в холодильники, а катализатор – в свои резервуары, где его свойства восстанавливаются.

Процесс крекинга происходит с разрывом углеводородных цепей и образованием более простых предельных и непредельных углеводородов, к примеру :

Выделившийся в процессе крекинга этилен широко используется для производства полиэтилена и этилового спирта.

Расщепление молекул углеводородов протекает по радикальному механизму. Вначале образуются свободные радикалы:

Свободные радикалы химически очень активны и могут участвовать в различных реакциях

А) CН3 – (СН2)6 – СН2 . СН3 – (СН2)5 – СН=СН2 + Н О

Расщепление молекул углеводородов протекает при более высокой температуре (470-550 0 С). Процесс протекает медленно, образуются углеводороды с неразветвленной цепью атомов углерода.

В бензине, полученном в результате термического крекинга, наряду с предельными углеводородами, содержится много непредельных углеводородов. По этой причине этот бензин обладает большей детонационной стойкостью, чем бензин прямой перегонки.

В бензине термического крекинга содержится много непредельных углеводородов, которые легко окисляются и полимеризуются. По этой причине ϶ᴛόᴛбензин менее устойчив при хᴘẚʜᴇнии. При его сгорании могут засориться различные части двигателя. Для устᴘẚʜᴇния этого вредного действия к такому бензину добавляют окислители.

Расщепление молекул углеводородов протекает в присутствии катализаторов и при более низкой температуре (450-500 0 С).

Главное внимание уделяют бензину. Его стараются получить больше и обязательно лучшего качества. Каталитический крекинг появился именно в результате долголетней, упорной борьбы нефтяников за повышение качества бензина. По сравнению с термическим крекингом процесс протекает значительно быстрее, при этом происходит не только расщепление молекул углеводородов, но и их изомеризация, т. е. образуются углеводороды с разветвленной цепью атомов углеродов.

Бензин каталитического крекинга по сравнению с бензином термического крекинга обладает еще большей Детонационной стойкостью, ибо в нем содержатся углеводороды с разветвленной цепью углеродных атомов.

В бензине каталитического крекинга непредельных углеводородов содержится меньше, и поэтому процессы окисления и полимеризации в нем не протекают. Такой бензин более устойчив при хᴘẚʜᴇнии.

Риформинг – (от англ. Reforming – переделывать, улучшать) промышленный процесс переработки бензиновых и лигроиновых фракций нефти с целью получения высококачественных бензинов и ароматических углеводородов. При этом молекулы углеводородов в основном не расщепляются, а преобразуются. Сырьем служит бензинолигроиновая фракция нефти.

До 30-х годов 20 века риформинг представлял собой разновидность термического крекинга и проводился при 540 0 С для получения бензина с октановым числом 70-72.

С 40-х годов риформинг – каталитический процесс, научные основы которого разработаны Н. Д. Зелинским, А также В. И. Каржевым, Б. Л.

Его проводят в промышленной установке, имеющей нагревательную печь и не менее 3-4 реакторов при t 350-520 0 С, в присутствии различных катализаторов: платиновых и полиметаллических, содержащих платину, рений, иридий, германий и др. во избежание дезактивации катализатора продуктом уплотнения коксом, риформинг осуществляется под высоким давлением водорода, который циркулирует через нагревательную печь и реакторы

Большое значение имеет риформинг для производства ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилола и др.). Ранее основным источником получения этих углеводородов была коксовая промышленность.

В настоящее время нефтехимия дает почти четверть всей химической продукции. Нефть – ценнейшее природное ископаемое, открывшее перед человеком удивительные возможности «химического перевоплощения». Всего производных нефти насчитывается уже около 3 тысяч.

Нефть занимает ведущее место в мировом топливно-энергетическом хозяйстве. Ее доля в общем потреблении энергоресурсов непрерывно растет. Нефть составляет основу топливно-энергетических балансов всех экономически развитых стран.

Из нефти выделяют разнообразные продукты, имеющие большое практическое значение. Вначале от нее отделяют растворенные углеводороды (преимущественно метан). После отгонки летучих углеводородов нефть нагревают. Первыми переходят в газообразное состояние и отгоняются углеводороды с небольшим числом атомов углерода в молекуле, имеющие относительно низкую температуру кипения. С повышением температуры смеси перегоняются углеводороды с более высокой температурой кипения. Таким образом можно собрать отдельные смеси (фракции) нефти. Чаще всего при такой перегонке получают три основные фракции, которые затем подвергаются дальнейшему разделению. Основные фракции нефти следующие:

1. Фракция, собираемая от 40 0 до 200 0 С, – Газолиновая фракция бензинов – содержит углеводороды от С5Н12 до С11Н24. При дальнейшей перегонке выделенной фракции получают: Газолин (от 40 0 до 70 0 С), Бензин (от 70 0 до 120 0 С) – Авиационный, автомобильный и т. д.

2. Лигроиновая фракция, собираемая в пределах от 150 0 до 250 0 С, содержит углеводороды от С8Н18 до С14Н30. Лигроин применяется как горючее для тракторов.

3. Керосиновая фракция включает углеводороды от С12Н26 до С18Н38 с температурой кипения от 180 0 до 300 0 С. керосин после очистки используется в качестве горючего для тракторов, реактивных самолеᴛᴏʙ и ракет.

5. Мазут – остаток от перегонки. Содержит углеводороды с большим числом атомов углерода (до многих десятков) в молекуле. Мазут также разделяют на фракции:

B) Смазочные масла (авиатракторные, авиационные, индустриальные и др.),

Из некоторых сорᴛᴏʙ нефти получают Парафин (для производства спичек, свечей и др.). После отгонки остается Гудрон. Его широко применяют в дорожном строительстве.

Менделеев говорил о нефти, что она является ценным сырьем для производства многих органических продукᴛᴏʙ.

Http://bigreferat. ru/301856/1/%D0%9D%D0%B5%D1%84%D1%82%D1%8C_%D0%B8_%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%B1%D1%8B_%D0%B5%D0%B5_%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%BA%D0%B8.html

Современные процессы переработки нефти направлены на использование богатейшего химического потенциала нефти, обусловленного широким групповым составом углеводородов и гетероатомных соединений. Для получения нужных органических веществ, повышения качества моторных топлив и их очистки от вредных примесей в промышленности нефтяные фракции и индивидуальные углеводороды подвергают термическому (термический крекинг, пиролиз, коксование), термокаталитическому (каталитический крекинг, каталитический риформинг, изомеризация, алкилирование) воздействию и гидрогенизации (гидроочистка и гидрокрекинг).

Цель переработки нефти — производство нефтепродуктов, прежде всего, различных топлив и сырья для последующей химической переработки.

Современные процессы переработки направлены на использование богатейшего химического потенциала нефти, обусловленного широким групповым составом углеводородов и гетероатомных соединений.

Выбор направления переработки нефти и ассортимента получаемых нефтепродуктов определяется физико-химическими свойствами нефти, уровнем развития техники нефтепереработки и потребностями в товарных нефтепродуктах данного экономического района.

По топливному варианту нефть перерабатывают в основном на моторные и котельные топлива. При одной и той же мощности завода по нефти топливный вариант переработки отличается наименьшим числом технологических установок и низкими капиталовложениями.

По топливно-масляному варианту переработки нефти наряду с топливами получают смазочные масла. Для производства смазочных масел обычно подбирают нефти с высоким потенциальным содержанием масляных фракций (фракции, выкипающие выше 350°С).

Этот вариант переработки нефти отличается от предыдущих вариантов большим ассортиментом нефтехимических продуктов и в связи с этим наибольшим числом технологических установок и высокими капиталовложениями. Нефтехимический вариант переработки нефти представляет собой сложное сочетание предприятий, на которых помимо выработки высококачественных моторных масел и топлив не только проводится подготовка сырья (олефинов, ароматических, нормальных и изопарафиновых углеводородов и др.) для тяжелого органического синтеза, но и осуществляются сложнейшие физико-химические процессы, связанные с производством азотных удобрений, синтетического каучука, пластмасс, моющих средств, фенола, ацетона, спиртов.

Извлеченная из скважин сырая нефть содержит попутные газы (50–100 м 3 /т), пластовую воду (200–300 кг/т) и растворенные в воде минеральные соли (10–15 кг/т), которые отрицательно сказываются на транспортировке, хранении и последующей переработке ее. Поэтому, подготовка нефти к переработке обязательно включает следующие операции:

— удаление попутных (растворенных в нефти) газов или стабилизация нефти;

На крупных месторождениях нефти эти операции объединены в единую систему, включающую сбор, транспортировку и обработку нефти, газа и воды. На рис. 7.2 представлена подобная система.

Сырая нефть из скважин 1 под собственным давлением направляется к групповым замерным установкам (ГЗУ) 2, в которых нефтяной газ отделяется от жидкости и замеряются количества этих продуктов. Затем газ вновь смешивается с нефтью и водой и полученная смесь подается по коллектору (длиной до 8 км) 3 в дожимную насосную станцию 4, где газ отделяется от нефти. Газ поступает на газоперерабатывающий завод (ГПЗ) 5, а частично дегазированная нефть направляется на установку подготовки нефти (УПН) 6. На УПН проводятся операции окончательной дегазации, обессоливания и обезвоживания нефти. Газ далее направляется на ГПЗ, а вода — на установку очистки 7. Очищенная вода закачивается насосами 8 в нефтяной пласт через нагнетательные скважины 9. Обессоленная и обезвоженная нефть из УПН поступает в герметизированные резервуары 10, из которых насосами перекачивается в установку «Рубин» 11 для определения качества и количества нефти. При удовлетворительном результате нефть подается в товарные резервуары 12 и из них в магистральный нефтепровод 13, транспортирующий нефть на нефтеперерабатывающие заводы. При неудовлетворительном качестве подготовки нефти она возвращается из установки «Рубин» в УПН.

В настоящее время разрабатываются методы магистральной транспортировки газонасыщенных нефтей, то есть доставки потребителю нефти и газа по одному трубопроводу. Это позволяет уменьшить расход энергии на перекачку продукта за счет снижения его вязкости и более полно утилизировать попутные нефтяные газы.

Стабилизация нефти. Сырая нефть содержит значительное количество растворенных в ней легких углеводородов C1 — C4. При транспортировке и хранении нефти они могут выделяться, вследствие чего состав нефти будет меняться. Чтобы избежать потери газа и вместе с ним легких бензиновых фракций и предотвратить загрязнение атмосферы, эти продукты должны быть извлечены из нефти до ее переработки. Подобный процесс выделения легких углеводородов из нефти в виде попутного газа называется стабилизацией нефти. В зависимости от условий стабилизацию нефти осуществляют методом сепарации непосредственно в районе ее добычи на замерных установках, дожимных станциях и УПН (рис. 1), или на газоперерабатывающих заводах (рис. 1).

В первом случае попутный газ отделяют от нефти многоступенчатой сепарацией в сепараторах-газоотделителях (траппах), в которых последовательно снижаются давление и скорость потока нефти. В результате происходит десорбция газов, совместно с которыми удаляются и затем конденсируются летучие жидкие углеводороды, образуя «газовый конденсат». При сепарационном методе стабилизации в нефти остается до 2% углеводородов состава C1 — C4.

Обессоливание и обезвоживание нефти. Удаление из нефти солей и воды происходит на промысловых установках подготовки нефти и непосредственно на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ).

В обоих случаях процессы обессоливания и обезвоживания нефти связаны с необходимостью разрушения эмульсий, которые образует с нефтью вода. При этом, на промыслах разрушаются эмульсии естественного происхождения, образовавшиеся в процессе добычи нефти, а на заводе — искусственные эмульсии, полученные при многократной промывке нефти водой для удаления из нее солей. После обработки содержание воды и хлоридов металлов в нефти снижается на первой стадии до 0,5– 1,0% и 100–1800 мг/л соответственно, и на второй стадии до 0,05–0,1% и 3–5 мг/л.

Для разрушения нефтяных эмульсий используются механические (отстаивание), термические (нагревание), химические и электрические методы. При химическом методе обезвоживания нагретую нефтяную эмульсию обрабатывают деэмульгаторами. В качестве последних используются различные неиногенные ПАВ типа защитных коллоидов: оксиэтилированные жирные кислоты, метил – и карбоксиметилцеллюлоза, лигносульфоновые кислоты и др. Наиболее эффективное удаление солей и воды достигается при электротермохимическом методе обессоливания, в котором сочетаются термохимическое отстаивание и разрушение эмульсии в электрическом поле.

1 — скважины; 2 — групповая замерная установка; 3 — коллектор; 4 — дожимная насосная станция; 5 — газоперерабатывающий завод; 6 — установка подготовки нефти; 7 — установка очистки воды; 8 — насосы; 9 — нагнетательные скважины; 10 — герметизированные резервуары, 11 — установка «Рубин»; 12 — товарные резервуары; 13 — магистральный нефтепровод.

Установки электротермохимического удаления солей и воды или электрообессоливающие установки (ЭЛОУ) используются как на промыслах, так и на нефтеперегонных заводах. В этом методе разрушение нефтяной эмульсии происходит в аппаратах — электродегидрататорах под воздействием переменного тока напряжением 30–45 кВ, что вызывает передвижение и слипание капель воды, содержащих соли, и ее отделение от нефти. На рис. 2 представлена принципиальная схема ЭЛОУ.

Нефть из сырьевого резервуара 1 с добавками деэмульгатора и слабого щелочного или содового раствора проходит через теплообменник 2, подогревается в подогревателе 3 и поступает в смеситель 4, в котором к нефти добавляется вода. Образовавшаяся эмульсия последовательно проходит электродегидрататоры 5 и 6, в которых от нефти отделяется основная масса воды и растворенных в ней солей, вследствие чего содержание их снижается в 8–10 раз. Обессоленная нефть проходит теплообменник 2 и после охлаждения в холодильнике 7 поступает в сборнике 8. Отделившаяся в электродегидрататорах вода отстаивается в нефтеотделителе 9 и направляется на очистку, а отделившаяся нефть присоединяется к нефти, подаваемой в ЭЛОУ.

1 — резервуар нефти; 2 — теплообменник; 3 — подогреватель; 4 — смеситель; 5 — электродегидрататор I ступени; 6 — электродегидрататор II ступени; 7 — холодильник; 8 — сборник обессоленной нефти; 9 — нефтеотделитель.

Обессоливание и обезвоживание нефти увеличивает сроки межремонтной работы установок гонки нефти и снижает расход тепла, а также уменьшает расход реагентов и катализаторов в процессах вторичной переработки нефтепродуктов.

Переработка нефти начинается с ее первичной перегонки. Этот процесс является изобретением технологов-нефтяников и основан на свойстве нефти. Нефть — сложная смесь взаимно растворимых углеводородов, имеющих различные температуры начала кипения. В упрощенном виде: чем длиннее молекула углеводорода, тем выше его точка кипения.

Сырьем для установок первичной перегонки служат нефть и газовый конденсат. Их разделяют на фракции для последующей переработки или использования как товарных продуктов. При первичной переработке нефти проводят ее атмосферную перегонку и вакуумную перегонку мазута. Эти процессы осуществляют на атмосферных трубчатых (АТ) установках и вакуумных трубчатых (ВТ) установках.

На АТ-установках осуществляют неглубокую переработку нефти с получением бензиновых, керосиновых, дизельных фракций и мазута. ВТ-установки предназначены для углубления переработки нефти. На этих установках из мазута получают газойлевые, масляные фракции и гудрон, которые используют в качестве сырья в процессах вторичной переработки нефти.

Процесс перегонки происходит в ректификационной колонне, представляющей собой вертикальный цилиндрический аппарат высотой до 30 м и диаметром до 4 м. Внутреннее пространство колонны разделено на отсеки большим количеством горизонтальных дисков (тарелок), в которых имеются отверстия для прохождения через них паров нефти.

Перед закачкой в колонну нефть нагревают в трубчатой печи до температуры 360−390°

С. При этом бензин, нафта (лигроин), керосин, легкий и тяжелый газойль переходят в парообразное состояние, а жидкая фаза с более высокой температурой кипения представляет собой мазут. После ввода горячей смеси в колонну мазут стекает вниз, а углеводороды в парообразном состоянии поднимаются вверх.

Смесь горячей жидкости и пара, поднимаясь по колонне и остывая, постепенно конденсируется. Вначале отделяются и опускаются на дно специальных тарелок тяжелые тугоплавкие фракции нефти, выше последовательно конденсируются и оседают на дно тарелок пары более легких фракций. Особенность процесса ректификации заключается в том, что горячие пары, поднимаясь, поочередно проходят через слои горячего конденсата. Количество тарелок в колонне должно быть таким, чтобы общий расход сливающихся с них готовых продуктов перегонки был равен расходу сырой нефти, подаваемой внутрь колонны. Несконденсировавшиеся пары углеводородов направляются на газофракционирование, где из них получают сухой газ, пропан, бутан и бензиновую фракцию.

При первичной перегонке нефти получают широкий ассортимент фракций и нефтепродуктов, различающихся по границам температур кипения, углеводородному и химическому составу, вязкости, температурам вспышки, застывания и другим свойствам.

В зависимости от технологии перегонки нефти пропан-бутановую фракцию получают в сжиженном или газообразном состоянии. Ее используют в качестве сырья, на газофракционирующих установках с целью производства индивидуальных углеводородов, бытового топлива, компонента автомобильного бензина. Фракцию именуют нефтепродуктом, если ее свойства отвечают нормам стандарта или техническим условиям на товарный продукт, не требующий дополнительного передела.

Бензиновая фракция с пределами выкипания 28−180°С преимущественно подвергается вторичной перегонке для получения узких фракций (28−63, 62−85, 85−105°С). Эти фракции служат сырьем для процессов изомеризации, каталитического риформинга с целью получения индивидуальных ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилолов), высокооктановых компонентов автомобильных и авиационных бензинов, а также в качестве сырья для пиролиза при получении этилена.

Керосиновая фракция с температурами выкипания 120−230°С используется как топливо для реактивных двигателей; фракцию 150−280°С из малосернистых нефтей используют как осветительные керосины; фракцию 140−200 С — как растворитель для лакокрасочной промышленности.

Дизельная фракция с температурами выкипания 140−320°С используется в качестве дизельного топлива зимнего, фракция 180−360°С — в качестве летнего. Фракция 200−320°С из высокопарафиновой нефти используется как сырье для получения жидких парафинов.

Мазут применяется как котельное топливо или в качестве сырья установок вакуумной перегонки, а также термического, каталитического крекинга и гидрокрекинга.

Вакуумный газойль (350−500°С) используется в качестве сырья каталитического крекинга и гидрокрекинга.

Узкие масляные фракции с пределами выкипания (320−400°С, 320−420,…, 450−500°С) используют как сырье для производства минеральных масел различного назначения и твердых парафинов.

Гудрон — остаток вакуумной перегонки мазута — подвергают деасфальтизации, коксованию, используют в производстве битума.

Полученные при перегонке с помощью физических процессов нефтепродукты отправляются на другие пределы, в которых используются различные химические реакции. Химические процессы, составляющие основу вторичной переработки, позволяют максимально использовать энергетический и химический потенциал углеводородов. Классификация методов вторичной переработки нефти приведена ниже.

На ранних стадиях развития нефтепереработки потребности в бензине росли быстрей, чем потребности в тяжелом (например, дизельном) топливе. Опережающее производство бензина привело к затовариванию рынка тяжелым топливом. Чтобы справиться с этой проблемой, инженеры предложили несколько крекинг-процессов.

Термический крекинг — высокотемпературная переработка углеводородов нефти с целью получения высококачественного топлива. Различают несколько видов термического крекинга.

Неглубокий термический крекинг при температурах 480−490°С и давлении 1,5−2,0 МПа для получения котельного топлива из высоковязкого исходного сырья: мазута и гудрона.

Глубокий (жидкофазный) крекинг при температурах 500−540°С и давлении выше 5,0 МПа применяется для получения бензина с антидетонационными характеристиками из лигроиновых, керосиновых и газойлевых фракций. Крекинг-бензины содержат в своем составе значительное количество непредельных и ароматических углеводородов.

Высокотемпературный (парофазный) крекинг при температурах 580- 600 °C и давлении 0,2−0,3 МПа применяется для получения бензина с высокими октановыми числами из керосино-газойлевых фракций. Попутно получают газ, содержащий значительное количество непредельных углеводородов.

Побочными продуктами термического крекинга являются газ, крекинг-остаток, обогащенный высокомолекулярными углеводородами, и тяжелая смола.

Пиролиз используется для разложения углеводородов при 700−900°С и давлении 1,0−1,2 МПа. С его помощью получают газообразные непредельные углеводороды, в основном этилен и пропилен. Побочными продуктами пиролиза являются смолы пиролиза и предельные газы метан и этан. Из смолы пиролиза извлекают ароматические углеводороды бензол, толуол, и ксилолы. Другим направлением высокотемпературного пиролиза

(1200−2000 °С) является получение сажи (технического углерода) из углеводородных фракций, содержащий более 60% ароматических углеводородов.

Коксование — высокотемпературный (490−520°С и 0,2−0,6 МПа) процесс получения электродного или топливного кокса из нефтяных остатков. Это пек, полученный из смолы пиролиза, мазут и гудрон.

Термическая деструкция углеводородов — это их расщепление на части под воздействием температуры. Однако при температурах 500−900° С протекают не только реакции распада вещества, но одновременно и реакции синтеза.

Реакции распада протекают с увеличением числа молекул, объема системы и поглощением тепла. Очевидно, что для разрыва химических связей в молекуле необходимо затратить некоторое количество энергии. Энергия связей в молекулах неравноценны. Наименьшей энергией связи обладает связь типа углерод-гетероатом (например, энергия связи сульфида C — S равна 138 кДж/моль). Следовательно, при термическом воздействии эта связь будет разрываться в первую очередь. Следом будут разрываться связи углерод-углерод в парафинах, нафтенах (310 кДж/моль) и ацетиленовые связи.

Неравноценны также связи одного типа в пределах одной молекулы. Так, для отрыва первого атома водорода от молекулы метана требуется больше энергии, чем для отрыва последующих водородных атомов.

Алканы в условиях термического крекинга распадаются с образованием парафина и олефина. Метан в условиях крекинга не распадается. Низкомолекулярные алканы могут подвергаться реакции дегидрирования:

Здесь в скобках рядом с реакциями приводится доля продукта по данному направлению. При распаде молекулы на неравные осколки углеводород с меньшим молекулярным весом получается предельным, а с большим — непредельным.

Для нафтенов характерны следующие группы реакций: укорочение боковых парафиновых цепей; дегидрирования нафтенового кольца с образованием циклоолефинов и ароматических углеводородов; распад моноциклических нафтенов на олефины.

Олефины в термических реакциях претерпевают распад на алкены и алкины с меньшей молекулярной массой, но возможны реакции полимеризации и конденсации.

Ароматические углеводороды с низким числом углеродных атомов в цепи термически устойчивы и поэтому накапливаются в продуктах термических процессов. В условиях термических процессов они способны конденсироваться с выделением водорода. В результате получается твердый углеродистый осадок — кокс или сажа.

Влиять на состав продуктов термического процесса можно изменением температуры, давлением и временем контакта. При повышении температуры в продуктах накапливаются газообразные и твердые вещества и снижается доля жидких продуктов. При этом жидкие продукты обогащаются ароматическими соединениями, а газ — водородом и низшими углеводородами.

Снижение давления благоприятствует реакциям дегидрирования, большему выходу водорода и газообразных продуктов непредельного характера. Продолжительность контакта увеличивает долю высоковязких жидкостей (смол), твердых (кокса) и газообразных веществ.

С учетом вышеизложенного жидкофазный крекинг, целью которого является получение автомобильных бензинов, следует проводить при невысоких температурах, повышенном давлении во-избежании сильного газообразования, с постоянным отводом целевого продукта для предотвращения вторичных реакций синтеза.

Полностью использовать потенциал нефти удается с помощью катализаторов. Катализаторы характеризуются активностью, стабильностью и селективностью. Активность катализатора — это его производительность. Селективность определяется количеством целевого продукта, образовавшегося из исходного сырья.

Катализаторы термокаталитических процессов состоят из трех компонентов: носителя, основного компонента и добавок. В качестве носителя используются алюмосиликаты, основного компонента — цеолиты. В качестве добавок используются платина, рений, металлоорганические комплексы сурьмы, висмута, фосфора, оксиды кальция и магния. Среди катализаторов риформинга большое значение приобрели платиновый и платино-рениевый катализатор.

Каталитический крекинг — это процесс разложения высокомолекулярных углеводородов при 470−540°С и давлении 0,13−0,15 МПа в присутствии катализаторов. Разработан процесс для производства высокооктанового бензина с октановым числом до 92 и сжиженных газов. В качестве катализаторов используются в основном алюмосиликаты и цеолиты. Сырьем являются дистилляты прямой гонки керосино-соляровая фракция, вакуумный газойль и продукты термического крекинга. В крекинг-установке происходит несколько процессов, основным из которых является превращение тяжелых фракций в бензин. Помимо бензина продуктом крекинга является полный набор углеводородов от метана до тяжелого газойля и остатка, включая кокс.

Риформинг — это каталитический процесс переработки низкооктановых бензиновых фракций при температурах 480−540°С и давлении 2,0−4 МПа. Продуктом является высокооктановый компонент товарного автомобильного бензина с октановым числом до 100 и ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы). Сырьем являются бензиновые фракции, содержащие все типы углеводородов.

Температура кипения нефтепродуктов, как и любой другой жидкости, зависит от давления. Нагревание придает молекулам необходимую энергию, чтобы они могли покинуть жидкую фазу. Чем ниже внешнее давление, тем ниже температура парообразования. Этот эффект используют еще в одной разновидности крекинг-процесса, протекающего в условиях вакуума. Сущность этого выгодного процесса такова. Прямогонный остаток подается на установку вакуумной перегонки, где при давлении 0,4 атм и температуре около 400 °C разделяется на вакуумный дистиллят, идущий на получение смазочных масел, и остаток вакуумной перегонки — пек.

Гидрогенизационные процессы переработки нефтяных фракций проводятся в присутствии водорода и катализаторов при 260−430°С и давлении 2−32 МПа. Эти процессы увеличивают выход светлых нефтепродуктов и обеспечивают удаление примесей серы, кислорода и азота.

Алкилирование проводят при низких температурах 0 — 30 °C и давлении 0,4−0,5 МПа. Назначение процесса — получение углеводородной фракции с высоким содержанием парафиновых углеводородов изомерного строения. Сырьем служат газы, состоящие из бутана и бутилена. Как правило, это сжиженный газ каталитического крекинга.

Вакуумная перегонка прямогонного остатка эквивалентна его перегонке при атмосферном давлении в интервале кипения 540−590°С. Точку выкипания прямогонного остатка, то есть температуру полного выкипания сырой нефти определить невозможно. До температуры 480 °C. нефть за счет эффекта испарения просто разгоняется на составляющие фракции. При более высоких температурах сложные молекулы получают настолько большую энергию, что ее хватает, чтобы расколоть большую молекулу на две или несколько маленьких молекул. Например, молекула парафина С16Н34 может расколоться на 3 части: С8Н18, С6Н12, С2Н4. При этом легкие молекулы образовавшихся углеводородов дают более «рыхлую» по сравнению с исходной структурой жидкости. В результате продукты крекинга занимают объем примерно на 15−18% больше объема исходного сырья.

Прямогонный бензин отправляется на установки для получения автомобильного бензина с заданным октановым числом во избежание его детонации. Запрет на применение тетраэтилсвинца заставляет вводить в бензин высокооктановые компоненты, в частности, продукты изомеризации пентана и гексана. Нормальный пентан характеризуется октановым числом 62, а изопентан — числом 92.

Нафта (лигроин) подается на установку риформинга, где в присутствии катализатора при температуре около 500 °C и давлении до 35 атм получают дистилляты, используемые в качестве высокооктановых компонентов бензинов или для выделения из них индивидуальных ароматических углеводородов.

Керосин и газойли поступают на установку гидроочистки. Назначение этой операции — удалить вредные примеси, присутствие которых в нефтепродуктах ограничивается. Поток горячего нефтепродукта смешивают с водородом и пропускают через слой катализатора. В результате из нефтепродукта удаляются сера, азот и металлы.

Распространены три типа керосинов: осветительный, тракторный и керосин для реактивных двигателей (реактивное топливо). Очищенный газойль направляется на смешение для получения дизельного топлив.

Остатки перегонки нефти и крекинга используются в качестве сырья для получения топочного мазута, битума и кокса. Нефтяные битумы содержат различное количество асфальтенов — сложных полиароматических соединений, в молекулах которых бензольные кольца тесно прилегают друг к другу и каждая молекула содержит более 50 атомов углерода. Чем больше в битумах асфальтенов, тем они тверже. Для получения твердых и резиноподобных дорожных битумов их продувают горячим воздухом.

Фракции (дистилляты), получаемые в ходе первичной и вторичной переработки нефти, содержат в своем составе различные примеси. В светлых нефтепродуктах нежелательными примесями являются сернистые соединения, нафтеновые кислоты, непредельные соединения, смолы и твердые парафины.

Присутствие в моторных топливах серы и нафтеновых кислот вызывает коррозию деталей двигателей. Непредельные соединения в топливах образуют осадки, загрязняющих систему топливопроводов. Повышенное содержание смол в топливе приводит к нагарообразованию. Присутствие твердых углеводородов в нефтепродуктах повышает температуру их застывания и ухудшает подачу топлива в цилиндры. Присутствие ароматики в осветительных керосинах образует коптящее пламя.

Для удаления вредных примесей из светлых нефтепродуктов применяются следующие процессы.

Щелочная очистка заключается в обработке топлив водными растворами каустической или кальцинированной соды. При этом из бензинов удаляются сероводород, из керосинов и дизельного топлива — нафтеновые кислоты.

Кислотно-щелочная обработка дистиллятов удаляет из них непредельные и ароматические углеводороды, а также смолы. Заключается она в обработке продукта сначала серной кислотой, затем — водным раствором щелочи.

Депарафинизация используется для понижения температуры застывания дизельных топлив и заключается в их обработке раствором карбамида.

Гидроочистка применяется для удаления из сернистых соединений из топлив. Для этого в присутствии катализатора используют водород, который вытесняет из дистиллятов серу в виде сероводорода.

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

Смазочные масла очищают селективными растворителями, которые извлекают из нефтепродукта определенные компоненты. Для очистки применяют следующие растворители: ацетон, фурфурол, фенол, пропан, бензол, толуол. С их помощью из масел удаляют смолы, асфальтены, ароматику и парафины. Очистка производится в экстракционных колоннах. В результате селективной очистки образуется рафинат (полезные компоненты масел) и экстракт (примеси).

Депарафинизации подвергаются рафинаты селективной очистки посредством разбавления растворителем и последующей фильтрации.

Гидроочистка масел применяется для их стабилизации, снижения коксуемости и содержания серы.

Как видно на рис. 1 на первом месте по добычи энергетических минеральных продуктов находится нефть. Нефть и газ являются одной из основ российской экономики, важнейшим источником экспортных поступлений страны.

На сегодняшний день из нефти производят: жидкое топливо (бензин, керосин, дизельное топливо и топливные масла), газообразное топливо, твердое топливо (нефтяной кокс), машинные масла и смазочные материалы, парафины и церезины, битумы, ароматические соединения, сажа, ацетилен, этилен, нефтяные кислоты и их соли, высшие спирты, пластмассы, моющие средства, взрывчатку, полиэтиленовую пленку, синтетические нитки и ткани (нейлон, капрон), одежду (чулки, шубы, белье, куртки). Нефть используется для приготовления косметики (губная помада, тушь для ресниц, туалетная вода) и парфюмерии. Нефтепродукты идут на изготовление копировальной бумагу, красителей для печатания книг, газет. Асфальт, по которому мы ходим, также изготовляется из нефти. На сегодняшний день одно из самых перспективных направлений в нефтехимии — биохимическая переработка нефтяных углеводородов для получения белковых веществ. Попросту говоря, это попытка создания продуктов питания из нефти.

3.2 Средние выходы продуктов переработки нефти на нефтеперерабатывающих заводах:

Наряду с большим количественным ростом, важной народнохозяйственной задачей нефтеперерабатывающей промышленности в ближайшие годы должно быть резкое улучшение качества бензинов, дизельных топлив, смазочных масел и других нефтепродуктов, а также полное обеспечение промышленности нефтехимического синтеза необходимым и высококачественным сырьем и полупродуктами.

Добыча и переработка нефти — дело непростое. Углубление переработки нефти позволяет выйти на целую гамму синтетических продуктов и материалов — пластмассы, каучуки, шину и др. они являются не только ценными экспортными продуктами, но и создают в ходе переработки сотни тысяч новых рабочих мест.

2. Тетельмин В. В. , Язев В. А. Нефтегазовое дело. Полный курс. — Изд. Дом «Интеллект», 2009. — 800 с.

3. Мстиславская Л. П. , Павлинич М. Ф. , Филиппов В. П. Основы нефтегазового производства. — М.: ФГУП Изд-во «Нефть и газ», 2005. — 276 с.

4. Вержичинская С. В. , Дигуров Н. Г. , Синицин С. А. Химия и технология нефти и газа: учебное пособие. — М., 2007. — 400 с.

5. Гуревич И. Л. Технология переработки нефти и газа, — М., 1972. — 360 с.

6. Александрова В. И. Потребление нефти и ее продуктов (научно-технический журнал). — Изд-во МГГУ, — 2009. — 31 с.

7. Классификация продуктов переработки нефти (научно-технический журнал). — Изд-во МГГУ, — 2009. — 300 с.

Http://r. bookap. info/work/260836/Osnovnye-etapy-pererabotki-nefti

Добываемая на промыслах нефть, помимо растворенных в ней газов, содержит некоторое количество примесей – частицы песка, глины, кристаллы солей и воду. Содержание твердых частиц в неочищенной нефти обычно не превышает 1,5%, а количество воды может изменяться в широких пределах. С увеличением продолжительности эксплуатации месторождения возрастает обводнение нефтяного пласта и содержание воды в добываемой нефти. В некоторых старых скважинах жидкость, получаемая из пласта, содержит 90% воды. В нефти, поступающей на переработку, должно быть не более 0,3% воды. Присутствие в нефти механических примесей затрудняет ее транспортирование по трубопроводам и переработку, вызывает эрозию внутренних поверхностей труб нефтепроводов и образование отложений в теплообменниках, печах и холодильниках, что приводит к снижению коэффициента теплопередачи, повышает зольность остатков от перегонки нефти (мазутов и гудронов), содействует образованию стойких эмульсий. Кроме того, в процессе добычи и транспортировки нефти происходит весомая потеря легких компонентов нефти (метан, этан, пропан и т. д., включая бензиновые фракции) – примерно до 5% от фракций, выкипающих до 100°С.

С целью понижения затрат на переработку нефти, вызванных потерей легких компонентов и чрезмерный износ нефтепроводов и аппаратов переработки, добываемая нефть подвергается предварительной обработке.

Для сокращения потерь легких компонентов осуществляют стабилизацию нефти, а также применяют специальные герметические резервуары хранения нефти. От основного количества воды и твердых частиц нефть освобождают путем отстаивания в резервуарах. Разрушение нефтяных эмульсий осуществляют механическими, химическими и электрическими способами. Важным моментом является процесс сортировки и смешения нефти.

1.1. Сокращение потерь при транспортировке и хранении нефти, стабилизация нефти

Потери легких компонентов в основном происходят в резервуарах при так называемых «больших и малых дыханиях» — выброс воздуха, содержащего испарения нефти, при заполнении пустого резервуара или незначительные по объему выбросы, вызываемые колебаниями уровня в резервуаре и изменениями плотности при перепаде температур. Устранение потерь дыхания резервуаров осуществляют посредством их герметизации и применения дышащих крышек, дышащих баллонов, и др. Суть применяемых дышащих аппаратов заключается в их способности изменять объем под давлением вытесняемой из резервуара воздушной смеси. Таким образом дыхательные аппараты увеличивают или уменьшают объем резервуара сохраняя на время вытесненную из резервуара воздушную смесь. Такие аппараты применяют для сокращений потерь при малых дыханиях резервуаров.

Для сокращения потерь от испарения и улучшения условий транспортирования нефть подвергают стабилизации, т. е. удалению низкомолекулярных углеродов (метана, этана и пропана), а также сероводорода на промыслах или на головных перекачивающих станциях нефтепроводов.

Различные нефти и выделенные из них соответствующие фракции отличаются друг от друга физико-химическими и товарными свойствами. Так, бензиновые фракции некоторых нефтей характеризуются высокой концентрацией ароматических, нафтеновых или изопарафиновых углеводородов и поэтому имеют высокие октановые числа, тогда как бензиновые фракции других нефтей содержат в значительных количествах парафиновые углеводороды и имеют очень низкие октановые числа. Важное значение в дальнейшей технологической переработке нефти имеет серность, масляничность смолистость нефти и др. Таким образом, существует необходимость отслеживания качественных характеристик нефтей в процессе транспортировки, сбора и хранения с целью недопущения потери ценных свойств компонентов нефти.

Однако раздельные сбор, хранение и перекачка нефтей в пределах месторождения с большим числом нефтяных пластов весомо осложняет нефтепромысловое хозяйство и требует больших капиталовложений. Поэтому близкие по физико-химическим и товарным свойствам нефти на промыслах смешивают и направляют на совместную переработку.

Выбор направления переработки нефти и ассортимента получаемых нефтепродуктов определяется физико-химическими свойствами нефти, уровнем технологии нефтеперерабатывающего завода и настоящей потребности хозяйств в товарных нефтепродуктах. Различают три основных варианта переработки нефти:

По топливному варианту нефть перерабатывается в основном на моторные и котельные топлива. Топливный вариант переработки отличается наименьшим числом участвующих технологических установок и низкими капиталовложениями. Различают глубокую и неглубокую топливную переработку. При глубокой переработке нефти стремятся получить максимально возможный выход высококачественных и автомобильных бензинов, зимних и летних дизельных топлив и топлив для реактивных двигателей. Выход котельного топлива в этом варианте сводится к минимуму. Таким образом, предусматривается такой набор процессов вторичной переработки, при котором из тяжелых нефтяных фракций и остатка — гудрона получают высококачественные легкие моторные топлива. Сюда относятся каталитические процессы — каталитический крекинг, каталитический риформинг, гидрокрекинг и гидроочистка, а также термические процессы, например коксование. Переработка заводских газов в этом случае направлена на увеличение выхода высококачественных бензинов. При неглубокой переработке нефти предусматривается высокий выход котельного топлива.

По топливно-масляному варианту переработки нефти наряду с топливами получают смазочные масла. Для производства смазочных масел обычно подбирают нефти с высоким потенциальным содержанием масляных фракций. В этом случае для выработки высококачественных масел требуется минимальное количество технологических установок. Масляные фракции (фракции, выкипающие выше 350°С), выделенные из нефти, сначала подвергается очистке избирательными растворителями: фенолом или фурфуролом, чтобы удалить часть смолистых веществ и низкоиндексные углеводороды, затем проводят депарафинизацию при помощи смесей метилэтилкетона или ацетона с толуолом для понижения температуры застывания масла. Заканчивается обработка масляных фракций доочисткой отбеливающими глинами. Последние технологии получения масел используют процессы гидроочистки взамен селективной очистки и обработки отбеливающими гланами. Таким способом получают дистиллятные масла (легкие и средние индустриальные, автотракторные и др.). Остаточные масла (авиационные, цилиндровые) выделяют из гудрона путем его деасфальтизации жидким пропаном. При этом образуется деасфальт и асфальт. Деасфальт подвергается дальнейшей обработке, а асфальт перерабатывают в битум или кокс.

Нефтехимический вариант переработки нефти по сравнению с предыдущими вариантами отличается большим ассортиментом нефтехимической продукции и в связи с этим наибольшим числом технологических установок и высокими капиталовложениями. Нефтеперерабатывающие заводы, строительство которых проводилось в последние два десятилетия, направлены на нефтехимическую переработку. Нефтехимический вариант переработки нефти представляет собой сложное сочетание предприятий, на которых помимо выработки высококачественных моторных топлив и масел не только проводится подготовка сырья (олефинов, ароматических, нормальных и изопарафиновых углеводородов и др.) для тяжелого органического синтеза, но и осуществляются сложнейшие физико-химические процессы, связанные с многотоннажным производством азотных удобрений, синтетического каучука, пластмасс, синтетических волокон, моющих веществ, жирных кислот, фенола, ацетона, спиртов, эфиров и многих других химикалий.

От основного количества воды и твердых частиц нефти освобождают путем отстаивания в резервуарах на холоду или при подогреве. Окончательно их обезвоживают и обессоливают на специальных установках.

Однако вода и нефть часто образуют трудно разделимую эмульсию, что сильно замедляет или даже препятствует обезвоживанию нефти. В общем случае эмульсия есть система из двух взаимно нерастворимых жидкостей, в которых одна распределена в другой во взвешенном состоянии в виде мельчайших капель. Существуют два типа нефтяных эмульсий: нефть в воде, или гидрофильная эмульсия, и вода в нефти, или гидрофобная эмульсия. Чаще встречается гидрофобный тип нефтяных эмульсий. Образованию сойкой эмульсии предшествуют понижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз и создание вокруг частиц дисперсной фазы прочного адсорбционного слоя. Такие слои образуют третьи вещества — эмульгаторы. К гидрофильным эмульгаторам относятся щелочные мыла, желатин, крахмал. Гидрофобными являются хорошо растворимые в нефтепродуктах щелочноземельные соли органических кислот, смолы, а также мелкодисперсные частицы сажи, глины, окислов металлов и т. п., легче смачиваемые нефтью чем водой.

Отстаивание — применяется к свежим, легко разрушимым эмульсиям. Расслаивание воды и нефти происходит вследствие разности плотностей компонентов эмульсии. Процесс ускоряется нагреванием до 120-160°С под давлением 8-15 ат втечение 2-3 ч, не допуская испарения воды.

Центрифугирование — отделение механических примесей нефти под воздействием центробежных сил. В промышленности применяется редко, обычно сериями центрифуг с числом оборотов от 3500 до 50000 в мин., при производительности 15 — 45 м3/ч каждая.

Разрушение эмульсий достигается путем применения поверхностно-активных веществ — деэмульгаторов. Разрушение достигается а) адсорбционным вытеснением действующего эмульгатора веществом с большей поверхностной активностью, б) образованием эмульсий противоположного типа (инверсия ваз) и в) растворением (разрушением) адсорбционной пленки в результате ее химической реакции с вводимым в систему деэмульгатором. Химический метод применяется чаще механического, обычно в сочетании с электрическим.

При попадании нефтяной эмульсии в переменное электрическое поле частицы воды, сильнее реагирующие на поле чем нефть, начинают колебаться, сталкиваясь друг с другом, что приводит к их объединению, укрупнению и более быстрому расслоению с нефтью. Установки, называемые электродегидраторами (ЭЛОУ — электроочистительные установки), с рабочим напряжением до 33000В при давлении 8-10 ат, применяют группами по 6 — 8 шт. с производительностью 250 — 500 т нефти в сутки каждая. В сочетании с химическим методом этот метод имеет наибольшее распространение в промышленной нефтепереработке.

Нефть представляет собой сложную смесь парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводов, различных по молекулярному весу и температуре кипения. Кроме того, в нефти содержатся сернистые, кислородные и азотистые органические соединения. Для производства многочисленных продуктов различного назначения и со специфическими свойствами применяют методы разделения нефти на фракции и группы углеводородов, а также изменения ее химического состава. Различают первичные и вторичные методы переработки нефти:

К первичным относят процессы разделения нефти на фракции, когда используются ее потенциальные возможности по ассортименту, количеству и качеству получаемых продуктов и полупродуктов — перегонка нефти;

Ко вторичным относят процессы деструктивной переработки нефти и очистки нефтепродуктов, предназначенные для изменения ее химического состава путем термического и каталитического воздействия. При помощи этих методов удается получить нефтепродукты заданного качества и в больших количествах чем при прямой перегонке нефти.

Различают перегонку с однократным, многократным и постепенным испарением. При перегонке с однократным испарением нефть нагревают до определенной температуры и отбирают все фракции, перешедшие в паровую фазу. Перегонка нефти с многократным испарением производится с поэтапным нагреванием нефти, и отбиранием на каждом этапе фракций нефти с соответствующей температурой перехода в паровую фазу. Перегонку нефти с постепенным испарением в основном применяют в лабораторной практике для получения особо точного разделения большого количества фракций. Отличается от других методов перегонки нефти низкой производительностью.

Образовавшиеся в процессе перегонки нефти паровая и жидкая фазы подвергают ректификации в колоннах.

2.1. Перегонка нефти с однократным, многократным и постепенным испарением

При перегонке с однократным испарением нефть нагревают в змеевике какого-либо подогревателя до заранее заданной температуры. По мере повышения температуры образуется все больше паров, которые находятся в равновесии с жидкой фазой, и при заданной температуре парожидкостная смесь покидает подогреватель и поступает в адиабатический испаритель. Последний представляет собой пустотелый цилиндр, в котором паровая фаза отделяется от жидкой. Температура паровой и жидкой фаз в этом случае одна и та же. Четкость разделения нефти на фракции при перегонке с однократным испарением наихудшая.

Перегонка с многократным испарением состоит из двух или более однократных процессов перегонки с повышением рабочей температуры на каждом этапе.

Если при каждом однократном испарении нефти происходит бесконечно малое изменение ее фазового состояния, а число однократных испарений бесконечно большое, то такая перегонка является перегонкой с постепенным испарением.

Четкость разделения нефти на фракции при перегонке с однократным испарением наихудшая по сравнению с перегонкой с многократным и постепенным испарением. О плохой четкости разделения при однократном испарении нефти можно судить по рис.1, где изображены кривые разгонки фракций 40 — 285°С. На рисунке обозначены линиями 1 — исходная фракция (обобщенная); 2, 3 и 4 — легкие фракции паровой фазы; 5 и 6 — тяжелые фракции жидкой фазы. Из рисунка следует, что температурные пределы выкипания полученных продуктов мало отличаются друг от друга.

Если для нефтяной фракции построить кривые разгонки с однократным и многократным испарением (рис. 2), то окажется, что температура начала кипения фракций при однократном испарении (линия 2 на рисунке) выше, а конца кипения ниже, чем при многократном испарении (линия 1). Если высокой четкости разделения фракций не требуется, то метод однократного испарения экономичнее. К тому же при максимально допустимой температуре нагрева нефти 350 — 370°С (при более высокой температуре начинается разложение углеводородов) больше продуктов переходит в паровую фазу по сравнению с многократным или постепенным испарением. Для отбора из нефти фракций, выкипающих выше 350 — 370°С, применяют вакуум или водяной пар. Использование в промышленности принципа перегонки с однократным испарением в сочетании с ректификацией паровой и жидкой фаз позволяет достигать высокой четкости разделения нефти на фракции, непрерывности процесса и экономичного расходования топлива на нагрев сырья. Принципиальная схема для промышленной перегонки нефти приведена на рис. 3. Исходная нефть прокачивается насосом через теплообменники 4, где нагревается под действием тепла отходящих нефтяных фракций и поступает в огневой подогреватель (трубчатую печь) 1. В трубчатой печи нефть нагревается до заданной температуры и входит в испарительную часть (питательную секцию) ректификационной колонны 2. В процессе нагрева часть нефти переходит в паровую фазу, которая при прохождении трубчатой печи все время находится в состоянии равновесия с жидкостью. Как только нефть в виде парожидкостной смеси выходит из печи и входит в колонну (где в результате снижения давления дополнительно испаряется часть сырья), паровая фаза отделяется от жидкой и поднимается вверх по колонне, а жидкая перетекает вниз. Паровая фаза подвергается ректификации в верхней части колонны, считая от места ввода сырья. В ректификационной колонне размещены ректификационные тарелки, на которых осуществляется контакт поднимающихся по колонне паров со стекающей жидкостью (флегмой). Флегма создается в результате того, что часть верхнего продукта, пройдя конденсатор-холодильник 3, возвращается в состоянии на верхнюю тарелку и стекает на нижележащие, обогащая поднимающиеся пары низкокипящими компонентами.

Для ректификации жидкой части сырья в нижней части ректификационной части колонны под нижнюю тарелку необходимо вводить тепло или какой-либо испаряющий агент 5. В результате легкая часть нижнего продукта переходит в паровую фазу и тем самым создается паровое орошение. Это орошение, поднимаясь с самой нижней тарелки и вступая в контакт со стекающей жидкой фазой, обогащает последнюю высококипящими компонентами.

В итоге сверху колонны непрерывно отбирается низкокипящая фракция, снизу — высококипящий остаток.

Испаряющий агент вводится в ректификационную колону с целью повышения концентрации высококипящих компонентов в остатке от перегонки нефти. В качестве испаряющего агента используются пары бензина, лигроина, керосина, инертный газ, чаще всего — водяной пар.

В присутствии водяного пара в ректификационной колонне снижается парциальное давление углеводородов, а следовательно их температура кипения. В результате наиболее низкокипящие углеводороды, находящиеся в жидкой фазе после однократного испарения, переходят в парообразное состояние и вместе с водяным паром поднимаются вверх по колонне. Водяной пар проходит всю ректификационную колонну и уходит с верхним продуктом, понижая температуру в ней на 10 — 20°С. На практике применяют перегретый водяной пар и вводят его в колонну с температурой, равной температуре подаваемого сырья или несколько выше (обычно не насыщенный пар при температуре 350 — 450°С под давлением 2 — 3ат).

Интенсивно перемешивается кипящая жидкость, что способствует испарению низкокипящих углеводородов;

Создается большая поверхность испарения тем, что испарение углеводородов происходит внутрь множества пузырьков водяного пара.

Расход водяного пара зависит от количества отпариваемых компонентов, их природы и условий внизу колонны. Для хорошей ректификации жидкой фазы внизу колонны необходимо, чтобы примерно 25% ее переходило в парообразное состояние.

В случае применения в качестве испаряющего агента инертного газа происходит большая экономии тепла, затрачиваемого на производство перегретого пара, и снижение расхода воды, идущей на его конденсацию. Весьма рационально применять инертный газ при перегонке сернистого сырья, т. к. сернистые соединения в присутствии влаги вызывают интенсивную коррозию аппаратов. Однако инертный газ не получил широкого применения при перегонке нефти из-за громоздкости подогревателей газа и конденсаторов парогазовой смеси (низкого коэффициента теплоотдачи) и трудности отделения отгоняемого нефтепродукта от газового потока.

Удобно в качестве испаряющего агента использовать легкие нефтяные фракции — лигроино-керосино-газойлевую фракцию, т. к. это исключает применение открытого водяного пара при перегонке сернистого сырья, вакуума и вакуумсоздающей аппаратуры, и, в то же время, избавляет от указанных сложностей работы с инертным газом.

Чем ниже температура кипения испаряющего агента и больше его относительное количество, тем ниже температура перегонки. Однако чем легче испаряющий агент, тем больше его теряется в процессе перегонки. Поэтому в качестве испаряющего агента рекомендуется применять лигроино-керосино-газойлевую фракцию.

В результате перегонки нефти при атмосферном давлении и температуре 350 — 370°С остается мазут, для перегонки которого необходимо подобрать условия, исключающие возможность крекинга и способствующие отбору максимального количества дистилляторов. Самым распространенным методом выделения фракций из мазута является перегонка в вакууме. Вакуум понижает температуру кипения углеводородов и тем самым позволяет при 410 — 420°С отобрать дистилляты, имеющие температуры кипения до 500°С (в пересчете на атмосферное давление). Нагрев мазута до 420°С сопровождается некоторым крекингом углеводородов, но если получаемые дистилляторы затем подвергаются вторичным методам переработки, то присутствие следов непредельных углеводородов не оказывает существенного влияния. При получении масляных дистилляторов разложение их сводят к минимуму, повышая расход водяного пара, снижая перепад давления в вакуумной колонне и др. Существующие промышленные установки способны поддерживать рабочее давление в ректификационных колоннах 20 мм рт. ст. и ниже.

Рассмотренные методы перегонки нефти дают достаточно четкие разделения компонентов, однако оказываются непригодными, когда из нефтяных фракций требуется выделить индивидуальные углеводороды высокой чистоты (96 — 99%), которые служат сырьем для нефтехимической промышленности (бензол, толуол, ксилол и др.)

Для выделения вышеназванных углеводородов требуются специальные методы перегонки: азеотропная или экстрактивная ректификация. Эти методы основаны на введении в систему постороннего вещества увеличивающего разницу в летучести разделяемых углеводородов, что позволяет при помощи ректификации выделить индивидуальный углеводород высокой чистоты.

Показателем летучести чистых углеводородов является давление их насыщенных паров при данной температуре или температура кипения при атмосферном давлении. Таким образом, чем больше разница в температурах кипения углеводородов, тем легче разделить их обычной перегонкой. Однако если углеводороды отличаются по химическому строению, то можно использовать специальные виды перегонки, изменяющие летучесть этих углеводородов. Летучесть (u1) может быть определена как отношение мольных долей углеводородов в паровой и жидкой фазах:

Где y1 и х1 — мольные доли углеводорода соответственно в паровой и жидкой фазах.

Легкость разделения углеводородов перегонки зависит от их относительной летучести. Относительная летучесть двух углеводородов (a) определяется соотношением их летучестей (u1 и u2), т. е.

Где P1 и P2 — давление насыщенных паров углеводородов, x1 и x2 — мольные доли углеводородов в жидкой фазе, p — общее давление в системе. Отсюда

Таким образом, относительная летучесть углеводородов в идеальном растворе равняется отношению давлений насыщенных паров чистых компонентов при температуре кипящей смеси, и чем ближе она к единице, тем сложнее разделить эти углеводороды перегонкой.

Если вводимый для увеличения разницы в летучести разделяемых углеводородов третий компонент менее летуч, чем исходные углеводороды, то его называют растворителем и вводят сверху ректификационной колонны и выводят снизу вместе с остатком. Такая ректификация называется экстрактивной. Растворитель должен иметь достаточно высокую температуру кипения, чтобы компоненты, полученные с растворителем в виде одной фазы, можно было легко отделить от него при помощи перегонки. Он должен хорошо растворять разделяемые компоненты, чтобы не требовалось чрезмерно большого отношения растворитель/смесь и не образовывалось двух жидких фаз (расслаивание) на тарелке. При экстрактивной ректификации моноциклических ароматических углеводородов в качестве растворителя применяют фенол, крезолы, фурфурол, анилин и алкилфталаты.

Если добавляемое вещество более летуче, чем исходные компоненты, то его вводят в ректификационную колонну вместе с сырьем и выводят из нее вместе с парами верхнего продукта. Такую ректификацию называют азеотропной. В этом случае вводимое вещество образует азеотропную смесь с одним из компонентов сырья. Это вещество называют уводителем.

Последний должен обеспечивать образование постоянно кипящей смеси (азеотропа) с одним или несколькими компонентами разгоняемой смеси. Уводитель образует азеотропную смесь вследствие молекулярных различий между компонентами смеси.

При азеотропной ректификации моноциклических ароматических углеводородов в качестве уводителей применяют метиловый и этиловый спирты, метилэтилкетон (МЭК) и другие вещества, образующие азеотропную смесь с парафино-нафтеновыми углеводородами разделяемой смеси.

Уводитель должен иметь температуру кипения близкую к температуре кипения отгоняемого вещества. Это позволяет получить заметную разницу между температурой кипения азеотропа и других компонентов смеси. Уводитель должен также легко выделяться из азеотропной смеси. Весьма часто разделение бывает более полным, чем этого можно ожидать на основании лишь температурной разницы. Это объясняется большим отклонением системы от идеальной.

Парциональное и общее давления над идеальным раствором при данной температуре отличаются от величин, вычисленных по закону Рауля. Для оценки этого отклонения вводят поправочный коэффициент, который фактически является коэффициентом активности, т. е.

Коэффициент активности j является функцией физико-химических свойств всех остальных компонентов смеси и их концентраций. Для некоторых смесей в присутствии разделяющего агента подлежащие ректификации компоненты из-за их различной растворимости по-разному отклоняются от законов идеальных растворов, поэтому их коэффициенты активности различны. Установлено также, что коэффициент активности каждого компонента увеличивается по мере увеличения концентрации от 0 до 100%, однако для различных компонентов смеси в разной степени. Таким образом, для реальных смесей относительная летучесть равна отношению давления насыщенных паров и коэффициентов активности:

Важное значение в осуществлении экстрактивной и азеотропной ректификаций имеет подготовка сырья, которое должно выкипать в весьма узких пределах, т. е. установке по перегонке с третьим компонентом должна предшествовать установка предварительного разделения смеси посредством обычной ректификации.

Ректификация простых и сложных смесей осуществляется в колоннах периодического или непрерывного действия.

Колонны периодического действия применяют на установках малой производительности при необходимости отбора большого числа фракций и высокой четкости разделения. Классическая схема такой установки указана на рис. 4. Сырье поступает в перегонный куб 1 на высоту около 2/3 его диаметра, где происходит подогрев глухим паром. В первый период работы ректификационной установки отбирают наиболее летучий компонент смеси, например бензольную головку, затем, повышая температуру перегонки, компоненты с более высокой температурой кипения (бензол, толуол и т. д.). Наиболее высококипящие компоненты смеси остаются в кубе, образовывая кубовый остаток. По окончанию процесса ректификации этот остаток охлаждают и откачивают. Куб вновь заполняется сырьем и ректификацию возобновляют. Периодичностью процесса обусловлены больший расход тепла и меньшая производительность установки. Далее на рисунке: 2 — ректификационная колонна, 3 — конденсатор-холодильник, 4 — аккумулятор, 5 — холодильник, 6 — насосы.

Установка непрерывного действия лишена многих указанных недостатков. Принципиальная схема такой установки показана на рис.5. Сырье через теплообменник 1 поступает в подогреватель 2 и далее на разные уровни ректификационной колонны 3. Нижние фракции разогревают в кипятильнике 4 и сбрасывают обратно в ректификационную колонну. При этом самая тяжелая часть выводится из кипятильника в низ колонны и вместе с жидким осадком на дальнейшую переработку тяжелых фракций. А легкие фракции сверху в конденсатор-холодильник 5, и далее из аккумулятора 6 частично назад в колонну для орошения, а частично — в дальнейшую переработку легких фракций.

В зависимости от числа получаемых продуктов различают простые и сложные ректификационные колонны. В первых при ректификации получают два продукта, например бензин и полумазут. Вторые предназначены для получения трех и более продуктов. Они представляют собой последовательно соединенные простые колонны, каждая из которых разделяет поступающую в нее смесь на два компонента.

В каждой простой колонне имеются отгонная и концентрационная секции. Отгонная, или отпарная, секция расположена ниже ввода сырья. Тарелка, на которую подается сырье для разделения, называется тарелкой питания. Целевым продуктом отгонной секции является жидкий остаток. Концентрационная, или укрепляющая, секция расположена над тарелкой питания. Целевым продуктом этой секции являются пары ректификата. Для нормальной работы ректификационной колоны обязательны подача орошения наверх концентрационной секции колонны и ввод тепла (через кипятильник) или острого водяного пара в отгонную секцию.

В зависимости от внутреннего устройства, обеспечивающего контакт между восходящими парами и нисходящей жидкостью (флегмой), ректификационные колонны делятся на насадочные, тарельчатые, роторные и др. В зависимости от давления они делятся на ректификационные колонны высокого давления, атмосферные и вакуумные. Первые применяют в процессах стабилизации нефти и бензина, газофракционирования на установках крекинга и гидрогенизации. Атмосферные и вакуумные ректификационные колоны в основном применяют при перегонке нефтей, остаточных нефтепродуктов и дистилляторов.

Для равномерного распределения паров и жидкости в насадочных колоннах — 1 (рис. 6.) в качестве насадки — 2 применяют шары, призмы, пирамиды, цилиндры из различных материалов (обычно из прессованной угольной пыли) с наружным диаметром от 6 до 70 мм и отношением площади поверхности к объему от 500. Насадку помещают насыпом на специальные тарелки — 4 с отверстиями для прохождения паров и стекания флегмы — 3. Целью применения насадки является повышение площади соприкосновения флегмы и паров для взаимного обогащения. Для правильной работы насадочной колонны очень важно равномерное распределение стекающей флегмы и паров по всему поперечному сечению колонны. Этому благоприятствует однородность тела насадки, максимально возможная скорость восходящего потока паров, равномерно распределенные слои насадки и строгая вертикальность колонны. На практике достигнутое вначале равномерное распределение паров и флегмы нарушается, т. к. пар стремится оттеснить жидкость к стенкам колонны и перемещаться через центр насадки. В связи с этим насадка и разбивается на несколько слоев, а тарелки, на которых размещается насадка, имеют специальную конструкцию, позволяющую снова равномерно перераспределять потоки после каждого слоя насадки. Эффективность использования насадочных колонн очень высока но есть и неудобства: насадку периодически приходится изымать из колоны с целью очищения от смолистых частиц со временем покрывающих насадку и ухудшающих ее смачиваемость, к тому же применение насадочных колонн выдвигает очень жесткое требование выдержки определенного давления пара и количества поступающей флегмы. В случае падения давления пара в колонне происходит ускорение стекания флегмы и резкое уменьшение площади соприкосновения пара и жидкости. В случае превышения давления пара замедляется стекание флегмы, что приводит к ее скоплению в верхних слоях насадки и запиранию паров в нижней части колонны («захлебыванию» колонны). Это приводит к еще большему повышению давления пара в нижней части колонны, и, в критический момент, прорыв пара сквозь флегму в верхнюю часть колонны. Следствием «захлебывания» колонны также является резкое уменьшение площади соприкосновения пара и жидкости.

В тарельчатых колоннах 1 (рис. 7) для повышения площади соприкосновения потоков пара и флегмы применяют вместо насадки большое число тарелок специальной конструкции. Флегма стекает с тарелки на тарелку по спускным трубам 3, причем перегородки 4 поддерживают постоянный уровень слоя жидкости на тарелке. Этот уровень позволяет постоянно держать края колпаков 2 погруженными во флегму. Перегородки пропускают для стока на следующую тарелку лишь избыток поступающей флегмы. Принципом действия тарельчатой колонны является взаимное обогащения паров и флегмы за счет прохождения под давлением паров снизу вверх сквозь слой флегмы на каждой тарелке. За счет того, что пар проходит флегму в виде мельчайших пузырьков площадь соприкосновения пара и жидкости очень высока.

Конструкции тарелок разнообразны. Применяют сетчатые, решетчатые, каскадные, клапанные, инжекционные и комбинированные тарелки. Конструкцию тарелок выбирают исходя из конкретных технологических требований (степень четкости разделения фракций, требование к интенсивности работы, необходимость изменения внутренней конструкции колонны, частота профилактических и ремонтных работ и др.)

В некоторых процессах переработки нефти (например переработка с попутным отделением воды (паров), переработка с предварительным отделением тяжелейших фракций нефти) применяют роторные колонны 1 (рис. 8) с высокой производительностью. Тарелки такой колонны представляют собой конические щитки с углом наклона 40°, с чередованием тарелок закрепленных к стенкам колонны — 2 и тарелок закрепленных к центральному вращающемуся валу — 3. Таким образом вращающиеся тарелки чередуются с неподвижными. Вращение тарелок происходит от привода — 4 со скоростью 240 об/мин. Флегма спускается сверху— 5 по неподвижной тарелке и у центра переливается на нижележащую вращающуюся тарелку. Под влиянием центробежной силы флегма перемещается по вращающейся тарелке вверх до ее периферии и в виде сплошной кольцевой пленки переходит на стенки корпуса колонны и дальше — на низлежащую тарелку. Далее процесс повторяется. Пары движутся сквозь флегму противотоком. К тому же большое количество флегмы постоянно находится во взвешенном состоянии, что приводит к высокой испаряемости самой флегмы. Расстояние между тарелками всего 8 – 10 мм, что позволяет строить очень компактную колонну с высоким (свыше 85%) КПД. В колонну вводится подогретое сырье, необходимая температура которого поддерживается нагревателем — 6. Указанная конструкция очень удобна в использовании, практически не требует ремонта и профилактических работ, долговечна и не столь чувствительна к изменениям температур и давления исходных компонентов.

В промышленности наиболее часто применяются сложные установки ректификационных колонн, комбинирующих разные виды колонн и разные типы их подключения. Это позволяет корректировать технологический процесс для разных условий переработки нефти и получения необходимых дистиллятов.

В зависимости от направления переработки нефти в процессе ректификации могут участвовать разные установки ректификационных колонн. Достигается это сменой потоков сырья и промежуточных продуктов, что требует высокой магистральности сообщений коллон и установок и возможности компактного и ресурсосберегающего перенаправления потоков.

Http://www.0gn. ru/promyshlennost_proizvodstvo/principy_promyshlennoj_pervichnoj. php

Подготовленная на промысле нефть направляется на НПЗ для ее первичной переработки (ППН). Первичная переработка нефти – это ее дистилляция, при которой происходит разделение нефти на отдельные фракции без изменения природного состава.

Установки первичной переработки нефти составляют основу всех НПЗ, от работы этих установок зависят качество и выходы получаемых компонентов топлив и сырья для вторичных процессов переработки нефти.

Прямую перегонку осуществляют при атмосферном или несколько повышенном давлении, а остатков – под вакуумом.

Данная тема рассматривает методы дистилляции нефти, а также пути их реализации применительно к промышленной технологии.

Выбор направления переработки нефти определяется ее физико-химической характеристикой в первую очередь, а также потребностями в товарных продуктах данного конкретного региона.

2- топливно-масляный, когда кроме моторных топлив из нефти получают смазочные масла;

3- нефтехимический, когда кроме топлив и масел производится сырье для органического синтеза, производства азотных и фосфорных удобрений, пластмасс, моющих веществ и др. Это более сложный и дорогостоящий способ переработки нефти.

ППН осуществляется на АТ или АВТ, в состав которых входит несколько блоков:

Назначение первого блока – глубокое обезвоживание и обессоливание нефти до остаточного содержания солей не более 5 мг/л. Для этого используют электротермохимический метод. После блока ЭЛОУ нефть поступает на атмосферную ректификацию.

При прямой перегонке нефти получают следующие фракции (с условными пределами выкипания) по преимущественному содержанию целевых компонентов:

БензиновыеН. к – 180, используется как сырье установок вторичной перегонки бензина. Можно разделить на более мелкие фракции:

Керосиновые 180 – 240 (120-240) как реактивное топливо, а фр. 150-300 – как осветительный керосин или компонент ДТ.

Фракция ДТ 240-350 (180-350) – после очистки используется в качестве ДТ (зимнего — легкого или летнего — тяжелого), фр.200-220 парафинистых нефтей используется для производства БВК (белково-витаминных концентратов).

Керосино-газойлевая фракция 120-370 используется в качестве сырья установок КК и гидрокрекинга (ГК).

Атмосферный газойль 330-360 затемненный продукт, получается на АВТ по топливному варианту. Используется в смеси с вакуумным газойлем в качестве сырья установок КК.

Мазут >330 (облегченный как котельное топливо) или >360 (утяжеленный) — для последующей переработки на масляные фр. до гудрона или как сырье установок ГК..

Широкая масляная фр.(вакуумный газойль) 350-500 или 350 – 550, используется как сырье установок КК иГК.

Узкие масляные фракции 350-400, 400-450, 450-500 после очистки от сернистых соединений, ароматических и парафиновых используется для производства смазочных масел.

Гудрон Остаток вакуумной перегонки мазута – используется для производства электродного кокса, битума или остаточных масляных фракций.

При повышении температуры нефти происходит испарение из нее легких углеводородов, для количественной характеристики используется показатель – Доля отгона – выход паровой фазы, зависит от состава нефти и режимных параметров процесса (t, Р).

При давлениях процесса ректификации, близких к атмосферному (0,1-0,3 МПа) перегонку называют атмосферной – из нефти при ее нагреве перед испарителем до 330 –350 0 С может быть отобрана паровая фаза, выкипающая по ИТК до 360-400 0 С.

Чем меньше Dt, тем четче разделение фаз. В идеальном случае, когда Dt =0, четкость разделения абсолютная, т. е. распределения углеводородов между фазами нет.

В жидкой фазе температура НК определяется тем компонентом, который составляет основную часть пара, а КК пара-тем компонентом, который составляет основную часть жидкости.

При однократном испарении достигается наименьшая четкость разделения углеводородов между паровой и жидкой фазами, часть углеводородов распределяется как в паровой, так и в жидкой фазах. Это видно из рисунка

Http://iitu. ru/04/07/osnovnie-metodi-pervichnoj-pererabotki-nefti/

– это природная жидкая смесь разнообразных углеводородов С небольшим

Количеством других органических соединений; ценное полезное ископаемое,

Залегающее часто вместе С газообразными углеводородами (попутные газы,

Сырой нефти – это сложные Вещества, состоящие из пяти элементов – C, H,

S, O и N, причем содержание этих элементов колеблется в пределах 82–87%

Углеводороды – основные компоненты нефти и природного газа. Простейший из них – метан CH4

– является основным компонентом природного газа. Все углеводороды могут

Быть подразделены на алифатические (С открытой молекулярной цепью) и

Парафиновые углеводороды (общей формулы CNH2N + 2) относительно стабильны и неспособны к химическим взаимодействиям. Соответствующие олефины (CNH2N) и ацетилены (CNH2N – 2)

Обладают высокой химической активностью: минеральные кислоты, хлор и

Кислород реагируют С ними и разрывают двойные и тройные связи между

Благодаря их высокой реакционной способности такие углеводороды

Отсутствуют в природной нефти. Соединения С двойными и тройными связями

Образуются в крекинг-процессе при удалении водорода из парафиновых

Углеводородов во время деструкции последних при высоких температурах.

Количество атомов углерода и водорода, что и олефины. Циклопарафины

(называемые также нафтенами) менее реакционноспособны, чем олефины, но

Более, чем парафины С открытой углеродной цепью. Часто они представляют

Собой главную составную часть низкокипящих дистиллятов, таких, как

Нефтепродуктах из дистиллятов каменноугольного дегтя ароматические

Углеводороды присутствуют в бльших количествах, чем в первичных и

Крекинг-дистиллятах нефти. Они входят в Состав бензина. В заметных

Количествах такие соединения присутствуют только в некоторых сырых

Быть получены дегидрированием циклогексанов нефти С использованием

С углеводородами нефти содержат органические соединения серы, кислорода

Замкнутых цепей. Примером первых являются алкил-сульфиды и меркаптаны.

Сернистые соединения нефти представляют собой производные тиофена –

Бензольное кольцо, где две CH-группы заменены на атом серы. Большая

Часть сернистых соединений сосредоточена в тяжелых фракциях нефтей,

Соответствующих гидрированным тиофенам и тиофанам. Сера в нефтях –

Нежелательный компонент. Сернистые соединения обычно имеют резкий

Неприятный запах и часто коррозионноактивны как в природном виде, так и

В виде продуктов горения. Для удаления серы и ее соединений разработано

Имеющиеся в нефтях кислородные соединения относятся к нафтеновым

Содержание их в некоторых нефтях России и Калифорнии достигает одного и

Более процента. Медьсодержащие нафтены используются как консерванты

Дистиллятах нефтей США, Японии и Польши. Эти соединения обычно являются

Продуктом крекинг-процессов, поскольку большей частью обнаруживаются в

Экономически выгодно, даже несмотря на их низкое содержание (менее

Азота в нефтях изменяется от следов до 3%. Азотсодержащие соединения в

Нефтях представлены соединениями ряда хинолина, частично или полностью

Соединения, как правило, находятся в высококипящих фракциях сырых

Все нефти содержат небольшое количество неорганических соединений,

Которые остаются в виде золы после сгорания нефтей. Зола содержит

Кремнезем, алюминий, известь, оксиды железа и марганца. Используя такие

Соединения ванадия из сажи, образующейся при сгорании ванадийсодержащих

Нефтей. Однако, как правило, использование нефтяной золы ныне весьма

Воспламеняющаяся маслянистая жидкость С резким запахом. На промыслах

Она хранится в крупных резервуарах, откуда транспортируется танкерами

Или по трубопроводам в резервуары перерабатывающих заводов. На многих

Заводах различные типы сырых нефтей разделяются по их свойствам

Согласно результатам предварительной лабораторной переработки. Она

Указывает приблизительное количество бензина, керосина, смазочных

Масел, парафина и мазута, которое можно выработать из данной нефти.

Химически нефти очень различны и изменяются от парафиновых, которые

Состоят большей частью из парафиновых углеводородов, до нафтеновых или

Углеводороды; существует много промежуточных или смешанных типов.

Парафиновые нефти по сравнению С нафтеновыми или асфальтеновыми обычно

Содержат больше бензина и меньше серы и являются главным сырьем для

Получения смазочных масел и парафинов. Нафтеновые типы сырых нефтей, в

НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИЙ ЗАВОД на о. Кюрасао (Вест-Индия)

Соответствует по Составу и строению природным газам и состоит из легких

Парафиновых углеводородов. Жидкая фаза сырой нефти содержит сотни

Углеводородов и других соединений, имеющих точку кипения от 38° С до примерно 430°

С, причем процентное содержание каждого из углеводородов невелико.

Например, бензиновая фракция может содержать до 200 индивидуальных

Углеводородов, однако в типичном бензине присутствует лишь около 60

Углеводородов – от метана С т. кип. –161° С до мезитилена (ароматического углеводорода), С т. кип. 165°

С. Они включают парафины, циклопарафины и ароматические соединения, но

Олефины отсутствуют. Огромный труд, необходимый для анализа Состава

Углеводородов бензинов, делает практически невозможным проведение этих

С, присутствующих в керосине и высококипящих дистиллятах и остатках,

Трудности идентификации отдельных компонентов возрастают из-за большого

Возрастающей тенденции высококипящих соединений к разрушению при

Нагревании. Поэтому все горючие нефтяные продукты подразделяются на

Фракции по температурным пределам их кипения и по плотности, а не по

Подобных им тяжелых остаточных продуктах, чрезвычайно сложны. Анализы

Показывают, что они представляют собой полициклические соединения. См. также КОНСТРУКЦИОННЫЕ И СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.

СТАДИИ

ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА. Сырые нефть и газ должны пройти серию стадий

В процессе их очистки и переработки, прежде чем они превратятся в

Окончательные продукты, применяемые в промышленности и быту. После

Подъема под действием давления газа или воды в полевой (промысловый)

Сепаратор природный газ и легкий природный бензин удаляются, а жидкая

Нефть сохраняется. Серия насосных станций, работающих обычно в режиме

Нефтеперерабатывающих предприятий. Там, путем термической обработки в

Ректификационных колоннах, происходит разделение на бензин, керосин,

Различные типы газойля, масляные дистилляты и тяжелые остатки, а затем

Начальных этапах развития нефтехимической промышленности сырая нефть

Подвергалась так называемой периодической перегонке в вертикальном

Неэффективны, потому что отсутствовали ректификационные колонны и не

Ректификационной колонны, из которой С различных уровней отбирались

Дистилляты С разной температурой кипения. Эта система используется и

Сегодня. Поступающая нефть нагревается в змеевике примерно до 320°

Расположенных С определенным интервалом поддонов и желобов, каждый из

Поднимающиеся пары, которые омываются стекающим вниз конденсатом. При

Надлежащем регулировании скорости обратного стекания (т. е. количества

Фракционирования) возможно получение бензина наверху колонны, керосина

И светлых горючих дистиллятов точно определенных интервалов кипения на

Последовательно снижающихся уровнях. Обычно для того, чтобы улучшить

Дальнейшее разделение, остаток от перегонки из ректификационной колонны

Колонн в нефтеперерабатывающей промышленности становится произведением

Искусства, в котором ни одна деталь не остается без внимания. Путем

Очень точного контроля температуры, давления, а также потоков жидкостей

И паров разработаны методы сверхтонкого фракционирования. Эти колонны

С. Они изолированы от внешних атмосферных воздействий, а все этапы

Дистилляции автоматически контролируются. Процессы в некоторых таких

Давлениях, близких к атмосферному; аналогично температуры изменяются от

К дополнительному разложению более тяжелых фракций сырых нефтей при

Нагреве выше определенной температуры привела к очень важному успеху в

Высококипящих фракций нефти, углерод-углеродные связи разрушаются,

Водород отрывается от молекул углеводородов и тем самым получается

Более широкий спектр продуктов по сравнению С Составом первоначальной

Бензин и тяжелые смолоподобные остаточные продукты. Крекинг-процесс

Позволяет увеличить выход бензина из сырой нефти путем деструкции более

Тяжелых дистиллятов и остатков, образовавшихся в результате первичной

Выход кокса определяется природой перерабатываемого сырья и степенью рециклизации наиболее тяжелых фракций.

Правило, из исходного крекируемого объема образуется примерно 15–25%

Крекинг-газами и коксом. Последний используется в основном как топливо,

Исключая образующиеся специальные виды кокса (один из них является

Электродов). Коксование до сих пор пользуется популярностью главным

Образом как процесс подготовки исходного материала для каталитического

– это Вещество, которое ускоряет протекание химических Реакций без

Изменения сути самих Реакций. Каталитическими свойствами обладают

Многие Вещества, включая металлы, их оксиды, различные соли. См. также КАТАЛИЗ.

Э. Гудри огнеупорных глин как катализаторов привели к созданию в 1936

Эффективного катализатора на основе алюмосиликатов для крекинг-процесса.

Парообразное состояние; для увеличения скорости Реакций расщепления,

Пропускались через слой катализатора. Реакции происходили при умеренных

Давлении в отличие от процессов термического крекинга, где используются

Крекинг-процессом, успешно реализованным в промышленных масштабах.

Большинства крекинг-процессов является достижение оптимального выхода

Сложные процессы синтеза и перестройки структуры молекул углеводородов.

Влияние разных катализаторов различно. Некоторые из них, такие, как

Оксиды хрома и молибден, ускоряют реакцию дегидрогенизации (отщепление

Водорода). Глины и специальные алюмосиликатные Составы, используемые в

Промышленном каталитическом крекинге, способствуют ускоренному разрыву

Способствуют изомеризации линейных молекул в разветвленные. Эти составы

Замедляют полимеризацию (См. ниже) и образование дегтя и асфальта, так что нефти не просто деструктурируются, а обогащаются полезными компонентами.

– это процесс преобразования линейных и нециклических углеводородов в

Бензолоподобные ароматические молекулы. Ароматические углеводороды

Имеют более высокое октановое число, чем молекулы других углеводородов,

Низкооктановых бензиновых компонентов в более высокооктановые. Процесс

Обычно применяется к парафиновым фракциям прямой перегонки, кипящим в

Пределах 95–205° С. Более легкие фракции редко подходят для таких превращений.

Два основных вида риформинга – термический и каталитический. В первом

Соответствующие фракции первичной перегонки нефти превращаются в

Высокооктановый бензин только под воздействием высокой температуры; во

Втором преобразование исходного продукта происходит при одновременном

Воздействии как высокой температуры, так и катализаторов. Более старый

И менее эффективный термический риформинг используется кое-где до сих

Пор, но в развитых странах почти все установки термического риформинга

Установок риформинга – это установки с неподвижным слоем. (Процесс

Катализатор, называется платформингом.) Но под действием давления ок.

50 атм (при получении бензина с умеренным октановым числом) активность

Останавливать на несколько суток для регенерации катализатора. В других

Установках используется несколько реакторов с одним добавочным, где

Проводится необходимая регенерация. Жизнь платинового катализатора

Сокращается при наличии серы, азота, свинца и других «ядов». Там, где

Проводят предварительную обработку смеси водородом (т. н. гидроочистка,

Когда до подачи в реактор нефтяных погонов – бензинов прямой перегонки

– их пропускают через водородсодержащие газы, которые связывают вредные

Компоненты и снижают их содержание до допустимых пределов). Некоторые

Реакторы с неподвижным слоем заменяются на реакторы с непрерывной

Регенерацией катализатора. В этих условиях катализатор перемещается

Реакции, в результате которых при каталитическом риформинге повышается октановое число, включают:

1) дегидрирование нафтенов и их превращение в соответствующие ароматические соединения;

2) превращение линейных парафиновых углеводородов в их разветвленные изомеры;

3) гидрокрекинг тяжелых парафиновых углеводородов в легкие высокооктановые фракции;

4) образование ароматических углеводородов из тяжелых парафиновых путем отщепления водорода.

Большинство богатых водородом газов, выделяющихся в этих установках, используются при гидрокрекинге и т. п.

Крекинга и риформинга существует несколько других важных процессов

Производства бензина. Первым из них, который стал экономически выгодным

В промышленных масштабах, был процесс полимеризации, который позволил

Получить жидкие бензиновые фракции из олефинов, присутствующих в

Олефина с четырьмя атомами углерода в молекуле дает жидкий продукт,

Который кипит в тех же пределах, что и бензин, и имеет октановое число

Полимеризации, обычно работают на фракциях крекинг-газов, содержащих

Этом процессе изобутан и газообразные олефины реагируют под действием

Катализаторов и образуют жидкие изопарафины, имеющие октановое число,

Близкое к таковому у изооктана. Вместо полимеризации изобутилена в

Изооктен и затем гидрогенизации его в изооктан, в данном процессе

Изобутан реагирует с изобутиленом и образуется непосредственно изооктан.

Процессы алкилирования для производства моторных топлив производятся с

Фтороводородной кислоты при температуре сначала 0–15° C, а затем 20–40° С.

Важный путь получения высокооктанового сырья для добавления в моторное

Топливо – это процесс изомеризации с использованием хлорида алюминия и

Прямолинейными цепями. Улучшение антидетонационных свойств происходит в

Результате превращения нормальных пентана и гексана в изопентан и

Изогексан. Процессы изомеризации приобретают важное значение, особенно

В тех странах, где каталитический крекинг с целью повышения выхода

Дополнительном этилировании, т. е. введении тетраэтилсвинца, изомеры

Имеют октановые числа от 94 до 107 (в настоящее время от этого способа

Отказались ввиду токсичности образующихся летучих алкилсвинцовых

Работы по получению жидкого топлива из углей путем гидрирования под

Высоким давлением (процесс Бергуса) проводились главным образом в

Германии с использованием весьма сильных катализаторов, таких, как

Оксиды молибдена, которые либо нечувствительны к присутствию серы, либо

В значительной степени сохраняют свою активность после прошедшей

Сульфатизации. Для этого были необходимы следующие параметры: давление

Используемые в современных процессах гидрокрекинга, составляют от

Примерно 70 атм для превращения сырой нефти в сжиженный нефтяной газ

(LP-газ) до более чем 175 атм, когда происходят полное коксование и с

Высоким выходом превращение парообразной нефти в бензин и реактивное

Топливо. Процессы проводят с неподвижными слоями (реже в кипящем слое)

Катализатора. Процесс в кипящем слое применяется исключительно для

Нефтяные фракции, а кроме того, легкокипящие и среднедистиллятные

Вольфрамовые материалы и благородные металлы, такие, как платина и

Сочетается с каталитическим крекингом и коксованием, не менее 75–80%

Сырья превращается в бензин и реактивное топливо. Выработка бензина и

Реактивных топлив может легко изменяться в зависимости от сезонных

Потребностей. При высоком расходе водорода выход продукции на 20–30%

Выше, чем количество сырья, загружаемого в установку. С некоторыми

Катализаторами установка работает эффективно от двух до трех лет без

Промышленных районах США, Западной Европы и Японии обусловливает

Значительное увеличение использования процессов гидрирования для

Гидрокрекинга, предназначенные главным образом для удаления серы при

Невысоких требованиях к выходу продукции, известны как «гидроочистка».

Легкие фракции прежде всего проходят через вакуумную установку для

Некоторыми вакуумными остатками и другими низкосернистыми легкими

В настоящее время – наиболее распространенный метод гидрогенизации

Олефинов и повышения качества легких продуктов за счет удаления серы и

Связанных с примесями воздуха и воды, применяются и другие методы,

Например использование сульфида свинца в качестве катализатора в

Промышленность поставляет масла и смазки, различающихся по вязкости от

Другими нефтяными фракциями и продуктами, появились новые методы их

Метилэтилкетоны и пр. Экстракция растворителями осуществляется обычно в

Обработки смазочных масел повышается при использовании сжиженного

С) практически не оказывает растворяющего действия на асфальты и очень

Слабо растворяет твердые парафины при низких температурах. Тем не

Растворитель/масла, можно успешно удалять асфальт и твердые парафины.

Вакуумных смазок и товарных парафинов. Наиболее широко используются для

Депарафинизации смеси метилэтилкетона и толуола или бензола и ацетона.

Газообразные продукты получаются из нефти в результате различных

Бензиновые фракции умеренно крекируются с увеличением октанового числа.

От крекируемой нефти; они заметно отличаются от природных нефтяных

Газов. Главная их особенность – наличие олефинов, которые полностью

Отсутствуют в природных газах. В газах высокотемпературного крекинга

Может содержаться 50% олефинов, включая этилен, пропилен и бутилены.

Содержат также небольшое количество водорода. Температура крекинга 540° С или выше при невысоком давлении благоприятна для образования этилена, а более умеренные температуры 455–480° С и высокое давление – для образования меньшего количества этилена и пропорционально большего количества пропилена и бутиленов.

– самый важный продукт переработки нефти; из сырой нефти производится

Крекинг-процесса, продукты полимеризации, сжиженные нефтяные газы и все

Продукты, используемые в качестве промышленных моторных топлив. Каждому

Процессу переработки нефти предъявляются требования по количеству и

Состав. Промышленный бензин представляет собой смесь углеводородов в интервале т. кип. 30–200° C. Некоторые бутаны, кипящие при температуре ниже 38°

С, имеет высокое давление паров. Углеводороды в бензине включают многие

Бензинах, полученных при крекинге, содержится от 15 до 25% олефинов.

Имеются различия между компонентами каждой из этих групп, зависящие от

Структуры молекул и точки кипения. Различные компоненты дают свой вклад

Значительный процент тех компонентов, при смешении которых образуется

Моторное топливо. Однако их прямое использование во многих странах

Количество олефинов, а именно олефины являются одной из главных причин

Классификация бензинов. Бензины классифицируются по разным основаниям, включая интервалы температур кипения, октановое число, содержание серы.

Интервалы температур кипения. Большинство бензинов кипит в интервале 30–200°

Компонентов смеси и которая определяет состав смеси во время прогрева

Обусловливает исключительно высокое давление паров и в теплое время

Является причиной образования паровых пробок, когда газовые пузырьки

Препятствуют течению топлива по узким трубам двигателей и тепловых

Установок. В то же время недостаток низкокипящих компонентов служит

Причиной трудностей запуска двигателя зимой. 90%-ная точка кипения

Число – наиболее важная характеристика бензина. Оно обычно определяется

Приборами для регистрации склонности к детонации. Нормальный гептан

(семь атомов углерода в линейной цепи) детонирует очень легко; для него

Принято нулевое октановое число. Изооктан (восемь атомов углерода в

Разветвленной цепи) не детонирует до тех пор, пока не будут достигнуты

Произвольно установлено октановое число 100. При испытании бензина с

Неизвестными детонационными свойствами его сравнивают со смесью гептана

И изооктана, имеющей такую же способность к детонации, как и испытуемый

Бензин; октановое число бензина – это процентное содержание изооктана в

Такой смеси. Октановое число, определенное таким образом, не всегда

Соответствует характеристике в многоцилиндровом двигателе в дорожных

Нефтяной промышленности используются два метода, делающие это сравнение

Более реальным, – моторный метод и исследовательский метод. Октановое

Смолообразования и небольшое количество красителя. Законодательством

Многих промышленно развитых стран существенно снижен допустимый уровень

Добавки тетраэтилсвинца, повышающие октановое число бензина, составляет

Первоначально керосин использовался только для освещения, теперь он

Употребляется как топливо в пекарнях, отопительных и нагревательных

Приборах, оборудовании ферм, а также как компонент моторного топлива.

Хороший керосин должен иметь особый цвет (приблизительно 250–300 мм по

Шкале Штаммера для нефтепродуктов), достаточную вязкость для устойчивой

И равномерной пропитки фитиля, должен гореть ясным высоким пламенем без

Копоти или отложения твердых углистых осадков на фитиле, копоти в

Дымоходах и на ламповом стекле. Безопасность керосина при использовании

В осветительных лампах определяется стандартным тестом на вспышку.

Керосин медленно нагревают в небольшой стеклянной или металлической

Чашке и к поверхности периодически прикасаются пламенем до тех пор,

Пока не появится небольшой дымок, соответствующий точке воспламенения.

Нефтяные дистилляты, кипящие при температурах выше, чем керосин, но

Ниже, чем смазочные масла, представляют собой горючее для средне – и

Цетановое число. Дизельные топлива оцениваются их цетановым числом – это реальное измерение Легкости воспламенения под действием температуры и давления, а не Способности горения.

Углеводорода с 16-ю атомами углерода, который легко воспламеняется под

Который не возгорается. Процент цетана в смеси, показывающий ту же

Воспламеняемость, что и дизельное топливо в стандартных условиях

Испытания, называется цетановым числом. Парафиновые топлива более

Подходят для дизельных двигателей, поскольку они легко воспламеняются

Под давлением без дополнительной искры зажигания. Однако в связи с

Возрастающей потребностью в дистиллятах прямой перегонки для других

Целей, кроме получения дизельного топлива, увеличивается использование

Тяжелых дистиллятов с более низким цетановым числом, получаемых при

Низкокачественных дизельных топлив, улучшение воспламеняемости, более

Известное как увеличение цетанового числа, достигается добавлением

Специальных масел. Они включают такие компоненты, как органические

Оксиды и пероксиды. Небольшие добавки амилнитрата удовлетворительно

Нефтяные топлива могут быть керосиновые либо нафтеновые. Они состоят

Главным образом из бензина прямой перегонки или керосина в топливах

Легких дистиллятов в качестве бытового топлива постоянно возрастает,

Так как они удобнее и чище по сравнению, например, с углем. Конкуренцию

Промышленных котельных и тепловых электростанций используют в качестве

Топлив черные вязкие остаточные продукты переработки нефти – топочный

Мазут. В большинстве случаев это продукты крекинга, хотя имеются и

Главным средством для защиты оборудования от действия воды. Все они

Разнообразных отраслях, таких, как электротехническая промышленность и

Промышленность средств связи, а также при печати, гравировке и т. д.

Http://monterythe. ucoz. ru/news/metody_pererabotki_nefti/2010-08-13-89

Добавить комментарий