Способы переработки нефти

Автомобильные топлива, смазочные масла и специальные жидкости являются продуктами переработки нефти. Перед переработкой нефть очищают от механических примесей обезвоживают и обессоливают, после чего подвергают переработке прямой перегонкой или деструктивными методами (вторичные процессы с изменением структуры углеводородов).

Схема разделения нефти на фракции различными методами переработки показана на рис. 1. На рисунке указаны средние температуры выкипания получаемых продуктов.

На нефтеперерабатывающих заводах переработка нефти ведется в установках непрерывного действия, где осуществляются одновременно процессы атмосферной перегонки нефти и вакуумной перегонки мазута. При нагреве нефти первыми-закипают и испаряются наиболее легкие углеводороды, которые отбираются и используются в качестве сжиженных газов и бензина. Затем закипают более тяжелые углеводороды, из которых получают лигроин, керосин и дизельные топлива. В конце прямой перегонки остаются самые тяжелые углеводороды, образующие мазут.

Прямая перегонка происходит по следующей схеме (рис. 2). В трубчатой печи нефть нагревается до определенной температуры и поступает в ректификационную колонну, где переходит в парообразное состояние и разделяется на ректификационных тарелках на отдельные фракции.

Тарелки представляют собой перфорированные пластины с патрубками и колпачками. Через них легкие углеводороды в парообразном состоянии проходят в верхнюю часть колонны, а более тяжелые конденсируются и стекают на тарелки, расположенные ниже. Таким образом, на каждую ректификационную тарелку снизу поступают пары углеводородов, а сверху на ней уже находятся углеводороды в жидкой фазе, которые могут быть отобраны в соответствии с их температурой конденсации через систему теплообменников. Так, фракции бензинов отбираются при температурах от 30 до 200 °С, керосинов — от 150 до 300, дизельных топлив — от 200 до 300, мазутов — выше 350 °С.

1 — трубчатая печь, 2 — ректификационная колонна, 3 — ректификационные тарелки, 4, б-теплообменники, 5 — вакуумная колонна

Прямая перегонка является первой частью более глубокого процесса переработки нефти. После отбора фракций, кипящих при температурах до 300°С, оставшиеся мазутные фракции подвергают вторичной переработке в вакуумной колонне, в результате чего происходит расщепление крупных молекул углеводородов на более мелкие с получением масляных дистиллятов — соляровых, веретенных, машинных и цилиндровых. Машинные дистилляты являются основой для получения автомобильных масел.

Для увеличения выхода из нефти светлых нефтепродуктов (бензина, дизельного топлива) газойлевые фракции и гудрон подвергают также вторичным процессам переработки, которые называют крекингами. В переводе с английского слово «крекинг» означает расколоть, расщеплять. Применительно к процессу переработки нефти крекинг представляет процесс расщепления высокомолекулярных углеводородов на низкомолекулярные типа бензинов. Процессы крекинга позволяют получать до 75% бензина из нефти. В нефтеперерабатывающей промышленности применяют в настоящее время термический и каталитический крекинги.

Термический крекинг — это технологический процесс, в котором используется действие высокой температуры (470—540 °С) и давление 2,0—7,0 МПа для расщепления молекул тяжелых углеводородов мазутных фракций на более легкие, входящие в состав газа, бензина, керосина и др. При термическом крекинге из мазута удается получить до 40% бензиновых фракций, однако бензины термического крекинга содержат значительное количество непредельных углеводородов, что ухудшает их химическую стабильность.

Более совершенным процессом, позволяющим получать высококачественные нефтепродукты, является каталитический крекинг.

Каталитический крекинг — процесс превращения высококипящих фракций (газойля, мазута) в высокооктановые компоненты бензинов, протекающий при температуре 450—500 °С, давлении, близком к атмосферному, и в присутствии катализатора, ускоряющего расщепление молекул исходного сырья.

Разновидностью каталитического крекинга является гидрокрекинг, который позволяет расщеплять даже тяжелые молекулы гудрона под давлением водорода и в присутствии новых эффективных катализаторов. Выход светлых нефтепродуктов из нефти при использовании гидрокрекинга можно довести до 90%.

Http://stroy-technics. ru/article/osnovnye-sposoby-pererabotki-nefti

В основном в нефти представлены парафиновые (алканы) (обычно 30—35, реже 40—50 % по объему) и нафтеновые (циклоалканы) (25—75 %). В меньшей степени — соединения ароматического ряда (10—20, реже 35 %) нефтьсодержание углеводородов в %

Нефть —Маслянистая жидкость от светло-коричневого (почти бесцветная) до тёмно-бурого (почти черного) цвета (хотя бывают экземпляры даже изумрудно-зелёной нефти) с характерным запахом, не растворимая в воде и немного её легче, поэтому образует на ее поверхности пленку не пропускающую воздух. Средняя молекулярная масса 220—300 г/моль (редко 450—470). Плотность 0,65—1,05 (обычно 0,82—0,95) г/см³; нефть, плотность которой ниже 0,83, называется лёгкой, 0,831—0,860 — средней, выше 0,860 — тяжёлой. Нефть — легко воспламеняющаяся жидкость. Нефть растворима в органических растворителях, в обычных условиях не растворима в воде, но может образовывать с ней стойкие эмульсии.

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 парфюмерной промышленности из производных переработки нефти изготовляют нашатырный спирт, хлороформ, формалин, аспирин, вазелин и др.

5. Ограждение. Все эти способы не идеальны. Поэтому самый верный способ борьбы с загрязнениями – не допускать аварий.

Http://enprophil. ucoz. ru/index/teorija_quot_neft_i_ee_pererabotka_quot/0-211

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. м 3 .

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. км 2 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.

Http://mirznanii. com/a/320286/neft-proiskhozhdenie-sostav-metody-i-sposoby-pererabotki

И дополнительно в Зависимости от назначения условно делятся на три Группы:

К Топливу относят моторное топливо (керосин, бензин, лигроин), дизельное топливо, котельное (мазут), топливо для реактивных двигателей и др.

Основная характеристика Моторного топлива – детонационная стойкость, которая определяется Октановым числом. Для Дизельного топлива осн. характеристикой является Цетановое число, кот определяет способность к воспламенению. Для реактивного – испаряемость.

Пластичные смазки (антифрикционные, антикоррозийные и уплотнительные).

Основным свойством смазочных масел является способность образовывать на поверхности трущихся деталей масляную пленку, прочность которой зависит от вязкости масла, а вязкость, в свою очередь, от температуры; кроме того, масла должны быть стойкими против окисления, обладать антикоррозионными и другими специфическими свойствами.

Прочие нефтепродукты: растворители, осветительные керосины, парафины, нефтяной битум, гудрон, сажа и т. д. Являются ценным сырьем для нефтехимической и химической промышленности.

Основными свойствами нефтепродуктов, влияющими на условия транспортирования, хранения и выполнения операций по наливу и сливу, являются: Плотность, вязкость, температура плавления и вспышки, испаряемость, коррозионность, токсичность и некоторые другие.

1) Плотность. Зависит от содержания лёгких фракций и изменяется в пределах 650-1060 кг/м 3 и является качественной и количественной характеристикой продуктов переработки нефти. Влияет на использование цистерн по грузоподъёмности, скорость истечения по выполнению операций по наливу и сливу, возможность разогрева вязких нефтепродуктов паром, продолжительность отстоя нефтепродуктов после разогрева. Меняется при изменении температуры окружающей среды. Зависимость от температуры приводит к изменению объёма груза в цистерне.

2) Вязкость. Определяет текучесть нефтепродуктов и оказывает влияние на условия выполнения операций по сливу и наливу их ж/д цистерн. Различают Динамическую, кинематическую и Условную.

Температура вспышки (характеризует его пожароопасность). По температуре вспышки нефтепродукты делятся на 2 группы:

Испаряемость – способность жидкости переходить в газообразное состояние. Определяет размеры потерь при транспортировании, хранении, наливе/сливе. Наибольшей испаряемостью характеризуются бензины. Темные нефтепродукты испаряются слабо, смазочные масла практически не испаряются.

Коррозионность – способность оказывать разрушающее действие на металлы. Одним из показателей коррозионной агрессивности нефтепродуктов является кислотное число.

Токсичность (ядовитость) нефтепродуктов выражается во вред­ном воздействии на организм человека, в загрязнении окружающей среды.

Http://studfiles. net/preview/6391880/page:16/

Нефть – это природная жидкая смесь разнообразных углеводородов с небольшим количеством других органических соединений; ценное полезное ископаемое, залегающее часто вместе с газообразными углеводородами (попутные газы, природный газ).

Соединения сырой нефти – это сложные вещества, состоящие из пяти элементов – C, H, S, O и N, содержание этих элементов колеблется в диапазонах 82–87% (С), 11–15% (H), 0,01–6% (S), 0–2% (O) и 0,01–3% (N).

Метан CH4 – простейший углеводород, одновременно является основным компонентом природного газа.

Все углеводороды могут быть подразделены на алифатические (с открытой молекулярной цепью) и циклические, а по степени ненасыщенности углеродных связей – на парафины и циклопарафины, олефины, ацетилены и ароматические углеводороды.

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 атомами углерода и переводят их в простые одинарные; возможно, 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.

Циклопарафины составляют важную часть нефти. Они имеют то же относительное 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 (бензин, керосин и лигроин), полученных из сырой нефти.

Ароматические углеводороды имеют циклическое строение; циклы состоят из шести атомов углерода, соединенных попеременно одинарной и двойной связью.

В легких нефтепродуктах из дистиллятов каменноугольного дегтя ароматические углеводороды присутствуют в больших количествах, чем в первичных и крекинг-дистиллятах нефти. Они входят в состав бензина. Они могут быть получены дегидрированием циклогексанов нефти с использованием катализаторов и высоких температур. Ароматические углеводороды нежелательны с точки зрения экологии.

Сернистые соединения. Наряду с углеводородами нефти содержат органические соединения серы, кислорода и азота. Сернистые соединения имеют характер либо открытых, либо замкнутых цепей. Примером первых являются алкил-сульфиды и меркаптаны.

Многие сернистые соединения нефти представляют собой производные тиофена – гетероциклического соединения, молекула которого построена как бензольное кольцо, где две CH-группы заменены на атом серы. Большая часть сернистых соединений сосредоточена в тяжелых фракциях нефти, соответствующих гидрированным тиофенам и тиофанам. Сера существенно ухудшает качество нефти и ухудшает экологию. Сернистые соединения обычно имеют резкий неприятный запах и часто коррозионноактивны как в природном виде, так и в виде продуктов горения. Существует много технологий сероочистки.

Кислородные соединения. Некоторые имеющиеся в нефти кислородные соединения относятся к нафтеновым кислотам. Соединения этого типа встречаются довольно часто, и содержание их в некоторой нефти России достигает более 1%. Медьсодержащие нафтены используются как консерванты дерева, а кобальт -, марганец – и свинецсодержащие – как отвердители красок и лаков.

Фенолы (производные ароматических углеводородов, в которых присутствует гидроксильная группа ОН), обычно являются продуктом крекинг-процессов, поскольку большей частью обнаруживаются в крекинг-дистиллятах и лишь частично в первичных дистиллятах. Промышленное производство креозолов (производных ароматических углеводородов, в которых присутствуют как гидроксильная, так и метильная группы), из крекинг-дистиллятов нефти экономически выгодно, даже несмотря на их низкое содержание (менее 0,01%).

Азотсодержащие соединения. Содержание азота в нефти изменяется от следов до 3%. Азотсодержащие соединения в нефти представлены соединениями ряда хинолина, частично или полностью насыщенными водородом и другими органическими радикалами; эти соединения, как правило, находятся в высококипящих фракциях сырой нефти, начиная с керосина.

Неорганические соединения. Почти вся нефть содержат небольшое количество неорганических соединений, которые остаются в виде золы после сгорания нефти. Зола содержит кремнезем, алюминий, известь, оксиды железа и марганца. Используя такие методы, как экстракция растворителем, иногда выгодно получать соединения ванадия из сажи, образующейся при сгорании ванадийсодержащей нефти. Однако, как правило, использование нефтяной золы ныне весьма ограничено.

Обычная сырая нефть из скважины – это зеленовато-коричневая легко 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 сырой нефти 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 нефть различна и изменяется от парафиновой, которая состоит большей частью из парафиновых углеводородов, до нафтеновой или асфальтеновой, которая содержат в основном циклопарафиновые углеводороды; существует много промежуточных или смешанных типов. Парафиновая нефть по сравнению с нафтеновой или асфальтеновой содержит больше бензина и меньше серы и является главным сырьем для получения смазочных масел и парафинов. Нафтеновые типы сырой нефти содержат меньше бензина, но больше серы и мазута, а также асфальта.

Сырая нефть содержит некоторое количество растворенного газа, который 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 точкой кипения –161° С до мезитилена (ароматического углеводорода), с точкой кипения 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 исследований при обычных шаблонных определениях. Что касается соединений, кипящих при температурах выше 165° С, присутствующих в керосине и высококипящих дистиллятах и остатках, трудности идентификации отдельных компонентов возрастают из-за большого количества соединений, перекрывания их температур кипения и 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 химическому составу.

Соединения, присутствующие в асфальтах и подобных им тяжелых остаточных продуктах, чрезвычайно сложны. Анализы показывают, что они представляют собой полициклические соединения.

Периодическая перегонка. На начальных этапах развития нефтехимической промышленности сырая нефть подвергалась так называемой периодической перегонке в вертикальном цилиндрическом перегонном аппарате. Процессы дистилляции были неэффективны, потому что отсутствовали ректификационные колонны и не получалось чистого разделения продуктов перегонки.

Трубчатые перегонные аппараты. Развитие процесса периодической перегонки привело к использованию общей 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° С, и разогретые продукты подаются на промежуточные уровни в ректификационной колонне. Такая колонна может иметь от 30 до 60 расположенных с определенным интервалом поддонов и желобов, каждый из которых имеет ванну с жидкостью. Через эту жидкость проходят поднимающиеся пары, которые омываются стекающим вниз конденсатом. При надлежащем регулировании скорости обратного стекания (т. е. количества дистиллятов, откачиваемых назад в колонну для повторного 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 подвергают вакуумной дистилляции.

Конструкция ректификационных 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 достигают высоты 60 м и выше и позволяют разделять химические соединения, точка кипения которых отличается менее чем на 6° С. Они изолированы от внешних атмосферных воздействий, а все этапы дистилляции автоматически контролируются. Процессы в некоторых таких колоннах происходят в условиях высоких давлений, в других – при давлениях, близких к атмосферному; аналогично температуры изменяются от экстремально высоких до значений ниже –18° С.

Склонность к дополнительному разложению более тяжелых фракций сырой нефти при нагреве выше определенной температуры привела к очень важному успеху в использовании крекинг-процесса. Когда происходит разложение 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 сырой нефти. Например, дистилляты, кипящие в интервале температур 290–400° С, в результате крекинга дают газы, 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 перегонки.

Выход кокса определяется природой перерабатываемого сырья и степенью рециклизации наиболее тяжелых фракций.

Как правило, из исходного крекируемого объема образуется примерно 15–25% лигроина и 35–50% газойля (т. е. легкого дизельного топлива) наряду с крекинг-газами и коксом. Последний используется в основном как топливо, исключая образующиеся специальные виды кокса (один из них является продуктом обжига и используется при производстве углеродных электродов). Коксование до сих пор пользуется популярностью главным образом как процесс подготовки исходного материала для каталитического крекинга.

Катализатор – это вещество, которое ускоряет протекание химических реакций без изменения сути самих реакций. Каталитическими свойствами обладают многие вещества, включая металлы, их оксиды, различные соли.

Процесс Гудри. Исследования Э. Гудри огнеупорных глин как катализаторов привели к созданию в 1936 эффективного катализатора на основе алюмосиликатов для крекинг-процесса.

Среднекипящие дистилляты нефти в этом процессе нагревались и переводились в парообразное состояние; для увеличения скорости реакций расщепления, т. е. крекинг-процесса, и изменения характера реакций эти пары пропускались через слой катализатора. Реакции происходили при умеренных температурах 430–480° С и атмосферном давлении в отличие от процессов термического крекинга, где используются высокие давления. Процесс Гудри был первым каталитическим крекинг-процессом, успешно реализованным в промышленных масштабах.

Целью большинства крекинг-процессов является достижение оптимального выхода бензина. При крекинге происходят распад тяжелых молекул, а также 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 углерод-углеродных связей больше, чем отрыву водорода. Они также 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.

Риформинг – это процесс преобразования линейных и нециклических углеводородов в бензолоподобные ароматические молекулы. Ароматические углеводороды имеют более высокое октановое число, чем молекулы других углеводородов, и поэтому они предпочтительней для производства современного высокооктанового бензина.

При термическом риформинге, как и при каталитическом крекинге, основная цель состоит в превращении 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.

Существуют 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 заменены на установки каталитического риформинга.

Если бензин является предпочтительным продуктом, то почти весь риформинг осуществляется на платиновых катализаторах, нанесенных на алюминийоксидный или алюмосиликатный носитель.

Большинство установок риформинга – это установки с неподвижным слоем. (Процесс каталитического риформинга, в котором используется стационарный катализатор, называется платформингом.) Но под действием давления около 50 атм (при получении бензина с умеренным октановым числом) активность платинового катализатора сохраняется примерно в течение месяца. Установки, в которых используется один реактор, приходится 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 эти компоненты представляют проблему, обычно до входа в реактор 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 через реактор и непрерывно регенерируется.

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.

Кроме 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 крекинг-газах.

Полимеризация. Полимеризация пропилена – олефина, содержащего три атома углерода, и бутилена – олефина с четырьмя атомами углерода в молекуле дает жидкий продукт, который кипит в тех же пределах, что и бензин, и имеет октановое число от 80 до 82. Нефтеперерабатывающие заводы, использующие процессы полимеризации, обычно работают на фракциях крекинг-газов, содержащих олефины с тремя и четырьмя атомами углерода.

Алкилирование. В 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.

Все процессы алкилирования для производства моторных топлив производятся с использованием в качестве катализаторов либо серной, либо фтороводородной кислоты при температуре сначала 0–15° C, а затем 20–40° С.

Изомеризация. Другой важный путь получения высокооктанового сырья для добавления в моторное топливо – это процесс изомеризации с использованием хлорида алюминия и других подобных катализаторов.

Изомеризация используется для повышения октанового числа природного бензина и нафтенов с 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 бензина проводится в относительно незначительных объемах. При 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 соединений, загрязняющих природную среду).

Ранние 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 до 280 атм, температура около 450° С и катализатор.

Давления, 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 нефтяных остатков – мазута, гудрона. В других процессах также использовались остаточное топливо, но в основном – высококипящие нефтяные фракции, а кроме того, легкокипящие и среднедистиллятные прямогонные фракции. Катализаторами в этих процессах служат сульфидированные никель-алюминиевые, кобальт-молибден-алюминиевые, вольфрамовые материалы и благородные металлы, такие, как платина и палладий, на алюмосиликатной основе.

Там, где гидрокрекинг 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 регенерации.

Необходимость уменьшения загрязнения воздуха в промышленных районах обусловливает значительное увеличение использования процессов гидрирования для десульфатизации дистиллятов и остаточных топлив. Процессы гидрокрекинга, предназначенные главным образом для удаления серы при невысоких требованиях к выходу продукции, известны как «гидроочистка».

Газообразные легкие фракции, прежде всего, проходят через вакуумную установку для сжижения, затем полученный на этой стадии газойль проходит десульфуризацию гидроочисткой, прежде чем вновь смешивается с некоторыми вакуумными остатками и другими низкосернистыми легкими фракциями сырой нефти.

Гидроочистка в настоящее время – наиболее распространенный метод гидрогенизации олефинов и повышения качества легких продуктов за счет удаления серы и других примесей. По экономическим причинам, а также из-за проблем, связанных с примесями воздуха и воды, применяются и другие методы, например использование сульфида свинца в качестве катализатора в регенеративных растворителях и предварительное рафинирование с применением высоковольтных электропечей для лучшего отделения очищающего реагента от получаемого продукта.

Нефтяная промышленность поставляет масла и смазки, различающиеся по вязкости от жидких, почти как вода, до консистенции патоки. Как и в случае с другими нефтяными фракциями и продуктами, появились новые методы их производства – экстракция и деасфальтизация растворителями и др.

Экстракция растворителями. К промышленным растворителям относятся хлорекс, фурфурол (побочный продукт переработки овсяной шелухи), нитробензол, фенолы, метилэтилкетоны и пр. Экстракция растворителями осуществляется обычно в режиме противотока (поток масел идет в одном направлении, а растворителя – в противоположном), что позволяет проводить выборочное растворение и более глубокую очистку. При еще более избирательной процедуре колонна наполняется пористой средой (выполненной, например, в виде перфорированных пластин).

Сжиженный пропан. Эффективность обработки смазочных масел повышается при использовании сжиженного пропана под давлением. Этот парафиновый углеводород (точка кипения –42° С) практически не оказывает растворяющего действия на асфальты и очень слабо растворяет твердые парафины при низких температурах. Тем не менее, регулируя и подбирая температуру и соотношения растворитель/масла, можно успешно удалять асфальт и твердые парафины.

Депарафинизация растворителями. Депарафинизация растворителями – важный этап производства смазочных масел. Депарафинизация неочищенных или очистка смазочных масел дает разнообразные продукты – от светлых веретенных масел до тяжелых вакуумных смазок и товарных парафинов. Наиболее широко используются для депарафинизации смеси метилэтилкетона и толуола или бензола и ацетона.

Вторичные газообразные продукты получаются из нефти в результате различных процессов крекинга. Тяжелые фракции при крекинге дают бензин, а бензиновые фракции умеренно крекируются с увеличением октанового числа. Газы, получающиеся при этих процессах, могут составлять 2–10% (масс.) 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. Как правило, олефины составляют более 10–25%. Крекинг-газы обычно 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.

Бензин – самый важный продукт переработки нефти; из сырой нефти производится до 50% бензина. Эта величина включает природный бензин, бензин 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 качеству производимого бензина.

Состав. Промышленный бензин представляет собой смесь углеводородов в интервале точки кипения 30–200° C. Некоторые бутаны, кипящие при температуре ниже 38° С, имеет высокое давление паров. Углеводороды в бензине включают многие изопарафины, а также ароматические углеводороды и нафтены, а в бензинах, полученных при крекинге, содержится от 15 до 25% олефинов. Октановое число углеводородов снижается в следующем порядке: изопарафины > ароматические > олефины > нафтены > н-парафины. Имеются различия между компонентами каждой из этих групп, зависящие от структуры молекул и точки кипения. Различные компоненты дают свой вклад в октановое число бензиновых смесей.

Крекинг-бензины содержат значительный процент тех компонентов, при смешении которых образуется моторное топливо. Однако их прямое использование во многих странах законодательно ограничивается, поскольку они содержат заметное количество олефинов, а именно олефины являются одной из главных причин образования фотохимического смога.

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° С. 50%-ная точка, т. е. температура, при которой кипит половина компонентов смеси и которая определяет состав смеси во время прогрева двигателя, а частично и при разгоне транспортного средства, располагается в пределах 98–104° С. Высокое содержание низкокипящих компонентов, таких, как бутаны и пентаны, 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 бензина определяет время прогрева двигателя и эффективность использования топлива.

Октановое число. Октановое число – наиболее важная характеристика бензина. Оно обычно определяется в одноцилиндровой стационарной установке, снабженной различными 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 экстремальные условия давления, температуры и нагрузки; для него 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 условиях при изменяющихся скоростях, нагрузках и ускорениях.

В нефтяной промышленности используются два метода, делающие это сравнение более реальным, – моторный метод и исследовательский метод. Октановое число определяется как среднее из двух таких определений.

Присадки. Практически все бензины содержат различные присадки, в том числе ингибиторы смолообразования и небольшое количество красителя. Законодательством многих промышленно развитых стран существенно снижен допустимый уровень соединений свинца в бензине (этилированный бензин, т. е. содержащий добавки тетраэтилсвинца, повышающие октановое число бензина, составляет менее 20% от всего бензина, вырабатываемого в США).

Керосин – это легчайшее и наиболее летучее жидкое топочное топливо. 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.

Дизельное топливо. Промежуточные нефтяные дистилляты, кипящие при температурах выше, чем керосин, но ниже, чем смазочные масла, представляют собой горючее для средне – и высокоскоростных дизельных двигателей.

Цетановое число. Дизельные топлива оцениваются их цетановым числом – это реальное измерение легкости воспламенения под действием температуры и давления, а не способности горения. При этом топливо сравнивается со смесью цетана – парафинового углеводорода с 16-ю атомами углерода, который легко воспламеняется под давлением, и a-метилнафталина, 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 каталитическом крекинге. Повышение надежности воспламенения 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 улучшают качество топлив.

Реактивные топлива. Реактивные нефтяные топлива могут быть керосиновые либо нафтеновые. Они состоят главным образом из бензина прямой перегонки или керосина в топливах керосинового типа либо топливах №1 нафтенового типа.

Топливо для отопления зданий. Использование легких дистиллятов в качестве бытового топлива постоянно возрастает, так как они удобнее и чище по сравнению, например, с углем. Конкуренцию им составляют природный газ и электричество.

Мазут. Большинство 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 продукты прямой перегонки.

Парафиновые воски являются главным средством для защиты оборудования от действия воды. Все они имеют водяно-белый цвет и температуру плавления в пределах 50–95° С. Микрокристаллические воски используются как изоляция в самых разнообразных отраслях, таких, как электротехническая промышленность и промышленность средств связи, а также при печати, гравировке и т. д. Вазелин, состоящий из тяжелых нефтяных остатков и парафиновых восков, производится фильтрованием цилиндровых дистиллятов и применяется в технике (в качестве антикоррозионной смазки и др.) и медицине (главным образом для изготовления мазей).

Нефтяная промышленность – это главный производитель химикатов. Ее первые успехи в разделении индивидуальных углеводородов были достигнуты при фракционировании природного газа и природного бензина.

Первыми компонентами, выделенными таким путем, были метан, этан, пропан, нормальный бутан, изобутан и пентины. Соответствующим образом спроектированные ректификационные колонны дают возможность выделять из крекинг-газов небольшие фракции с узким диапазоном температур кипения, которые служат первичным сырьем для химического производства, – это углеводороды, имеющие от одного до пяти атомов углерода (как парафины, так и олефины).

Химические продукты, получаемые окислением природного газа. Большое число химикатов производится в промышленных количествах путем окисления природного газа. Они включают метиловый (древесный) спирт, этиловый (пищевой) спирт, пропиловый спирт (с тремя атомами углерода), формальдегид, ацетон, метилэтилкетон, муравьиную кислоту, уксусную кислоту. Из этих компонентов, первично содержащих кислород, производятся многие другие продукты, хорошо известные в органической химии.

Химические продукты, получаемые из олефинов. Олефины в крекинг-газах и низкокипящих фракциях нефти легко реагируют с хлором, хлороводородной кислотой, серной кислотой и другими реагентами, образуя новые исходные вещества для дальнейшей переработки и производства большого числа химических продуктов. Из этого сырья производятся фреоны, гликоли, глицерин, каучук, пластмассы, инсектициды, спирты и моющие средства.

Химические продукты, получаемые с помощью других процессов. Аммиак синтезируется из водорода, получаемого при крекинге природного газа, и азота, извлекаемого дистилляцией из сжиженного воздуха. Азотная кислота и нитрат аммония, используемые для производства удобрений и взрывчатых веществ, также получаются из аммиака.

Http://neftegaz. ru/science/view/696-Metody-pererabotki-nefti

Для студентов, обучающихся по направлениям 240500 – «Химическая технология

Высокомолекулярных соединений и полимерных материалов», 240800 – «Энерго – и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии»,

240900 – «Биотехнология» (специальности 240502 – «Технология переработки пластических масс и эластомеров», 240801 – «Машины и аппараты химических производств», 240902 – «Пищевая биотехнология»). Предназначено для закрепления теоретических

Знаний дисциплин цикла ОПД. Может быть использовано для подготовки инженеров-экологов по направлению 280200 – «Защита окружающей среды» (специальности 280201 – «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»)

Главным источником жидких и твердых углеводородов, используемых в процессах органического синтеза и других отраслях промышленности, является нефть.

Сырая нефть представляет собой маслянистую жидкость от темно-коричневого до зеленого цвета или почти бесцветную. Нефть состоит, главным образом, из алканов (насыщенных углеводородов), имеющих неразветвленное, разветвленное и циклическое строение с числом атомов углерода от 5 до 40. Промышленное название алканов линейного строения – парафины, циклоалканов – нафтены. Кроме того, в состав нефти входят ароматические углеводороды, кислород-содержащие и сернистые соединения.

К высококипящим относятся высокомолекулярные парафи-новые углеводороды, моно-, би-, и трициклические циклопарафи-новые углеводороды, би – и трициклические ароматические углеводо-роды и др.

В сыром виде нефть используется мало. Ее перерабатывают, разделяя на множество составных частей. Фракционный состав определяется температурой начала и конца кипения фракций.

Газовая фракция Представляет собой простейшие алканы – этан, пропан, бутан. Эта фракция имеет промышленное название нефтяной газ и может быть использована в качестве газообразного горючего или подвергнута сжижению под давлением с целью получения сжиженного нефтяного газа, который используется в качестве жидкого топлива или как сырье для получения этилена на крекинг-установках.

Бензиновая фракция Представляет собой смесь различных углеводородов, в том числе неразветвленных и разветвленных алканов и используется для получения различных сортов моторного топлива, который применяют в качестве топлива для поршневых карбюраторных двигателей с искровым зажиганием (самолеты, автотранспорт и др.) Такой бензин должен обладать определенными свойствами (фракционный состав, давление насыщенных паров, достаточная детонационная стойкость, химическая стабильность, отсутствие коррозии аппаратуры).

Детонационная стойкость – важная характеристика бензина. К. П.Д. двигателя внутреннего сгорания тем выше, чем больше степень сжатия смеси паров бензина и воздуха в цилиндре. Однако степень сжатия ограничена характером горения смеси паров в цилиндре. При некоторых степенях сжатия наступает детонация, при которой скорость распространения пламени резко увеличивается (до 2500 м/с). Это сопровождается стуком в цилиндре, перегревом, черным дымом на выхлопе.

Склонность бензина к детонации характеризуется Октановым числом, которое определяется сравнением детонационных свойств бензина со свойствами смеси, состоящей из изооктана и гептана нормального строения. Принимают, что мало склонный к детонации изооктан имеет октановое число 100, а н-гептан, чрезвычайно склонный к детонации, имеет октановое число 0. Октановое число бензина равно процентному содержанию изооктана в стандартной смеси изооктана и н-гептана, которая детонирует при той же степени сжатия, что и испытуемый бензин. Чем больше октановое число, тем выше качество бензина. Октановое число бензиновой фракции получаемой из сырой нефти не превышает 60. Характеристики горения бензина улучшаются при добавлении в него антидетонационной присадки, например тетраэтилсвинца, который входит в состав этиловой жидкости. При горении бензина, содержащего эту присадку, образуются частицы свинца, замедляющие определенные стадии горения и препятствующие детонации. Высококачественный бензин, с высоким содержание ароматических углеводородов и углеводородов построения и, соответственно, большим октановым числом (80) получают в результате крекинга нефтепродуктов.

Лигроин. Большую часть лигроина, получаемого при ректификации нефти, подвергают дальнейшей переработке для получения ненасыщенных газообразных углеводородов, используемых в органическом синтезе, и некоторого дополнительного количества бензина.

Керосин. Эта фракция состоит из алканов, нафталинов и ароматических углеводородов. Основная часть этой фракции используется как горючее для реактивных самолетов. Часть ее подвергается очистке для использования в качестве источника насыщенных углеводородов – парафинов, а другая подвергается крекингу с целью получения бензина.

Газойль (соляровый дистиллят). Фракция носит название дизельного топлива и используется в качестве горючего для дизельных двигателей. Газойль используют как топливо для промышленных печей, часть фракции подвергают крекингу для получения нефтяного газа и бензина.

Мазут. Большая часть используется в качестве жидкого топлива для нагревания котлов и получения пара на промышленных предприятиях. Некоторую часть мазута подвергают вакуумной ректификации для получения дистиллятов, из которых в дальнейшем после очистки получают смазочные масла и парафиновые воски.

Используя процесс коксования (термического разложения без доступа воздуха при 450-500 °С) можно получить из мазута некоторое количество жидкого топлива (бензина и др.) и беззольного нефтяного кокса.

Методы переработки нефти и жидких нефтепродуктов можно разделить на физические и химические. Начальной стадией переработки нефти является прямая перегонка при атмосферном давлении (атмосферная перегонка), при которой из нефти выделяют газовую фракцию, бензин, лигроин, керосин, газойль. Остаток от атмосферной перегонки (мазут) подвергают далее вакуумной перегонке для получения дистиллятов смазочных масел (соляровое, веретенное, машинное, легкое цилиндровое, тяжелое цилиндровое), остаток от перегонки мазута — гудрон (таблица 1).

Http://megapredmet. ru/1-70071.html

В зависимости от получаемых при переработке нефти продуктов существуют три варианта переработки нефти: топливный с получением мо­торного и котельного топлив; топливно-масляный, при котором получают топлива и смазочные масла, и нефтехимический (комплексный), при реализации которого получают не только топлива и масла, но и сырье для химической промышлен­ности — олефины, ароматические и предельные углеводороды и др.

Для всех процессов переработки нефти характерна общность методов. Их можно разделить на две группы: физические и химиче­ские.

Аппаратура, применяемая для осуществления физических и химических процессов переработки нефти и нефтепродуктов, должна обеспечить, во-первых, нагревание до высокой температуры и, во – вторых, разделение получаемых продуктов. Для некоторых химических методов переработки, включающих каталитические процессы, необходимы контактные аппараты. Нагревание нефти или нефтепродуктов производится в трубчатых печах, где передача тепла осуществляется от греющих газов к перерабатываемому материалу через стенки радиантных труб. Разделение продуктов нефтепереработки производится ректификацией в ректификационных колоннах различных типов.

Каталитические процессы нефтеперерабатывающих установок осуществляются в контактных аппаратах различных конструкций. Как правило, катализатор в этих процессах очень быстро теряет активность, и потому контактные узлы включают контактные аппараты и регенераторы. Наряду с основными аппаратами на установках имеются теплообменники, конденсаторы, хранилища и т. д.

Физические методыПереработки заключаются в том, что из нефти или нефтепродуктов получаются индивидуальные углеводороды или чаще их смеси на основании разницы в их физических свойствах – температуре кипения, кристаллизации, растворимости и т. п. Наибольшее распространение получила так называемая прямая перегонка нефти и нефтепродуктов, основанная на разнице в температурах кипения отдельных фракций нефти.

Каждая из фракций в свою очередь может быть разогнана в более узких интервалах температур с получением различных сортов дистиллятов. Перегонку осуществляют под атмосферным давлением. Остаток после перегонки нефти – мазут может быть подвергнут фракционированию под вакуумом во избежание расщепления ув при высоких температурах. Дистилляты разгонки мазута являются сырьем для получения смазочных масел.

В н. в. нефть и мазут перегоняется на т. н. трубчатых установках, где протекают последовательно следующие процессы:

· Предварительный нагрев сырья за счет отнятия тепла от продуктов перегонки в теплообменниках

· Охлаждение продуктов перегонки в теплообменниках, где предварительно подогревается сырье.

Наибольшее распространение получили колонны с барботажными колпачками. Особенностью ректификационных колонн нефтеперерабатывающих установок является то, что они как бы представляют собой несколько поставленных друг на друга простых самостоятельных колонн с отбором по высоте жидкости. Жидкость поступает в расположенные вне колонны отпарные секции и обрабатывается в них паром. При этом получают пары низкокипящих фракций, возвращаемых в колонну, и жидкий нефтепродукт, или его дистиллят.

Перегонку нефти осуществляют в одноступенчатых установках и в двухступенчатых. Т. е. после разгонки сырой нефти, фракции дополнительно разделяют на ректификационных колоннах следующей ступени (чаще всего под вакуумом).

Выход бензинов при прямой гонке зависит от фракционного состава нефти и колеблется от 3 до 15%.

Бензины прямой гонки состоят в основном из парафиновых и нафтеновых ув. Октановое число таких бензинов составляет от 50 до 78. Добавка этиловой жидкости позволяет получить из них бензины с октановым числом до 87-95%.

Химические методыОснованы на глубоких химических деструктивных превращениях, которые претерпевают углеводороды, содержащиеся в нефти или нефтепродуктах под влиянием температуры, давления, катализаторов. Наибольшее распространение среди этих методов получили различные виды крекинга.

Высокотемпературные химические методы переработки нефти и нефтепродуктов включают деструктивные процессы, при которых происходит более или менее глубокие изменения строения молекул исходного сырья. К таким методам относится крекинг фракций перегонки нефти (от лигроина до мазута). Термин «крекинг» произошел от английского слова tо сrеаk, что означает раскалывать, расщеплять. При крекинге происходит расщепление исходных молекул на более мелкие, и наряду с этим протекают вторичные процессы синтеза крупных молекул.

Риформинг – это крекинг низкооктановых бензинов или лигроинов, применяется для повышения октанового числа карбюраторного топлива или для получения ув, используемых в органическом синтезе. Процессы крекинга или Риформинга, проводимые при высоких температурах в отсутствие катализатора, называются термическим крекингом или термическим риформингом, в присутствии катализатора — соответственно каталитическим крекингом или каталитическим риформингом.

Термический крекинг проводится при 470—540° С и 6 МПа. Несмотря на сложность процессов превращения углеводородов при крекинге, можно установить некоторые закономерности поведения отдельных групп углеводородов. Метановые углеводороды могут при высоких температурах подвергаться реакциям разрыва цепей и дегирированию:

Образующиеся олефины подвергаются дальнейшим превраще­ниям. Нафтеновые углеводороды дегидрируются с образованием ароматических углеводородов, например при дегидрировании циклогексана получают бензол:

Ароматические углеводороды могут расщепляться по связи Сар —Сал с отрывом боковой цепи. При этом происходит образо­вание простых ароматических и непредельных углеводородов, например из этилбензола – получается бензол и этилен:

Помимо этого возможна конденсация ароматических углеводоро­дов, которая является источником коксообразования. Непредель­ные углеводороды, получающиеся при крекинге, вступают в реакции конденсации, алкилирования и цик­лизации как друг с другом, так и с исходными продуктами, образуя при этом ароматические и другие сложные углеводороды.

Большинство превращений уг­леводородов имеет цепной меха­низм. Выяснение того, какие из реакций превращений углеводо­родов являются наиболее термодинамически возможными, необ­ходимо для характеристики про­дуктов, получающихся при кре­кинге. Повыше­ние температуры снижает прочность углеводородов. метан при всех температурах устойчивее других соедине­ний; термическая устойчивость парафиновых углеводородов пони­жается при переходе к высшим членам гомологического ряда. Следовательно, при нагревании в первую очередь расщепляются углеводороды с длинной цепью. Место разрыва связи с повышением температуры сдвигается к краю цепи и образуются более устой­чивые углеводороды с короткими цепями вплоть до метана. Однако и метан выше 820 К начинает разлагаться на углерод и водород. Метановые и нафтеновые углеводороды при низких температурах (ниже 500 К) более стабильны, а при высоких температурах более устойчивы ароматические углеводороды и олефины и поэтому при высоких температурах они будут накапливаться в продуктах кре­кинга.

Основным продуктом, производимым на большинстве заводов, является бензин. При некоторой температуре tn начинается раз­ложение малоустойчивых тяжелых углеводородов с образованием более легких углеводородов, входящих в состав бензина. При повышении температуры этот процесс ускоряется и выход бензина (при постоянном времени пребывания в реакторе и дав­лении) увеличивается. Однако дальнейшее повышение температуры вызывает распад легких углеводородов с образованием газов. В результате должен быть максимум выхода бензина, соответствую­щий оптимальной температуре.

Давление не влияет на скорость распада углеводородов. Оно, с одной стороны, подавляет обратимые реакции расщепления, приводящие к образованию газо­образных продуктов, что увели­чивает х6, с другой — благопри­ятствует протеканию вторичных реакций, при которых появляют­ся тяжелые продукты и умень­шается выход бензина. Т. е. характер зависимости такой же как для температуры – экстремальный.

Если стремятся увеличить выход жид­ких продуктов, процесс проводят под повышенным давлением и, на­оборот, если желательно получить больше газов, целесообразно осуществлять крекинг при понижен­ном давлении.

Термический крекинг можно разделить на крекинг, протекающий в двухфазной системе пар—жидкость, так называемый жидкофазный, и крекинг в паровой фазе — парофазный. Пиролиз керосина или других нефтепродуктов — парофазный крекинг, проводимый около 650—750° С и давлении, близком к атмосферному. Высокие температуры процесса обусловливают образование большого количества газообразных продуктов, бога­тых этиленом и другими непредельными углеводородами, и арома­тических углеводородов, служащих сырьем для химических синте­зов.

Каталитический крекинг, т. е. крекинг, прово­димый в присутствии катализаторов, дает высокие выходы бензина и дистиллятов из тяжелого нефтяного сырья; получаемые бензины имеют высокие октановые числа, одновременно с бензинами дости­гается большой выход газов С3 —С4, являющихся сырьем для син­теза органических продуктов. При каталитическом крекинге сер­нистого сырья получают бензины с низким содержанием серы, так как сернистые соединения переходят в газовую фазу. Достоин­ства каталитического крекинга сделали его одним из основных методов промышленной переработки нефти и нефтепродуктов. Присутствие катализатора снижает энергию активации реакций крекинга и благодаря этому скорость каталитического крекинга значительно выше, чем термического. Так, например, каталити­ческий крекинг нафтенов протекает в 500—4000 раз быстрее, чем соответствующий термический. В настоящее время такие возмож­ности каталитического крекинга сделали его важнейшим процессом Деструктивной переработки нефти и нефтепродуктов.

Каталитический крекинг проводится в паровой фазе, при 450— 520° С, 0,1-2 МПа и времени соприкосновения паров сырья с катализатором в несколько секунд. В качестве катализаторов используются пористые, обладающие высокой адсорбционной спо­собностью алюмосиликаты, главным образом синтетические. Химические процессы, протекающие на катализаторе, носят цепной характер.

При каталитическом крекинге наиболее устойчивы нормальные парафиновые и ароматические углеводороды, молекулы которых не содержат боковых цепей. Олефины, нафтены, ароматические угле­водороды с длинными боковыми цепями менее устойчивы и креки­руются легко. Ароматические углеводороды с боковыми цепями крекируются с отрывом колец от боковых цепей без расщепления самих колец. При этом образуются простейшие ароматические и непредельные углеводороды; конденсированные ароматические угле­водороды склонны к процессам коксообразования. Непредельные углеводороды, образующиеся в результате реакций крекинга, рас­щепляются по углерод — углеродным связям, изомеризуются, полимеризуются, а также подвергаются реакциям ароматизации.

Важной реакцией является межмолекулярное перераспределение водорода, заключающееся в насыщении водородом олефинов за счет образования бедных водородом продуктов уплотнения. Ука­занные выше процессы обусловливают, с одной стороны, получение стабильных бензинов благодаря малому содержанию в них непре­дельных углеводородов, а с другой —образование на поверхности катализатора коксовых отложений. Для восстановления активности катализатор реге­нерируют. Регенерация катализатора заключается в выжиге с его поверхности кокса при продувке возду­хом при 550—600° С, после чего ката­лизатор вновь используется для крекин­га.

Технологические процессы каталити­ческого крекинга отличаются друг от друга состоянием слоя катализатора. Существует три вида установок: с не­подвижным, или фильтрующим, слоем катализатора, со взвешенным, или кипящим, слоем катализатора, с движущимся ка­тализатором.

Каталитический риформинг получил большее распространение, чем термический. При каталитическом риформинге образуются ароматические углеводороды благодаря реакциям дегидрогенизации шестичленных нафтенов, дегидроциклизации пара­финов, изомеризации пятичленных нафтенов в шестичленные с по­следующей дегидрогенизацией их в ароматические. Одновременно при этом протекают реакции гидрокрекинга и изомеризации пара­финовых углеводородов. При каталитическом риформинге можно получать высокооктановые бензины или ароматические углеводо­роды: бензол, толуол, ксилол.

Существует ряд промышленных процессов риформинга, отли­чающихся друг от друга используемыми катализаторами, темпе­ратурой, давлением, методами регенерации и состоянием ката­лизатора. Общим для них является проведение реакции под давле­нием водорода, который необходим для того, чтобы затормозить образование углеродистых отложений на катализаторе. Наибольшее распространение получил так называемый платформинг — ката­литический процесс переработки бензино-лигроиновых фракций прямой гонки, проводимый на платиновом катализаторе (платина на окиси алюминия) в присутствии водорода. Если платформинг проводится при 480—510° С и от 1,5 до 3 МПа, то в резуль­тате получают бензол, толуол, ксилол. При давлении около 5 МПа получают бензины с октановым числом без этиловой жидкости около 98. При платформинге протекают процессы гидри­рования олефинов и серусодержащих соединений; последние обра­зу ют сероводород. Благодаря этим процессам бензины платформинга отличаются стабильностью и малым содержанием серы.

При всех способах каталитического риформинга наряду с жидки­ми продуктами образуются газы, содержащие водород, метан, этан, пропан, бутан. Углеводороды газов риформинга можно использо­вать как сырье для органического и неорганического синтезов: .аммиака, метанола и других соединений. Выход газов каталити­ческого риформинга составляет 5—15% от массы сырья.

Очистка нефтепродуктов. Очистка нефтепродуктов необходима потому, что получаемые при перегонке и крекинге продукты содер­жат олефины, диолефины, сернистые, кислородсодержащие и азо­тистые соединения, которые обусловливают нестабильность их свойств, способность давать нагар в цилиндрах двигателей, темный цвет, неприятный запах и т. п. Очистка — это завершающая стадия в производстве моторных топлив и смазочных масел.

Существуют химические и физико-химические методы очистки. К химическим методам принадлежат очистка серной кислотой и гидроочистка, к физико-химическим методам — адсорбционные и абсорбционные способы очистки. Сернокислотная очистка заклю­чается в том, что продукт смешивают с небольшим количеством 90—93%-ной серной кислоты при обычной температуре. В резуль­тате химических реакций получается очищенный продукт и так называемый кислый гудрон, в который и переходят нежелательные примеси. Кислый гудрон, представляющий собой отход, может быть использован для производства серной кислоты. Сернокислот­ная очистка громоздка, требует большого количества реагентов, образуются трудноиспользуемые отбросы и т. п.

В последнее время гидроочистка получает значительное рас­пространение. Она заключается в воздействии водорода на очищае­мый продукт в присутствии алюмо-кобальт-молибденовых катали­заторов при 380— 420° С, давлении от 3,5 до 4МПа. При гидроочистке водород взаимодействует с сернистыми, азотистыми и кислородсодержащими соединениями, образуя легко удаляемые сероводород, аммиак и воду:

Одновременно происходит гидрирование диенов, что повышает стабильность продукта:

Внедрение гидроочистки позволяет использовать высокосернистые нефти для получения нефтепродуктов. Адсорбционный метод очистки заключается в том, что нефтепродукты соприкасаются с адсорбен­тами, так называемыми отбеливающими глинами или силикагелем. При этом адсорбируются сернистые, кислородсодержащие, азо­тистые соединения, асфальты, смолы и легкополимеризующиеся углеводороды, которые и должны удаляться из очищаемого нефте­продукта. Абсорбционные методы очистки заключаются в избира­тельном (селективном) растворении вредных компонентов нефте­продуктов. В качестве избирательных растворителей используются нитробензол, фурфурол, жидкая двуокись серы, дихлорэтиловый эфир и др.

В ряде случаев после очистки нефтепродукты остаются неста­бильными. Стабилизация нефтепродуктов заключается в добавке к ним очень небольших количеств антиокислителей (ингибиторов), резко замедляющих реакции окисления смолистых веществ, дио-лефинов и др. Ингибиторами служат фенолы, ароматические амины, аминофенолы и др.

Http://lektsii. org/16-19537.html

2 раскрыть основные способы переработки нефти, состав нефтепродуктов и их использование в деятельности человека обозначить основные экологические проблемы, связанные с переработкой нефти Цель урока:

4 Физические свойства нефти 1. Густая маслянистая жидкость 2. Цвет от светло – коричневого до чёрного 3. Имеет запах 4. Не растворяется в воде 5. Плотность меньше воды 6. t° кип. – непостоянная

5 Химический состав нефти нефть углеводороды органические вещества, содержащие N, O,S глина, песок, вода алканы циклоалканы арены

7 Классификация нефти по плотности (ρ от 0,65- 1,05 г/см 3 ) Лёгкая Средняя Тяжёлая менее 0,83 г/см 3 от 0,83- 0,86 г/см 3 более 0,86 г/см 3 Сураханское Грозненское Ухтинское ( Азербайджан) (РФ, Чеченская республика) (Республика Коми, РФ)

8 Способы переработки нефти (Цель: получение бензина и веществ для нефтехимии) Очистка Первичная Вторичная – H O (ректификация, 1. Крекинг – S, N,O перегонка) термический, – минеральные соли каталитический 2. Риформинг

9 Перегонка нефти Перегонка – это физический способ разделения смеси компонентов с различными t 0 С кипения на фракции

10 Схема трубчатой установки для непрерывной перегонки нефти. 1 – Трубчатая печь 2 – ректификационная колонна 3 – холодильник

12 Газовая фракция (tкип. до 40°С) Газолиновая фракция бензинов (t кип °C) Лигроиновая фракция(tкип °С) Керосиновая фракция(tкип °С) Дизельное топливо(tкип °С) Мазут-остаток после перегонки нефти, который разделяют на следующие фракции: Соляровые масла Смазочные масла Вазелин Парафин Гудрон-остаток после отгонки мазута. ПЕРЕГОНКА НЕФТИ (ректификация)

13 фракции состав применение Ректифика – ционные газы С 3 Н 8, С 4 Н 10 топливо Бензин С 5 Н 12 – С 11 Н 24 автомобильное топливо Лигроин С 8 Н 18 – С 14 Н 30 тракторное топливо Керосин С 12 Н 26 – С 18 Н 38 ракетное топливо Газойль С 13 Н 28 – С 19 Н 40 дизельное топливо Мазут УВ с числом атомов углерода от 18 до 50 топливо ТЭЦ Продукты ректификации нефти

14 Перегонка мазута на вакуумной установке соляровое масло смазочные масла вазелин парафин Гудрон битум асфальт

15 Продукты первичной переработки нефти Светлые Продукты первичной переработки нефти (ректификации) Тёмные Мазут и его продукты переработки

16 Шухов Владимир Григорьевич ( ) Шухов В. Г. – автор проекта и главный инженер строительства первого российского нефтепровода длиной 10 км от Балаханских нефтяных промыслов до Баку (1878). Несколько позже в Баку он построил первый в мире мазутопровод с подогревом.

17 Крекинг нефтепродуктов (вторичная переработка нефти) Крекинг – термическое разложение нефтепродуктов, приводящее к образованию углеводородов с меньшим числом атомов углерода в молекуле. Виды крекинга: – термический; – каталитический.

19 Химические реакции крекинга В общем виде: С n H 2n+2 C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k С 16 Н 34 С 8 Н 18 + С 8 Н 16 С 8 Н 18 С 4 Н 10 + С 4 Н 8 С 4 Н 10 С 2 Н 6 + С 2 Н 4 В процессе крекинга образуется смесь предельных и непредельных УВ неразветвлённого строения.

20 Химические реакции каталитического крекинга СН 3 -(СН 2 ) 4 – СН 3 СН 3 – СН – СН 3 + СН 2 = СН 2 | СН 3 СН 3 -(СН 2 ) 4 – СН 3 СН 2 =С – СН 3 + СН 3 – СН 3 | СН 3

21 Риформинг (ароматизация) Риформинг – превращение предельных углеводородов в ароматические. Сырье: низкосортный бензин t°, Pt СН 3 -(СН 2 ) 4 – СН 3 C 6 H 6 + 4Н 2

22 Октановая шкала н –гептан СН 3 – СН 2 – СН 2 – СН 2 – СН 2 – СН 2 – СН 3 Изооктан (2,2,4-триметилпентан) СН 3 СН 3 – С-СН 2 – СН-СН 3 СН 3 СН н-гептан изооктан

23 Октановое число (ОЧ) – количественный показатель качества бензина. Определяется специальным прибором.

24 Растворители Взрывчатые вещества Пластмассы Взрывчатые вещества Красители Разные Непредельные углеводороды Водород Метан Бензин Этилен Винный спирт Этиленгликоль Искусственное созревание плодов Ароматические углеводороды Синтетический каучук Растворители Лекарства Сахарин Синтетический аммиак Азотные удобрения

28 Объясните высказывание Д. И.Менделеева о том, что топить нефтью, всё равно, что топить ассигнациями.

Http://www. myshared. ru/slide/1166320/

Основным способом переработки нефти является ее прямая перегонка.

Перегонка — дистилляция (стекание каплями) — разделение нефти на отличающиеся по составу фракции, основанное на различии в температурах кипения ее компонентов.

Фракция — химическая составная часть нефти с одинаковыми химическими или физическими свойствами (температурой кипения, плотностью, размерами), выделяемая при перегонке.

Прямая перегонка — это физический способ переработки нефти с помощью атмосферно-вакуумной установки (рис. 1.1), принцип работы которой заключается в следующем.

В результате нагрева нефти в специальной трубчатой печи 7 до 330. 350 °С образуется смесь паров нефти и неиспарившегося жидкого остатка, поступающая в ректификационную колонну 3 с теплообменниками 2.

В ректификационной колонне (рис. 1.2) происходит разделение нефтяных паров на фракции, составляющие различные нефтепродукты. При этом температура кипения смежных групп получаемых фракций может отличаться всего лишь на 5. 8 ˚С.

1 – трубчатая печь; 2 — теплообменники; 3 — ректификационная колонна; 4 — конденсатор; 5 — сепаратор; 6 — сборник соляра; 7 — вакуумная колонна

Тяжелые фракции нефти, поступая в колонну в жидкой фазе, уже в нижней ее части отделяются от паров и отводятся из нее в виде мазута.

В зависимости от химического состава нефти используют две схемы получения топлива (рис. 1.3). В первом случае в интервале температур кипения от 40 до 150 °С отбирают авиационные бензины и в интервале от 150 до 300 °С — керосин, из которого изготавливают реактивные топлива. Во втором случае в интервале температур кипения от 40 до 200 °С отбирают автомобильные бензины и в интервале от 200 до 350 ˚С — дизельные топлива.

Мазут, остающийся после отгона топливных фракций (60. 80 % от исходной массы нефти), используют для получения масел и крекинг-бензинов.

Углеводороды с температурой кипения ниже 40 °С (попутные газы) используют в качестве добавок к некоторым бензинам и в качестве сырья для получения ряда синтетических продуктов, а также как топливо для газобалонных автомобилей.

Продуктами прямой перегонки нефти (см. рис. 1.1) являются следующие дистилляты: бензин (40. 200 °С); лигроин (110. 230 °С); керосин (140. 300 °С); газойль (230. 330°С) и соляр (280. 350 °С).

1 — металлические тарелки; 2 — отверстия для прохождения паров; 3 — колпачки; 4 — сливные трубки; 5 — цилиндрический корпус

Рис. 1.3. Принципиальные схемы получения важнейших видов топлива для двигателей при перегонке нефти

Средний выход бензиновых фракций, зависящий от свойств добываемой нефти, колеблется от 15 до 25 %. На долю остальных топлив приходится 20. 30 %.

Лигроин, имеющий несколько большую плотность, чем бензин (тяжелый бензин), используется как дизельное топливо и в качестве сырья для получения высокооктановых бензинов.

Газойль, являющийся промежуточным продуктом между керосином и смазочными маслами, используется как топливо для дизелей, а также является сырьем для каталитического крекинга.

Продукты, получаемые способом прямой перегонки, обладают высокой химической стабильностью, так как в них отсутствуют непредельные углеводороды.

Использование для переработки нефти крекинг-процессов позволяет увеличить выход бензиновых фракций.

Крекинг — процесс переработки нефти и ее фракций, основанный на разложении (расщеплении) молекул сложных углеводородов в условиях высоких температур и давлений.

Впервые крекинг был предложен русским ученым А. А. Летним в 1875 г., а разработан — В. Г.Шуховым в 1891 г., но первая промышленная установка была построена в США.

Существуют следующие виды крекинга: термический, каталитический, а также гидрокрекинг и каталитический риформинг.

Термический крекинг используют для получения бензина из мазута, керосина и дизельного топлива.

Например, при нагревании до 500. 550 °С под давлением 5 МПа углеводород цетан, входящий в состав керосина и дизельного топлива, разлагается соответственно на нормальный октан и нормальный октен, которые являются составляющими бензина:

Бензин, получаемый посредством термического крекинга, имеет недостаточно высокое октановое число (66. 74) и большое содержание непредельных углеводородов (30. 40 %), т. е. он обладает плохой химической стабильностью, и его используют в основном только в качестве компонента при получении товарных бензинов.

Новые установки для термического крекинга в настоящее время уже не строят, так как получаемые с их помощью бензины при хранении окисляются с образованием смол и в них необходимо вводить специальные присадки (ингибиторы), резко снижающие темп осмоления.

Каталитический крекинг — это процесс получения бензина, основанный на расщеплении углеводородов и изменении их структуры под действием высокой температуры и катализатора.

Каталитический крекинг на заводской установке был впервые осуществлен в России в 1919 г. Н. Д.Зелинским.

В качестве сырья при каталитическом крекинге (рис. 1.4) используют газойлевую и соляровую фракции, получаемые при прямой перегонке нефти, которые нагревают до температуры 450. 525 °С под давлением 0,15 МПа в присутствии алюмоселикатного катализатора, который ускоряет процесс расщепления молекул сырья и изомеризует продукты распада, превращая их в изопарафиновые и ароматические углеводороды. При этом количество олефинов снижается до 9. 10 %, а октановые числа получаемых бензинов, измеренные по моторному методу, равны 78. 85.

Продукты каталитического крекинга являются обязательными компонентами при производстве бензинов марок А-72 и А-76.

Гидрокрекинг — процесс переработки нефтепродуктов, сочетающий в себе крекирование и гидрирование сырья (газойлей, нефтяных остатков и др.). Такой процесс проводится под давлением водорода 15. 20 МПа при температуре 370. 450°С в присутствии алюмокобальтомолибденового или алюмоникельмолибдено-вого катализаторов.

Октановые числа бензиновых фракций, получаемых в результате гидрокрекинга, — 85. 88 (по исследовательскому методу измерения). Гидрокрекинг повышает также выход светлых нефтепродуктов — бензина, дизельного и реактивного топлива.

В качестве сырья для Каталитического риформинга обычно используют бензиновые фракции первичной перегонки нефти, выкипающие уже при 85. 180°С.

Риформинг проводят в среде водородосодержащего газа (70. 90 % водорода) при температуре 480. 540 °С и давлении 2. 4 МПа в присутствии молибденового или платинового катализатора.

1 — печь для нагрева сырья; 2 — испаритель; 3 — бункер с катализатором; 4 — реактор; 5 — регенератор; 6 — ректификационная колонна; 7 — газосепаратор

Риформинг при использовании молибденового катализатора называется Гидроформинг, а при использовании платинового катализатора — Платформинг. Последний, являющийся более простым и безопасным процессом, в настоящее время применяется значительно чаще.

Каталитический риформинг используют для получения высокооктанового компонента автомобильных бензинов (85 по моторному методу измерения и 95 — по исследовательскому).

Получение смазочных масел. Под влиянием идей Д. И. Менделеева нефтепромышленник В. И.Рогозин в 1876 г. построил около Нижнего Новгорода первый в мире завод по производству масел из мазута.

По способу производства различают дистиллятные и остаточные масла.

При получении Дистиллятных масел мазут нагревают до 420. 430°С (см. рис. 1.1), создавая в вакуумной колонне разрежение в 50 мм рт. ст.

Выход дистиллятных масел из мазута составляет около 50 %, остальное — гудрон.

Остаточные масла — это очищенные гудроны. Для их получения мазут или полугудрон смешивают с сжиженным пропаном (6. 8 частей пропана на одну часть мазута) при температуре 40. 60 °С. Таким образом получают авиационные масла МК-22, МС-20 и трансмиссионное масло МТ-16. МК-22 рекомендовано и для смазки агрегатов некоторых автомобилей, например грузовых автомобилей Минского автозавода.

В смазочных маслах, получаемых из мазута, кроме углеводородов обязательно содержатся нафтеновые кислоты, сернистые соединения и смолисто-асфальтовые вещества, поэтому их, как и топлива, необходимо очищать.

Http://studopedia. ru/15_100405_metodi-pererabotki-nefti. html

Нефть представляет собой смесь углеводородов с различной температурой кипения, поэтому нефть вначале нагревают до образования паровых фаз. Для этого на нефтеперерабатывающих заводах используют трубчатые печи, выложенные из огнеупорного кирпича, внутри которых находятся трубы, по которым гонится нефть со скоростью 2 м/с. В печи посредством специальных форсунок создается пламя. Температура в печи достигает 300—325 °С. При такой температуре и атмосферном давлении перегонка нефти получается неполной. Дальнейшее же повышение температуры приводит к разложению углеводородов. Поэтому давление понижают (рис. 1.1). Таким образом, получают бензин, лигроин, керосин, газойль, масла и нефтяной битум.

Для усиления испарения углеводородов в ректификационную и вакуумную колонны подают водяной пар. Смесь углеводородных паров из печи поступает в нижнюю часть колонны.

Навстречу неиспарившемуся остатку нефти снизу колонны подают перегретый пар. Этот пар нагревает неиспарившийся остаток и увлекает за собой все легкие углеводороды вверх. В нижнюю часть колонны стекает освобожденный от легких углеводородов мазут.

Рис. 1.1. Схема перегонки нефти: 1 — трубчатая печь; 2 — теплообменники; 3 — ректификационная колонна; 4 — конденсатор-холодильник; 5 — сепаратор;

Рис. 1.2. Схема колпачковой ректификационной колонны: 1 — тарелки; 2 — отверстия для прохождения паров; 3 — колпачки; 4 — сливные трубки; 5 — корпус

Сначала в жидкость превращаются пары с высокой температурой кипения. Это соляровое масло, которое кипит при температуре выше 300 °С. Жидкое соляровое масло заливает тарелку до отверстий. Пар, идущий из печи, проходит через слой солярового масла. Углеводороды, температура кипения которых ниже 300 °С, отрываются и поднимаются вверх. Поэтому в соляровом масле, выходящем из ректификационных колонн, нет бензина или керосина.

В ректификационных колоннах насчитывается до 40 тарелок. Они разделены на секции. Через все тарелки сквозь слои конденсата проходят пары.

Таким образом, углеводороды с разной температурой кипения в секциях разделяются и поступают в холодильник, а оттуда поступают в приемник. Из самых верхних секций колонны идет не бензин, а пары бензина, так как 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 приемник.

Основные способы получения топлив из нефти: Прямая перегонка (дистилляция), термический и Каталитический крекинги, Гидрокрекинг и Каталитический риформинг.

Прямая перегонка заключается в нагреве нефти при атмосферном давлении и выделении фракций, различающихся температурами кипения. При температурах от 35 до 200 °С отбирают бензиновую фракцию, от 200 до 300 °С — дизельное топливо. После перегонки остается мазут (до 80 %), который поступает в дистилляционную (вакуумную) колонну. Верхний слой представляет собой соляровый дистиллят (температура кипения 280—300 °С) и является исходным сырьем для крекинг-бензинов и дистилляционных масел: индустриальных, цилиндровых, моторных и т. д.

Лигроин может использоваться как дизельное топливо и в качестве сырья для получения высокооктановых бензинов.

Газойль также используется в качестве дизельного топлива или как сырье для дальнейшей переработки.

Продукты прямой перегонки отличаются высокой химической стабильностью.

Термический и каталитический крекинги используют для увеличения выхода легких фракций из нефти.

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

Сырьем для Термического крекинга является полугудрон — остаток после недостаточно полного отгона масляных фракций. При этом выход бензина составляет 30—35 %. Термический крекинг сопровождается образованием ненасыщенных углеводородов, поэтому бензины термического крекинга характеризуются низкой химической стабильностью и невысокой детонационной стойкостью (октановое число в пределах 66—74). На современных заводах термический крекинг уже не применяют.

Основным методом получения бензина является Каталитический крекинг. Здесь исходным сырьем служит соляровая фракция, представляющая собой смесь углеводородов с числом атомов углерода от 16 до 20, при нагревании которой до температуры 450—550 °С под давлением в 0,15 МПа в присутствии катализатора (используют алюмосиликат) происходит расщепление углеводородов.

Бензин, полученный каталитическим крекингом, по сравнению с бензином, полученным термическим крекингом, обладает большей детонационной стойкостью (октановое число по моторному методу 78—85), так как в нем содержатся углеводороды с разветвленной цепью углеродных атомов.

В бензине каталитического крекинга непредельных углеводородов содержится меньше. Поэтому процессы окисления и полимеризации отсутствуют. Следовательно, такой бензин химически стабилен, т. е. более устойчив при хранении.

Гидрокрекинг — каталитический процесс, предназначенный для получения светлых нефтепродуктов: бензина, керосина, дизельного топлива, а также сжиженных газов. Гидрокрекинг происходит при давлении до 20 МПа и температуре 480—500 °С в среде водорода с катализатором. Благодаря этому ненасыщенные углеводороды не образуются, и полученный бензин имеет высокую химическую стабильность. Сырьем служит полугудрон.

Гидрокрекинг позволяет получить большой ассортимент нефтепродуктов практически из любого нефтяного сырья путем подбора соответствующих катализаторов. Это одни из наиболее эффективных и гибких процессов нефтепереработки. Его можно вести в трех направлениях: ориентировать на максимальный выход бензина, на получение реактивного или дизельного топлив.

Бензины, получаемые в результате гидрокрекинга, имеют по исследовательскому методу октановые числа 85—88. При этом увеличивается выход бензина и керосина. Октановое число бензина гидрокрекинга может повышаться путем каталитического риформинга.

Каталитический риформинг (от англ, Reforming — переделывать, улучшать) — процесс, предназначенный для улучшения качества бензина (повышения его детонационной стойкости). Каталитический риформинг протекает в присутствии водорода при температуре 460—510 °С и давлении 4 МПа. При этом молекулы углеводородов в основном не расщепляются, а преобразуются. Происходит перестройка молекул, что ведет к образованию ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилолов и др.) из алканов и нафтенов и повышению детонационной стойкости. Катализатором процесса служит в основном оксид алюминия с нанесенной платиной (0,6—0,65 %). Применяются также полиметаллические катализаторы, содержащие рений, иридий, германий и др., использование которых позволяет снизить давление с 4 до 2 МПа.

Результатом риформинга бензиновых фракций является выход бензина с октановым числом 80—85 по моторному методу, который составляет 78—82 % от исходного сырья и содержит: 50—65 % ароматических, 35—40 % парафиновых (алкановых), 5 % нафтеновых углеводородов и др.

Коксование тяжелых фракций при крекинге осуществляется при температуре 550 °С и атмосферном давлении. При этом образуются кокс, газообразные углеводороды и жидкая фракция, из которой извлекается бензин.

Синтезирование побочных газообразных продуктов крекинга и коксования направлено на получение высокооктановых компонентов: изооктана, алкилата, алкилбензола и других нефтепродуктов, которые используются в качестве добавок при получении технических сортов бензина.

Очистка автомобильных топлив является заключительной стадией подготовки базовых продуктов. Их необходимо очистить от избытка сернистых соединений, органических окислов и смоли-сто-асфальтеновых веществ.

Для удаления сернистых соединений применяют метод гидроочистки при температуре до 300—430 °С и давлении 5—7 МПа

Http://studref. com/333543/tehnika/sposoby_pererabotki_nefti

Добавить комментарий