Методы переработки нефти
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, принцип работы которой заключается в следующем.
В результате нагрева нефти в специальной трубчатой печи до 330...350 °С образуется смесь паров нефти и неиспарившегося жидкого остатка, поступающая в ректификационную колонну с теплообменниками .
В ректификационной колонне 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.
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 являются следующие дистилляты:
бензин (40...200 °С);
лигроин (110... 230 °С);
керосин (140...300 °С);
газойль (230... 330°С) :
соляр (280...350 °С).
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 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 превращает продукты распада 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 алюмоникельмолибденового 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.
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 , 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.
