Методы перегонки способы испарения нефти

Первичные процессы переработки нефти на НПЗ, ее фракционный состав и устройство ректификационных колонн

Нефть состоит из множества компонентов — фракций, — свойства, область применения и технологии переработки которых различны. Первичные процессы нефтеперерабатывающего производства позволяют выделить отдельные фракции, подготовив тем самым сырье для дальнейшего получения всем нам хорошо знакомых товарных продуктов — бензина, дизеля, керосина и многих других

Стабильность прежде всего

Прежде чем попасть на производство, нефть еще на промысле проходит первоначальную подготовку. При помощи газонефтяных сепараторов из нее удаляют наиболее легкие, газообразные составляющие. Это попутный нефтяной газ (ПНГ), состоящий преимущественно из метана, этана, пропана, бутана и изобутана, то есть из углеводородов, в молекулах которых содержится от одного до четырех атомов углерода (от CH4 до C4H10). Этот процесс называется стабилизацией нефти — подразумевается, что после него нефть будет сохранять свой углеводородный состав и основные физико-химические свойства при транспортировке и хранении.

Объективно говоря, разгазирование пластовой нефти начинается еще в скважине по мере продвижения ее наверх: из-за падения давления в жидкости газ из нее постепенно выделяется. Таким образом, наверху приходится иметь дело уже с двухфазным потоком — нефть / попутный газ. Их совместное хранение и транспортировка оказываются экономически невыгодными и затруднительными с технологической точки зрения. Чтобы переместить двухфазный поток по трубопроводу, необходимо создать в нем условия постоянного перемешивания, чтобы газ не отделялся от нефти и не создавал в трубе газовые пробки. Все это требует дополнительных затрат. Намного проще оказывается пропустить газонефтяной поток через сепаратор и максимально отделить от нефти ПНГ. Получить абсолютно стабильную нефть, составляющие которой совсем не будут испаряться в атмосферу, практически невозможно. Некоторое количество газа все равно останется и будет извлечено в процессе нефтепереработки.

Кстати, сам попутный нефтяной газ — это ценное сырье, которое может использоваться для получения электроэнергии и тепла, а также в качестве сырья для нефтехимических производств. На газоперерабатывающих заводах из ПНГ получают технически чистые отдельные углеводороды и их смеси, сжиженные газы, серу.

Из истории дистилляции

Дистилляция, или перегонка, — процесс разделения жидкостей путем их испарения и последующей конденсации. Считается, что впервые этот процесс освоили в Древнем Египте, где он применялся при получении из кедровой смолы масла для бальзамирования тел умерших. Позднее смолокурением для получения кедрового масла занимались и римляне. Для этого горшок со смолой ставили на огонь и накрывали шерстяной материей, на которой собиралось масло.

Аристотель описал процесс дистилляции в своей работе «Метеорология», а также упоминал вино, пары которого могу вспыхнуть — косвенно подтверждение того, что его предварительно могли подвергнуть перегонке, чтобы повысить крепость. Из других источников известно, что вино перегоняли в III веке до н. э. в Древнем Риме, правда, не для получения бренди, а для изготовления краски.

Следующие упоминания дистилляции относятся к I веку н. э. и связаны с работами александрийских алхимиков. Позднее этот метод у греков переняли арабы, которые активно использовали его в своих опытах. Также достоверно известно, что дистилляцией алкоголя в XII веке занимались в Салернской врачебной школе. В те времена, впрочем, дистилляты спирта употреблялись не как напиток, а в качестве лекарства. В XIII веке флорентийский медик Тадео Альдеротти впервые осуществил фракционирование (разделение) смеси жидкостей. Первая книга, целиком и полностью посвященная вопросам дистилляции, была опубликована в 1500 году немецким врачом Иеронимом Бруншвигом.

Долгое время для перегонки применялись достаточно простые устройства — аламбик (медный сосуд с трубкой для отвода пара) и реторта (стеклянная кол-ба с узким и длинным наклонным носиком). Техника стала совершенствоваться в XV веке. Однако предшественники современных ректификационных колонн для перегонки нефти, в которых происходит теплообмен между противонаправленными потоками жидкости и пара, появились лишь в середине XIX века. Они позволили получать спирт крепостью 96% с высокой степенью очистки.

Также на месторождении от нефти отделяют воду и механические примеси. После этого она поступает в магистральный нефтепровод и отправляется на нефтеперерабатывающий завод (НПЗ). Прежде чем приступить к переработке, нефть необходимо очистить от содержащихся в ней солей (хлоридов и сульфатов натрия, кальция и магния), которые вызывают коррозию оборудования, оседают на стенках труб, загрязняют насосы и клапаны. Для этого используются электрообессоливающие установки (ЭЛОУ). Нефть смешивают с водой, в результате чего возникает эмульсия — микроскопические капельки воды в нефти, в которых растворяется соль. Получившуюся смесь подвергают воздействию электрического поля, из-за чего капли соленой воды сливаются друг с другом и затем отделяются от нефти.

Нефть представляет собой сложную смесь углеводородов и неуглеводородных соединений. С помощью первичной перегонки ее можно разделить только на части — дистилляты, содержащие менее сложную смесь. из-за сложного состава нефтяные фракции выкипают в определенных температурных интервалах.

Фракционный состав

Многие процессы на НПЗ требуют подогрева нефти или нефтепродуктов. Для этого используются трубчатые печи. Нагрев сырья до требуемой температуры происходит в змеевиках из труб диаметром

Нефть состоит из большого количества разных углеводородов. Их молекулы различаются массой, которая, в свою очередь, определяется количеством составляющих их атомов углерода и водорода. Чтобы получить тот или иной нефтепродукт, нужны вещества с совершенно определенными характеристиками, поэтому переработка нефти на НПЗ начинается с ее разделения на фракции.

Согласно исследованию нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, проведенному Американским нефтяным институтом, номенклатура нефтепродуктов, выпускаемых на современных НПЗ и имеющих индивидуальные спецификации, насчитывает более 2000 пунктов.

В одной фракции нефти могут содержаться молекулы разных углеводородов, но свойства большей части из них близки, а молекулярная масса варьируется в определенных пределах. Разделение фракций происходит путем перегонки нефти (дистилляции), основанной на том, что у разных углеводородов температура кипения различается: у более легких она ниже, у более тяжелых — выше.

Основные фракции нефти определяют по интервалам температур, при которой кипят входящие в них углеводороды: бензиновая фракция — 28—150°C, керосиновая фракция — 150—250°C, дизельная фракция, или газойль, — 250—360°C, мазут — выше 360°C. Например, при температуре 120°C большая часть бензина уже испарилась, но керосин и дизельное топливо находятся в жидком состоянии. Когда температура поднимается до 150°C, начинает кипеть и испаряться керосин, после 250°C — дизель.

Существует ряд специфических названий фракций, используемых в нефтепереработке. Так, например, головной пар — это наиболее легкие фракции нефти, полученные при первичной переработке. Их разделяют на газообразную составляющую и широкую бензиновую фракцию. Боковые погоны — это керосиновая фракция, легкий и тяжелый газойль.

От колонны к колонне

Ректификационная колонна

Ректификационная колонна — вертикальный цилиндр, внутри которого расположены специальные перегородки (тарелки или насадки). Пары нагретой нефти подаются в колонну и поднимаются вверх. Чем более легкие фракции испаряются, тем выше они поднимутся в колонне. Каждую тарелку, расположенную на определенной высоте, можно рассматривать как своего рода фильтр — в прошедших ее парах остается все меньшее количество тяжелых углеводородов. Часть паров, конденсировавшихся на определенной тарелке или не достигнув ее, стекает вниз. Эта жидкость, носящая название флегмы, встречается с поднимающимся паром, происходит теплообмен, в результате которого низкокипящие составляющие флегмы снова превращаются в пар и поднимаются вверх, а высококипящие составляющие пара конденсируются и стекают вниз с оставшейся флегмой. Таким образом удается достичь более точного разделения фракций. Чем выше ректификационная колонна и чем больше в ней тарелок, тем более узкие фракции можно получить. На современных НПЗ высота колонн превышает 50 м.

Простейшую атмосферную перегонку нефти можно провести путем обычного нагревания жидкости и дальнейшей конденсации паров. Весь отбор здесь заключается в том, что собирается конденсат паров, образовавшихся в разных интервалах температуры кипения: сначала выкипают и затем конденсируются легкие низкокипящие фракции, а затем средние и тяжелые высококипящие фракции углеводородов. Конечно, при таком способе говорить о разделении на узкие фракции не приходится, так как часть высококипящих фракций переходит в дистиллят, а часть низкокипящих не успевает испариться в своем температурном диапазоне. Чтобы получить более узкие фракции, применяют перегонку с ректификацией, для чего строят ректификационные колонны

50
метров и больше может достигать высота ректификационных колонн на современных нпз

Отдельные фракции могут подвергаться и повторной атмосферной перегонке для разделения на более однородные компоненты. Так, из бензинов широкого фракционного состава получают бензольную, толуольную и ксилольную фракции — сырье для получения индивидуальных ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилола). Повторной перегонке и дополнительному разделению могут подвергать и дизельную фракцию.

Перегонка нефти на современных атмосферных установках может осуществляться как однократное испарение в одной ректификационной колонне, двукратное испарение в двух последовательно расположенных колоннах или перегонка с предварительным испарением легких фракций в колонне предварительного испарения.

Перегонка нефти на современных атмосферных установках и на атмосферных секциях комбинированных установок может осуществляться разными способами: как однократное испарение в одной ректификационной колонне, двукратное испарение в двух последовательно расположенных колоннах или перегонка с предварительным испарением легких фракций в колонне предварительного испарения. Также ректификационные колонны могут быть вакуумными, где конденсация паров происходит при минимальном давлении.

Фракции, кипящие при температуре свыше 360°C, при атмосферной перегонке (перегонке при атмосферном давлении) не отделяются, так как при более высокой температуре начинается их термическое разложение (крекинг): крупные молекулы распадаются на более мелкие и состав сырья меняется. Чтобы этого избежать, остаток атмосферной дистилляции (мазут) подвергают перегонке в вакуумной колонне. Так как в вакууме любая жидкость кипит при более низкой температуре, это позволяет разделить и более тяжелые составляющие. На этом этапе выделяются фракции смазочных масел, сырье для термического или каталитического крекинга, гудрон.

В ходе первичной переработки получают разные виды сырья, которые затем будут подвергаться химическим преобразованиям в рамках вторичных процессов. У них уже привычные названия — бензин, керосин, дизель, — но они еще не соответствуют требованиям к товарным нефтепродуктам. Их дальнейшая трансформация необходима, чтобы улучшить потребительские качества, очистить, создать продукты с заданными характеристиками и повысить глубину переработки нефти.

Источник

Первичная и вторичная перегонки нефти: цели и различия

Для получения нефтепродукта сырье разделяется на несколько фракций и проходит степени обработки. Перегонка нефти в итоге даёт возможность получить сложную смесь углеводородных соединений в виде маслянистой, вязкой жидкости. Плотность её меньше, чем воды, поэтому на поверхности жидкости нефть образует тонкую плёнку. Добыча сырья происходит в горных породах, так называемых коллекторах с разной степенью проницаемости.

Применение нефтепродуктов

В зависимости от состава, сырье может использоваться в различных отраслях. Чаще всего, кроме основных элементов, сюда входят:

• Парафины нормального типа.
• Циклопарафины.
• Ароматические углеводороды.

Учёные считают, что нефть является остатками животных и растений, населяющих земной шар. Теория органического происхождения была популярной несколько десятков лет. Действительно, в составе можно найти азотистые соединения, что появились вследствие разложения живых организмов.

Суть неорганической теории заключается в действии воды на карбиды металлов (соединения с углеродом). Для динамики процесса сыграли роль и другие компоненты:

• Высокая температура.
• Смена давления.
• Окружающая среда.
• Воздействие водорода.

Добывается сырье на глубине нескольких километров с помощью специальных насосов. Благодаря давлению между шарами пород скапливается газообразная субстанция, а уже под ней находится нефть.

Сырье важно не только для народного хозяйства, но и для комплексного развития экономики, ведь в процессе переработки получается продукт, способный влиять на создание каучука, спиртов, полиэтилена, пластмасс и изделий из них. Она служит реактивным топливом.

В процессе перегонки нефти получаются разные виды топлива, что используются в индустриальных отраслях и быту.

В последнее время развитие и добыча угольной промышленности отошла на второй план, уступая место газу и нефти. Потребление продукта для энергетических целей снизилось, но повысилась роль сырья для создания химических компонентов.

Первичная переработка

Процесс перегонки нефти производится с целью получения очищенного продукта. На начальном этапе проводится обессоливание и обезвоживание на специальных аппаратах. После первого периода в составе нефти содержится 2−3 мг солей на литр.

Удаление жидких углеводородов возможно благодаря изменению температуры. Когда продукт начинает кипеть, запускаются реакции по выделению фракций. Температура зависит от количества углеводорода в составе и места добычи.

В зависимости от этого показателя выделяется:

• Бензин (оптимальная температура 180 градусов).
• Реактивное топливо (кипение возникает так же, как у бензина, но выкипать начинает только от 190 до 230 градусов).
• Дизельное топливо. Температура здесь выше, чем у реактивного.

После окончания процесса перегона нефти остаётся мазут, который также используется в промышленных отраслях для ремонта и обслуживания механизмов. При первичной переработке вырабатываются разные компоненты.

В процессе начинает выделяться пара, которые специальными насосами убирают с поверхности. В большинстве случаев после первичной переработки надо провести дополнительные процедуры очистки и отфильтровать полученные компоненты. В их составе ещё много углеводородов, которые надо удалить.

Методы получения чистого продукта

Благодаря современному оборудованию и круглой автоматизации процесса, можно говорить о разных способах получения чистого продукта из натурального сырья. Для этого проводится неоднократная перегонка нефтяных фракций с помощью:

• Техники однократного испарения (равновесная дистилляция). Суть заключается в постепенном нагревании продукта до начала выделения пара и разложения его на составляющие.
• Ректификации.
• Испаряющего агента. Метод дорогой и требует смешивания продукта с другими элементами. Важна пропорциональность и правильно составленная формула для конкретного состава. Испаряющим агентом могут быть те же углеводороды.
• Вакуума или повышения давления.

Способ дистилляции является наиболее популярным, ведь чистого продукта в итоге получается больше, нежели от обычного выпаривания. Фракционная перегонка даёт возможность на начальном этапе получить готовые составляющие и топливо, использовать сырье без дополнительной очистки.

После того как нужные компоненты уже получены, можно приступать ко вторичной технике обработки.

Процедура крекинга

Процесс перегонки нефти основан на различии элементов в итоге. Если первичная процедура позволяет разделить сырьё на несколько вариантов топлива, то вторичный процесс предназначается для увеличения добычи мазута и конкретного вида топлива.

В основе методики лежит использование высоких температур для выпаривания элементов, у которых меньшая молекулярная масса. В результате получаются масла для техники, компоненты для создания пластика и другие варианты сырья химической промышленности.

В ядре процесса лежит образование свободных радикалов на фоне основного состава сырья. По эффективности и способу действия все вторичные методы делятся на несколько категорий:

• Углубляющие. Сюда относится изготовление битумов и главный процесс вторичной обработки.
• Облагораживающие. В основе процедуры — насыщение добавочными компонентами уже имеющегося сырья. Риформинг, изомеризация, может проводиться и гидроочистка.
• Дополнительные процессы по выработке разных групп масел и дополнительных веществ для производства ароматических углеводородов.

Выбор техники зависит от желаемого результата. Использование добавочных фильтров в работе даёт возможность очистить продукт от отходов и увеличить его качество.

Виды и особенности

В процессе термического разложения углеводородов используются дополнительные элементы и фильтры. Выделяется несколько подвидов методики:

• Жидкофазный этап позволяет получить из нефти максимум бензина и минимум отходов. Наиболее популярный метод, благодаря которому уменьшается число газов, в итоге остаётся приблизительно 10%.
• Парофазный метод заключается в выходе ароматических соединений и большого количества газа.
• Пиролизный крекинг ограничивает доступ воздуха к нефти и под давлением раскладывает формулы соединений на простые.
• Деструктивный тип гидрирования — увеличение давления с использованием катализаторов, используется для добычи бензина. Выход продукта составляет до 90%.

Также применяется и каталитический этап обработки, в котором, кроме катализаторов, используются алюмосиликаты. В итоге получаются газообразные продукты. Независимо от типа перегонки нефти обязательно проводятся процедуры добавочной фильтрации для качественной очистки.

Дополнительные техники

Риформинг используется для ароматизации нефтепродуктов. Чаще всего для процедуры применяются бензиновые фракции с высокой температурой кипения. В итоге повышается октановое число бензина, а сама фракция обогащается ароматическими соединениями. Продукт может использоваться для создания автомобильного топлива или для разложения компонентов на ароматические составляющие и выработок толуола, бензола и ксилолов.

Гидроочистка состоит из чередования действия водорода при высокой температуре и повышенном давлении. Это фильтрация готового продукта, удаление из его состава ненужных серных соединений, снижение количества разных смол и кислородосодержащих соединений. Техника считается одной из наиболее популярных вариантов вторичной переработки.

Каталитический крекинг относится к сложным процедурам и требует не только специального оборудования, но и составления формул для дозировки компонентов. Целью процедуры является получения бензина и группы жирных газов за счёт расщепления молекул тяжёлых углеводородов.

Отходом техники является компонент в составе мазута. Это наиболее экономичный метод вторичной обработки, поскольку практически все элементы входят в состав веществ, которые используются в разных отраслях промышленности.

В основе процедуры гидрокрекинга лежит:

• Очистка с помощью углеводородов и давления.
• Расщепление тяжёлых молекул на более мелкие.
• Насыщение водородом.

В зависимости от типа влияния выделяется мягкий и жёсткий процесс. Первый вариант применяется для получения дизельного топлива, а второй — для керосиновых и бензиновых фракций. Процедуры коксования и изомеризации относятся к вторичным дополнительным и используются для получения остатков и компонентов для продукции.

Основные фракции

В процессе переработки нефти и разложения её на дополнительные компоненты выделяются фракции. На получение того или иного компонента влияет тип переработки и количество этапов. Дополнительное фильтрование и очистка дают возможность получить качественный продукт.

• Газолиновая фракция. Для её получения необходимо использовать высокую температуру. В результате можно получить бензин и газолин.
• Лигроиновый этап. Позволяет создавать горючее для тракторов, продукт в процессе обработки будет содержать большое количество тяжёлых молекул. На следующих этапах переработки из лигроина можно получить бензин, но с применением дополнительной фильтрации.
• Керосиновая фракция. На этапе производится реактивное топливо.
• Газойлевый этап. Благодаря повышению температуры и использованию специального оборудования производится дизельное топливо, которое сразу без фильтрации можно использовать для заправки автомобилей.

Из нефти можно выделить приблизительно 25% бензина, остальное — продукты для промышленности. Благодаря теории строения органических соединений можно говорить об увеличении процесса разгонки нефти и получения большего количества топлива.

Источник