Способ переработки нефтяных углеводородов

4.2.3. Природные источники углеводородов, их переработка.

Природный источник углеводородов

Его основные характеристики

Нефть

Многокомпонентная смесь, состоящая преимущественно из углеводородов. Углеводороды представлены в основном алканами, циклоалканами и аренами.

Попутный нефтяной газ

Смесь, состоящая практически только из алканов с длинной углеродной цепью от 1 до 6-ти углеродных атомов, образуется попутно при добыче нефти, отсюда и происхождение названия. Имеет место такая тенденция: чем меньше молекулярная масса алкана, тем его процентное содержание в попутном нефтяном газе выше.

Природный газ

Смесь, состоящая преимущественно из низкомолекулярных алканов. Основной компонент природного газа — метан. Его процентное содержание в зависимости от месторождения газа может быть от 75 до 99%. На втором месте по концентрации с большим отрывом — этан, еще меньше содержится пропана и т.д.

Принципиальное отличие природного газа от попутного нефтяного заключается в том, что в попутном нефтяном газе намного выше доля пропана и изомерных бутанов.

Каменный уголь

Многокомпонентная смесь различных соединений углерода, водорода, кислорода, азота и серы. Также в состав каменного угля входит значительное количество неорганических веществ, доля которых существенно выше, чем в нефти.

Переработка нефти

Нефть представляет собой многокомпонентную смесь различных веществ преимущественно углеводородов. Данные компоненты отличаются друг от друга по температурам кипения. В связи с этим, если нагревать нефть, то сначала из нее будут улетучиваться наиболее легкокипящие компоненты, затем соединения с более высокой температурой кипения и т.д. На данном явлении основана первичная переработка нефти, заключающаяся в перегонке (ректификации) нефти. Данный процесс называют первичным, поскольку предполагается, что при его протекании не происходят химические превращения веществ, а нефть лишь разделяется на фракции с различными температурами кипения. Ниже представлена принципиальная схема ректификационной колонны с кратким описанием самого процесса перегонки:

Перед процессом ректификации нефть специальным образом подготавливают, а именно, избавляют от примесной воды с растворенными в ней солями и от твердых механических примесей. Подготовленная таким образом нефть поступает в трубчатую печь, где нагревается до высокой температуры (320-350 о С). После нагревания в трубчатой печи нефть, обладающая высокой температурой, поступает в нижнюю часть ректификационной колонны, где происходит испарение отдельных фракций и подъем их паров вверх по ректификационной колонне. Чем выше находится участок ректификационной колонны, тем его температура ниже. Таким образом, на разной высоте отбирают следующие фракции:

1) ректификационные газы (отбирают в самой верхней части колонны, в связи с чем их температура кипения не превышает 40 о С);

2) бензиновая фракция (температуры кипения от 35 до 200 о С);

3) лигроиновая фракция (температуры кипения от 150 до 250 о С);

4) керосиновая фракция (температуры кипения от 190 до 300 о С);

5) дизельную фракцию (температуры кипения от 200 до 300 о С);

6) мазут (температуры кипения более 350 о С).

Следует отметить, что средние фракции, выделяемые при ректификации нефти, не удовлетворяют стандартам, предъявляемым к качествам топлив. Кроме того, в результате перегонки нефти образуется немалое количество мазута — далеко не самого востребованного продукта. В связи с этим после первичной переработки нефти стоит задача повышения выхода более дорогих, в частности, бензиновых фракций, а также повышения качества этих фракций. Эти задачи решаются с применением различных процессов вторичной переработки нефти, например, таких как крекинг и риформинг.

Следует отметить, что количество процессов, используемых при вторичной переработке нефти, значительно больше, и мы затрагиваем лишь одни из основных. Давайте теперь разберемся, в чем же заключается смысл этих процессов.

Крекинг (термический или каталитический)

Данный процесс предназначен для повышения выхода бензиновой фракции. Для этой цели тяжелые фракции, например, мазут подвергают сильному нагреванию чаще всего в присутствии катализатора. В результате такого воздействия длинноцепочечные молекулы, входящие в состав тяжелых фракций, рвутся и образуются углеводороды с меньшей молекулярной массой. Фактически это приводит к дополнительному выходу более ценной, чем исходный мазут, бензиновой фракции. Химическую суть данного процесса отражает уравнение:

Риформинг

Данный процесс выполняет задачу улучшения качества бензиновой фракции, в частности повышения ее детонационной устойчивости (октанового числа). Именно эта характеристика бензинов указывается на бензозаправках (92-й, 95-й, 98-й бензин и т.д.).

В результате процесса риформинга повышается доля ароматических углеводородов в бензиновой фракции, имеющих среди прочих углеводородов одни из самых высоких октановых чисел. Достигается такое увеличение доли ароматических углеводородов в основном в результате протекания при процессе риформинга реакций дегидроциклизации. Например, при достаточно сильном нагревании н-гексана в присутствии платинового катализатора он превращается в бензол, а н-гептан аналогичным образом — в толуол:

Переработка каменного угля

Основным способом переработки каменного угля является коксование. Коксованием угля называют процесс, при котором уголь нагревают без доступа воздуха. При этом в результате такого нагревания из угля выделяют четыре основных продукта:

1) Кокс

Твердая субстанция, представляющая собой практически чистый углерод.

2) Каменноугольная смола

Содержит большое количество разнообразных преимущественно ароматических соединений, таких как бензол его гомологи, фенолы, ароматические спирты, нафталин, гомологи нафталина и т.д.;

3) Аммиачная вода

Несмотря на свое название данная фракция, помимо аммиака и воды, содержит также фенол, сероводород и некоторые другие соединения.

4) Коксовый газ

Основными компонентами коксового газа являются водород, метан, углекислый газ, азот, этилен и т.д.

Источник

Природные источники углеводородов, их переработка

Содержание:

Углеводороды – это органические соединения, состоящие из атомов водорода и углерода. Основными источниками данных веществ являются горючие полезные ископаемые – нефть, природный и попутный газ, уголь.

Природные источники углеводородов

Нефть

Нефть – это природная маслянистая горючая жидкость, обладающая специфическим запахом, темно-коричневого (черного, красного, синего, белого) цвета или бесцветная, состоящая из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы (алканов, циклоалканов, аренов) и ряда других химических соединений.

из них: разведано

Различают два вида нефти, в зависимости от плотности и содержания серы:

1. Легкая – извлекается насосами или фонтанным способом. Массовая доля серы – незначительно, вследствие чего ценность продукта выше. Используется для производства горючих продуктов — бензина и керосина.
2. Тяжелая – добывается шахтным способом. Из-за содержания примесей данный вид горючего ископаемого требует дополнительной очистки. Применяется для изготовления различных масел, мазута.

К преимуществам применения топлива можно отнести – простоту, дешевизну добычи и беспроблемность транспортировки.

К недостаткам – низкую ресурсообеспеченность, то есть соотношение между количеством ресурсов и размерами их использования.

Природные источники углеводородов

Характеристики

Нефть

Смесь состоящая из большого количества компонентов, основными из которых являются алканы, циклоалканы и арены.

Попутный нефтяной газ

Смесь состоящая в основном из алканов. Большая часть состоит из пропана.

Природный газ

Смесь, состоящая из низкомолекулярных алканов. Основная составная часть – метан.

Каменный уголь

Смесь, состоящая из разного соотношения соединений углерода, водорода, серы. Неорганические вещества состоят наибольшую часть каменного угля.

Природный газ

Природный газ — это смесь газов, образовавшихся в недрах земли посредством анаэробного разложения органических веществ. Содержание углеводородов в природном ресурсе низкое, 80- 97% составляет метан и незначительный процент – пропан, бутан, этан.

Преимущества данного вида топлива – простота добычи и транспортировки, экономичность.

Недостатки – сложность межконтинентальной транспортировки с помощью дорогостоящих танкеров.

Природный газ не имеет запаха, но для обнаружения протечек вещества в быту, в него добавляют специальные компоненты – меркаптаны. Это связано с тем, что смесь метана с воздухом взрывоопасна, небольшая искра способна спровоцировать происшествие.

Попутный нефтяной газ

Попутный нефтяной газ – это смесь газообразных углеводородов, содержащихся в нефти и выделяющихся при ее добыче и подготовке. Чем ниже молекулярная масса алкана, тем выше его концентрация в природном ресурсе.

Смесь бутана и пропана образует сжиженный газ, который применяется в качестве бытового топлива.

В зависимости от содержания углеводорода попутный газ делится на следующие группы:

• чистый (95–100%);
• углеводородный с примесью углекислого газа 4-20%;
• углеводородный с примесью азота 3-15%;
• углеводородно-азотный, содержанием примесей до 50% соответственно.

Каменный уголь

Данный вид горючего ископаемого относится к твердым, и представляет собой многокомпонентную смесь углеводородов, азота, серы, кислорода и неорганических веществ. Доля углерода составляет 80 %, остальные 20% — органические и неорганические компоненты. Чем выше содержание газа, тем большей теплотворностью обладает вещество, чем ниже – тем дольше уголь может храниться.

Образование данного вида горючего ископаемого проходит в два этапа:

1. Появление торфа из остатков растений и живых организмов.
2. Формирование твердого угля.

Данный вид топлива является достаточно перспективным для получения ряда химических продуктов и энергии.

Их переработка

Полезные ископаемые требуют переработки для дальнейшего использования и получения необходимых продуктов.

Переработка нефти

В сыром виде данный ресурс не применяется. Переработка может быть первичной и вторичной.

1. Первичная переработка – заключается в ректификации нефти, путем ее нагревания, не приводящая к химическим изменениям вещества. В процессе повышения температуры улетучиваются сначала легкокипящие элементы, затем требующие более высокой температуры.

Схема ректификационной колонны

На подготовительном этапе требуется очитка нефти от воды, солей и твердых механических частиц. Далее вещество поступает в трубчатую печь, где подвергается нагреванию до 350 °С. Горячий состав перемещается в нижнюю часть ректификационной колонны, в которой осуществляется испарение отдельных фракций на разные уровни, в зависимости отих температуры кипения:

• ректификационные газы (верхняя часть, температура кипения не более 40 о С);
• бензиновая фракция (35 -200 о С);
• лигроиновая фракция (150 — 250 о С);
• керосиновая фракция (190 — 300 о С);
• дизельную фракцию (200 -300 о С);
• мазут (нижняя часть колонны, температура кипения более 350 о С).

2. Вторичная: крекинг и риформинг – необходимы для повышения выхода после переработки более дорогих и качественных фракций.

Крекинг – способ обработки мазута путем нагревания с совместным воздействием катализатора, для увеличения выхода бензиновой фракции.

Риформинг – направлен на улучшение качественных характеристик бензиновой фракции путем реакций дегидроциклизации.

Переработка природного газа

Содержание примесей в природном газе затрудняет его дальнейшую транспортировку и использование. В связи с этим он подвергается переработке:

1. Сушке – для удаления серы и воды.
2. Переработка производственным методом в целях придания товарного вида:
   • термохимическим способом – при высокой температуре и давлении;
   • физико-энергетическим – охлаждением или нагреванием ресурса для его сжатия и деления;
   • химико-каталитическим – методом парциального окисления или паровой, углекислой конверсии.

В результате процессов образуются вещества: источники энергии и химические продукты (аммиак, уксусная кислота, метонол и др.).

Обработка попутного нефтяного газа

Концентрация продуктов нефтепереработки негативно влияет на экологию и здоровье населения. В связи с этим возникла необходимость в переработке ПНГ и практическом применении.

Существуют несколько способов утилизации и переработки:

1. Фракционный метод – основан на разделении газа на компоненты.
2. Закачка в пласт нефти, для повышения давления и увеличения объемов добычи.
3. Мембранная очистка с дальнейшим сжижением и использованием для получения топлива и нефтехимического сырья.
4. Переработка в сжиженный газ.

Переработка каменного угля

Переработка данного вида ресурса называется коксованием, которое осуществляется путем накаливания угля до 900-1100°С без доступа воздуха.

В результате получаются следующие продукты:

• кокс с высоким содержанием углерода;
• коксовый газ;
• каменноугольная смола.

Более 90% всей энергии, потребляемой человечеством в настоящее время, добывается из ископаемых природных органических соединений. ПО своим свойствам газ превосходит нефть.

Источник