Сравнительная характеристика способов переработки топлив

Методы и способы переработки топлива

Переработка твердого топлива занимает важное место в цепочке производства готового продукта для дальнейшего использования и потребления клиентами. Переработка нефти, как и переработка ядерного топлива, может происходить как физическим, так и химическим путём. Физически топливо можно переработать путём прямой перегонки. Химический путь предполагает множество вариантов:

• Гидрокрекинг;
• Термический крекинг;
• Пиролиз;
• Каталитический крекинг;
• Каталитический риформинг.

Все эти методы используются в разных условиях и для определенного сырья, каждый метод дает свой собственный эффект и создает при этом разные вторичные продукты.

Производство нефтепродуктов с помощью прямой перегонки

Сама нефть содержит в себе широкий спектр углеводородов. Они все отличаются по строению, то есть по количеству атомов в молекуле. Из-за такого сильного разброса по её составу, температура кипения нефти не имеет точного значения, и разные углеводороды выкипают при разной степени нагревания. Таким образом, самые тяжёлые молекулы долго задерживаются, а лёгкие наоборот выкипают при температуре в 30-50 градусов по Цельсию. Получается, что каждая фракция может быть легко отделена от других и конденсирована. Таким методом твердый продукт приходится разделять на части и к дальнейшей обработке.

Прямая перегонка предполагает жёсткое разделение углеводородов по температуре кипения. На нефтеперерабатывающий завод жидкое сырьё поступает непрерывно с помощью крупных насосных установок. Это делается, чтобы производство продукта шло постоянно, и не было никаких проблем с поставками. Сырьё закачивается в трубчатые печи, где происходит нагревание под температурой около 350 градусов. После этого горячий продукт попадает в ректификационную колонну, где и происходит её разделение на фракции. Мазут остаётся внизу, а пары углеводородов испаряются вверх, лёгкие конденсируются на верхних частях колонны, тяжёлые на низших, а самые лёгкие выходят сверху колонны в виде пара. Таким образом, физически происходит переработка нефти в дизельное топливо, мазут, керосин и некоторые виды бензина.

Процесс термического крекинга

Производство нефти методом термического крекинга представляет собой расщепление молекул на более твёрдые или более лёгкие части. Этот процесс происходит искусственно с дальнейшим получением фракция дизеля, бензина и керосина. Эти методы переработки топлива относят к химическому пути нефтепереработки.

Классификация термического крекинга выделяет жидкофазный и парофазный способы. К первому виду относится нагрев нефти до температуры около 500 градусов при высоком давлении в 20-50 атмосфер. Сейчас это основной способ переработки нефти. При парофазном крекинге происходит нагрев до 550 градусов, но при низком давлении. Сейчас этот метод не используют, из-за большого количества смесей, смол и низкой эффективности.

Сейчас жидкофазный крекинг – это наиболее технологичный источник основных фракций . Он активно используется, чтобы получать автобензин, авиакеросин и дизельное топливо, а также является источником мазута, как побочного материала.

Каталитический крекинг

Одним из новейших способов переработки топлива является крекинг с использованием катализаторов. Так же, как и при любом другом крекинге, здесь происходит расщепление молекул с при высокой температуре. В отличие от термического, давление здесь близко к атмосферному, а не превышает его. Важнейшим фактором этого способа является использование особых катализаторов, обычно это алюмосиликаты. Благодаря им, в нефти происходит процесс изомеризации и фракции становятся более устойчивы с химической стороны.

При каталитическом крекинге 78 процентов получаемого вещества составляет бензин, что весьма высоко. Сам бензин получается более качественным, устойчивым к детонации и примесям. Сейчас это наиболее эффективный способ получения топлива, который основывается на природе строения молекул углеводорода и новейших открытиях науки. Его изобретение имело большое значение для всей нефтяной индустрии, начав новый этап в производстве светлых нефтепродуктов.

Гидролитический крекинг

Это особый вид каталитического крекинга, при котором сырьё расщепляется с использованием водорода при температуре в 500 градусов и давлением в 200 атмосфер. Катализаторами здесь обычно выступают вольфрам или платина. Такой метод используется только для производства турбореактивных двигателей.

Источник

Как перерабатывают топливо жидкое и твердое

В цепочке получения топлива важное место занимает переработка исходного продукта – нефти. Методы могут применяться химические и физические. К последним относится способ прямой перегонки. Химический путь имеет варианты:

• крекинг термический, каталитический и гидро;
• пиролиз;
• риформинг каталитический.

Выбор метода производства зависит от состава используемого сырья и качества ГСМ, которое хотят получить. Каждый из методов имеет достоинств, недостатки и сопровождается получение различных вторичных продуктов.

Методы переработки топлива в зависимости от агрегатного состояния

Топливо, которое широко используется потребителем, бывает в трех агрегатных состояниях:

Выбор способа, который будет применен для переработки топлива, во многом определяется именно его агрегатным состоянием.

Вещества, которые при сжигании выделяют тепловую энергию, называют топливом. Без него не обходятся ни в одной промышленной отрасли. По происхождению, т.е. по тому, находится ли оно в природе в первозданном виде или его получают переработкой, топливо бывает естественным и искусственным.

Методы переработки жидкого топлива

Для получения жидкого топлива, широко используемого в промышленности и быту, исходным сырьем служит нефть.

Для этого применяют один из двух методов — физический или химический. Первый состоит в перегонке и расщеплении нефти на фракции. Вначале извлекается под давлением моторное масло и мазут. Затем с помощью вакуумной технологии на спецустановке его перерабатывают, получая от 10 до 25 процентов бензина (от общего объема исходного сырья).

Более эффективным является второй метод, позволяющий получить качественного продукта в разы больше. На нефть воздействуют температурой или используют химические элементы (крекинг), что приводит к разделению тяжелых молекул углеводородов. В результате образуются продукты с небольшим молекулярным весом. Таким способом получают бензин, объем которого от общего объема сырья может доходить до 70%.

Основные способы переработки твердого топлива

К твердому топливу относятся: уголь каменный и бурый, антрацит и торф. Для их переработки применяют некаталитическое преобразование, для которого требуется очень высокая температура. В результате распада, на выходе имеют жидкость, твердый остаток и газ.

Всего способов 4:

• полукоксование и коксование;
• деструктивная гидрогенизация;
• газификация.

Уголь, перед отправкой на коксование, подлежит сортировке. Затем дроблению, обезвоживанию и обогащению. Длительность процесса, проходящего в специальных печах – 13-14 часов. Получившийся газ в своем составе содержит ценнейшие составляющие: аммиак, бензол, сероводород и другие. Итоговыми продуктами являются: кокс, смолы, шлак, полукокс, ДТ, керосин, бензин и т.д.

Ценные продукты для промышленности, которые дает переработка

Помимо указанных видов топлива, широкое применение имеет газовое (в промышленности и в быту для обогрева строений). Также без него не обойтись при производстве минеральных удобрений, моющих средств, каучуков, пластмасс. Чтобы превратить газообразное топливо в химическое сырье, необходимо его разделить на узкие фракции или компоненты. Для этого выбирают:

• конденсацию при низкой температуре: охлажденный газ, превратившись в двухфазную систему, разделяется на жидкость и газ;
• абсорбцию, суть которой заключается в извлечении компонентов с помощью жидких охлажденных углеводородов с проведением впоследствии десорбции;
• ректификацию низкотемпературную, предполагающую охлаждение газа под высоким давлением, выделение конденсата и их разделение.

Качественная переработка дизельного топлива от лучших заводов

Сложный процесс получения ДТ, еще и очень затратный, поскольку нуждается в постоянной модернизации, ремонте и замене оборудования. Поэтому проходит он на крупных нефтеперерабатывающих заводах, где строго соблюдаются технологии производства, производится многоступенчатый контроль качества на всех этапах:

• первичной обработки: обезвоживание исходного сырья, удаление механических включений, разделение на фракции (ректификация);
• вторичной: изменение химсостава, процентного содержания углеводородов с применение каталитического или термического крекинга, удаление серы;
• смешивание компонентов топлива, добавление (в случае необходимости) различных присадок.

В России крупнейшим производителем топлива является московский НПЗ. Всего же крупных заводов по переработке нефти в стране 32 (правда, некоторые в настоящее время работают не на полную мощность). Помимо них имеется много мини-НПЗ. Во времена Союза при их строительстве исходили из 2 факторов:

• минимизировать затраты на транспортировку (заводы строили в непосредственной близости к месту добычи нефти);
• близость к району потребления.

Сегодня продукция заводов предназначена не только дл внутреннего потребления, но также для экспортирования в другие страны.

Производство нефтепродуктов с помощью прямой перегонки

Природная нефть состоит из спектра углеводородов, отличающихся строением и температурой кипения, поэтому фракции не сложно разделить и сконденсировать, получив бензин, керосин, мазут и пр.

Такой процесс называется прямой перегонкой нефти. Сырье с помощью мощных насосов непрерывно поступает на нефтеперерабатывающий завод, что обеспечивает непрерывность процессу. Оно закачивается в трубчатые печи, нагревается до 350 градусов, направляется в ректификационную колонну, где и происходит процесс разделения на фракции. Тяжелый мазут остается снизу, а легкие пары углеводородов поднимаются вверх, где происходит пофракционный отбор.

Процесс термического крекинга

Этот процесс относится к химической переработке нефти. Он позволяет молекулы расщеплять на легкие или более твердые части с получением в конечном итоге фракций бензиновых, дизельных и керосиновых.

Крекинг термический подразделяется на парофазный и жидкофазный. Для первого температура нагрева составляет 550 градусов, но давление невысокое. Сегодня метод практически не используется из-за низкой эффективности и большого числа, содержащихся в конечном продукте, примесей.

Наиболее широко применяют крекинг жидкофазный. Он заключается в нагреве исходного сырья до 500 градусов под давлением до 50 ат. Авиационный керосин и бензин, ДТ получаются высококачественными, соответствующие всем нормам.

Каталитический крекинг

Новый способ, предполагающий использование катализаторов. Температура, при которой процесс протекает, как и при термическом крекинге, высокая, но давление приближено к атмосферному. Отличием являются катализаторы – алюмосиликаты, благодаря которым идет процесс изомеризации. Как следствие, фракции получаются химически более устойчивыми.

Доля получаемого бензина составляет до 78% от общей массы сырья. Качество его высокое, примесей мало. При этом, бензин устойчив к детонациям, что крайне важно, учитывая область его использования.

Гидролитический крекинг

Способ можно считать разновидностью каталитического крекинга. Он протекает также при температуре 500 градусов, давлении порядка 200 атмосфер, но расщепление происходит с использованием водорода. Катализаторами выступает платина и вольфрам. Используется метод для получения топлива для турбореактивных двигателей.

Методы утилизации топлива

В ДТ присутствуют опасные вещества, поэтому возникает необходимость в его утилизации — избавлении от опасных компонентов или полном восстановлении для дальнейшего использования.

Также это делать необходимо в случае аварий, при низком качестве топлива и пр. Законодательством категорически запрещен самопроизвольный слив дизельного топлива.

Способов утилизации несколько:

• механический: перемешанное горючее разделяют на воду и твердый остаток, из которого затем выделяют нефтепродукт;
• термический: специальным электрополем полностью уничтожают топливо;
• биологический: разлагают подлежащее утилизации топливо на углекислый газ и воду при помощи специальных микроорганизмов;
• экстракционный: растворяют полностью в органических растворителях;
• полная переработка: из ДТ выделяют фракции кокса, товарной нефти, кокса, топлива, применяемого для печного отопления.

Чем опасны отходы ДТ?

Отходы ДТ относится к группе опасных веществ (3 класс опасности). При попадании на кожу, они могут вызвать сильное раздражение, даже ожоги, привести к воспалению слизистых. Разлитое на землю, оно наносит вред экосистеме (ученые выяснили, что пары ДТ токсичнее, чем бензиновые).

Присутствуют в составе также:

• радиоактивные элементы;
• нервные яды, которые вызывают наркотический эффект, возбуждающее действие (меркаптаны);
• диоксид серы и альдегиды;
• угарный газ и соединения металлов.

У человека они могут вызывать сильнейшие головные боли, рвоту, судороги. Поэтому, сохранить свое здоровье и защитить окружающую среду, отходы обязательно подлежать утилизации.

Как проходит переработка дизтоплива?

Иногда, по разным причинам, топливо получается низкого качества. В таком случае, его отправляют на переработку. Она также потребуется, если:

• на предприятии произошла авария;
• оно загрязнено;
• обнаружены недопустимые примеси;
• топливо неправильно хранилось.

Переработка – процесс непростой. Это целый комплекс работ, включающий:

• сбор в металлические бочки (емкости);
• доставку к месту утилизации;
• переработку (нейтрализацию опасных составляющих);
• получение документов, подтверждающих проведение утилизации.

Источник