Первичная переработка (физические процессы)

Нефть и ее переработка

 

Нефть — маслянистая жидкость от желтого или светло-бурого до черного цвета с характерным запахом. Она легче воды и в ней практически нерастворима; представляет собой смесь = 150 углеводородов с примесями других веществ, поэтому у нее нет определенной температуры кипения.

В зависимости от месторождения нефть имеет различный состав. Так, бакинская нефть богата нафтеновыми углеводородам (до 90%), в грозненской нефти преобладают предельные углеводороды, а в уральской — ароматические. Наиболее часто встречаются нефти смешанного состава. По плотности различают легкую и тяжелую нефть.

В настоящее время в мире добывается около 3 млрд. т нефти. Большая часть ее (90%) используется как сырье для производства различных видов топлива и смазочных материалов. В то ж время нефть — ценное сырье для химической промышленности. Из веществ, добываемых из нефти, получают синтетические каучуки, пластмассы, взрывчатые вещества, лекарственные препараты, синтетические волокна и многое другое. Поэтому можно сказать, что экономика государств зависит от нефти больше, чем от любого другого продукта.

Нефть, добываемую из земных недр, называют сырой. Нефть в сыром виде не применяют, ее подвергают переработке.

Переработка нефти

Нефтепродукты

Нефтепродукты - это смеси углеводородов, а также индивидуальные химические соединения, получаемые путем переработки нефти и попутных нефтяных газов (ПНГ).

Нефтепродукты - это смеси углеводородов, а также индивидуальные химические соединения, получаемые путем переработки нефти и попутных нефтяных газов (ПНГ).

Нефтепродукты - это любые вещества, полученные в результате переработки нефтяного сырья.
На практике наиболее широко используются товарные нефтепродукты.
Они, как правило, представляют собой смесь определенного состава из нескольких индивидуальных веществ с характерными для данного товарного продукта свойствами.

Сегодня ассортимент выпускаемых нефтеперерабатывающими заводами (НПЗ) продуктов насчитывает порядка 500 различных наименований.
Это вещества различных агрегатных состояний, которые, могут представлять собой как индивидуальные соединения, так и смеси углеводородов определенного состава.

К индивидуальным веществам относятся такие соединения, как, например, бензол или толуол.
Ярким примером смесей углеводородов является товарный бензин, представляющие собой компаундированную смесь получаемых в процессе нефтепереработки соединений, которая соответствует требуемым нормативам.
Классификация нефтепродуктов
Продукты нефтепереработки классифицируются по целому ряду различных параметров.
Их можно разделить, например, по агрегатному состоянию на:

 

· Газообразные     жидкие              твердые

Кроме этого, выделяют несколько классов по степени опасности веществ в зависимости от температуры вспышки:

 

· I класс (t вспышки менее 28 ^оC) – бензин

· II класс (t вспышки 28...61 ^оC) – керосин, дизельное топливо ДА

· III класс (t вспышки 61...120 ^оC) – дизельное топливо, мазут

· IV класс (t вспышки более 120 ^оC) – масло, битум, парафин

Самая распространенная классификация нефтепродуктов - их разделение в зависимости от области применения:

                                       Топливо
Моторное топливо: Бензин; Дизельное топливо; Реактивное топливо (авиационный керосин)

Энергетическое топливо:Газотурбинное топливо; Котельное топливо; Судовое топливо

Нефтяное масло:
Смазочное масло и пластичные смазки

Не смазочное масло (трансформаторное, конденсаторное и пр.)

Углеродные и вяжущие материалы Нефтяной кокс; Битум; Гудрон; Пек

Нефтехимическое сырье
Ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилол и пр.)

Сырье для пиролиза (смесь газов – предельных углеводородов),Твердые углеводороды (парафины, церезины)

Нефтепродукты специального назначения
Термогазойль Осветительный керосин; Растворители (ацетон, уайт-спирит); Топливные присадки

Основную долю получаемых из нефтяного сырья продуктов переработки составляют различные виды топлива.
Так, на моторное топливо приходится порядка 60% от всего объема производства нефтепродуктов.

Следующая по значимости группа нефтепродуктов – нефтяное масло.
Помимо прямого назначения горюче-смазочные нефтяные материалы, входящие в данную группу могут использоваться в качестве антикоррозионных и теплоотводящих составов, например, для заливки трансформаторов.

Довольно обширный класс нефтепродуктов представляют углеродные и вяжущие материалы.
Яркий представитель данной группы – битум, в огромном количестве используемый в составе асфальта для дорожных покрытий и в строительстве.

 

Вопросы.

1. Укажите температуры кипения пропана, пентана, гептана и нонана среди следующих: 151, 98, —42, 36 °С.

Нефть и ее переработка

 

Нефть — маслянистая жидкость от желтого или светло-бурого до черного цвета с характерным запахом. Она легче воды и в ней практически нерастворима; представляет собой смесь = 150 углеводородов с примесями других веществ, поэтому у нее нет определенной температуры кипения.

В зависимости от месторождения нефть имеет различный состав. Так, бакинская нефть богата нафтеновыми углеводородам (до 90%), в грозненской нефти преобладают предельные углеводороды, а в уральской — ароматические. Наиболее часто встречаются нефти смешанного состава. По плотности различают легкую и тяжелую нефть.

В настоящее время в мире добывается около 3 млрд. т нефти. Большая часть ее (90%) используется как сырье для производства различных видов топлива и смазочных материалов. В то ж время нефть — ценное сырье для химической промышленности. Из веществ, добываемых из нефти, получают синтетические каучуки, пластмассы, взрывчатые вещества, лекарственные препараты, синтетические волокна и многое другое. Поэтому можно сказать, что экономика государств зависит от нефти больше, чем от любого другого продукта.

Нефть, добываемую из земных недр, называют сырой. Нефть в сыром виде не применяют, ее подвергают переработке.

Переработка нефти

Первичная переработка (физические процессы)

Очистка. Сырую нефть очищают от газов, воды и механических примесей (песок, глина, минеральные соли и т. п.). Затек нефть подвергают фракционированной перегонке.

Перегонка (ректификация) — процесс разделения смесей на отдельные компоненты или фракции на основании различия их температур кипения.

В состав нефти входят углеводороды, многие из которых имеют близкие температуры кипения, поэтому при перегонке получают не индивидуальные углеводороды, а фракции с определенными интервалами температур кипения.

При нагревании в первую очередь переходят в парообразное состояние углеводороды с малой молекулярной массой (они кипят при более низкой температуре). Пары этих углеводородов поступают в холодильник, где конденсируются при охлаждении водой. Жидкие углеводороды собираются в приемник. По мере повышения температуры начинают кипеть углеводороды с большой молекулярной массой. Меняя приемники, можно разделить нефть на отдельные фракции, кипящие в определенном интервале температур.

В промышленности перегонку осуществляют на установках непрерывного действия в ректификационных колоннах. Колонна представляет собой стальной цилиндрический аппарат высотой 50—60 м, диаметром до 3 м. Внутри цилиндра на некотором расстоянии друг от друга располагаются горизонтальные перегородки с отверстиями — тарелки. Предварительно нагретая до 300—350 °С нефть подается в нижнюю часть ректификационной колонны. Пары нефти через отверстия в тарелках поднимаются вверх, при этом они постепенно охлаждаются и сжижаются на тех или иных тарелках в зависимости от температуры кипения. Наиболее легколетучие углеводороды поднимаются до самого верха колонны и сжижаются на самых верхних тарелках. Менее летучие конденсируются уже на первых тарелках. При перегонке выделяют следующие фракции нефти:

Газовая фракция (температура кипения до 40 °С), содержит нормальные и разветвленные алканы C₁—С₄. Раньше эти газы сжигались факельным способом. В настоящее время их стремятся улавливать и использовать как в качестве топлива, так и в качестве химического сырья – газовый бензин.

Бензиновая фракция (температура кипения 40—200 °С), содержит углеводороды С₅-С₁₁; при повторной перегонке из нее выделяют легкие нефтепродукты, кипящие в более узких интервалах температур: петролейный эфир (40—70 °С), авиационый и автомобильный бензин (70—120 °С).

Лигроиновая (тяжелый бензин, температура кипения (150 - 250 °С) — углеводороды состава С₈-С₁₄; применяют в качестве горючего для тракторов - лигроин.

Керосиновая (температура кипения 180—300 °С), включает углеводороды состава С₁₂—С₁₈; используют в качестве горючего для реактивных самолетов, ракет - керосин.

Газойль (дизельное топливо, температура кипения (270- 350 °С), используется как дизельное топливо и в больших масштабах подвергается крекингу. После отгонки указанных фракций, получивших название светлых нефтепродуктов, остается темная вязкая жидкость — мазут.

Мазут, используют как топливо в котельных установках, но основная масса его подвергается перегонке (ректификации) под низким давлением (под вакуумом). При этих условиях из мазут выделяют соляровые масла (из них получают дизельное топливо и смазочные масла); вазелин (основа для косметических средств и лекарств); парафин (применяют для производства свечей, в медицине). Остаток от перегонки мазута — гудрон, его применяют при производстве материалов для дорожного строительства (асфальт).

Фракционная перегонка нефти позволяет получить не более 20% бензиновой фракции. Кроме этого выделенный бензин должен обладать детонационной (от фр. detoner — взрываться) стойкостью.

При сгорании паров бензина в цилиндре двигателя внутреннего сгорания образуется большое количество разогретых до высокой температуры газов. Эти газы за счет резкого увеличения давления толкают поршень вдоль цилиндра, а энергия поршня передается на ведущие оси. Для эффективной работы двигателя необходимо, чтобы воспламенение воздушно-бензиновой смеси происходило при определенном расположении поршня в цилиндре. С целью полного использования энергии горения воздушно-бензиновую смесь перед воспламенением сжимают. Чем сильнее сжимается смесь паров бензина с воздухом, тем большую мощность развивает двигатель. Однако сжатие некоторых углеводородов может вызвать внезапное преждевременное воспламенение — детонацию. Бензин сгорает со взрывом. От удара взрывной волны о поршень появляется резкий стук в цилиндре (у мотора «звенят пальцы»), что отрицательно сказывается на работе двигателя.

Наименьшей стойкостью к детонации обладают предельные углеводороды нормального строения. Предельные углеводороды с разветвленной цепью, а также непредельные и ароматические устойчивы к детонации. Они допускают значительное сжатие воздушно-бензиновой смеси и, следовательно, позволяют конструировать более мощные двигатели.

Количественно детонационная стойкость бензина характеризуется октановым числом. Чем больше это число, тем выше стойкость бензина к детонации. Детонационная стойкость н-гептана СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₃, который легко детонирует, условно принята за 0; а наиболее устойчивого к детонации изооктана (2,2,4-триметилпентан) принята за 100.

Октановое число бензина численно равно такому процентному содержанию изооктана в смеси с н-гептаном, при котором детонационная стойкость этой смеси и сравниваемого с ним бензина одинакова. Например, если октановое число бензина равно 95, то это означает, что он допускает такое же сжатие смеси в цилиндре без детонации, как смесь из 95% изооктана и 5% к-гептана.

С высокими темпами развития автомобильного и авиационного транспорта возникла необходимость в дополнительном производстве бензина и с более высоким октановым числом. Для увеличения выхода высококачественных бензиновых фракций были разработаны химические способы переработки нефтепродуктов.

 

Вторичная переработка (химические процессы).

Исходным сырьем при вторичной переработке являются высококипящие нефтяные фракции: керосин, газойль, мазут.

Крекинг нефтепродуктов. Одним из первых способов химической переработки был крекинг. Промышленный крекинг предложен в 1891 г. русским инженером В.Г. Шуховым. Вам известно, что сущность крекинга заключается в расщеплении крупных молекул углеводородов на более мелкие и что в зависимости от условий различают крекинг термический и каталитический.

Термический крекинг осуществляют нагреванием углеводородов до 470—550 °С под давлением. При этих условиях образуется смесь жидких предельных и непредельных углеводородов нормального строения:

С₁₆Н₃₄ ^{t, p} С₈Н₁₈ + С₈Н₁₆

гексадекан октан октен

Образовавшиеся углеводороды подвергаются дальнейшему крекингу, поэтому кроме углеводородов, входящих в состав бензина, образуются и газообразные продукты (этан, этилен, метан, водород):

t, р

С₈Н₁₈ С₄Н₁₀ + С₄Н₈ С₄Н₁₀ ^t/,p С₂Н₆ + С₂Н₄ и т.д.

которые используют как сырье в химической промышленное

Процесс разложения углеводородов под действием высокой температуры протекает по радикальному механизму.

Бензин термического крекинга, наряду с предельными углеводородами, содержит непредельные углеводороды. Поэтому этот бензин обладает более высоким октановым числом, чем бензин прямой перегонки. Однако, он менее устойчив при хранении поскольку непредельные углеводороды легко окисляются и полимеризуются. При его сгорании могут засориться различи части двигателя.

В настоящее время наиболее распространен каталитический крекинг. Он проводится при атмосферном давлении, в присутствии катализаторов (алюмосиликатов) и при более низкой температуре (450—500 °С). В этих условиях процесс протекает с большей скоростью, по сравнению с термическим крекингом, сопровождается не только расщеплением молекул углеводородов, но и их изомеризацией, приводящей к получению углеводородов разветвленного строения:

СН₃

СН₃-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-СН₃ ^{кат. t} СН₃ – СН - СН₂ – С – СН₃

н-октан сн₃ сн₃

2,2,4-триметилпентан (изооктан)

Каталитический крекинг сопровождается не только изомеризацией, но и ароматизацией и алкилированием углеводордов. Вследствие этого бензин каталитического крекинга, по сравнению с бензином термического крекинга, содержит не только углеводороды с разветвленной цепью углеродных атомов, но и небольшой процент ароматических углеводородов, поэтому он обладает большей детонационной стойкостью (октановое число около 90). Кроме этого, он содержит меньше непредельных углеводородов, что делает его устойчивым при хранении.

Следовательно, использование крекинг-процесса не только повышает выход бензина (до 65—75% в расчете на сырую нефть), но и позволяет получить бензин с более высоким октановым числом.

Риформинг (ароматизация) — это превращение алканов и циклоалканов в ароматические соединения.

Осуществляют его путем нагревания бензина при повышенном давлении в присутствии катализатора, например платины.

Образовавшиеся ароматические углеводороды повышают октановое число бензина.

Риформинг применяют и для получения ароматических углеводородов (бензола, толуола) из бензиновых фракций, которые являются сырьем для важнейших химических продуктов.

Пиролиз проводят нагреванием нефтепродуктов до температуры 650—800 °С. В этих условиях основными продуктами реакции являются непредельные газообразные углеводороды (этилен, ацетилен) и ароматические (бензол, толуол).

Из вышеизложенного следует: нефть — сырье не только для топлива, но и для производства многих органических веществ.

 

Нефтепродукты

Нефтепродукты - это смеси углеводородов, а также индивидуальные химические соединения, получаемые путем переработки нефти и попутных нефтяных газов (ПНГ).

Нефтепродукты - это смеси углеводородов, а также индивидуальные химические соединения, получаемые путем переработки нефти и попутных нефтяных газов (ПНГ).

Нефтепродукты - это любые вещества, полученные в результате переработки нефтяного сырья.
На практике наиболее широко используются товарные нефтепродукты.
Они, как правило, представляют собой смесь определенного состава из нескольких индивидуальных веществ с характерными для данного товарного продукта свойствами.

Сегодня ассортимент выпускаемых нефтеперерабатывающими заводами (НПЗ) продуктов насчитывает порядка 500 различных наименований.
Это вещества различных агрегатных состояний, которые, могут представлять собой как индивидуальные соединения, так и смеси углеводородов определенного состава.

К индивидуальным веществам относятся такие соединения, как, например, бензол или толуол.
Ярким примером смесей углеводородов является товарный бензин, представляющие собой компаундированную смесь получаемых в процессе нефтепереработки соединений, которая соответствует требуемым нормативам.
Классификация нефтепродуктов
Продукты нефтепереработки классифицируются по целому ряду различных параметров.
Их можно разделить, например, по агрегатному состоянию на:

 

· Газообразные     жидкие              твердые

Кроме этого, выделяют несколько классов по степени опасности веществ в зависимости от температуры вспышки:

 

· I класс (t вспышки менее 28 ^оC) – бензин

· II класс (t вспышки 28...61 ^оC) – керосин, дизельное топливо ДА

· III класс (t вспышки 61...120 ^оC) – дизельное топливо, мазут

· IV класс (t вспышки более 120 ^оC) – масло, битум, парафин

Самая распространенная классификация нефтепродуктов - их разделение в зависимости от области применения:

                                       Топливо
Моторное топливо: Бензин; Дизельное топливо; Реактивное топливо (авиационный керосин)

Энергетическое топливо:Газотурбинное топливо; Котельное топливо; Судовое топливо

Нефтяное масло:
Смазочное масло и пластичные смазки

Не смазочное масло (трансформаторное, конденсаторное и пр.)

Углеродные и вяжущие материалы Нефтяной кокс; Битум; Гудрон; Пек

Нефтехимическое сырье
Ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилол и пр.)

Сырье для пиролиза (смесь газов – предельных углеводородов),Твердые углеводороды (парафины, церезины)

Нефтепродукты специального назначения
Термогазойль Осветительный керосин; Растворители (ацетон, уайт-спирит); Топливные присадки

Основную долю получаемых из нефтяного сырья продуктов переработки составляют различные виды топлива.
Так, на моторное топливо приходится порядка 60% от всего объема производства нефтепродуктов.

Следующая по значимости группа нефтепродуктов – нефтяное масло.
Помимо прямого назначения горюче-смазочные нефтяные материалы, входящие в данную группу могут использоваться в качестве антикоррозионных и теплоотводящих составов, например, для заливки трансформаторов.

Довольно обширный класс нефтепродуктов представляют углеродные и вяжущие материалы.
Яркий представитель данной группы – битум, в огромном количестве используемый в составе асфальта для дорожных покрытий и в строительстве.

 

Вопросы.

1. Укажите температуры кипения пропана, пентана, гептана и нонана среди следующих: 151, 98, —42, 36 °С.