55. Підготовка нафти до переробки, 56. Методи переробки нафти, 53. Переробка рідких палив

Переробка нафти (рос. переработка нефти; англ. oil [petroleum] refining; нім. Erdölverarbeitung f) — складний багатоступеневий технологічний процес, в результаті якого отримують широкий асортимент товарних продуктів, що відрізняються структурою, фізико-хімічними властивостями, складом і сферами використання. Розрізняють первинну і вторинну переробку нафти (Див. переробка нафти первинна, переробка нафти вторинна). На нафтопереробних підприємствах установки первинної, вторинної переробки і гідроочистки звичайно з’єднані в єдину технологічну схему (рис.).

Підготовка нафти до переробки

Видобуток нафти супроводжується вилученням із природних підземних резервуарів значних кількостей газу, води, механічних домішок і солей. При надходженні на поверхню газ, розчинений у нафті, відокремлюють від неї за допомогою системи сепарації. Найбільш легкі компоненти вуглеводних газів відокремлюють від нафти в нафтових трапах, колонках і мірниках. Найважчі вуглеводні гази відокремлюють від нафти в газових сепараторах. У трапі також відбувається очищення газу від нафтового пилу. Відділення газу від нафти і пилу в трапі відбувається за рахунок зміни тиску і швидкості нафтового потоку, що рухається. Для поліпшення процесу сепарації суміш, що надходить у трап, розприскують, для чого в трапах установлюють спеціальні ґрати, відбійники, тарілки й інші пристосування. Для розділення продуктів фонтанування високого тиску (вище 20 атм.) застосовують східчасту сепарацію, при якій досягається грубе фракціонування газу і використовується пластовий тиск для транспорту газу. Відділена від газу нафта спрямовується в промислові резервуари, а звідти на нафтопереробні заводи. При відділенні газу від нафти в трапах і інших пристроях відокремлюється й основна маса води і механічних домішок. Відділення домішок і води відбувається також при відстоюванні і збереженні нафти в промислових резервуарах. Присутність у нафті механічних домішок утруднює її транспортування по трубопроводах і переробку, викликає ерозію внутрішніх поверхонь труб нафтопроводів і утворення відкладень у теплообмінниках, печах і холодильниках, що приводить до зниження коефіцієнту теплопередачі, підвищує зольність залишків від перегонки нафти (мазуту і гудронів), сприяє утворенню стійких емульсій. Крім того, у процесі видобутку й транспортування нафти відбувається втрата легких компонентів нафти – (метан, етан, пропан і т.д., включаючи бензинові фракції) – приблизно до 5% від фракцій, що википають до 100°С. З метою зниження витрат на переробку нафти, викликаних втратою легких компонентів і надмірним зношуванням нафтопроводів і апаратів переробки, нафта піддається попередній обробці.

Переробка нафти первинна

Сукупність процесів демінералізації нафти, перегонки нафти первинної, вакуумної перегонки мазуту, подальший поділ та очищення нафтових фракцій, одержаних при атмосферній та вакуумній перегонках. При первинній переробці первісний хімічний склад нафти не змінюється, тому її називають фізичною, недеструктивною або прямою перегонкою. Нафту поділяють на окремі фракції шляхом випаровування та подальшого поділу парів на фракції, які википають у певному інтервалі температур.

Для скорочення втрат легких компонентів здійснюють стабілізацію нафти, а також застосовують спеціальні герметичні резервуари зберігання нафти. Від основної кількості води й твердих частинок нафту звільняють шляхом відстоювання в резервуарах на холоді або при підігріві. Остаточно її зневоднюють і знесолюють на спеціальних установках. Однак вода й нафта часто утворюють важко роздільну емульсію, що сильно сповільнює або навіть перешкоджає зневоднюванню нафти. У загальному випадку емульсія – це система із двох взаємно нерозчинних рідин, у яких одна розподілена в іншій у зваженому стані у вигляді дрібних крапель. Існують два типи нафтових емульсій: нафта у воді, або гідрофільна емульсія, і вода в нафті, або гідрофобна емульсія. Частіше зустрічається гідрофобний тип нафтових емульсій. Утворенню стійкої емульсії передують зниження поверхневого натягу на межі розділення фаз і створення навколо частинок дисперсної фази міцного адсорбційного шару. Такі шари утворюють треті речовини – емульгатори. До гідрофільних емульгаторів належать лужні мила, желатин, крохмаль. Гідрофобними є добре розчинні в нафтопродуктах лужноземельні солі органічних кислот, смоли, а також дрібнодисперсні частинки сажі, глини, оксидів металів.

Переробка нафти вторинна

Сукупність процесів деструктивної переробки нафти і очищення нафтопродуктів. При цьому відбувається розщеплення великих молекул на дрібніші, які входять до складу легких палив. При вторинній переробці нафти застосовують термічний і каталітичний крекінг, риформінг, гідрокрекінг, гідроочистку, вісбрекінг, ізомеризацію і т.д.

Нафта - основа енергетики і ряду галузей промисловості. Видобуту нафту направляють в трапи і сепаратори. Тут від неї відокремлюють попутний газ (дегазація) і подають його на отбензініванія. Пари бензину і газу виділяють або шляхом стиснення газу я наступного охолодження, при якому бензин переходить у рідкий стан, або, пропускаючи газ через спеціальні поглиначі (солярове масло), з яких бензин потім відганяють. Отбензяненний сухий газ направляють на компресорну станцію для подальшого використання. Після дегазації нафту подають у мірники, де її звільняють від зважених часток (піску, глини та ін), а потім заміряють. Крім піску і глини нафту містить воду і солі. Тому її піддають подальшій обробці, обезводнення і знесолення.

Переробку нафти, в залежності від якості використовуваної сировини і характеру вироблених продуктів, здійснюють різними методами. Всі методи нафтопереробки можна розділити на два види: фізичні і хімічні. До перших належить перегонка, до других - крекінг, піроліз і ін

Перегонка являє собою процес розділення нафти як складної рідини на окремі фракції (частини). В основі такого процесу лежить метод роздільного конденсації парів речовин, що складають нафту. Зазвичай перегонка відбувається у дві стадії. Спочатку з нафти під атмосферним тиском виділяють моторне паливо, отримуючи в залишку мазут, а потім під вакуумом мазут переробляють.

Перегонка нафти проводиться на атмосферних або атмосферно-вакуумних установках, що складаються їх трубчастої печі 1, ректифікаційної колони 2, теплообмінників 3, насосів та інших апаратів.

Трубчаста піч 1 - це пристрій, всередині якого поміщена система сталевих труб, що обігріваються теплом спалюваного пального газу чи мазуту. Ректифікаційна 'колона 2 являє собою вертикальний сталевий циліндр висотою до 40 м розділений всередині горизонтальними перегородками (барботажние тарілками) на відділення.

Пройшовши ряд теплообмінників, нафта потрапляє в змійовики трубчастої печі, де нагрівається до 320 "С. При цьому найбільш легкі вуглеводні нафти закипають, переходячи в газоподібний стан. Суміш рідини і пари потрапляє в нижню частину ректифікаційної колони і тут розділяється. Пари спрямовуються вгору, проходячи . Через отвори в тарілках, а рідка, що не випарувався, частина нафти (мазут) стікає вниз.

Виділені з нафти при перегонці речовини (дистиляти) є напівпродукту. Щоб отримати товарні нафтопродукти, дистиляти очищають і, якщо необхідно, вдруге ректифіков. Наприклад, бензиновий дистилят при разгонке дає різні марки автомобільного та авіаційного бензину, уайт-спіриту (лаковий бензин) і інші продукти.

Крекінг та піроліз нафти

В даний час у нафтопереробній промисловості ше більшого значення набувають хімічні процеси. Вони дозволяють різко збільшити вихід цільових продуктів і поліпшити їх якість.

При перегонці нафти вихід бензину становить у середньому 10-25% ваги взятого сировини. Така кількість бензину не може покрити зростаючий попит народного господарства на цей вид палива. Збільшення виробництва бензину (як і інших видів моторного палива) досягається застосуванням крекінгу. Він являє собою хіміко-термічний процес розщеплення молекул важких вуглеводнів, в результаті якого утворюється суміш речовин меншого молекулярного ваги.

Крекінгу піддають різні нафтопродукти, переслідуючи різні цілі, але його головне завдання - одержання бензину, вихід якого при цьому може досягти 70% ваги взятого сировини.

Існує два види крекінгу: термічний і каталітичний.

Термічний крекінг здійснюють при високій температурі і значному тиску. У таких умовах молекули важких вуглеводнів розщеплюються легше.

Установка термічного крекінгу включає трубчасту піч для нагрівання сировини, випарники, ректифікаційної колони, газосепаратори.

Особливою різновидом крекінгу є піроліз. Він проводиться при температурі 700-720 С і атмосферному тиску. Вихідним матеріалом для цього процесу служать легкі фракції: нефтелігроін і гас. Мета піролізу - отримання газу і ароматичних вуглеводнів.

Каталітичний крекінг - більш досконалий процес крекінгованія, здійснюваний з застосуванням каталізатора. Наявність останнього прискорює розкладання високомолекулярних вуглеводнів, дозволяє вести процес при більш низькій температурі і тиску близькому до атмосферного. Таким способом зазвичай отримують авіаційний бензин, вихід якого сягає 70% ваги взятого сировини. Вихідним матеріалом для каталітичного крекінгу служить переважно гасовий і соляровим дистилят.

Продукти переробки нафти. При переробці нафти отримують велику кількість різноманітних продуктів. Їх можна розділити на три великі групи: горючі, мастильні та інші. До першої групи відноситься моторне, реактивне і котельне паливо, до другої - змащувальні масла і різноманітні консистентні мастила, а до третьої - бітуми, нафтові кислоти та їх похідні, ароматичні вуглеводні, парафіни, вазелін, церезин і ін.