что такое рефлюкс в нефтепереработке
Разница между тяжелыми и легкими дистиллятами нефти
Тяжелые и легкие фракции перегонки нефти — это многокомпонентная непрерывная смесь гетероатомных соединений и углеводородов. Другое название — дистилляты. Они образуются при разделении нефти на компоненты с менее сложным составом. Данный процесс называют фракционированием — он позволяет получить сырье для производства широкого спектра других нефтепродуктов.
Что такое дистиллят нефти
Дистилляты нефти представляют собой результат многостадийного разделения на фракции, которые имеют разные интервалы выкипания. Разделение может происходить простым и более старым способом — методом дистилляции, или с помощью более современной технологии — ректификации.
Любой дистиллят перегонки нефти не является товарным продуктом. Для поставки потребителю фракции подвергают дальнейшей переработке, например, очистке. Все дистилляты делятся на 3 группы:
Состав фракций определяется месторождения, на котором добывалось сырье. В нефти могут присутствовать алифатические, ароматические, ациклические углеводороды. В большинстве случаев в составе наблюдаются их комбинации. В зависимости от сырья могут получаться ароматические, ациклические или алифатические дистилляты нефти.
Процесс разделения нефти на фракции
Сам процесс перегонки происходит в ректификационных колоннах. Сырье, подлежащее дистилляции, нагревается до определенной температуры. В результате начинается испарение, а образовавшийся газ поступает в трубопровод, где охлаждается и конденсируется на стенках. Капли собираются и образуют дистиллят.
Как происходит перегонка нефти
На каждой стадии процесса разделения нефти на фракции получаются 2 продукта:
Типы дистиллятов прямой перегонки нефти зависят от того, каким способом происходит переработка сырья. Наиболее распространены топливный и топливно-масляный варианты. В первом случае выделяются следующие фракции с определенной температурой выкипания:
При топливно-масляном варианте перегонки получают топливные дистилляты и мазут. Последний отправляют на вакуумную перегонку, которая дает масляный дистиллят и тяжелый остаток гудрон. Чтобы увеличить выход масляного дистиллята, гудрон дополнительно смешивают с мазутом и тоже подвергают вакуумной перегонке.
Масляную фракцию очищают и используют для производства смазок и товарных масел. Остаточным продуктом при вакуумной перегонке выступает сырье для производства битума, который активно применяется в строительной сфере.
Тяжелые дистилляты
Тяжелые фракции нефти еще называются темными нефтепродуктами. В их составе содержится много механических примесей, смол, аморфных и окрашивающих компонентов, чем обусловлен темный, часто почти черный цвет.
Какие фракции нефти относятся к тяжелым:
Мазут получают путем выделения из нефти газойлевых, керосиновых и бензиновых фракций. Нефтепродукт выступает остатком после их выкипания, образуется при температуре 350-360 °C.
Как выглядит мазут
В составе мазута содержится много примесей: смол, органических соединений с микроэлементами, включая металл и неметаллы (V, Ni, Fe, Mg, Na, Ca, Ti, Hg, Zn и др.). Из углеводородов преобладают асфальтены, карбены и карбоиды. Ввиду высокой вязкости мазут применяется как жидкое топливо. В соответствии с ГОСТом нефтепродукт делится на флотский и топочный. Первый является неотъемлемой частью работы судоходного транспорта. Топочный широко применяется на ТЭЦ.
Мазут служит сырьем для выделения масляных фракций. Для этого нефтепродукт подвергают вакуумной перегонке, поскольку тяжелые фракции невозможно перегнать при атмосферном давлении. В результате получают не только технические масла, но и парафины, церезины и тяжелый остаток – гудрон.
Самой тяжелой фракцией нефти является гурон. Он получается после завершения процесса перегонки и выделения всех фракций. Температура выкипания достигает 500 °C (в зависимости от природы нефти могут быть значения от 450 до 600 °C). Около 95% гудрона составляют парафин и нафтен, 3% — асфальтен, 2% — смолы. Также в составе содержатся почти все присутствующие в нефти металлы. Этим объясняются очень вязкая консистенция и черный цвет. Плотность нефтепродукта достигает 950-1030 кг/м3.
Гудрон имеет блескую поверхность
Основная сфера применения гудрона — дорожное строительство. Нефтепродукт служит сырьем для производства битума, из которого изготавливают кровельные материалы, включая мягкую черепицу, рубероид, линокром и пр. Кроме кровельных, выпускаются строительный и дорожный битумы. Не меньшее распространение гудрон получил в производстве кокса.
Легкие дистилляты
Легкие дистилляты нефти — это фракции, которые обладают высокой степенью очистки, что обеспечивает им повышенное качество. Иначе еще называются светлыми нефтепродуктами. Все потому, что ввиду высокого качества очистки имеют оптические свойства, близкие к прозрачным.
Легкие фракции нефти в сравнении с тяжелыми:
К легким фракциям перегонки нефти относятся:
Средние дистилляты нефти:
Самая легкая фракция нефти — это петролейный эфир, получаемый из попутных нефтяных газов и газоконденсата. Именно он выделяется одним из первых. Продукт представляет собой бесцветную жидкость, состоящую преимущественно из n-пентана и n-гексана, без бензола и других истинных эфиров в составе.
Фракция выкипает при температуре до 100 °C: легкая — при 40-70 °C, тяжелая — при 70-100 °C. плотность достигает 650-695 кг/м3. Особенность петролейного эфира заключается в том, что он сразу испаряется при невысокой температуре. Нефтепродукт используют как растворитель при экстракции углеводородов, нефти, битумиоидов из горных пород, а также как топливо для каталитических горелок и зажигалок. Эфир помогает растворять жиры, масла, смолы и другие углеводородные соединения.
Петролейный эфир имеет очень светлый оттенок
Фракция бензина выкипает при температуре от 40 до 225 °C. В составе преобладают алифатические углеводороды C5–C12, в том числе разветвленные и неразветвленные алканы. Для фракции характерно высокое содержание ароматических углеводородов — толуола и метаксилола.
Основное назначение бензиновой фракции — производство топлива для двигателей внутреннего сгорания. Дополнительно фракция используется в качестве сырья в нефтехимической промышленности.
Свойства получаемого топлива определяются особенностями нефти, из которой был извлечен дистиллят. Причем далеко не все нефти подходят для изготовления бензина высокого качества. К примеру, в бензиновых фракциях нефтей Ставропольского края слишком много парафиновых углеводородов. Из-за этого изготавливаемый бензин имеет невысокие октановые числа.
При температуре 120-240 °C выкипает лигроиновая фракция, содержащая смеси алифатических углеводородов C8–C14, т. е. более тяжелых, чем в петролейной и бензиновой. Другие названия: нафта, тяжелый бензин, бензинлигроиновая фракция, дистиллят газового конденсата, дизельное топливо ДГК.
В лигроиновой фракции гораздо больше ароматических углеводородов, чем в бензиновой. Их количество достигает 8%. Другая особенность — повышенное содержание нафтенов, которых в 3 раза больше, чем парафинов. Средняя плотность фракции достигает 780-790 кг/м3.
Лигроин получают из стабильного газового конденсата, или так называемой «белой нефти». Нефтепродукт позиционируется как аналог дизеля, широко используется в качестве моторного топлива. Как горючее лигроин обладает высоким тепловыделением при воспламенении. Как высокооктановый нефтепродукт лигроиновая фракция применяется для производства товарных бензинов.
Сферы применения лигроиновой фракции:
Пределы выкипания керосиновой фракции — от 120 до 315 °C. Она делится на легкую (до 200 °C) и тяжелую (боле 300 °C). Основу составляют углеводороды от C9 до C16: наряду с парафинами, моноциклическими нафтенами и бензолом в составе содержатся бициклические углеводороды (нафтеновые, ароматические, нафтено-ароматические). Плотность при 20 °C составляет 854 кг/м3, температура начала кристаллизации равна –60 °C.
Керосиновая фракция — это дефицитный нефтепродукт, который используют во многих сферах. Она отвечает строгим требованиям на современные и перспективные реактивные топлива с повышенной плотностью, хорошей термической стабильностью и низкотемпературными свойствами. Все по той причине, что в составе керосина много изопарафинов и мало бициклических ароматических углеводородов. За счет этого дистиллят выступает высококачественным реактивным топливом, которое применяют в газотурбинных и воздушно-реактивных двигателях.
Реактивное топливо представляет собой смесь горючего (керосина) и окислителя
Дополнительно фракция идет на производство лакокрасочной продукции, применяется как растворитель для краски. Другие возможности использования зависят от температуры выкипания:
Основным сырьем для производства дизтоплива, используемого в быстроходных видах транспорта, выступает дизельная фракция. Она менее летучая и более вязкая, чем керосиновая. Содержит сложные смеси C9 и более высоких углеводородов, преимущественно нафтенов с высоким цетановым числом и низкой температурой застывания. Пределы выкипания — от 180 до 360 °C.
Для производства низкотемпературных марок дизтоплива фракцию подвергают депарафинизации с применением карбамида. В результате получается зимнее топливо с температурой застывания –45 °C и арктическое, застывающее только при –60 °C.
Кроме производства дизтоплива, фракция используется во вторичной переработке. Она позволяет получить керосин, применяемый в лакокрасочной промышленности и приборостроении, изготовлении химии для автотранспорта.
В заключение
Таким образом, продуктами прямой перегонки нефти являются дистилляты — легкие, средние и тяжелые. Они различаются температурой выкипания, составом, свойствами и сферой применения. Тяжелые и легкие фракции перегонки нефти выступают сырьем для дальнейшей переработки, которая позволяет получить товарный продукт, предназначенный для поставки потребителю.
Рефлюкс (химия)
Ре́флюкс (от лат. refluo — течь назад) — обратный ток жидкости по сравнению с нормальным её движением.
Эта статья посвящена рефлюксам в химии и химической промышленности. Рефлюксы применительно к медицине и физиологии рассматриваются в статье Рефлюкс.
Рефлюкс (при дистилляции) — часть дистиллята, которая возвращается в колонну для более качественного разделения на желаемые фракции.
Полезное
Смотреть что такое «Рефлюкс (химия)» в других словарях:
Рефлюкс — Эта статья посвящена рефлюксам в медицине и физиологии. Рефлюксы в химии и химической промышленности рассматриваются в статье Рефлюкс (химия). Рефлюкс (лат. refluo течь назад) обратный ток содержимого полых органов по сравнению с нормальным… … Википедия
Коэфициент орошения — Рефлюкс (от лат. refluo течь назад) обратный ток жидкости по сравнению с нормальным её движением. Эта статья посвящена рефлюксам в химии и химической промышленности. Рефлюксы применительно к медицине и физиологии рассматриваются в статье Рефлюкс … Википедия
Дистилляция — Устройство простейшего перегонного аппарата. 1 Нагревательный элемент 2 Перегонный куб 3 Отводная трубка или насадка Вюрца 4 Термометр 5 Хо … Википедия
Перегонка — Устройство простейшего перегонного аппарата Дистилляция (лат. distillatio стекание каплями) перегонка, испарение жидкости с последующим охлаждением и конденсацией паров. Простая дистилляция частичное испарение кипящей жидкой смеси путём… … Википедия
Фракционная перегонка — Устройство простейшего перегонного аппарата Дистилляция (лат. distillatio стекание каплями) перегонка, испарение жидкости с последующим охлаждением и конденсацией паров. Простая дистилляция частичное испарение кипящей жидкой смеси путём… … Википедия
Твердофазная экстракция — Твердофазная экстракция, ТФЭ разделение твердофазных смесей с использованием твердых сорбентов. В аналититческой химии используется для пробоподготовки. Целевое вещество для анализа (аналит) сорбируется из матрицы и вымывается растворителями… … Википедия
Хроматография — (от др. греч … Википедия
Бестигельная зонная плавка — Бестигельная зонная плавка метод получения кристаллов из малого объёма расплава, формально являющийся разновидностью зонной плавки, не использующей тигля или иного контейнера. Фактически отсутствие контейнера приводит к необходимости… … Википедия
Хроматографическая колонка — Типичная установка для ручной колоночной хроматографии. Стеклянная колонка, снабженная внизу краном для регулирования скорости процесса, набита твердой фазой (белого цвета), резервуар вверху наполнен жидким элюентом, в верхней части твердой фазы… … Википедия
Зонная плавка — Монокристалл тантала высокой чистоты (99.999% = 5N), выращенный методом зонной перекристаллизации ( … Википедия
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.