что такое ректификация нефти
Химическая технология нефти и газа Лекция 7 Нефтеперерабатывающий завод. Первичная перегонка нефти. Лектор – к.т.н., доцент кафедры ХТТ Юрьев Е.М. — презентация
Процесс переработки
Процесс переработки нефти начинается с ее специализированной подготовки. Это вызвано наличием в природном сырье многочисленных примесей. В нефтеносной залежи содержится песок, соли, вода, грунт, газообразные частицы. Для добычи большого количества продуктов и сохранения месторождения энергоресурса используют воду. Это имеет свои преимущества, но значительно снижает качество полученного материала.
Наличие примесей в составе нефтепродуктов делает невозможной их транспортировку к заводу. Они провоцируют образование налета на теплообменных аппаратах и других емкостях, что значительно снижает их срок службы.
Поэтому добытые материалы подвергаются комплексной очистке – механической и тонкой. На данном этапе производственного процесса происходит разделение полученного сырья на нефть и природный газ. Это происходит при помощи специальных нефтяных сепараторов.
Для очистки сырья в основном его отстаивают в герметических резервуарах. Для активации процесса разделения материал подвергают действию холода или высокой температуры. Электрообессоливающие установки применяются для удаления, содержащихся в сырье, солей.
Применение нефтепродуктов
В зависимости от состава, сырье может использоваться в различных отраслях. Чаще всего, кроме основных элементов, сюда входят:
Учёные считают, что нефть является остатками животных и растений, населяющих земной шар. Теория органического происхождения была популярной несколько десятков лет. Действительно, в составе можно найти азотистые соединения, что появились вследствие разложения живых организмов.
Суть неорганической теории заключается в действии воды на карбиды металлов (соединения с углеродом). Для динамики процесса сыграли роль и другие компоненты:
Добывается сырье на глубине нескольких километров с помощью специальных насосов. Благодаря давлению между шарами пород скапливается газообразная субстанция, а уже под ней находится нефть.
Сырье важно не только для народного хозяйства, но и для комплексного развития экономики, ведь в процессе переработки получается продукт, способный влиять на создание каучука, спиртов, полиэтилена, пластмасс и изделий из них. Она служит реактивным топливом.
В процессе перегонки нефти получаются разные виды топлива, что используются в индустриальных отраслях и быту.
В последнее время развитие и добыча угольной промышленности отошла на второй план, уступая место газу и нефти. Потребление продукта для энергетических целей снизилось, но повысилась роль сырья для создания химических компонентов.
Первичная переработка
Процесс перегонки нефти производится с целью получения очищенного продукта. На начальном этапе проводится обессоливание и обезвоживание на специальных аппаратах. После первого периода в составе нефти содержится 2−3 мг солей на литр. Рекомендуем: Вторичная переработка и использование бытовых отходов
Удаление жидких углеводородов возможно благодаря изменению температуры. Когда продукт начинает кипеть, запускаются реакции по выделению фракций. Температура зависит от количества углеводорода в составе и места добычи.
В зависимости от этого показателя выделяется:
После окончания процесса перегона нефти остаётся мазут, который также используется в промышленных отраслях для ремонта и обслуживания механизмов. При первичной переработке вырабатываются разные компоненты.
В процессе начинает выделяться пара, которые специальными насосами убирают с поверхности. В большинстве случаев после первичной переработки надо провести дополнительные процедуры очистки и отфильтровать полученные компоненты. В их составе ещё много углеводородов, которые надо удалить.
Методы получения чистого продукта
Благодаря современному оборудованию и круглой автоматизации процесса, можно говорить о разных способах получения чистого продукта из натурального сырья. Для этого проводится неоднократная перегонка нефтяных фракций с помощью:
Способ дистилляции является наиболее популярным, ведь чистого продукта в итоге получается больше, нежели от обычного выпаривания. Фракционная перегонка даёт возможность на начальном этапе получить готовые составляющие и топливо, использовать сырье без дополнительной очистки.
После того как нужные компоненты уже получены, можно приступать ко вторичной технике обработки.
Как происходит процесс разделения нефти и воды?
После первичной очистки получают труднорастворимую эмульсию. Она представляет собой смесь, в которой частички одной жидкости равномерно распределяются во второй. На этом основании выделяют 2 типа эмульсий:
Процесс разрушения эмульсии может происходить механическим, электрическим или химическим способом. Первый метод подразумевает отстаивание жидкости. Это происходит при определенных условиях – подогрев до температуры 120-160 градусов, повышение давления до 8-15 атмосфер. Расслаивание смеси обычно происходит в течение 2-3 часов.
Чтобы процесс разделение эмульсии прошел удачно, необходимо не допускать испарение воды. Также выделение чистой нефти осуществляется при помощи мощных центрифуг. Эмульсия разделяется на фракции при достижении 3,5-50 тысяч оборотов в минуту.
Применение химического метода подразумевает применение специальных поверхностно-активных веществ, называемых деэмульгаторами. Они помогают растворить адсорбционную пленку, в результате чего нефть очищается от частиц воды. Химический метод зачастую применяется совместно с электрическим. Последний способ очистки подразумевает воздействие на эмульсию электрического тока. Он провоцирует объединение частиц воды. В результате он легче удаляются из смеси, что позволяет получить нефть высочайшего качества.
Принцип работы атмосферно-вакуумной установки
В специальной трубчатой печи происходит нагрев нефти при температуре 350°С. В результате этой процедуры образуется смесь жидкого остатка и паров вещества, которая поступает в ректификационную колонну с теплообменниками.
Далее соблюдается схема перегонки нефти, которая предусматривает осуществление в ректификационной колонне разделения паров нефти на фракции, которые составляют собой различные нефтепродукты. При этом температура их кипения имеет различия в несколько градусов.
Тяжелые фракции вещества поступают в устройство в жидкой фазе. Они отделяются от паров в нижней ее части и в виде мазута отводятся из нее.
Применяются следующие способы перегонки нефти для получения топлива в зависимости от химического состава нефти. В первом случае отбирают авиационные бензины в интервале температур кипения от 40 до 150°С, а также керосин для производства реактивного топлива – от 150 до 300°С. Во втором случае добывают автомобильные бензины при температуре кипения от 40 до 200°С, а дизельные топлива – от 200 до 350°С.
Мазут, который остается после отгона топливных фракций, применяют для образования крекинг-бензинов и масел. Углеводороды, имеющие температуру кипения меньше 40°С, используются в качестве сырья для изготовления определенных синтетических продуктов, добавок к некоторым бензинам, а также как топливо для автомобилей.
Таким образом, вакуумная перегонка нефти позволяет добыть такие дистилляты: бензин, керосин, соляр, лигроин и газойль. Средний выход бензиновых фракций зависит от характеристик добываемого вещества и варьируется от 15 до 20%. Доля остального топлива составляет до 30%. Лигроин обладает большей плотностью, нежели бензин, и применяется для создания высокооктановых бензинов, а также в качестве дизельного топлива для автомобилей. Газойль представляет собой промежуточный продукт между смазочными маслами и керосином. Его образовывает прямая перегонка нефти, после чего его применяют в качестве сырья для каталитического крекинга и топлива для дизелей.
Продукты, получаемые в результате прямой перегонки, отличаются высокой химической стабильностью благодаря отсутствию в своем составе непредельных углеводородов.
Первичная переработка
Добыча и переработка нефти происходит в несколько этапов. Особенностью производства различных продуктов из природного сырья считается то, что даже после качественной очистки полученный продукт не подлежит применению по прямому назначению.
Исходный материал характеризуется содержанием различных углеводородов, которые существенно отличаются молекулярным весом и температурой кипения. В его составе присутствуют вещества нафтеновой, ароматической, парафиновой природы. Также в исходном сырье содержатся сернистые, азотистые и кислородные соединения органического типа, которые также должны быть удалены.
Все существующие способы переработки нефти направлены на ее разделение на группы. В процессе производства получают широкий спектр продукции с разными характеристиками.
Первичная переработка природного сырья осуществляется на основании разных температур кипения ее составляющих частей. Для осуществления данного процесса привлекаются специализированные установки, которые позволяют получить различные нефтепродукты – от мазута до гудрона.
Если перерабатывать природное сырье таким способом, не удастся получить материал, готовый к дальнейшему использованию. Первичная перегонка направлена лишь на определение физико-химических свойств нефти. После ее проведения можно определить необходимость осуществления дальнейшей переработки. Также устанавливают тип оборудования, которое необходимо привлечь для выполнения нужных процессов.
Первичная переработка нефти
Способы перегонки нефти
Выделяют следующие методы переработки нефти (перегонки):
Метод однократного испарения подразумевает переработку нефти при воздействии высокой температуры с заданным значением. В результате образуются пары, которые поступают в специальный аппарат. Его называют испарителем. В данном устройстве цилиндрической формы пары отделяются от жидкостной фракции.
При многократном испарении сырье подвергают обработке, при которой несколько раз осуществляют повышение температуры по заданному алгоритму. Последний способ перегонки является более сложным. Переработка нефти с постепенным испарением подразумевает плавное изменение основных рабочих параметров.
Оборудование для перегонки
Промышленная переработка нефти осуществляется при помощи нескольких аппаратов.
Трубчатые печи. В свою очередь их также разделяют на несколько видов. Это атмосферные, вакуумные, атмосферно-вакуумные печи. При помощи оборудования первого типа осуществляется неглубокая переработка нефтепродуктов, что позволяет получить мазут, бензиновые, керосиновые и дизельные фракции. В вакуумных печах в результате более эффективной работы сырье разделяют на:
Полученные продукты полностью подходят для производства кокса, битума, смазочных материалов.
Ректификационные колонны. Процесс переработки нефтяного сырья при помощи данного оборудования подразумевает ее нагревание в змеевике до температуры 320 градусов. После этого смесь поступает в промежуточные уровни ректификационной колонны. В среднем она имеет 30-60 желобов, каждый из которых размещен с определенным интервалом и оснащен ванной с жидкостью. Благодаря этому пары стекают вниз в виде капель, поскольку образуется конденсат.
Существует также переработка с помощью теплообменных аппаратов.
Подготовка промысловой нефти
В добытом из промысловых скважин нефтяном сырье, кроме углеводородов, содержится вода, попутный газ, растворенные соли (в основном – хлориды), а также масса примесей механического характера (песок, кусочки горной породы, ил и тому подобное). Использовать такое сырье без предварительной подготовки нельзя.
Попутные и растворенные в нефти газы отделяют с помощью системы газовых сепараторов, в которых происходит последовательное снижение давления от значения в самой скважине до нормального (атмосферного). Стоит сразу сказать, что после этого в сырой нефти остается до четырех процентов растворенных газов.
После сепарации сырая жидкая смесь углеводородов поступает в отстойники, где в результате действия гравитации происходит отделение от промыслового продукта механических примесей.
Там же, за счет разницы плотностей волы и нефти, происходит постепенное обезвоживание полученного сырья.
Как получают топливо из нефти?
Из отстойников нефть перекачивается на промысловые установки по электрическому обессоливанию, на которых из нефти удаляют лишние растворенные в ней соли.
В основу процесса обезвоживания положен принцип разрушения водонефтяных эмульсий, образовавшихся в результате закачки воды в продуктивный пласт с целью повышения его давления для добычи необходимого сырья.
Затем обезвоженная и обессоленная нефть смешивается с водой с целью создания искусственной эмульсии с низким уровнем солености, а затем эта эмульсия также подвергается расслаиванию. Полученная вода проходит специальную очистку и повторно закачивается в пласт, создавая в нем необходимое для добычи давления.
, к которым относятся бензины, керосины и дизельные дистилляты.
Температура их выкипания – не выше 360-ти градусов Цельсия. Выход таких фракций, в зависимости от физико-химического состава перерабатываемого сырья, составляет от 45-ти до 60-ти процентов от общего количества сырой нефти. Остаток атмосферной перегонки называется мазутом.
Сам процесс переработки (разделение на фракции) предварительно нагретой нефти происходит в ректификационной колонне, которая выглядит как цилиндрический вертикальный агрегат, оборудованный изнутри специальными контактными устройствами, называемыми тарелками. Через эти тарелки выделяемые пары нефтепродуктов движутся вверх, а жидкие фазы опускаются вниз.
Ректификационные колонны могут быть разных размеров и различных конфигураций, однако их используют на всех предприятиях нефтепереработки. Количество тарелок в таких устройствах может колебаться от 20-ти до 60-ти штук.
Каково содержание серы в нефти?
В нижней части этой колонны предусмотрен подвод тепла, а в верхней – его отвод, поэтому температура в колонне постепенно понижается от нижней части к верхней. Это позволяет отводить бензиновые фракции в виде паров с верхней части аппарата. Керосиновые и дизельные дистилляты конденсируются и выводятся в других частях ректификационного колонного аппарата, а жидкий остаток в виде мазута откачивается с нижней части и поступает на вакуумный блок.
” width=”600″ height=”450″ />
Задача вакуумной перегонки – отбор из мазута дистиллятов масляного типа (если НПЗ специализируется на производстве масел и смазок) либо широкой масляной фракции широкого спектра, которая называется вакуумный газойль (если специализация НПЗ – производство моторного топлива). После вакуумной перегонки образуется остаток, называемый гудроном.
Необходимость такой переработки мазута под вакуумом объясняется тем, что при значении температуры более 380-ти градусов начинается процесс крекинга (термического разложения углеводородов), а точка выкипания вакуумного газойля – это более 520-ти градусов. Из-за этого перегонку необходимо проводить при остаточном значении давления на уровне 40-60 миллиметров ртутного столба, что дает возможность уменьшить максимальне температурное значение в установке до 360-ти – 380-ти градусов.
Вакуумная среда в такой колонне создается с помощью специализированного оборудования, основным ключевым элементом которого являются либо жидкостные, либо паровые эжекторы.
Вторичная переработка
После определения свойств нефти, в зависимости от потребности в определенном конечном продукте, выбирается тип вторичной перегонки. В основном она заключается в термически-каталитическом воздействии на исходное сырье. Глубокая переработка нефти может происходить при помощи нескольких методов.
Топливный. Применение данного способа вторичной перегонки позволяет получить ряд высококачественных продуктов – автомобильных бензинов, дизельных, реактивных, котельных топлив. Для осуществления переработки не нужно привлекать много оборудования. В результате применения данного метода из тяжелых фракций сырья и осадка получают готовый продукт. К топливному методу перегонки относят:
Топливно-масляный. В результате применения данного метода перегонки получают не только различные топлива, но и асфальт, смазочные масла. Это осуществляется при помощи метода экстракции, деасфальтизации.
Нефтехимический. В результате применения данного метода с привлечением высокотехнологичного оборудования получают большое количество продукции. Это не только топливо, масла, а и пластмассы, каучук, удобрения, ацетон, спирт и многое другое.
Как из нефти и газа получаются окружающие нас предметы — доступно и понятно
Гидроочистка
Данный метод считается более всего распространенным. С его помощью осуществляется переработка сернистой или высокосернистой нефти. Гидроочистка позволяет существенно повысить качество получаемых видов топлива. Из них удаляют различные добавки – сернистые, азотистые, кислородные соединения. Обработка материала происходит на специальных катализаторах в водородной среде. При этом температура в оборудовании достигает показателей 300-400 градусов, а давление – 2-4 Мпа.
В результате перегонки, содержащиеся в сырье, органические соединения разлагаются при взаимодействии с водородом, циркулирующем внутри аппарата. В итоге образуется аммиак, сероводород, которые удаляются из катализатора. Гидроочистка позволяет переработать 95-99% сырья.
Каталитический крекинг
Перегонка осуществляется при помощи цеолитсодержащих катализаторов при температуре 550 градусов. Крекинг считается очень эффективным методом переработки подготовленного сырья. С его помощью из мазутных фракций можно получить высокооктановый автомобильный бензин. Выход чистого продукта в данном случае составляет 40-60%. Также получают жидкий газ (10-15% от исходного объема).
Каталитический риформинг
Риформинг осуществляется при помощи алюмоплатинового катализатора при температуре 500 градусов и давлении 1-4 Мпа. При этом внутри оборудования присутствует водородная среда. Данный метод применяется для превращения нафтеновых и парафиновых углеводородов в ароматические. Это позволяет существенно повысить октановое число производимой продукции. При использовании каталитического риформинга выход чистого материала составляет 73-90% от залученного сырья.
Гидрокрекинг
Позволяет получить жидкостное топливо при воздействии высокого давления (280 атмосфер) и температуры (450 градусов). Также данный процесс происходит с применением сильных катализаторов – оксидов молибдена.
Если гидрокрекинг сочетать с другими методами переработки природного сырья, выход чистых продуктов в виде бензина и реактивного топлива составляет 75-80%. При применении качественных катализаторов их регенерация может не проводиться 2-3 года.
Экстракция и деасфальтизация
Экстракция подразумевает разделение подготовленного сырья на нужные фракции при помощи растворителей. В дальнейшем производится депарафинизация. Она позволяет существенно снизить температуру застывания масла. Также для получения продукции высокого качества ее подвергают гидроочистке. В результате проведения экстракции можно получить дистдизельное топливо. Также с помощью данной методики производят извлечение ароматических углеводородов из подготовленного сырья.
Деасфальтизация необходима для того, чтобы из конечных продуктов дестиляции нефтяного сырья получить смолисто-асфальтеновые соединения. Образовавшиеся вещества активно применяются для производства битума, в качестве катализаторов для осуществления других методов переработки.
Получаемая прямой перегонкой продукция
С помощью первичной перегонки нефтяного сырья получают следующие продукты:
Другие методики переработки
Переработка природного сырья после первичной перегонки может осуществляться и другими способами.
Алкилирование. После переработки подготовленных материалов получают высококачественные компоненты для бензина. Метод основан на химическом взаимодействии олефиновых и парафиновых углеводородов, в результате чего получают высококипящий парафиновый углеводород.
Изомеризация. Применение данного метода позволяет получить из низкооктановых парафиновых углеводородов вещество с более высоким октановым числом.
Полимеризация. Позволяет осуществить превращение бутиленов и пропилена в олигомерные соединения. В результате получают материалы для производства бензинов и для проведения различных нефтехимических процессов.
Коксование. Применяется для производства нефтяного кокса из тяжелых фракций, получаемых после перегонки нефти.
Нефтеперерабатывающая отрасль относится к перспективным и развивающимся. Производственный процесс все время усовершенствуется за счет введения нового оборудования и методик.
Методы переработки нефти. Фракционная перегонка
Главным методом переработки является фракционная перегонка нефти. Данная процедура подразумевает разделение вещества на фракции, которые отличаются по составу. Дистилляция основана на различии в температурах кипения компонентов нефти.
Фракция представляет собой химическую часть вещества с одинаковыми физическими и химическими свойствами, которая выделяется в процессе перегонки.
Прямая перегонка представляет собой физический метод переработки нефти с применением атмосферно-вакуумной установки.
Зачем нужна переработка нефти
Нефтепереработка — это производство различных сортов горюче-смазочных материалов и сырья для химической промышленности. «Каменное масло» испокон веков использовали для освещения, а также в медицине и военно-морском флоте (греческий огонь). Но нефтяные светильники чадили и распространяли неприятные запахи. Качественное горючее для ламп добывали путем прямой перегонки (ректификации) нефти.
На открытом воздухе нефтяное вещество густеет и затвердевает, становясь битумом и асфальтом. Эти материалы применяли в строительстве, гончарном ремесле, а также для изготовления скульптур и украшений.
Из черного золота выделяют парафин, синтетические жирные кислоты и растворители. Без продуктов переработки нефти невозможно производство резины, бытовой химии, синтетического каучука, кормового белка и пластмассы. Нефть применяют при изготовлении косметики и в фармакологии.
На долю нефтепродуктов приходится 30% общего энергопотребления. Добыча и переработка нефти — это первичный сектор мировой экономики, без которого невозможно существование современной цивилизации.
Процедура крекинга
Процесс перегонки нефти основан на различии элементов в итоге. Если первичная процедура позволяет разделить сырьё на несколько вариантов топлива, то вторичный процесс предназначается для увеличения добычи мазута и конкретного вида топлива.
Рекомендуем: Вторичная переработка древесины и отходов леса
В основе методики лежит использование высоких температур для выпаривания элементов, у которых меньшая молекулярная масса. В результате получаются масла для техники, компоненты для создания пластика и другие варианты сырья химической промышленности.
В ядре процесса лежит образование свободных радикалов на фоне основного состава сырья. По эффективности и способу действия все вторичные методы делятся на несколько категорий:
Выбор техники зависит от желаемого результата. Использование добавочных фильтров в работе даёт возможность очистить продукт от отходов и увеличить его качество.
Виды и особенности
В процессе термического разложения углеводородов используются дополнительные элементы и фильтры. Выделяется несколько подвидов методики:
Также применяется и каталитический этап обработки, в котором, кроме катализаторов, используются алюмосиликаты. В итоге получаются газообразные продукты. Независимо от типа перегонки нефти обязательно проводятся процедуры добавочной фильтрации для качественной очистки.
Дополнительные техники
Риформинг используется для ароматизации нефтепродуктов. Чаще всего для процедуры применяются бензиновые фракции с высокой температурой кипения. В итоге повышается октановое число бензина, а сама фракция обогащается ароматическими соединениями. Продукт может использоваться для создания автомобильного топлива или для разложения компонентов на ароматические составляющие и выработок толуола, бензола и ксилолов.
Гидроочистка состоит из чередования действия водорода при высокой температуре и повышенном давлении. Это фильтрация готового продукта, удаление из его состава ненужных серных соединений, снижение количества разных смол и кислородосодержащих соединений. Техника считается одной из наиболее популярных вариантов вторичной переработки.
Каталитический крекинг относится к сложным процедурам и требует не только специального оборудования, но и составления формул для дозировки компонентов. Целью процедуры является получения бензина и группы жирных газов за счёт расщепления молекул тяжёлых углеводородов.
Рекомендуем: Особенности переработки автомобильных шин
Отходом техники является компонент в составе мазута. Это наиболее экономичный метод вторичной обработки, поскольку практически все элементы входят в состав веществ, которые используются в разных отраслях промышленности.
В основе процедуры гидрокрекинга лежит:
В зависимости от типа влияния выделяется мягкий и жёсткий процесс. Первый вариант применяется для получения дизельного топлива, а второй — для керосиновых и бензиновых фракций. Процедуры коксования и изомеризации относятся к вторичным дополнительным и используются для получения остатков и компонентов для продукции.
Основные фракции
В процессе переработки нефти и разложения её на дополнительные компоненты выделяются фракции. На получение того или иного компонента влияет тип переработки и количество этапов. Дополнительное фильтрование и очистка дают возможность получить качественный продукт.
Из нефти можно выделить приблизительно 25% бензина, остальное — продукты для промышленности. Благодаря теории строения органических соединений можно говорить об увеличении процесса разгонки нефти и получения большего количества топлива.