Третью группу нефтепродуктов - консистентные (мазеобразные) смазки - получают добавлением к смазочным маслам загустителей (мыла, сульфидов, силикатов и др.). Это улучшает их вязкостно-температурные свойства и делает пригодными к употреблению в случаях, когда обычная жидкая смазка не может быть применена. Так, антифрикционные консистентные смазки используют для уменьшения трения и износа, защитные - для предохранения металлических деталей от коррозии, уплотнительные - для герметизации различных соединений. Смазки, в зависимости от назначения, делят на универсальные (технический вазелин, солидол и др.) и специальные.
3.2. Методы переработки
Добытую нефть перед отправлением на переработку подвергают очистке от механических примесей, воды, газов, растворенных веществ. Дополнительно нефть очищают также на нефтеперерабатывающих заводах. Последующую переработку нефти ведут физическими и химическими методами. Те и другие включают стадию нагревания нефти или нефтепродуктов до относительно высоких температур с разделением на фракции (смеси) или выделением индивидуальных углеводородов.
3.3. Прямая перегонка нефти (физический метод)
Перегонка основана на разнице температур кипения и конденсации органических соединений, входящих в состав нефти. Она заключается в разделении исходной сложной по составу жидкости на отдельные фракции (дистилляты) и обычно осуществляется в две стадии. Вначале из нефти под атмосферным давлением выделяют моторное топливо, получая в остатке мазут, который перерабатывается под вакуумом. Соответственно нефть перегоняют на атмосферных или атмосферно-вакуумных установках, состоящих из трубчатых печей, ректификационных колонн, теплообменников, насосов и других аппаратов. Пройдя ряд теплообменников и приобретя температуру 170-175º С, нефть попадает в змеевики трубчатой печи, обогреваемые мазутом или газом. В них она нагревается до 320-350 ºСив виде смеси жидкости и паров поступает в ректификационную колонну, которая представляет собой стальной цилиндрический аппарат высотой около 40 м, разделенный внутри несколькими десятками горизонтальных перегородок с отверстиями (барботажными тарелками) на отделения. Отверстия тарелки имеют патрубки, прикрытые колпачками (рис. 2).
|
Рис. 2. Схема устройства тарелок ректификационной колонны:
1 - корпус колонны; 2 - тарелки; 3 - сливная трубка: 4 - штуцер (патрубок); 5 - колпак
Пары нефти, поступая в колонну, поднимаются вверх и проходят через отверстия в тарелках. Постепенно охлаждаясь при движении, они, в зависимости от температур кипения, сжижаются на тех или иных из них. Менее летучие углеводороды конденсируются уже на первых тарелках, выделяя газойлевую фракцию, более летучие из них собираются выше и образуют керосиновую фракцию, еще выше сжижается лигроин, а наиболее летучие вещества выходят из колонны в парообразном состоянии, конденсируясь в бензин. Неотогнанная часть нефти в виде жидкой фракции стекает по тарелке вниз, образуя мазут. Для облегчения испарения летучих углеводородов, задерживаемых мазутом, снизу навстречу ему подают перегретый пар.
Все выделившиеся фракции в жидком виде на определенном уровне удаляются из колонны. Тепло отходящих фракций используется в теплообменнике для предварительного подогрева нефти, поступающей в трубчатую печь. Часть бензина вновь подается в колонну для орошения, что способствует охлаждению и конденсации поднимающихся паров.
Перегонка нефти при атмосферном давлении оставляет более половины исходного продукта в виде мазута, представляющего смесь тяжелых углеводородов. Он также может быть подвергнут перегонке с получением смазочных масел. Однако сделать это при атмосферном давлении принципиально невозможно, так как для перегонки мазута необходима значительно более высокая температура, чем для нефти. При ней углеводородные компоненты начинают разлагаться. Чтобы исключить это, температуру дистилляции мазута снижают за счет реализации последней под пониженным давлением, остаточная величина которого составляет 6-7 кПа.
|
Нефть Насос |
Соляровое мас/го |
Гудрон |
Установки по переработке мазута сходны с аппаратами для перегонки нефти. Сначала мазут нагревают в трубчатой печи до 420 ºС, а затем подают в ректификационную колонну (рис.3).
Рнс. З. Схема атмосферно-вакуумной установки для перегонки нефти:
I. 2 - трубчатые печи-. 3. 4 - ректификационные колонны; а - теплообменники; 6 - холодильники (конденсаторы)
При разгонке мазута получают дистилляты смазочных масел: веретенного (обладает наименьшей вязкостью), машинного (средневязкого) и цилиндрового (весьма вязкого). Каждую из фракций очищают и разделяют в другой ректификационной колонне на ряд продуктов.
Остаток от перегонки мазута (гудрон) составляет 20-30% массы исходной нефти и представляет нелетучее темное вещество. После очистки от смол и асфальтенов из гудрона можно выделить смазочные остаточные масла (авиационные, дизельные). Если гудрон для этих целей непригоден, его окисляют, продувая воздухом, и превращают в битум. Последний используют для получения асфальта, как электроизоляционный материал и для других целей.
Обычно строят атмосферно-вакуумные установки для перегонки нефти и мазута. В них при атмосферном давлении производят перегонку нефти, а в вакууме - мазута. Средние выходы различных дистиллятов приведены в табл.1
Таблица 1. Выходы дистиллятов при прямой перегонке нефти
Дистиллят | Температура отбора, °С | Выход, /о от массы |
иесрти | ||
Первая ступень | ||
Бензиновый | до 170 | 14,5 |
Лигроиновый | 160-200 | 7,5 |
Керосиновый | 200-300 | 18,5 |
Соляровое масло | 300-350 | 5,0 |
Остаток - мазут | 350 | 55,0 |
Вторая ступень* | ||
Веретенный | 230-250 | 10-12 |
Машинный | 260-305 | 5 |
Легкий цилиндровый | 315-325 | 3 |
Тяжелый цилиндровый | 350-370 | 7 |
Остаток - гудрон | 370 | 27-30 |
Примечание. Перегонка мазута под вакуумом 6-7 кПа.
Методы первичной обработки нефти прямой ее перегонкой ос таются доминирующими. В Росси в 1993 г. из 354 млн т добытой нефти 224 млн т были переработаны этими способами.
3.4.Химические методы
При переработке нефти выход наиболее ценных продуктов (бензина) недостаточен и обычно не превышает 15 %, что не может покрыть все возрастающий спрос народного хозяйства на этот и другие виды моторного топлива. Увеличения их выхода достигают применением химических процессов переработки, резко увеличивающих долю светлых продуктов. В частности, для бензина она возрастает до 70 % массы взятого сырья.
При химических методах переработки с применением более высоких, чем при прямой перегонке, температур молекулы органических соединений нефти и нефтепродуктов распадаются на относительно мелкие с меньшим числом атомов углерода. Одновременно протекают вторичные процессы, в которых продукты распада образуют молекулы новых соединений, отличающихся от исходных строением и составом. Ко вторичным относятся процессы полимеризации (укрупнения), образования изомеров (веществ, одинаковых по составу и молекулярной массе, но разнящихся по строению), дегидрогенизации (отщепления водорода от какого-либо соединения) и многие другие. Первичные и вторичные процессы переработки нефти и нефтепродуктов называют крекингом.
Помимо бензина, при крекинге образуется большое количество газообразных веществ (водород, метан, бутан, пропилен, этилен и др.), являющихся сырьем для органического синтеза. Наиболее тяжелая фракция процесса - это крекинг-остаток. Он представляет жидко-вязкую массу, составляющую порядка 30 % от мазута и используемую обычно как котельное топливо. При крекировании образуется также 1-5 % кокса.
Существуют термический и каталитический виды крекинга.
Термический крекинг проводят в трубчатых печах под давлением 4-5 МПа при 350-550º С и времени нагрева сырья 0,6 мин. Повышенное давление позволяет удержать значительную долю перерабатываемого сырья в жидком состоянии, а следовательно, уменьшить объем применяемой аппаратуры, понизить температуру процесса и резко сократить коксообразовпние. Образующуюся смесь жидких и газообразных веществ разделяют в ректификационных колоннах. Наиболее распространен термический крекинг тяжелых продуктов: мазута и гудрона.
Бензин термического крекинга существенно отличается от получаемого при прямой перегонке, поскольку содержит непредельные углеводороды, обладающие более высокими октановыми числами. Однако такой бензин менее стоек при хранении, так как непредельные углеводороды легче окисляются и, как следствие, осмоляются, образуя нагар на стенках цилиндров, клапанах и других частях двигателя. Для повышения стойкости крекинг-бензина к нему добавляют вещества - антиокислители. Выход продуктов термического крекинга, мас. %: 30 бензина, 10-15 газов, 50-55 крекинг-остатков. Октановое число бензина составляет около 70.
Особой, наиболее жесткой, формой термического крекинга является пиролиз, осуществляемый при 700-900 ºС и давлении близком к атмосферному. Цель процесса - получение газообразных непредельных углеводородов, в основном этилена и пропилена, в качестве сырья для органического синтеза. Их выход не превышает 50% массы последнего. При пиролизе образуется также значительное (до 40-50 %) количество жидких ароматических соединений (бензола, толуола, ксилолов), имеющих большую ценность. Сырье для пиролиза может быть представлено газообразными (этан, пропан, бутан, их смеси) или жидкими (низкооктановый бензин, керосино-газойлевые фракции) углеводородами, нефтяными остатками.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
