Задание по теме «Переработка жидких топлив»
Срок выполнения задания: Задание должно быть выполнено к 26.02.18
Закончить работу с кратким конспектом по изучаемой теме (Прил.1) Подготовиться к проверочной работе, ответив на контрольные вопросы (Прил.2) Выучить принципиальную схему процесса перегонки нефти Заполнить таблицу «Переработка нефти», начиная с её подготовки (Прил.3)Приложение 1.
Конспект
Состав и свойства нефти. Нефть – маслянистая жидкость, более легкая, чем вода, имеющая окраску от светло-желтой до темно-коричневой и почти черной. Нефть состоит в основном из углерода (85 – 86%) и водорода (12 – 14%), которые связаны между собой в разнообразные химические соединения – углеводороды. Помимо углеводородов в нефти в небольших количествах содержится вещества, в состав которых входят кислород, азот, сера и механические примеси.
Углеводородная часть нефтей состоит их парафиновых, нафтеновых и ароматических углеродов. Непредельные углероды, как правило, в нефтях отсутствуют, но содержаться в продуктах их переработки.
Неуглеводородная часть нефтей состоит из сернистых, кислородных и азотистых соединений.
По содержанию серы нефти делятся на малосернистые (кавказские) с содержанием серы до 0,5% и многосернистые, в которых серы содержатся более 0,5%. Например, в башкирских нефтях содержание серы достигает 4%.
Кислородные соединения – это нафтеновые кислоты, фенолы, смолистые вещества. Последние придают нефти темную окраску, разлагаются и коксуются при нагревании.
Минеральные примеси – это механические примеси, вода, минеральные соли, зола.
К механическим примесям относятся твердые частицы песка, глины, выносимые из недр потоком добываемой нефти. Вода в нефти находится в двух видах: отделяемая от нефти при отстаивании и в виде стойких эмульсий, которые могут быть разрушены только специальными методами. Минеральные соли, например хлористые кальций и магний, растворены в воде, содержащейся в нефти. Зола составляет в нефти сотые, и даже тысячные доли процента.
Состав нефти определяет ее физические свойства, в частности цвет, плотность, температуры, при которых она воспламеняется и застывает, и др.
Цвет нефти изменяется от светло – желтого до темно – коричневого. Плотность большинства нефтей при 20є С 0, 83 – 0, 97г\смі. Вязкость нефтей неодинакова и сильно уменьшается в широких пределах – от -10 до -20єС. Она характеризует условия, при которых нефть теряет текучесть. Теплота сгорания нефти 39 800 – 44 000кДж\кг.
Продукты переработки нефти. При переработке нефти получают следующие продукты: топлива жидкие и газообразные, растворители, смазочные масла, консистентные смазки, твердые и полутвердые смеси углеводородов (парафины, церезин, вазелин и т. д), нефтяные битумы и пеки, нефтяные кислоты и их производные, индивидуальные углеводороды (этилен, пропилен, метан, бензол, толуол, ксилол), являющиеся сырьем для химической промышленности.
Нефтяные жидкие топлива подразделяются на моторные бензины, тракторное, дизельное, котельное топливо, топливо для реактивных и турбореактивных двигателей.
Жидкие топлива применяются в поршневых карбюраторных двигателях с зажиганием от искры. Они не должны содержать веществ, которые вызывают коррозию металлов, применяемых для изготовления двигателей и тары, должны быть стабильны при хранении.
Бензины имеют определенный фракционный состав, характеризующий начало и окончание кипения фракций, получаемых при разгонке бензинов в интервале температур 25 - 200єС. Важная характеристика бензинов – их антидетонационные свойства, или детанационная стойкость.
Склонность бензинов к детонации характеризуется октановым числом. Чем выше октановое число бензина, тем меньше склонность его к детонации, т. е лучше качество.
Тракторное топливо – обычно керосин; качество его характеризуется теми же показателями, что и качество бензинов.
Дизельное топливо – керосин, газойль, солярный дистиллат; используется для поршневых двигателей внутреннего сгорания.
Котельное топливо – мазут и другие нефтяные остатки.
Топливо для реактивных двигателей представляет собой фракцию керосина, используемую для воздушно – реактивных двигателей.
К газообразным нефтяным топливам относятся попутные газы и газы, получаемые при переработке нефти и нефтепродуктов.
Смазочные масла разделяют на следующие группы в зависимости от области применения: индустриальные – веретенное и др.; для двигателей внутреннего сгорания – автотракторное (автолы), авиационные масла и др.; трансмиссионные; турбинные; компрессорные; для паровых машин – цилиндровые; масла специального назначения. Качество масел характеризуется смазывающей способностью, вязкостью, температурами застывания и вспышки, плотностью, содержанием воды, кислотностью, коксуемостью, зольностью, стабильностью.
Переработка нефти
Переработка нефти – весьма сложный процесс, которому предшествует специальная ее подготовка.
Подготовка нефти. Подготовка нефти к переработке начинается на нефтяных промыслах. Нефть из скважин поступает по трубам в ловушку (трапы), в которых происходит отделение растворенных (попутных) газов, и затем попадает в отстойники. На дне отстойников оседают песок и другие твердые примеси, а также скапливается вода, так как она тяжелеет нефти. Из отстойников нефть поступает в резервуары, из которых по трубопроводам или в цистернах ее доставляют на нефтеперерабатывающие заводы.
На заводах производится окончательное обезвоживание нефти, удаление из нее растворенных солей, механических примесей, и лишь после этого нефть поступает на переработку.
Методы переработки нефти и основные аппараты. Методы переработки нефти можно разделить на две группы: физические (или первичные) и химические (или вторичные).
Физические методы переработки нефти основаны на использовании различий в физических свойствах веществ, входящих в состав нефти. Если нагревать нефть, то по мере повышения температуры из неё будут испаряться различные продукты, которые закипают и испаряются при более низких температурах, а затем те, которые кипят при более высоких температурах. Такой процесс называется перегонкой нефти.
Химические методы переработки основаны на том, что под влиянием температуры, давления, катализаторов углеводороды, содержащиеся в нефти и нефтепродуктах, претерпевают химические превращения.
Природа химических и физических процессов принципиально разная, однако в практике есть сходство: эти процессы складываются из двух основных операций – нагревания сырья до высокой температуры и разделения продуктов.
Нагревание нефти и нефтепродуктов проводится в трубчатых печах.
Трубчатая печь состоит из металлического каркаса, укреплённого на фундаменте.
1 – форсунка, 2,3 – радиантные трубы,
4 – конвективная камера
конвективной камере 4, проходит по радиантным трубам 3 левой камеры печи, потолочным трубам 2 и после радиантных труб 3 правой камеры, имея высокую температуру, выводятся из печи.
Длина труб около 1 км, и при движении по ним нефть нагревается при перегонке примерно до 320-350°C. Пары и неиспарившаяся часть нефти поступают в ректификационные колонны для выделения из них отдельных продуктов.
Ректификационная колонна представляет собой стальной цилиндр высотой до
1 – патрубки, 2 – переливные трубы,
3 – барботажные колпаки
(сливные стаканы) 2 жидкость перетекает с тарелки на тарелку. Сливные стаканы возвышаются над уровнем тарелки, поэтому на ней всегда есть слой жидкости, через который пробулькивают (барбатируют) поднимающиеся вверх пары.
Смесь паров и жидкость, выходящая из трубчатой печи, поступают в нижнюю часть колонны. Пары поднимаются вверх и, так как температура по высоте колонны понижается, двигаясь с тарелки на тарелку, постепенно конденсируются, отдавая свою теплоту стекающей жидкости. Из жидкости испаряются наиболее легкокипящие продукты. Жидкость, стекающая с тарелки на тарелку, обогащается более высоко кипящими продуктами, а пары, наоборот, - легкокипящими.
Физические процессы. Перегонка – один из распространённых методов переработки нефти.
Нефть, подаваемая в трубчатую печь 1, сначала проходит через теплообменники 3, в которых она подогревается до 180°C выходящими из ректификационной колонны 2 продуктами. В трубчатой печи нефть продолжает нагреваться до 320-350°C, при этом образуется смесь паров и жидкости, которая подаётся в ректификационную колонну 2.
Снизу в колонну вводится пар, и в ней происходит разделение нефти на фракции, или дистилляты, которые отбираются по высоте колонны. Сверху из колонны выводятся пары бензина, которые охлаждаются в холодильнике 4. При охлаждении пары бензина конденсируются, превращаются в жидкий бензин, который частично идёт в хранилище, а частично подаётся на орошение колонны. Выход бензина при перегонке нефти составляет от 3 до 15%. Остальные продукты перегонки нефти – лигроин, керосин, соляровый дистиллят, мазут – выводятся из колонны, охлаждаются в теплообменниках и перекачиваются в хранилища.
Снизу колонны отбирается самый тяжёлый продукт – мазут, теплота которого используется в теплообменнике 3 для нагрева нефти.
Мазут разгоняют на фракции, получают при этом смазочные масла, а остаток – гудрон используют в дорожном строительстве.
Химические процессы можно разделить на три группы: термические, при которых преобразование сырья происходит при действии высокой температуры; термокаталитические – под действием высокой температуры и катализаторов; низкотемпературные каталитические – под действием только катализаторов.
Термические процессы включают термический крекинг, коксование и пиролиз.
Термический крекинг: нагрев сырья производится в трубчатых печах, а разделение полученных продуктов – в ректификационных колоннах. Процесс проводится при температуре 350-550⁰С и давлении до 4-5 МПа.
Выход бензина составляет 30-35%, газов – 10-15%.
Коксование проводится при температуре 510-530⁰С. Получают высокий выход кокса и газов.
Пиролиз осуществляется при температуре 700-900⁰С и давлении, близком к атмосферному. Получают этилен и пропилен, смолу.
Термокаталитические процессы включают высокотемпературные процессы, протекающие в присутствии катализаторов, каталитический крекинг и каталитический риформинг.
Каталитический крекинг проводится при температуре 490-540⁰С и атмосферном давлении в присутствии катализаторов. Выход бензина достигает 70%.
Риформинг – один из видов крекинга, отличающийся используемым сырьём. Используются низкооктановые бензины, или лигроины. В качестве катализатора используют платину.
Приложение 2.
Контрольные вопросы по теме «Переработка жидких топлив»
Состав и свойства нефти Продукты переработки нефти Подготовка нефти к переработке Методы переработки нефти Аппаратурное оформление процесса перегонки нефти Устройство ректификационной колонны для перегонки нефти Сущность процесса перегонки нефти Методы очистки нефтепродуктовПриложение 3.
Таблица «Переработка нефти»
Наименование стадии | Что происходит | В каком аппарате |
