Как известно, нефть представляет собой сложную смесь большого количества взаимно растворимых углеводородов, имеющих различные температуры начала кипения. На этом свойстве нефти основана ее перегонка, т. е. ступенчатое испарение и конденсация отдельных фракций.
При нагревании нефти из нее прежде всего испаряются самые легкие, летучие углеводороды.
По мере отгона низкокипящих углеводородов относительное содержание в нефти более тяжелых, высококипящих продуктов увеличивается. Так как упругость паров последних значительно меньше, чем низкокипящих, то при данной температуре перегонки она может оказаться ниже атмосферного давления, и нефть перестанет кипеть. Поэтому для того, чтобы перегонка продолжалась, следует повысить температуру оставшейся нефти. При нагревании упругость паров будет возрастать и когда она достигнет значения внешнего давления, нефть снова закипит. Таким образом, перегонка нефти происходит при непрерывно повышающейся температуре.
В процессе перегонки нефти из нее будут испаряться все новые, более тяжелые и более высококипящие углеводороды. В каждый данный момент перегонки пары, выделяющиеся из нефти, состоят не из одного какого-либо углеводорода, а из смеси углеводородов, которые имеют близкую температуру кипения.
Фракции, кипящие при низких температурах, т. е. низкокипящие фракции, называются легкими, а высококипящие — тяжелыми.
Температуру падения первой капли сконденсировавшихся паров считают началом кипения фракции. Температуру при которой испарение фракции прекращается, считают концом кипения фракции.
Фракции, отогнанные в широких температурных пределах, называют дистиллятами. Путем дальнейшей обработки дистиллятов получают разные нефтепродукты. При перегонке нефти получают бензиновые, керосиновые, газойлевые и другие дистилляты. Бензиновые дистилляты выкипают при температуре 35—205° С, керосиновые в пределах 150—300° С, газойле-вые— при температурах 180—350° С.
Одним только испарением нельзя добиться четкого разделения фаз на узкие фракции. При нагревании смеси растворимых друг в друге веществ (какой является нефть) в паровую фазу переходят не только молекулы легких компонентов, но и часть молекул более тяжелого компонента. Часть молекул легкого компонента может быть растворенной в остатке. Поэтому для разделения жидких неоднородных смесей на практически узкие фракции, которые различаются по температуре кипения, в процессе перегонки нефти применяют ректификацию.
Сущность ректификации заключается в том, что между восходящим потоком паров и стекающей вниз жидкостью (флегмой) происходит тепло- и массообмен. В результате этого пары обогащаются низкокипящими, а жидкость — высококипящими компонентами. Если контактов между жидкостью и парами вполне достаточно, то пары будут состоять в основном из низкокипящих, а жидкость — из высококипящих компонентов. Ректификация осуществляется в ректификационных колоннах: В ректификационную колонну подается сырье, подогретое до необходимой температуры и представляющее собой смесь паров и жидкости. Пары поднимаются вверх по колонне, а жидкость стекает вниз. На верхнюю часть ректификационной колонны подается орошение, представляющее собой продукт, полученный после конденсации паров, отходящих с верхней ее части. Встречаясь с поднимающимися горячими парами, орошающая колонну жидкость нагревается и постепенно испаряется. При этом она отнимает тепло у паров, в результате чего некоторое количество их конденсируется и стекает в виде флегмы в нижнюю часть колонны. Этот процесс испарения и конденсации повторяется по всей высоте колонны на каждой тарелке.
Фракционный состав флегмы и паров по высоте колонны непрерывно меняется: стекающая вниз флегма все более обогащается тяжелыми фракциями, поднимающиеся пары становятся более легкокипящими. Поток паров, поднимающихся вверх, создается испарением подаваемого в колонну сырья и частично испарением остатка нижней части колонны; поток жидкости, стекающей вниз, образуется в верхней части колонны за счет орошения. Температура внутри колонны изменяется по высоте в соответствии с температурами кипения разделяемых компонентов: в верхней части колонны она близка к температуре кипения легкокипящего компонента.
Схема установки прямой перегонки нефти показана на рис. 125. Нефть нагревается в трубчатой печи 3, внутри которой расположен змеевик, состоящий из многих соединенных между собой труб. Поверхность труб нагревается при помощи форсунок или горелок, в которых сгорает жидкое топливо.
Нефть, прокачиваемая через эти трубы, нагревается до требуемой температуры и частично превращается в пар. Пары нефти вместе с неиспарившимся остатком поступают в нижнюю часть ректификационной колонны 5, куда подается также водяной пар. В колонне отделяются в виде паров все фракции, которые должны быть отобраны из нефти.
В верхней части колонны отходит наиболее легкая фракция — бензиновая, которая конденсируется в конденсаторе и через холодильник направляется в резервуары. Часть бензиновой фракции после охлаждения возвращается обратно в колонну для орошения.
В качестве боковых погонов с колонны отбираются, считая от верха колонны, керосиновая и дизельная фракции. В зави-
Рис. 125. Схема установки для перегонки нефти:
/ — теплообменник; 2 — водогрязеотделитель; 3 — трубчатая печь; 4 — насос; 5 — ректификационная колонна
симости от заданного ассортимента могут быть отобраны и другие фракции. Для получения товарных продуктов дистилляты, полученные при перегонке нефти, подвергаются дальнейшей обработке.
Из нижней части колонны отходит остаток перегонки нефти — мазут. Последний в зависимости от качества исходной нефти может быть использован как сырье для термического крекинга с целью получения автомобильного бензина, смазочных масел, битума. Без переработки мазут можно использовать как котельное топливо.
