Процеси переробки нафти та нафтопродуктів

Фракційна переробка нафти

До другої світової війни основним енергоносієм було вугілля, а після війни почався бурхливий розвиток нафтодобувної промисло­вості. Завдяки цьому нафта в 70-ті pp. XX ст. стала домінуючим енергоносієм. В 1960 р. була створена організація країн-експор-терів нафти ОПЕК (з метою підвищення прибутку від збуту нафти). В перші 10 років свого існування ОПЕК мало впливала на світові ціни нафти. Але в 1970... 1980 pp. зусиллями ОПЕК та одного з най­більших експортерів нафти — СРСР ціни на нафту були збільшені в 17 разів та досягали 350 дол/т (для порівняння пшениця коштує близько 200 дол/т). Такі ціни у 10...20 разів перевищувала собівар­тість її видобутку на Близькому Сході і ціни утримувались недовго та почали знижуватися. В останні 10 років вони більш-менш стабілізувалися на рівні (110...130) дол/т, тобто знизилися втричі.

Нафта складається з різних вуглеців (алканів, аиклоалканів, аре-нів — ароматичних вуглеців — та їх гібридів) та сумішей, які міс­тять, крім вуглецю та водню, гетероатоми — кисень, сірку й азот.

Нафта дуже різниця за кольором (від світло-коричневого до темно-бурого) та за густиною — від досить легкої (650..700) кг/м до важкої (980...1050) кг/м , в різній мірі насичена газоподібними вуглецями.

Нафта складається із суміші різних вуглеводів (від пентану до важких вуглеводів), мінеральних і механічних домішок (піску, глини), органічних сполук, що містять сірку, кисень, азот тощо.

До мінеральних домішок належить вода, в якій розчинені солі NaCl, CaCl , МgСl тощо.

За вмістом сірки нафти поділяють на малосірчисті (0,1-0,5% сірки), сірчисті (0,5-3%) і багатосірчисті (3-5% сірки). Сірка спричиняє корозію обладнання як у процесі перероблення нафти, так і під час використання нафтопродуктів.

Перед тим як подати нафту до перероблення, з неї вилучають гази, воду, мінеральні солі, механічні домішки та сірку.

Гази відділяють у резервуарах з пониженим тиском. Відділені гази спрямовують на перероблення, внаслідок чого отримують газовий бензин, етан, пропан, бутан. Потім з нафти вилучають пісок і глину. Для цього до нафти додають деемульгатори. Знесо­люють нафту за допомогою електричного струму. Сірку та сірко­водень вилучають за допомогою розчинів лугів або амоніаку.

Очищену від домішок нафту переробляють, для отримання пального, мастил, розчинників, окремих вуглеводів тощо.

Нафтопродукти. У процесі перероблення нафти отримують пальне й паливо (рідинне та газове), мастила, розчинники, окремі вуглеводи (етилен, пропілен, метан, ацетилен, бензол, толуол то­що), тверді і напівтверді суміші вуглеводів (парафін, вазелін), бітуми та пек, сажу, нафтові кислоти та їх похідні тощо.

Рідинне пальне поділяють на карбюраторне, реактивне, ди­зельне. До карбюраторного пального належать авіаційні і авто­мобільні бензини, а також тракторне пальне.

Реактивне пальне складають гасові фракції різного складу або суміші з бензиновими фракціями. Це пальне використовують в авіаційних реактивних двигунах.

Дизельне пальне складається із газойлів (від "газ" і англ. "oil") і солярових фракцій. Його використовують в авіаційних двигу­нах внутрішнього згоряння.

Паливо. Котельне паливо — це мазут. Його використовують на теплових електростанціях, в промислових печах. Газове паль­не — це суміш пропану та бутану в різних співвідношеннях. Йо­го використовують для комунально-побутових потреб.

Мастила використовують для змащування машин і механізмів. Залежно від призначення мастила поділяють на індустріальні (ве­ретенні, машинні тощо), турбінні, компресорні, трансмісійні, ізо­ляційні, моторні. Спеціальні мастила використовують не для зма­щення поверхонь виробів (деталей, вузлів, механізмів), а як гальмівну рідину в гальмівних сумішах, гідравлічних установах, а також як електроізоляційне середовище в трансформаторах, кон­денсаторах тощо. Назва цих мастил свідчить про місце їх викори­стання, наприклад, трансформаторне, конденсаторне тощо.

Окремі вуглеводні складові нафти використовують для ви­робництва полімерів і продукції органічного синтезу.

Крім цього з нафти отримують бітуми, пеки, кислоти, па­рафіни, вазеліни тощо.

Фракційна переробка нафти

З нафти отримують пальне, паливо, мастила та інші речови­ни, які є сировиною для хімічною та інших промисловостей.

Нафту переробляють фізичним та хімічним способами. До них належать: дистиляція (фізичний спосіб) та кренінг (хімічний спосіб).

Дистиляція нафти полягає в поділлі нафти на пальні та мас­тильні фракції. Цей поділ ґрунтується на різній температурі кипіння окремих фракцій. Дистилюють нафту за умов запобіган­ня розкладання вуглеводів. При такому способі перероблення нафти кількість отримання бензину становить лише (5...20)% кількості перероблюваної нафти.

Для точнішого розділення багатокомпонентної суміші, якою є нафта, на окремі фракції використовують ректифікацію.

Пальні фракції отримують у колоні за атмосферного тиску, а мастильні — у разі вакууму.

Отримання пальних фракцій. Очищену нафту через систему теплообмінників за допомогою помп подають до трубової печі, де вона нагрівається до температури кипіння 350 °С, а звідси во­на надходить до ратифікаційної колони для поділу на фракції. У верхній частині колони випари нафти зрошують бензином. Фракції, що киплять за низьких температур випаровуються і підіймаються, а ті, що киплять за високих температур (мазут), стікають у нижню частину колони.

Усередині колони по висоті розміщені тарілки з отворами для проходження пари угору і стікання рідин. На тарілках унаслідок зустрічного руху рідини та газу вуглеводні, які мають низьку тем­пературу кипіння, переходять у пару, а ті, що киплять за високої температури, конденсуються та стікають вниз. Таким чином у різних температурних зонах колони виділяють різні фракції (зго­ри вниз): бензин, лігроїн, гас, соляр.

Внаслідок перероблення отримують 14,5% бензину (темпера­тура відбору — до 170 °С), 7,5% лігроїну (160-200 °С), 18% гасу (200-300 °С), 5% соляру (300-350 °С) решта — мазут, який зби­рається в нижній частині колони.

Якщо в мазуті міститься понад 1% сірки, то його спалюють в печах. У разі меншої кількості сірки мазут дистилюють для отри­мання додаткової кількості бензину.

Мастильні фракції отримують у колоні, де тиск понижений до (0,08...0,09) МПа. Отже, мазут, нагрітий у печі до кипіння, надхо­дить до ректифікаційної колони, де на тарілках конденсуються мастильні фракції (залежно від температури кипіння): (10... 12)% веретенного мастила, 5% машинного, 3% легкого та 7% важкого циліндрового. Внизу колони збирається до 30% гудрону.