Нефтепродукты, получаемые из нефти при первичной атмосферной перегонке

2

Введение

В технологии нефтепереработки к первичной перегонке относят процессы атмосферной перегонки нефти и вакуумной перегонки мазута. Их назначение состоит в разделении нефти на фракции для последующей переработки или использования как товарных нефтепродуктов.

При первичной атмосферной перегонке нефти получают широкий ассортимент фракций и нефтепродуктов, различающихся по температурным границам кипения, углеводородному и химическому составу, вязкости, температурам вспышки, застывания и другим свойствам, связанным с областью их применения и использования - прежде всего, различные топлива (автомобильные, авиационные, котельные и т. д.) и сырье для последующей химической переработки.

Цель реферата - дать характеристику нефтепродуктам, получаемым из нефти при первичной атмосферной перегонке.

1. Принципы первичной атмосферной перегонки нефти

Нефть представляет собой сложную смесь парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводов, различных по молекулярному весу и температуре кипения. Кроме того, в нефти содержатся сернистые, кислородные и азотистые органические соединения. Для производства многочисленных продуктов различного назначения и со специфическими свойствами применяют методы разделения нефти на фракции и группы углеводородов, а также изменения ее химического состава. Различают первичные и вторичные методы переработки нефти. К первичным относят процессы разделения нефти на фракции, когда используются ее потенциальные возможности по ассортименту, количеству и качеству получаемых продуктов и полупродуктов - перегонка нефти.

Первичные процессы переработки не предполагают химических изменений нефти и представляют собой ее физическое разделение на фракции.

Нефть поступает на нефтеперерабатывающий завод в подготовленном для транспортировки виде. На заводе она подвергается дополнительной очистке от механических примесей, удалению растворённых лёгких углеводородов (С1-С4) и обезвоживанию на электрообессоливающих установках (ЭЛОУ).

Затем нефть поступает в ректификационные колонны на атмосферную перегонку, где разделяется на несколько фракций: прямогонный бензин (легкую нафту), тяжелую нафту, керосин, дизтопливо, атмосферный газойль и остаток атмосферной перегонки - мазут. Количество получаемых фракций и их качества различаются и лишь условно соответствуют приведенным названиям.

Рис.1. Принципиальная схема комбинированной установки электрообессоливания и дистилляции нефти (регенерация горячих потоков теплоты не показана): 1-6 - ректификационные колонны соотв. отбензинивающая, атмосферная, отпарные, вакуумная, стабилизационная и вторичной перегонки бензина; 7-8 - соотв. атмосферная и вакуумная трубчатые печи; 9 - электродегидратор; 10 - кипятильники; 11 - сепараторы; 12 - конденсаторы; 13 - холодильники; 14 - теплообменники; 15 - насосы; 16 - эжектор; AT, АВТ - соотв. атмосферная и атмосферно-вакуумная трубчатые установки; ВтБ - блок вторичной перегонки бензина; ЭЛОУ - блок электрообессоливания; I, II - соотв. сырая и отбензиненная нефть; III - мазут; IV - гудрон; V-VIII - бензиновые фракции соотв. легкая (начало кипения 85 °С), головка (кипит при 85 °С), 60-150 °С и 85-150°С; IX - сжиженный газ (пропан-бутановая фракция, С₃-С₄); Х - керосин (150-230°С); XI - зимнее дизельное топливо (180-320°С); XII - компонент летнего дизельного топлива (240-360°С); XIII-XV - соотв. легкий (270-360°С), средний (325-460°С) и тяжелый (380-510 °С) вакуумный газойли: XVI - компонент легкого газойля; XVII, XVIII - соотв. газ низкого (С₁-C₄) и высокого (C₁-C₃) давлений; XIX - деэмульгатор; XX - водяной пар; XXI - конденсат; XXII - вода и минеральные соли.

Нефти, поступающие на дистилляцию, существенно различаются по составу, что в значительной степени определяет схему процесса и его режим по ступеням испарения. Приведенная схема целесообразна для перегонки, например, самотлорской и ромашкинской нефтей с высоким выходом светлых дистиллятов и бензина. В случае дистилляции озексуатской нефти, содержащей большое кол-во парафинов (до 19%), в схеме может отсутствовать колонна 1, а при перегонке высоковязкой (до 125 мм²/с) нефти п-ова Базучи (Мангышлакский район) - также колонны 5 и 6, т. к. в этой нефти очень мало бензиновых фракций. Основные аппараты дистилляционных установок - ректификационные колонны, трубчатые печи и теплообменные аппараты. В ректификационных колоннах обеспечивается четкость разделения целевых фракций нефти, определяющая комплекс их физико-химических свойств. Четкость разделения зависит в основном от двух факторов - числа тарелок, на которых пары контактируют с жидкостью, стекающей им навстречу, и кратностью орошения.

Важный показатель продуктов - фракционный состав, который устанавливают простой перегонкой и по которому судят также о четкости разделения смежных дистиллятов. Для характеристики детализирующего состава нефти и ее дистиллятов используют фракционный состав по истинным температурам кипения (ИТК), определяемый путем ректификации. Лабораторную дистилляцию широко применяют и как метод получения узких фракций нефти для решения исследовательских задач. Работа технологических установок в значительной степени автоматизирована. Например, автоматически регулируются температуры паров в верхней части колонн, горячих потоков на выходе из печей, расходы большинства промежуточных потоков и стабильность отбора конечных дистиллятов при заданных показателях их качества. Для автоматического управления дистилляцией нефти интенсивно внедряется вычислительная техника, например, управляющие ЭВМ. Это позволяет проводить процесс на всех стадиях в оптимальном режиме, обеспечивающем максимально возможный выход дистиллятов при минимальных затратах энергии.

2. Характеристики целевых продуктов

Ассортимент и качество конечных продуктов дистилляции нефти определяются химическим составом нефти и четкостью ректификации дистиллятов. В таблице 1 приведены усредненные характеристики продуктов дистилляции нефтей некоторых месторождений бывшего СССР на комбинированных установках.

Таблица 1

Примечание. Месторождения: 1 - Озексуатское, 2 - Самотлорское, 3 - Ромашкинское; обозначения продуктовых потоков соответствуют приведенным на рисунке.

Из легких нефтей топливного типа получают сжиженный углеводородный газ (преим. пропан-бутановую фракцию), бензин, керосин, дизельное топливо, вакуумные газойли и гудрон. Все эти продукты обычно служат сырьем для вторичных процессов нефтепереработки. При производстве из нефтей в качестве целевых продуктов главным образом смазочных масел в блоке AT получают те же продукты, в вакуумной колонне - масляные дистилляты (фракции, выкипающие в пределах 350-420 и 420-500 °С) и гудрон, которые после многоступенчатой очистки (деасфальтизация, селективное обессмоливание, депарафинизация, гидроочистка) превращают в базовые дистиллятные и остаточные масла - компоненты товарных масел.

Газовая фракция. Газы, получаемые при переработке нефти, представляют собой простейшие неразветвленные алканы: этан, пропан и бутаны. Эта фракция имеет промышленное название нефтезаводской (нефтяной) газ. Ее удаляют из сырой нефти до того, как подвергнуть ее первичной перегонке, или же выделяют из бензиновой фракции после первичной перегонки. Нефтезаводской газ используют в качестве газообразного горючего или же подвергают его сжижению под давлением, чтобы получить сжиженный нефтяной газ. Последний поступает в продажу в качестве жидкого топлива или используется как сырье для получения этилена на крекинг-установках.

Бензиновая фракция. Эта фракция используется для получения различных сортов моторного топлива. Она представляет собой смесь различных углеводородов, в том числе неразветвленных и разветвленных алканов. Особенности горения неразветвленных алканов не идеально соответствуют двигателям внутреннего сгорания. Поэтому бензиновую фракцию нередко подвергают термическому риформингу, чтобы превратить неразветвленные молекулы в разветвленные. Перед употреблением эту фракцию обычно смешивают с разветвленными алканами, циклоалканами и ароматическими соединениями, получаемыми из других фракций путем каталитического крекинга либо риформинга.

Качество бензина как моторного топлива определяется его октановым числом. Оно указывает процентное объемное содержание 2,2,4-триметилпентана (изооктана) в смеси 2,2,4-триметилпентана и гептана (алкан с неразветвленной цепью), которая обладает такими же детонационными характеристиками горения, как и испытуемый бензин.

Плохое моторное топливо имеет нулевое октановое число, а хорошее топливо-октановое число 100. Октановое число бензиновой фракции, получаемой из сырой нефти, обычно не превышает 60. Характеристики горения бензина улучшаются при добавлении в него антидетонаторной присадки, в качестве которой используется тетраэтилсвинец(IV), Рb(С₂Н₅)₄. Тетраэтилсвинец представляет собой бесцветную жидкость, которую получают при нагревании хлороэтана со сплавом натрия и свинца:

При горении бензина, содержащего эту присадку, образуются частицы свинца и оксида свинца(II). Они замедляют определенные стадии горения бензинового топлива и тем самым препятствуют его детонации. Вместе с тетраэтилсвинцом в бензин добавляют еще 1,2-дибромоэтан. Он реагирует со свинцом и свинцом(II), образуя бромид свинца(II). Поскольку бромид свинца(II) представляет собой летучее соединение, он удаляется из автомобильного двигателя с выхлопными газами.

Лигроин (нафта). Эту фракцию перегонки нефти получают в промежутке между бензиновой и керосиновой фракциями. Она состоит преимущественно из алканов (табл. 2).

Таблица 2

Лигроин получают также при фракционной перегонке легкой масляной фракции, получаемой из каменноугольной смолы. Лигроин из каменноугольной смолы имеет высокое содержание ароматических углеводородов.

Большую часть лигроина, получаемого при перегонке нефти, подвергают риформингу для превращения в бензин. Однако значительная его часть используется как сырье для получения других химических веществ.

Керосин. Керосиновая фракция перегонки нефти состоит из алифатических алканов, нафталинов и ароматических углеводородов. Часть ее подвергается очистке для использования в качестве источника насыщенных углеводородов-парафинов, а другая часть подвергается крекингу с целью превращения в бензин. Однако основная часть керосина используется в качестве горючего для реактивных самолетов.

Газойль. Эта фракция переработки нефти известна под названием дизельного топлива. Часть ее подвергают крекингу для получения нефтезаводского газа и бензина. Однако главным образом газойль используют в качестве горючего для дизельных двигателей. В дизельном двигателе зажигание топлива производится в результате повышения давления. Поэтому они обходятся без свечей зажигания. Газойль используется также как топливо для промышленных печей.

Мазут. Эта фракция остается после удаления из нефти всех остальных фракций. Большая его часть используется в качестве жидкого топлива для нагревания котлов и получения пара на промышленных предприятиях, электростанциях и в корабельных двигателях. Однако некоторую часть мазута подвергают вакуумной перегонке для получения смазочных масел и парафинового воска. Смазочные масла подвергают дальнейшей очистке путем экстракции растворителя. Темный вязкий материал, остающийся после вакуумной перегонки мазута, называется «битум», или «асфальт». Он используется для изготовления дорожных покрытий.

Заключение

Компоненты, полученные после первичной переработки обычно не используются как готовый продукт. Легкие фракции проходят дополнительно крекинг, реформинг, гидрогенизационное облагораживание, целью которых является получение невысокой ценой наибольшего объема конечных продуктов с наиболее точными удовлетворительными качественными показателями. Тяжелые фракции после перегонки перерабатывают дополнительно на битумных, коксующих и других установках.

В результате первичной перегонки нефти при атмосферном давлении получаются следующие продукты:

· Сжиженный углеводородный газ, состоящий в основном из пропана и бутана.

· Бензиновая фракция.

· Керосиновая фракция.

· Дизельная фракция.

· Мазут.

Список литературы

1. Александров И.А. Перегонка и ректификация в нефтепереработке. - М: Химия, 1981.

2. Гуревич И.Л., в кн.. Технология переработки нефти и газа, ч. 1, 3 изд., М., 1972.

3. Лабораторная перегонка и ректификация нефтяных смесей. - М., 1984.

4. Смидович Е.В. Технология переработки нефти и газа. Ч.2-я. -М.: Химия, 1980.

5. Фримантл М. Химия в действии. В 2-х ч. Пер. с англ. - М.: Мир, 1991.