При перегонке нефти, основанной на разнице температур кипения отдельных компонентов, получают фракции или дистил- латы.
Каждая из фракций может быть разогнана в более узких интервалах температур. Перегонка нефти производится при атмосферном давлении. Остаток после перегонки нефти - мазут - может быть подвергнут фракционированию под вакуумом.
В табл. 9.1 приведены основные фракции перегонки нефти при атмосферном давлении.
Бензиновая фракция используется как топливо, может служить сырьем для производства индивидуальных углеводородов.
Таблица 9.1. Фракции (дистилляты) нефти

Керосиновую фракцию применяют в качестве топлива для реактивных двигателей в виде осветленного керосина и как сырье для производства лаков и красок.
Соляровое масло и дизельные фракции служат дизельным топливом и сырьем для получения жидких парафинов путем депарафинизации.
Мазут находит применение как котельное топливо и в качестве сырья во вторичных процессах переработки. После вакуумной перегонки мазута получают газойлевые, масляные фракции и гудрон. Масляные фракции используют в качестве сырья для вторичной переработки нефти в целях получения смазочных масел, кокса и битума. Гудрон применяют при подготовке асфальтовых смесей и в производстве битума.
Физические и химические процессы перегонки включают два основных этапа: нагревание до высоких температур; разделение продуктов.
Основное оборудование для нагревания - печи для нагрева сырья и промежуточных продуктов, а также различные теплообменники.
Разделение продуктов нефтеперегонки проводят в ректификационных колоннах.
Трубчатые печи являются аппаратами, предназначенными для передачи теплоты, выделяемой при сжигании топлива, нагреваемому продукту. Имеется много разновидностей трубчатых печей, используемых на установках первичной переработки, каталитического крекинга, каталитического риформинга, гидроочистки и других процессов.
На рис. 9.2 и 9.3 приведены некоторые характерные типы печей, применяемых на установках нефтеперерабатывающих заводов.
На рис. 9.2 представлена типовая трубчатая печь шатрового типа, имеющая две топочные камеры, разделенные перевальными стенками. В топочных камерах сжигается топливо. По стенкам камеры размещены трубы в виде потолочных и подовых экранов. Здесь теплота сжигаемого топлива передается трубам за счет радиации от факела, образующегося при сжигании топлива. Между перевальными стенками расположена камера конвекции, в которой теплота передается продукту, находящемуся в трубах, непосредственным соприкосновением дымовых газов. Передача теплоты в камерах конвекции тем эффективнее, чем выше скорость дымовых газов в печи и чем больше поверхность труб конвекционного пучка. Сырье в печи сначала направляется в конвекционную камеру, а затем - в камеру радиации. Основная доля теплоты нагреваемому сырью или продукту передается в камере радиации (70 - 80 %), на долю конвекционной камеры приходится 20-25 %. В топочные камеры с помощью форсунок подают распыленное топ-

Рис. 9.2. Типовая двухкамерная трубчатая печь шатрового типа:
1- потолочный экран; 2- конвективный пучок труб; 3- трубная решетка конвективного пучка; 4- взрывное окно; 5- трубная подвеска; 6- каркас печи; 7- смотровой люк; 8- подвесная кладка; 9- туннель для форсунки;
10- подовый экран

ливо, а также необходимый для горения воздух. Топливо интенсивно перемешивается с воздухом, что обеспечивает его эффективное горение.
Температура на входе сырья в печь зависит от степени использования теплоты отходящих горячих продуктов из ректификационных колонн и составляет обычно 180 - 230 °С. Температура выхода сырья из печи зависит от фракционного состава сырья. При атмосферной перегонке нефти температура поддерживается на уровне 330-360 °С, а при вакуумной перегонке - 410 - 450 °С. Температура дымовых газов, покидающих печь и направляемых в дымовую трубу, зависит от температуры поступающего в печь сырья и превышает ее на 100-150 °С. В отдельных случаях отходящие газы направляют в теплообменник для использования их тепловой энергии.
Теплообменники выполняют различные функции и используют разные теплоносители. На долю теплообменников приходится до 40 % металла всего оборудования технологических установок.
На рис. 9.4 представлен теплообменник-испаритель. Теплообменники такого типа применяют для внесения тепла в нижнюю

а - двухкамерная коробчатого типа с излучающими стенками; б- двухкамерная коробчатого типа с верхним отводом газов сгора-
ния и с экранами двухстороннего облучения; в - с объемно-настильным сжиганием топлива

Рис. 9.4. Теплообменник с паровым пространством (испаритель):
1- штуцер для удаления трубного пучка; 2 - днише; 3 - люк-лаз; 4- корпус; 5- сливная пластина; б- «плавающая головка»; 7- трубный пучок; 8- распределительная камера

часть ректификационной колонны тех технологических установок, где не требуется подогрев до высоких температур.
Теплообменник-испаритель состоит из корпуса 4, в котором находится трубный пучок 7 с «плавающей головкой» 6. Внутри корпуса установлена сливная пластина 5. Трубный пучок одной стороной соединен с распределительной камерой, имеющей внутри сплошную горизонтальную перегородку. Камера имеет два штуцера для входа и выхода теплоносителя (пара или горячего нефтепродукта). На корпусе расположено три штуцера: один - для входа нагреваемого углеводородного продукта, второй - для выхода отпаренного нефтепродукта после сливной пластины и третий - для выхода паров и направления их в ректификационную колонну.
Уровень продукта в испарителе поддерживается сливной перегородкой 5 так, что при нормальной работе пучок 7 полностью покрыт отпариваемым нефтепродуктом. По трубному пучку направляют теплоноситель (насыщенный пар или горячий нефтепродукт). Отдав свое тепло нагреваемой среде, теплоноситель выходит через другой штуцер.
С начала 80-х годов XX в. на НПЗ началась массовая замена водяных холодильников конденсаторами воздушного охлаждения. Их применение позволило снизить затраты на эксплуатацию теплообменников и решить ряд экологических проблем. Аппараты воздушного охлаждения (АВО) (рис. 9.5) оборудованы плоскими трубными пучками, по которым проходит охлаждаемый поток
нефтепродуктов. Через этот пучок направляют поток воздуха, нагнетаемый вентилятором.
Ректификационные колонны представляют собой аппараты для разделения продуктов, имеющих различную температуру кипения. Чаще всего они оборудованы барботажными колпаками. Ректификационная колонна представляет собой как бы несколько самостоятельных установок, поставленных друг на друга, с отбором проб по высоте колонны. Процесс перегонки ведут в ректификационных колоннах под давлением (рис. 9.6).
Сырую нефть нагревают первоначально в теплообменнике до температуры 170- 180 °С и направляют в трубчатую печь, где нефть находится под некоторым избыточным давлением и нагревается до 300 - 350 °С. Нагретая парожидкостная смесь подается в нижнюю часть ректификационной колонны. Давление снижается, происходит испарение легких фракций и отделение их от жидкого остатка - мазута. Пары поднимаются в верхнюю часть колонны, контактируя с нисходящим потоком (флегмой). В результате этого наиболее легкие вещества концентрируются в верхней части колонны, наиболее тяжелые - в нижней части, а промежуточные продукты - между ними. По ходу движения продуктов идет их отбор.
Так как более легкие продукты (пар) должны проходить через более тяжелые продукты (жидкость) и находиться с ними в равновесии в любом месте колонны, то в каждом потоке присутству-

Рис. 9.5. Аппарат воздушного охлаждения с горизонтальным расположением секций

Рис. 9.6. Ректификационная колонна с боковой отпарной секцией:
I - печь для подогрева; 2- ректификационная колонна

ют очень летучие компоненты, так называемые головные погоны нефти.
Для удаления легких фракций из бокового погона иногда предусматривается отпарная колонна (секция). Боковой погон поступает в верхнюю часть отпарной секции, легкие фракции отгоняются паром в противотоке и вновь направляются в основную колонну.
Имеются три вида отходов фракционирования сырой нефти: вода, отводимая из верхнего сборника перед рециркуляцией, содержит сульфиды, хлориды, меркаптаны и фенол; слив из линий для отбора проб нефти. Эта вода содержит повышенную концентрацию нефти, иногда - в виде эмульсий; устойчивая нефтяная эмульсия, образующаяся в барометрических конденсаторах, используемых для создания вакуума.
На современных нефтеперерабатывающих заводах вместо барометрических конденсаторов применяют поверхностные конденсаторы, состоящие из ряда последовательно установленных кожухотрубных теплообменников, в которых охлаждаются конденсирующиеся вещества, а вода для охлаждения не имеет прямого контакта с конденсатором.

В настоящее время из сырой нефти можно получить различные виды топлива, нефтяные масла, парафины, битумы, керосины, растворители, сажу, смазки и другие нефтепродукты, полученные путем переработки сырья.

Добытое углеводородное сырье (нефть , попутный нефтяной газ и природный газ) на месторождении проходит долгий этап, прежде чем из этой смеси будут выделены важные и ценные компоненты, из которых впоследствии будут получены пригодные к использованию нефтепродукты.

Переработка нефти очень сложный технологический процесс, который начинается с транспортировки нефтепродуктов на нефтеперерабатывающие заводы. Здесь нефть проходит несколько этапов, прежде чем стать готовым к использованию продуктом:

1. подготовка нефти к первичной переработке
2. первичная переработка нефти (прямая перегонка)
3. вторичная переработка нефти
4. очистка нефтепродуктов

Подготовка нефти к первичной переработке

Добытая, но не переработанная нефть, содержит различные примеси, например, соль, воду, песок, глина, частицы грунта, попутный газ ПНГ. Срок эксплуатации месторождения увеличивает обводнение нефтяного пласта и, соответственно, содержание воды и других примесей в добываемой нефти. Наличие механических примесей и воды мешает транспортированию нефти по нефтепродуктопроводам для дальнейшей ее переработки, вызывает образование отложений в теплообменных аппаратах и других , усложняет процесс переработки нефти.

Вся добытая нефть проходит процесс комплексной очистки, сначала механической, затем тонкой очистки.

На данном этапе также происходит разделение добытого сырья на нефть и газ в нефти и газа.

Отстаивание в герметичных резервуарах на холоде или при подогреве способствует удалению большого количества воды и твердых частиц. Для получения высоких показателей работы установок по дальнейшей переработке нефти последнюю подвергают дополнительному обезвоживанию и обессоливанию на специальных электрообессоливающих установках.

Зачастую вода и нефть образуют труднорастворимую эмульсию, в которой мельчайшие капли одной жидкости распределены в другой во взвешенном состоянии.

Выделяются два вида эмульсий:

• гидрофильная эмульсия, т.е. нефть в воде
• гидрофобная эмульсия, т.е. вода в нефти

Существует несколько способов разрушения эмульсий:

• механический
• химический
• электрический

Механический метод в свою очередь делится на:

• отстаивание
• центрифугирование

Разность плотностей составляющих эмульсии позволяет легко расслаивать воду и нефть методом отстаивания при нагреве жидкости до 120-160°С под давлением 8-15 атмосфер в течение 2-3 часов. При этом не допускается испарение воды.

Эмульсия также может разделяться под действием центробежных сил в центрифугах при достижении 3500-50000 оборотов в минуту.

При химическом методе эмульсия разрушается путем применения деэмульгаторов, т.е. поверхностно-активных веществ. Деэмульгаторы имеют большую активность по сравнению с действующим эмульгатором, образуют эмульсию противоположного типа, растворяют адсорбционную пленку. Данный способ применяется вместе с электрическим.

В установках электродегидратора при электрическом воздействии на нефтяную эмульсию частицы воды объединяются, и происходит более быстрое расслоение с нефтью.

Первичная переработка нефти

Добытая нефть есть смесь нафтеновых, парафиновых, ароматических углеводов, которые имеют разный молекулярный вес и температуру кипения, и сернистые, кислородные и азотистые органические соединения. Первичная переработка нефти заключается в разделении подготовленной нефти и газов на фракции и группы углеводородов. При перегонке получают большой ассортимент нефтепродуктов и полупродуктов.

Суть процесса основана на принципе разности температур кипения компонентов добытой нефти. В результате сырье разлагается на фракции - до мазута (светлые нефтепродукты) и до гудрона (масла).

Первичная перегонка нефти может осуществляться с:

• однократным испарением
• многократным испарением
• постепенным испарением

При однократном испарении нефть нагревается в подогревателе до заданной температуры. По мере нагрева образуются пары. При достижении заданной температуры парожидкостная смесь поступает в испаритель (цилиндр, в котором пар отделяется от жидкой фазы).

Процесс многократного испарения представляет собой последовательность однократных испарений при постепенном повышении температуры нагрева.

Перегонка постепенным испарением представляет собой малое изменение состояния нефти при каждом однократном испарении.

Основные аппараты, в которых проходит перегонка нефти, или дистилляция, - это трубчатые печи, ректификационные колонны и теплообменные аппараты.

В зависимости от типа перегонки трубчатые печи делятся на атмосферные печи АТ, вакуумные печи ВТ и атмосферно-вакуумные трубчатые печи АВТ. В установках АТ осуществляют неглубокую переработку и получают бензиновые, керосиновые, дизельные фракции и мазут. В установках ВТ производят углубленную переработку сырья и получают газойлевые и масляные фракции, гудрон, которые в последствии используются для производства смазочных масел, кокса, битума и др. В печах АВТ комбинируются два способа перегонки нефти.

Процесс переработки нефти принципом испарения происходит в ректификационных колоннах . Там исходная нефть с помощью насоса поступает в теплообменник, нагревается, затем поступает в трубчатую печь (огневой подогреватель), где нагревается до заданной температуры. Далее нефть в виде парожидкостной смеси входит в испарительную часть ректификационной колонны. Здесь происходит деление паровой фазы и жидкой фазы: пар поднимается вверх по колонне, жидкость стекает вниз.

Вышеперечисленные способы переработки нефти не могут быть использованы для выделения из нефтяных фракций индивидуальных углеводородов высокой чистоты, которые впоследствии станут сырьем для нефтехимической промышленности при получения бензола, толуола, ксилола и др. Для получения углеводородов высокой чистоты в установки перегонки нефти вводят дополнительное вещество для увеличения разности в летучести разделяемых углеводородов.

Полученные компоненты после первичной переработки нефти обычно не используются в качестве готового продукта. На этапе первичной перегонки определяются свойства и характеристики нефти, от которых зависит выбор дальнейшего процесса переработки для получения конечного продукта.

В результате первичной обработки нефти получают следующие основные нефтепродукты:

• углеводородный газ (пропан, бутан)
• бензиновая фракция (температура кипения до 200 градусов)
• керосин (температура кипения 220-275 градусов)
• газойль или дизельное топливо (температура кипения 200-400 градусов)
• смазочные масла (температура кипения выше 300 градусов)остаток (мазут)

Вторичная переработка нефти

В зависимости от физико-химический свойств нефти и от потребности в конечном продукте происходит выбор дальнейшего способа деструктивной переработки сырья. Вторичная переработка нефти заключается в термическом и каталитическом воздействии на нефтепродукты, полученные методом прямой перегонки. Воздействие на сырье, то есть содержащиеся в нефти углеводороды, меняют их природу.

Выделяются варианты переработки нефти:

• топливный
• топливно-масляный
• нефтехимический

Топливный способ переработки применяется для получения высококачественных автомобильных бензинов, зимних и летних дизельных топлив, топлив для реактивных двигателей, котельных топлив. При данном методе используется меньшее количество технологических установок. Топливный метод представляет собой процессы, в результате которых из тяжелых нефтяных фракций и остатка получают моторные топлива. К данному виду переработки относят каталитический крекинг, каталитический риформинг, гидрокрекинг, гидроочистка и другие термические процессы.

При топливно-масляной переработке наряду с топливами получают смазочные масла и асфальт. К данному виду относятся процессы экстракции и деасфальтизации.

Наибольшее разнообразие нефтепродуктов получается в результате нефтехимической переработки . В связи с этим используется большое число технологических установок. В результате нефтехимической обработки сырья вырабатываются не только топлива и масла, но и азотные удобрения, синтетический каучук, пластмассы, синтетические волокна, моющие средства, жирные кислоты, фенол, ацетон, спирт, эфиры и другие химикалии.

Каталитический крекинг

При каталитическом крекинге используется катализатор для ускорения химических процессов, но в то же время без изменения сути этих химических реакций. Суть крекинг-процесса, т.е. реакции расщепления, заключается в прогоне нагретых до парообразного состояния нефтей через катализатор.

Риформинг

Процесс риформинга применяется в основном для производства высокооктанового бензина. Данной переработке могут подвергаться только парафиновые фракции, кипящие в пределах 95-205°С.

Виды риформинга:

• термический риформинг
• каталитический риформинг

При термическом риформинге фракции первичной переработки нефти подвергаются воздействию только высокой температуры.

При каталитическом риформинге воздействие на исходные фракции происходит как температурой, так и с помощью катализаторов.

Гидрокрекинг и гидроочистка

Данный метод переработки заключается в получении бензиновых фракций, реактивного и дизельного топлива, смазочных масел и сжиженных газов за счет воздействия водорода на высококипящие нефтяные фракции под воздействием катализатора. В результате гидрокрекинга исходные нефтяные фракции проходят также гидроочистку.

Гидроочистка заключается в удалении серы и других примесей из сырья. Обычно установки гидроочистки совмещают с установками каталитического риформинга, так как в результате последнего выделяется большое количество водорода. В результате очистки качество нефтепродуктов повышается, уменьшается коррозия оборудования.

Экстракция и деасфальтизация

Процесс экстракции заключается в разделения смеси твердых или жидких веществ при помощи растворителей. В используемом растворителе хорошо растворяются извлекаемые компоненты. Далее проводится депарафинизация для снижения температуры застывания масла. Получение конечного продукта заканчивается гидроочисткой. Данный метод переработки применяется для получения дистдизельного топлива и извлечении ароматических углеводородов.

В результате деасфальтизации из остаточных продуктов дестиляции нефти получаются смолисто-асфальтеновые вещества. В последствии деасфальтизат используется для производства битума, применяется в качестве сырья для каталитического крекинга и гидрокрекинга.

Коксование

Для получения нефтяного кокса и газойлевых фракций из тяжелых фракций перегонки нефти, остатков деасфальтизации, термического и каталитического крекинга, пиролиза бензинов используют процесс коксования. Данный вид переработки нефтепродуктов заключается в последовательном протекании реакций крекинга, дегидрирования (выделение водорода из сырья), циклизации (образование циклической структуры), ароматизации (увеличение ароматических углеводородов в нефти), поликонденсации (выделение побочных продуктов, таких как, вода, спирт) и уплотнения для образования сплошного "коксового пирога". Летучие продукты, выделяющиеся в процессе коксования, подвергают процессу ректификации, чтобы получить целевые фракции и их стабилизировать.

Изомеризация

Процесс изомеризации заключается в превращении из исходного сырья его изомеров. Подобные превращения приводят к получении бензинов с высоким октановым числом.

Алкинирование

Путем введения в соединения алкиновых групп получают высокооктановые бензины из углеводородных газов.

Следует отметить, что в процессе переработки нефти и для получения конечного продукта используется весь комплекс нефтегазовых и нефтехимических технологий. Сложность и разнообразие готовых продуктов, которые можно получить из добытого сырья, определяют и разнообразность нефтеперерабатывающих процессов.

Перегонка нефти

разделение нефти на составные части (фракции) по их температурам кипения в целях получения товарных нефтепродуктов (См. Нефтепродукты) или их компонентов. П. н.- начальный процесс переработки нефти на нефтеперерабатывающих заводах, основанный на том, что при нагреве нефти образуется паровая фаза, отличающаяся по составу от жидкости (см. Дистилляция). Фракции, получаемые в результате П. н., обычно представляют собой смеси углеводородов. С помощью методов многократной перегонки нефтяных фракций удаётся выделить некоторые индивидуальные углеводороды. П. н. осуществляется методами однократного испарения (равновесная дистилляция) или постепенного испарения (простая перегонка, или фракционная дистилляция); с ректификацией (См. Ректификация) и без неё; в присутствии перегретого водяного пара -испаряющего агента; при атмосферном давлении и под вакуумом. При равновесной дистилляции разделение нефти на фракции происходит менее четко по сравнению с простой перегонкой. Однако в первом случае при одной и той же температуре нагрева в парообразное состояние переходит большая часть нефти. В лабораторной практике в основном применяется простая П. н. с ректификацией паровой фазы на установках периодического действия. В промышленности используется П. н. с однократным испарением в сочетании с ректификацией паровой и жидкой фаз. Такое сочетание позволяет проводить П. н. на установках непрерывного действия и добиваться высокой чёткости разделения нефти на фракции, экономного расходования топлива на её нагрев. Применение водяного пара приводит к снижению температурного режима, увеличению отбора нефтяных фракций и повышению концентрации высококипящих компонентов в остатке. На промышленных установках П. н. вначале проводится при атмосферном давлении, а затем под вакуумом. При атмосферной перегонке нефть нагревается не выше 370 °С, так как при более высокой температуре начинается расщепление углеводородов - Крекинг , а это нежелательно из-за того, что образующиеся непредельные углеводороды резко снижают качество и выход целевых продуктов. В результате атмосферной П. н. отгоняются фракции, выкипающие примерно от 30 до 350-360 °С, и в остатке остаётся Мазут . Из нефтяных фракций, выкипающих до 360 °С, получаются различные виды топлив (бензины, топлива для реактивных и дизельных двигателей), сырьё для нефтехимического синтеза (См. Нефтехимический синтез) (бензол, этилбензол, ксилолы, этилен, пропилен, бутадиен), растворители и др. Дальнейшая перегонка мазута проводится под вакуумом (остаточное давление 5,3-8 кн/м 2 , или 40-60 мм рт. ст. ), чтобы свести к минимуму крекинг углеводородов. В СССР на ряде нефтеперерабатывающих заводов производительность установок атмосферно-вакуумной П. н. доведена до 8 млн. т нефти в год. История, сведения о П. н. см. в ст. Нефть .

Лит.: Обрядчиков С. Н., Принципы перегонки нефти, М.- Л., 1940; Трегубов А. М., Теория перегонки и ректификации, 3 изд., Баку, 1946; Технология переработки нефти и газа, ч. 1, М., 1972.

А. Г. Сарданашвили.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Перегонка нефти" в других словарях:

Разделение нефти на основные части, или фракции. П. н. нач. процесс переработки нефти, осн. на том, что при нагреве нефти образуется паровая фаза, отличающаяся по составу от жидкости. При П. н. получают бензин, лигроин, керосин, дизельное топливо … Большой энциклопедический политехнический словарь

перегонка нефти под вакуумом - отбензинивание нефти под вакуумом — Тематики нефтегазовая промышленность Синонимы отбензинивание нефти под вакуумом EN vacuum topping …

первичная перегонка (нефти) - — Тематики нефтегазовая промышленность EN preliminary distillation … Справочник технического переводчика

периодическая перегонка (нефти) - — Тематики нефтегазовая промышленность EN batch distillation … Справочник технического переводчика

- … Википедия

ПЕРЕГОНКА, перегонки, жен. 1. Разложение веществ (жидких или твердых) на составные части с помощью кипячения, нагревания (тех.). Перегонка основана на неодинаковой летучести составляющих смесь веществ. При перегонке жидкостей образующиеся пары… … Толковый словарь Ушакова

Перегонка - (нефти) - процесс разделения нефти на составные части (фракции) в зависимости от их температур кипения в целях получения нефтепродуктов или их компонентов. Из нефтяных фракций, выкипающих до 360oС, получаются различные виды топлив (бензины …

Перегонка, разгонка нефти - rectification, rundown Фракционированная перегонка нефти, при которой получаются дистилляты, отвечающие различным пределам температур кипения и перерабатываемые затем на соответствующие нефтепродукты – бензин, керосин, масла. Схема переработки… … Нефтегазовая микроэнциклопедия

перегонка - рафинирование очистка переработка (нефти) облагораживание — Тематики нефтегазовая промышленность Синонимы рафинированиеочисткапереработка (нефти)облагораживание… … Справочник технического переводчика

Перегонка вакуумная - - обработка нефти с целью отбора масляных фракций. Конечный продукт вакуумной обработки - гудрон. Вакуумная перегонка проводится на промышленных установках с целью свести к минимуму крекинг углеводородов … Нефтегазовая микроэнциклопедия

Книги

• Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа , Сарданашвили Александр Георгиевич, Львова Антонина Ильинична. В книге приведены примеры и задачи по курсу "Технология переработки нефти и газа", относящиеся к процессам первичной переработки нефти (физические свойства нефтей и нефтепродуктов, перегонка…

Зачем нам вставать, еслирассвело?

Джон Донн «Рассвет»

Случайный человек, который пройдет мимо нефтепе­рерабатывающего завода и увидит множество высоких колонн, наверное решит, что это колонны крекинга. Это распространенная ошибка. Большинство этих высоких колонн является в действительности ректификационны­ми колоннами того или иного типа. Колонны крекинга, которые обычно короче и приземистее, будут рассмотре­ны в одной из следующих глав.

Перегонка нефти является замечательным изобрете­нием технологов-нефтяников, основанным на важной ха­рактеристике нефти, описанной в предыдущей главе, а именно, на кривой разгонки. Механизм, который при этом используется, не очень сложен и поэтому не осо­бенно интересен. Однако для полноты изложения мы рас­смотрим здесь и эти элементарные веши.

Для начала полезно провести аналогию. Самогонщик из Кентукки использует простой перегонный куб, чтобы отделить светлый продукт от негодного остатка (см. рис. 3.1). После ферментации кислого сусла, то есть ког­да прошла медленная биохимическая реакция с образо­ванием спирта, смесь нагревают до начала кипения спир­та. Светлый продукт испаряется. В виде пара он оказыва­ется легче жидкости. Поэтому он перемещается вверх, отделяется от жидкости и попадает в холодильник, где охлаждается и снова превращается в жидкость (конден­сируется). То, что остаётся в кубе, выбрасывают, а то,

Что ушло вверх, разливают в бутылки. Описанный про­цесс является простой перегонкой.

Если бы самогонщик захотел продать продукт каче­ством выше среднего, он мог бы пропустить полученную жидкость через второй перегонный куб периодического действия, работающий аналогично первому. Во втором кубе более легкая часть жидкости отделилась бы от неко­торого количества неспиртовых примесей, которые в пер­вом кубе были увлечены вверх вместе с более легким погоном. Это произошло из-за того, что самогонщик не мог точно выдержать температуру кипения кислого сусла. Впрочем, возможно, он специально поднял температуру в первом кубе немного выше, чем нужно, чтобы полу­чить как можно больше продукта.

Такой двухступенчатый процесс можно превратить в непрерывный, как это показано на рисунке 3.2. В самом деле, раньше многие промышленные установки для пе­регонки выглядели именно так.

Ясно, что периодическая перегонка, описанная выше, не годится для переработки 100-200 тыс. баррелей (~16- 32 тыс. м3) сырой нефти в день, тем более что нужно разделить нефть на 5-6 компонентов. Ректификационная колонна позволяет проводить эту операцию постоянно, затрачивая гораздо меньше труда, оборудования и энер­гии в виде топлива и тепла.

Процесс, происходящий в ректификационной колон­не, схематично показан на рисунке 3.3. Внутрь поступает сырая нефть, а наружу выходят углеводородные газы (бу­тан и более лёгкие газы), бензин, нафта (лигроин), керо­син, лёгкий газойль, тяжелый газойль и кубовый остаток.

Чтобы понять, как все происходит внутри колонны, требуется рассмотреть некоторые тонкости. Первый эле­мент, который необходим для работы колонны - это сырьевой насос, перекачивающий сырую нефть из склад­ского резервуара в систему (см. рис. 3.4). Сначала нефть проходит через печь, в которой нагревается до темпера-

Рис. 3.3. Перегонка нефти

Туры порядка 385°С (750°F). Из предыдущей главы Вы знаете, что при этой температуре, как правило, испаря­ется больше половины нефти.

Полученная таким образом смесь жидкости и паров подаётся снизу в ректификационную колонну.

Внутри ректификационной колонны находится набор тарелок, в которых проделаны отверстия. Благодаря этим отверстиям нефть может подниматься вверх. Когда смесь пара и жидкости поднимается по колонне, то более плот­ная и тяжёлая часть отделяется и опускается на дно, а лёгкие пары поднимаются вверх, проходя через тарелки (рис. 3.5).

Отверстия в тарелках снабжены приспособлениями, называемыми барботажными колпачками (рис. 3.6). Они нужны для того, чтобы пары, через та­

Релки, барботировали через слой жидкости толщиной около 10 см, находящийся на тарелке. Это пробулькива - ние газа через слой жидкости и составляет суть ректифи­кации: горячие пары (при температуре не ниже 400°С

Рис. 3.5. Поступление нефти в ректификационную колонну.

Рис. 3.6. Барботажные колпачки на тарелке ректификацион­ной колонны

(750°F) проходят через жидкость. При этом тепло пере­дается от паров к жидкости. Соответственно пузырьки пара несколько охлаждаются и часть углеводородов из них переходит в жидкое состояние. По мере переноса тепла от паров к жидкости, температура паров снижает­ся. Так как температура жидкости ниже, некоторые со­единения в парах конденсируются (сжижаются).

После того как пары прошли через слой жидкости и потеряли часть более тяжелых углеводородов, они под­нимаются к следующей тарелке, где повторяется тот же процесс.

Тем временем количество жидкости на каждой тарел­ке растет за счет углеводородов, конденсирующихся из паров. Поэтому в колонне устанавливают приспособле­ние, которое называется сливной стакан и позволяет из­бытку жидкости перетекать вниз на следующую тарелку. Число тарелок должно быть таким, чтобы общее количе­ство продуктов, выходящих из ректификационной ко­лонны, было равным количеству сырой нефти, поступа­ющей внутрь. В действительности, некоторые молекулы несколько раз путешествуют туда и обратно - в виде пара поднимаются на несколько тарелок вверх, затем конденсируются и стекают уже как жидкость на несколь­ко тарелок вниз через сливные стаканы Именно эта про-

Рис. 3.7. Сливные стаканы и боковые выходы.

Мывка пара жидкостью за счет противотока и обеспечи­вает четкое разделение фракций. За один проход это было бы невозможно.

На различных уровнях колонны имеются боковые от­воды (рис. 3.7) для отбора фракций - более легкие про­дукты отбираются в верхней части колонны, а тяжелая жидкость выходит внизу.

Орошение и повторное испарение

Несколько дополнительных операций, происходящих вне ректификационной колонны, способствуют более ус­пешному проведению процесса перегонки. Чтобы тяже­лые продукты случайно не попали в верхнюю часть ко­лонны вместе с легкими фракциями, пары периодичес­ки направляют в холодильник. Вещества, которые кон­денсируются в холодильнике, снова поступают на одну из расположенных ниже тарелок. Это своего рода ороше­ние ректификационной колонны (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Орошение и повторное испарение.

И наоборот, некоторое количество легких углеводоро­дов может быть увлечено током жидкости в нижнюю часть колонны вместе с тяжелыми продуктами. Чтобы избежать этого, жидкость, выходящую через боковой от­вод, снова пропускают через нагреватель. В результате остатки легких углеводородов отделяются и повторно по­ступают в ректификационную колонну в виде пара. Этот процесс называется повторным испарением. Преимущество такой схемы заключается в том, что только небольшая часть общего потока сырой нефти должна повторно пе­рерабатываться для дополнительного возвращения про­дукта. Не нужно снова нагревать всю нефть, что позволя­ет сэкономить энергию и .

Орошение и повторное испарение могут с тем же ус­пехом использоваться и в средней части колонны, что также способствует эффективному разделению. Повторно испаренная фракция, которая поступает в колонну, вно­сит туда дополнительное тепло, что помогает легким мо­лекулам отправиться в верхнюю часть колонны. Точно так же орошение предоставляет тяжелым молекулам, ко­торые случайно оказались выше, чем им положено, пос­ледний шанс сконденсироваться в жидкость.

Состав некоторых сырых нефтей может быть таким, что на части тарелок в колонне не окажется достаточно­го количества парожидкостной смеси. В этих случаях оро­шение и повторное испарение позволяют регулировать потоки так, чтобы процесс ректификации (разделения) мог продолжаться.

При анализе процесса перегонки нефти принципиаль­но важной характеристикой являются границы кипения фракций. Так называют температуры, при которых продук­ты перегонки отделяются друг от друга. В частности, тем­пература, при которой продукт (фракция, погон) начи­нает кипеть, называется точкой начала кипения (ТНК). Температура, при которой 100% данной фракции испари­лось, называется точкой выкипания (ТВ) этой фракции. Таким образом, каждая фракция имеет две границы - ТНК и ТВ.

Если мы снова обратимся к диаграмме, изображенной на рисунке 3.3, то легко увидим, что температура выкипа­ния нафты (лигроина) является точкой начала кипения для керосиновой фракции. То есть ТНК и ТВ двух соседних фракций совпадают, по крайней мере, номинально.

Однако ТНК и ТВ могут и не совпадать - это зависит от того, насколько хорошее разделение обеспечивает про­цесс ректификации. Возможно, рассматривая всю эту си­стему тарелок и барботажных колпачков, Вы задавали себе вопрос, насколько же хорош результат. Естественно, процесс перегонки неидеален и приводит к появлению, извините за выражение, так называемых хвостов.

Предположим, что мы анализируем нафту (лигроин) и керосин в лаборатории и для каждой из этих фракций получили кривые разгонки - такие, как изображены на рисунке 3.9. Рассмотрите их внимательно, и Вы заметите, что температура выкипания нафты около a

Точка начала кипения керосина около 150°С (305°F).

Рисунок 3.10 более наглядно иллюстрирует, что такое хвосты. На этом рисунке изображена зависимость температу­ры, но на этот раз не от общей объемной доли испарившей­ся нефти, а от объемной доли нефти, испарившейся имен­но при этой температуре (для тех, кто знаком с математи­ческим анализом, можно сказать, что это первая производ­ная функции, обратной изображенной на рисунке 3.9).

Хвосты почти всегда появляются при перегонке. Это настолько обычное явление, что считается само собой разумеющимся. Однако чтобы не усложнять себе жизнь, пришли к компромиссу. В качестве границ фракций при 1 перегонке берут так называемые эффективные границы | кипения, то есть температуры, при которых фракции ус­ловно считаются разделенными. В дальнейшем, при упот­реблении термина границы кипения, мы будем иметь в виду эффективные границы.

Рис. 3.10. Хвосты фракций на кривой разгонки.

Установление границ фракций

Когда мы рассматривали границы фракций в преды­дущей главе, а также обсуждали их выше, могло сло­житься впечатление, что эти величины для каждой фрак­ции точно установлены. На самом же деле в применении к конкретной ректификационной колонне эти границы можно несколько смещать. Например, смещение грани­цы между нафтой (лигроином) и керосином может иметь следующие последствия. Предположим, что температур­ная граница сместилась со 157 (315) до 162°С (325°F). Во - первых, при этом изменятся объемы продуктов ректифи­кации, выходящих из колонны - получится больше на - фты и меньше керосина. Дело в том, что фракция, кипя­щая между 157 и 162°С, теперь будет выходить через отверстие для нафты, а не для керосина.

При этом плотность и нафты (лигроина), и керосина увеличится. Как же так может быть? Погон, который теперь переместился во фракцию нафты (лигроина), тя­желее, чем нафта в среднем. Одновременно он легче, чем в среднем керосин. Вот так обе фракции и стали тяжелее!

Некоторые другие свойства также изменятся, но плот­ность - единственная халактепистика. котопую МЫ до

Сих пор рассмотрели. При обсуждении дальнейшей судь­бы продуктов перегонки в последующих главах мы упо­мянем другие возможные последствия изменения границ кипения фракций.

Если Вы сейчас узнаете, куда отправляются продукты, полученные при перегонке, Вам будет легче понять суть последующих глав. Легкие фракции, выходящие в верхней части колонны (верхний погон), поступают на установку газофракционирования. Прямогонный бензин отправляет­ся на компаундирование для получения автомобильного бензина. Нафта (лигроин) подается на установку рифор - минга, керосин поступает на установку гидроочистки, лег­кий газойль направляется на смешение для получения ди - стиллятного (дизельного) топлива, тяжелый газойль слу­жит сырьем для каталитического крекинга, и, наконец, прямогонный остаток подается на вакуумную перегонку.

УПРАЖНЕНИЯ

1. Заполните пропуски, выбрав слова из следующего списка:

Печь прямогонный бензин

Сырая нефть фракционирование

Периодический непрерывный

Увеличивается уменьшается

Верхний погон холодильник барботажный колпачок

А. Когда самогон выходит из верхней части перегонного

Куба, его нужно пропустить через, прежде

Чем разливать в бутылки.

Б. режим не очень эффективен в совре­

Менной нефтепереработке. В настоящее время рек­тификация сырой нефти осуществляется только в режиме.

В. Приспособление, увеличивающее эффективность пере­мешивания в ректификационной колонне, называется

TOC \o "1-3" \h \z г. Отверстия в тарелках ректификационной колонны снабжены либо.

Д. Хвосты возникают, потому что одной

Фракции перекрывается с другой

Е. По мере продвижения паров вверх по колонне, их тем­пература.

Ж. При понижении температуры выкипания фракции в ректификационной колонне, объем этой фракции а плотность API.

2. Управляющий нефтеперерабатывающего завода по­лучил задание производить зимой 33 тыс. бар./сут котельного топлива. Он знает, что будет получать 200 тыс. бар./сут сырой нефти - 30 тыс. бар. из Луизиа­ны и 170 тыс. бар. из Западного Техаса. Кривые разгон­ки этих нефтей приведены ниже. Еще одно условие " состоит в том, что требуется получить как можно боль­ше реактивного топлива. То есть из нефти нужно вы­жать как можно больше. Интервал кипения реактивно­го топлива - 300-525°F (150-275°С), это и будут гра­ницы соответствующей фракции в ректификационной колонне.

Наконец, чтобы обеспечить выпуск 33 тыс. бар./сут ко­тельного топлива, нужно получать 20 тыс. бар./сут легкого прямогонного газойля при перегонке сырой нефти

И направлять его на получение котельного топлива.

Задача: Какие температурные границы следует устано­вить для фракции ЛПГ, чтобы получить 20 тыс. бар./сут?

Данные по разгонке:

Указание: Рассчитайте кривую разгонки для смешан­ной нефти. ТВ реактивного топлива является ТНП фрак­ции ЛПГ. Остается рассчитать ТВ для фракции ЛПГ так, чтобы получилось 20 тыс. бар./сут.

Определения

Фракционный состав . Для всех индивидуальных веществ температура кипения при данном давлении является физической константой. Так как нефть представляет собой смесь большого числа органических веществ, обладающих различным давлением насыщенных паров, то говорить о температуре кипения нефти нельзя.

В условиях лабораторной перегонки нефти или нефтепродуктов при постепенно повышающейся температуре отдельные компоненты отгоняются в порядке возрастания их температур кипения, или, что то же самое, в порядке уменьшения давления их насыщенных паров. Следовательно, нефть и ее продукты характеризуется не температурами кипения, а температурными пределами начала и конца кипения и выходом отдельных фракций, перегоняющихся в определенных температурных интервалах. По результатам перегонки и судят о фракционном составе.

Фракцией называется доля нефти, выкипающая в определенном интервале температур. Нефти выкипают в очень широком интервале температур, в основном, от 28 до 520-540°С. Фракционный состав нефти определяется стандартным методом (ГОСТ 2177–82) по результатам лабораторных испытаний при разделении соединений по температурам кипения методом фракционирования (разгонки) нефти, отгона или смеси соединений на установках АВТ (атмосферно-вакуумная трубчатка).

Началом кипения фракции считают температуру падения первой капли сконденсированных паров.

Концом кипения фракции считают температуру, при которой испарение фракции прекращается.

При исследовании новых нефтей фракционный состав определяют на стандартных перегонных аппаратах, снабженных ректификационными колонками. Это позволяет значительно улучшить четкость погоноразделения и построить по результатам фракционирования так называемую кривую истинных температур кипения (ИТК) в координатах температура - выход фракций, в % (масс.). Отбор фракций до 200°С проводится при атмосферном давлении, а остальных во избежание термического разложения - под различным вакуумом. По принятой методике от начала кипения до 300°С отбирают 10-градусные, а затем 50-градусные фракции до фракций с концом кипения 475-550°С.

Нефтяные фракции

В зависимости от температурных диапазонов выкипания нефтяные фракции (продукты разделения нефти) подразделяют на:

• углеводородный газ - выводится с установок в газообразном и жидком ("головка стабилизации”) виде, направляется для дальнейшей переработки на газофракционируюшие установки, используется как топливо нефтезаводских печей;
• бензиновая фракция - выкипает в пределах 50-180°С, используется как компонент товарного автомобильного бензина, сырье установок каталитического риформинга и пиролиза; подвергается вторичной перегонке для получения узких фракций;
• керосиновая фракция - выкипает в пределах 140-220°С (180-240°С), используется как топливо для реактивных и тракторных карбюраторных двигателей, для освещения, как сырье установок гидроочистки;
• дизельная фракция (лёгкий или атмосферный газойль, соляровый дистиллят) - выкипает в пределах 180-350°С (220-350°С, 240-350°С), используется как топливо для дизельных двигателей и сырье установок гидроочистки;
• мазут - остаток атмосферной перегонки - выкипает выше 350°С, применяется как котельное топливо или сырьё для установок гидроочистки и термического крекинга;
• вакуумные дистилляты (вакуумные газойли) - выкипают в пределах 350-500°С, используются как сырье каталитического крекинга и гидрокрекинга;
На НПЗ с масляной схемой переработки получают несколько (2-3) вакуумных дистиллятов:
• трансформаторный дистиллят (лёгкая масляная фракция) - выкипает в пределах 300-400°С (350-420°С);
• машинный дистиллят (средняя масляная фракция) - выкипает в пределах 400-450°С (420-490°С);
• цилиндровый дистиллят (тяжёлая масляная фракция) - выкипает в пределах 450-490°С;
• гудрон - остаток атмосферновакуумной перегонки нефти, выкипает при температуре выше 500°С (490°С), используется как сырье установок термического крекинга, коксования, производства битумов и масел.

Определение фракционного состава

Фракционный состав определяется стандартным методом по ГОСТ 2177-99 (метод аналогичен распространенной за рубежом разгонке по Энглеру), а также различными способами с применением лабораторных колонок. Для пересчета температур выкипания, полученных стандартной перегонкой (Т гост ) в истинные температуры кипения (Т итк ) предложена формула:

Температуры начала Т нк и конца Т кк кипения по ИТК можно определить по формулам:

При определении фракционного состава нефть или нефтепродукт перегоняют в стандартном приборе при определенных условиях и строят кривую разгонки в системе координат: ось абсцисс - выход фракций (отгон) в % (об.) или % (маcc.) и ось ординат - температура кипения в °С.

При нагреве такой сложной смеси, как нефть, в паровую фазу прежде всего переходят низкокипящие компоненты, обладающие высокой летучестью. Частично с ними уходят высококипящие компоненты, однако концентрация низкокипящего компонента в парах всегда больше, чем в кипящей жидкости. По мере отгона низкокипящих компонентов остаток обогащается высококипящими. Поскольку давление насыщенных паров высококипящих компонентов при данной температуре ниже внешнего давления, кипение в конечном счете может прекратиться. Для того чтобы сделать кипение безостановочным, жидкий остаток непрерывно подогревают. При этом в пары переходят все новые и новые компоненты со всевозрастающими температурами кипения. Отходящие пары конденсируются, образовавшийся конденсат отбирают по интервалам температур кипения компонентов в виде отдельных нефтяных фракций.

Перегонку нефти и нефтепродуктов с целью разделения на фракции можно осуществлять с постепенным либо с однократным испарением. При перегонке с постепенным испарением образующиеся пары непрерывно отводят из перегонного аппарата, они конденсируются и охлаждаются в конденсаторе-холодильнике и собираются в приемник в виде жидких фракций.

В том случае, когда образующиеся в процессе нагрева пары не выводят из перегонного аппарата до тех пор, пока не будет достигнута заданная температура, при которой в один прием (однократно) отделяют паровую фазу от жидкой, процесс называют перегонкой с однократным испарением. После этого строят кривую ОИ.

Ни постепенным, ни тем более однократным испарением невозможно добиться четкого разделения нефтепродуктов на узкие фракции,так как часть высококипящих компонентов переходит в дистиллят, а часть низкокипящих остается в жидкой фазе. Поэтому применяют перегонку с дефлегмацией или ректификацией. Для этого в колбе нагревают нефть или нефтепродукт; образующиеся при перегонке пары, почти лишенные высококипящих компонентов, охлаждаются в специальном аппарате - дефлегматоре и переходят в жидкое состояние - флегму. Флегма, стекая вниз, встречается со вновь образовавшимися парами. В результате теплообмена низкокипящие компоненты флегмы испаряются, а высококипящие компоненты паров конденсируются. При таком контакте паров достигается более четкое разделение на фракции, чем без дефлегмации.

Еще более четкое разделение происходит при перегонке с ректификацией. Аппарат для такой перегонки состоит из перегонной колбы, ректификационной колонки, конденсатора-холодильника и приемника.

Ректификация осуществляется в ректификационных колонках. При ректификации происходит контакт между восходящим потоком паров и стекающим вниз конденсатом - флегмой. Пары имеют более высокую температуру, чем флегма, поэтому при контакте происходит теплообмен. В результате этого низкокипящие компоненты из флегмы переходят в паровую фазу, а высококипящие компоненты конденсируются и переходят в жидкую фазу. Для эффективного ведения процесса ректификации необходимо возможно более тесное соприкосновение между паровой и жидкой фазами. Это достигается с помощью особых контактирующих устройств, размещенных в колонке (насадок, тарелок и т. д.). От числа ступеней контакта и количества флегмы (орошения), стекающей навстречу парам, в основном и зависит четкость разделения компонентов смеси. Для образования флегмы в верхней части колонны помещен конденсатор-холодильник. По результатам четкой ректификации строят кривую ИТК (истинных температур кипения).

Определение фракционного состава нефтей и нефтяных фракций проводится в лабораторных условиях. Наибольшее распространение в лабораторной практике получили следующие виды перегонки.

1. Перегонка, основанная на принципе постепенного испарения: простая перегонка нефти и нефтепродуктов, выкипающих до 350°С:

• при атмосферном давлении;
• простая перегонка нефтепродуктов, выкипающих выше 350°С при пониженном давлении (под вакуумом);
• перегонка с дефлегмацией;
• перегонка с четкой ректификацией.

Перегонка, основанная на принципе однократного испарения: перегонка с однократным испарением.

Молекулярная дистилляция для высокомолекулярных соединений и смол.

Имитированная перегонка.