Переробка нафти. Способи і технологія переробки нафти

Нафта – корисна копалина, що являє собою нерозчинну у воді маслянисту рідину, яка може бути як майже безбарвною, так і темно-бурої. Властивості та способи переробки нафти залежать від процентного співвідношення переважно вуглеводнів в її складі, який розрізняється в різних родовищах.

Так, у Соснинському родовищі (Сибір) алкани (парафінова група) займають частку в 52 відсотки, циклоалканы – близько 36%, ароматичні вуглеводні – 12 відсотків. А, приміром, у Ромашкинском родовищі (Татарстан) частка алканів і ароматичних вуглеводів вище – 55 і 18 відсотків відповідно, в той час як циклоалканы мають частку в 25 відсотків. Крім вуглеводнів, ця сировина може включати в себе сірчисті, азотні сполуки, мінеральні домішки та ін.

Вперше нафта “переробили” в 1745 році в Росії

У сирому вигляді це природне копалина не використовується. Для отримання технічно цінних продуктів (розчинники, моторне паливо, компоненти для хімічних виробництв) здійснюється переробка нафти за допомогою первинних або вторинних методів. Спроби перетворити цю сировину робилися ще в середині вісімнадцятого століття, коли, крім свічок і лучин, що використовуються населенням, в лампадах ряду церков використовували «гарное масло», яке являло собою суміш рослинного масла і очищеної нафти.

Варіанти очищення нафти

Очищення часто не включається безпосередньо в способи переробки нафти. Це, швидше, попередній етап, який може складатися з:

– Хімічної очистки, коли на нафту впливають олеумом і концентрованою сірчаною кислотою. При цьому видаляються ароматичні і неграничні вуглеводні.

– Адсорбційної очистки. Тут з нафтопродуктів можуть видалятися смоли, кислоти за рахунок обробки гарячим повітрям або пропуском нафти через адсорбент.

– Каталітичної очистки – м’якою гідрогенізації для видалення азотистих і сірчаних сполук.

– Фізико-хімічної очистки. В цьому випадку за допомогою розчинників вибірково виділяються зайві складові. Наприклад, полярний розчинник фенол використовується для видалення азотистих і сірчистих сполук, а неполярні розчинники – бутан і пропан – виділяють гудрони, ароматичні вуглеводні тощо

Без хімічних змін…

Переробка нафти за допомогою первинних процесів не передбачає хімічних перетворень вихідної сировини. Тут корисна копалина просто розділяється на складові компоненти. Перше пристрій по перегонці нафти було придумано в 1823 році в Російській імперії. Брати Дубинины здогадалися поставити горщик у піч з нагріванням, звідки йшла труба через бочку з холодною водою в порожню ємність. В пічному котлі нафту нагрівалася, проходила через «холодильник» і осаждалась.

Сучасні способи підготовки сировини

Сьогодні на нафтопереробних комплексах технологія переробки нафти починається з додаткової очищення, в ході якої продукт зневоднюється на пристроях «ЕЛОУ» (электрообессоливающие установки), звільняється від механічних домішок і вуглеводів легкого типу (С1 – С4). Потім сировину може надходити на атмосферну перегонку або вакуумну дистиляцію. У першому випадку заводське обладнання за принципом дії нагадує те, що використовувалося ще в 1823 році.

Тільки по-іншому виглядає сама установка переробки нафти. На підприємстві стоять печі, за розмірами нагадують будинку без вікон, з самого кращої вогнетривкої цегли. Всередині них розташовуються багатокілометрові труби, в яких нафта рухається з великою швидкістю (2 метри сек.) і підігрівається до 300-325 З полум’ям з великої форсунки (при більш високих температурах вуглеводні просто розкладаються). Трубу для конденсації і охолодження парів в наші дні замінюють ректифікаційні колони (можуть бути до 40 метрів у висоту), де пари поділяються і конденсуються, а для прийому отриманих продуктів вибудовуються цілі містечка з різних резервуарів.

Що таке матеріальний баланс?

Переробка нафти в Росії дає різні матеріальні баланси при атмосферній перегонці сировини з того чи іншого родовища. Це означає, що на виході можуть виходити різні пропорції для різних фракцій – бензинової, гасової, дизельного, мазуту, супутнього газу.

Наприклад, для західно-сибірської нафти вихід газу і втрати становлять по одному відсотку відповідно, бензинові фракції (виділяються при температурах від 62 до 180 С) займають частку близько 19%, гас – близько 9,5%, дизельна фракція – 19 %, мазут – майже 50 відсотків (виділяється при температурах від 240 до 350 градусів). Отримані матеріали практично завжди піддаються додатковій обробці, так як вони не відповідають експлуатаційним вимогам для тих же моторів машин.

Виробництво з меншою кількістю відходів

Вакуумна переробка нафти базується на принципі закипання речовин при більш низькій температурі при зниженні тиску. Наприклад, деякі вуглеводні нафти киплять тільки при 450 С (атмосферний тиск), але їх можна змусити кипіти і при 325 С, якщо знизити тиск. Вакуумна обробка сировини проводиться в роторних вакуумних випарниках, які збільшують швидкість перегонки і дають можливість одержати з мазуту церезини, парафіни, паливо, мастила, а важкий залишок (гудрон) застосувати надалі для виробництва бітуму. Вакуумна дистиляція, порівняно з атмосферним переробкою, дає менше відходів.

Вторинна переробка дозволяє отримати якісні бензини

Вторинний процес переробки нафти був придуманий для того, щоб з того ж вихідного сировини отримати більше моторного палива за рахунок впливу на молекули нафтових вуглеводнів, які знаходять більш підходящі для окислення формули. Вторинна переробка включає в себе різні види так званого «крекінгу», в тому числі гідрокрекінг, термічний і каталітичний варіанти. Цей процес також спочатку був винайдений в Росії, в 1891 році, Ст. інженером Шуховым. Він представляє собою розщеплення вуглеводнів до форм з меншим числом атомів вуглецю в одній молекулі.

Переробка нафти і газу при 600 градусах Цельсія

Принцип роботи крекінг-заводів приблизно такий же, як і установок атмосферного тиску вакуумних виробництв. Але тут обробка сировини, яке найчастіше представлено мазутом, проводиться при температурах, близьких до 600 С. Під таким впливом вуглеводні, складові мазутну масу, розпадаються на більш дрібні, з яких і складається той же гас або бензин. Термічний крекінг базується на обробці високими температурами і дає бензин з великою кількістю домішок, каталітичний – також на температурній обробці, але з додаванням каталізаторів (наприклад, спеціальній глиняній пилу), що дозволяє отримати більше бензину хорошої якості.

Гідрокрекінг: основні типи

Видобуток і переробка нафти сьогодні може включати різні види гідрокрекінгу, який являє собою комбінацію процесів гідроочищення, розщеплення великих молекул вуглеводнів на більш дрібні і насичення неграничних вуглеводнів воднем. Гідрокрекінг буває легким (тиск 5 МПа, температура близько 400 С, використовується один реактор, виходить, переважно, дизельне паливо і матеріал для каталітичного крекінгу) і жорстким (тиск 10 МПа, температура близько 400 З, кілька реакторів, виходять дизельні, бензинові та гасові фракції). Каталітичний гідрокрекінг дозволяє виготовляти ряд олій з високим коефіцієнтів в’язкості і малим вмістом вуглеводнів ароматичного і сірчистого типу.

Вторинна переробка нафти, крім того, може використовувати наступні технологічні процеси:

– Вісбрекінг. У цьому випадку при температурах до 500 С і тиску в межах від половини до трьох МПа з сировини за рахунок розщеплення парафінів і нафтенів отримують вторинні асфальтени, вуглеводневі гази, бензин.

– Коксування нафтових залишків важкого типу – це глибока переробка нафти, коли сировина при температурах, близьких до 500 С під тиском 0,65 МПа обробляють для отримання газойлевых компонентів та нафтового коксу. Стадії процесу закінчуються отриманням «коксового пирога», якому передують (в зворотному порядку) ущільнення, поліконденсація, ароматизація, циклізація, дегідрування та крекінг. Крім того, продукт підлягає також висушування і прожаренню.

– Риформінг. Даний спосіб обробки нафтопродуктів був придуманий в Росії в 1911 році, інженером Н. Зелінським. Сьогодні риформінг каталітичного плану використовується для того, щоб з лигроиновых і бензинових фракцій отримувати високоякісні ароматичні вуглеводні та бензини, а також водородосодержащих газ для подальшої переробки в гідрокрекінгу.

– Ізомеризація. Переробка нафти та газу в даному випадку передбачає отримання з хімічної сполуки ізомеру за рахунок змін у вуглецевому кістяку речовини. Так з низькооктанових компонентів нафти виділяють високооктанові компоненти для одержання товарних бензинів.

– Алкілування. Цей процес будується на вбудовуванні алкільних заміщають в молекулу органічного плану. Таким чином з вуглеводневих газів непредельного характеру отримують складові для високооктанових бензинів.

Прагнення до євростандартів

Технологія переробки нафти і газу на НПЗ постійно вдосконалюється. Так, на вітчизняних підприємствах відзначено збільшення ефективності переробки сировини за параметрами: глибина переробки, збільшення добору світлих нафтопродуктів, зниження безповоротних втрат та ін. В плани заводів на 10-20-ті роки двадцять першого століття входить подальше збільшення глибини переробки (до 88 відсотків), підвищення якості продуктів, що випускаються до євростандартів, зниження техногенного впливу на навколишнє середовище.