§ 1.2. Переработка нефти и нефтепродуктов

Нефть перерабатывают с целью придания получаемым из нее нефтепродуктам требуемых свойств. Важнейшим показателем качества нефтепереработки является обеспечение максимального выхода из исходного сырья товарных нефтепродуктов. Этот показатель характеризует «глубину переработки» нефти. В настоящее время по топливам для двигателей внутреннего сгорания он достигает 80 %. Разработаны новые, перспективные технологии, обеспечивающие его дальнейший рост. Имеется два вида переработки нефти, основаны на использовании физических и химических превращений в исход ном сырье. Первый, заключающийся в выделении из нефти углеводородов, выкипающих в определенном диапазоне температур, носит название прямой перегонки или дистилляции. Второй основан на переработке нефти и нефтепродуктов с помощью термических и термокаталитических процессов, обеспечивающих получение углеводородов с физико-химическими свойствами, отличными от свойств исходных продуктов (в этих процессах происходит разрушение —деструкция — углеводородных молекул сырья, поэтому такие процессы называют деструктивными). Прямая перегонка (дистилляция) нефти является первичным процессом ее переработки и заключается в вы делении из нефти отдельных фракций,- которые называют дистиллятами.

Современная установка для прямой перегонки нефти (рис. 1.2) работает по непрерывному циклу. Она состоит из атмосферной и вакуумной ректификационных колонн, в которых создаются условия (температура, давление), обеспечивающие достаточно полное испарение вводимого в нее сырья.

Температура по высоте колонны уменьшается от максимальной в зоне ввода разделяемого продукта до минимальной кверху колонны. Следовательно, по высоте колонны существуют определенные зоны, в которых температура равна температуре конденсации отбираемых фракций. В этих зонах усыновлены «ректификационные тарелки», на которых скапливаются, а затем откачиваются конденсирующиеся продукты. В атмосферной ректификационной колонне от нефти отделяют попутный нефтяной газ, применяемый в качестве добавки к бензинам или как самостоятельное газовое топливо» и фракции нефти с температурой кипения до 400 С, используемые для изготовления топлива—топливные фракции (дистилляты).

Фракцию нефти, выкипающую в диапазоне температур 35 — 205 С, называют бензиновой, 110 — 230 °С — лигроиновой; 140 — 300 °С —ке росиновой; 170 —360 °С— дизельной. Природная нефть содержит в среднем 10—15% бензиновых, 15 — 20% лигроиновых и керосино

вых и 15 — 20% фракций дизельного топлива.

В атмосферную ректификационную колонну вводят нефть, на

гретую в нагревателе до температуры 350 — 400 С. Выше этой температуры нагревать нефть нельзя, так как может начаться

термическое разложение некоторых входящих в се состав углеводородов. В этой колонне остается неиспарившийся остаток — мазут, состоящий из фракций нефти, температура кипения которых при атмосферном давлении превышает температуру в атмосферной ректификационной колонне. Мазут может быть использован для деструктивной переработки или дальнейшего разделения на фракции с целью получения дистиллятных масел.

Для разделения мазута на фракции необходимо понизить давление (создать вакуум). Соответственно перегонка мазута на отдельные фракции осуществляется в вакуумной ректификационной колонне, в которой устанавливается давление 5,3 + 7,3 кПа. Перед поступлением в вакуумную колонну мазут нагревают до температуры 400 °С. При перегонке мазута под вакуумом выкипают фракции, используемые для получения масел и называемые масляными дистиллятами, В зависимости от температуры кипения различают легкие, средние и тяжелые масляные дистилляты. Масла, получаемые из масляных дистиллятов, называют дистиллятными.

В вакуумной колонне остается жидкий невыкипевший остаток —гудрон. Из гудрона при последующей переработке получают битум, используемый в качестве органического вяжущего и гидроизолирующего материала, нефтяной кокс и высоковязкие масла, называемые остаточными. В отличие от дистиллятных остаточные масла имеют большую молярную массу, а следовательно, более высокую температуру кипения, плотность и вязкость. Большинство кислородсодержащих гетероорганических соединений также обладают большой молярной массой и остаются в гудроне. Поэтому остаточные масла содержат этих соединений больше, чем дистиллятные.

Продукты, полученные при первичной переработке нефти, называют прямогонными. В этих продуктах отсутствуют непредельные углеводороды, поэтому они обладают относительно высокой химической стабильностью.

Термическая и термокаталитическая переработка нефти и нефтепродуктов применяется для увеличения количества и повышения качества топливных фракций, получаемых из нефти (выход бензиновых фракций может достичь 60 % и более). Термическая переработка осуществляется в процессах пиролиза и крекинга. Основа этих процессов заключается в расщеплении (деструкции) тяжелых угле водородных молекул на более легкие. В качестве сырья для пиролиза используют керосин и более высококипящие фракции нефти. Конечными продуктами являются сложная смесь жидких углеводородов (главным образом ароматических) и непредельных газообразных углеводородов.

Крекинг осуществляется путем нагрева обрабатываемого сырья

до определенной температуры без доступа воздуха. Процесс может проходить в присутствии катализатора (каталитический крекинг) или

без него (термический крекинг).

Термический крекинг проходит при температуре 450 —500 °С и давлении 2 — 5 МПа.

Наряду с расщеплением тяжелых углеводородов при термическом крекинге протекают процессы синтеза, которые обусловливают создание высокомолекулярных продуктов.

При термическом крекинге образуются также отсутствующие в природной нефти непредельные углеводороды.

В нефтехимическом производстве основное значение имеют

термокаталитические процессы превращения нефтяного сырья —

каталитический крекинг, гидрокрекинг и риформинг. Эти процессы направлены на получение высококачественных топлив и ароматических углеводородов.

Каталитический крекинг проходит при температурах 450 — 500 °С и давлении, близком к атмосферному, на модифицированных алю-мосиликатных катализаторах (представляющих собой гранулы с

высокоразвитой поверхностью 600 м /г). В качестве сырья используют тяжелые нефтяные дистилляты (tкип = 300 — 550 °С).

Гидрокрекинг —разновидность каталитического крекинга, про водимого в атмосфере водорода. Реакция проходит при давлении 0,14 —0,18 МПа и температуре 450 — 550 °С. В этом процессе непредельные углеводороды превращаются в предельные. Одновременно предотвращается образование высокомолекулярных смолистых веществ.

Достоинством гидрокрекинга является также и то, что имеющиеся в сырье сернистые и кислородные гетероорганические со единения, расщепляясь, реагируют с водородом с образованием сероводорода и воды. Сероводород отмывается слабощелочной водой. Применение гидрокрекинга позволяет получать высококачественные продукты (в том числе дизельное топливо) из тяжелых нефтяных остатков, углеводородных смол и т.п.

В зависимости от режима гидрокрекинга (давления, температуры, скорости подачи сырья) можно целенаправленно получать конечные продукты различного фракционного и группового составов. Выполняя последовательно несколько операций гидрокрекинга, можно получать все более легкие полуфабрикаты нефтепродуктов. Например, из бензиновых фракций могут быть получены пропанбутановые.

Риформинг используют для получения полуфабрикатов высоко качественных автомобильных бензинов из тяжелых бензиновых фракций с температурами кипения свыше 110°С. При риформинге происходит изомеризация (образование предельных углеводородов с разветвленной углеводородной цепью) и ароматизация (образование ароматических углеводородов) исходного сырья, что способствует обогащению конечных продуктов компонентами с высокими эксплуатационными свойствами. Процесс риформинга проходит на катализаторе при температуре 470 — 530 С и давлении 2 — 4 МПа. Если в качестве катализатора при риформинге используют со единения платины (алюмоплатина), то такой процесс носит название платформинг. Параметры процесса: температура 370—420 °С, дав ление 3,5 МПа. Сырье для платформинга должно быть очищено от сернистых соединений, так как сера «отравляет» платиновый катализатор. Наиболее часто это осуществляется гидроочисткой (см. ниже). Гидроформинг — разновидность риформинга, предназначенная для увеличения количества ароматических углеводородов. Процесс заключается в дегидрировании и одновременной циклизации углеводородов, имеющихся в исходном сырье. Сырьем для гидроформинга являются тяжелые топливные фракции.

Тяжелые остатки от деструктивных методов переработки используют в процессах полукоксования и коксования, а также в качестве добавки к металлургическому коксу.