Как производится очистка нефти. Нефтепродкуты

Сырая нефть, раньше называвшаяся петролеумом (каменным маслом),-сырье для производства пластмасс, лекарственных веществ, косметических средств, клеев, лаков, красок, взрывчатых веществ и ядохимикатов. Сырая нефть — вязкая, горючая жидкость желтого, зеленого, красного, коричневого или даже черного цвета. Иногда она светится в темноте. Состав нефти от месторождения к месторождению разный. Типичная сырая нефть содержит около 85% углерода и около 15% водорода.

Как производится очистка нефти. Сырая нефть перерабатывается на нефтеочистительном заводе [1]. Прежде всего ее разделяют на компоненты-фракции. Различные углеводороды имеют разные температуры кипения, поэтому нефть может разделяться методами дробной перегонки-нагревом фракций до кипения, конденсацией и разделением фракций на различных уровнях высоких вертикальных перегонных колонн [2]. Фракции направляют для химической переработки или очистки, две фракции можно смешать для улучшения свойств.

Современный нефтеперегонный завод-гигантская химическая лаборатория, где физические процессы перегонки и сложные химические реакции каталитического разложения органических соединений идут непрерывно и перерабатываются тонны сырья. Сырье- сырая нефть-добывается из-под земли и из морских скважин. Первая ступень очистки - разложение сырой нефти [1] на основные фракции перегонкой [2]. Три главные фракции (бензин, керосин и дизельное топливо) поступают непосредственно в цистерны хранилищ; из некоторых дизельных топлив необходимо удалить серу [3]. Часть более тяжелой дизельной фракции передается в блок каталитического крекинга [4], где эта фракция расщепляется на бензин и газ.

Более тяжелые фракции после перегонки направляются на вторичную переработку. Блок вакуумной перегонки [5] дает мазут и смазочные масла, из которых предварительно выделяется парафин [6]. При экстракции этих продуктов пользуются растворителями [7], а вязкость мазута нормируют [8]. Самая тяжелая фракция-битум [9]- дегтеобразное вещество, используемое для дорожных покрытий.

В соответствии с температурой кипения насчитывают несколько основных фракций: нефтяные газы (удаляются через верх колонны), бензин, реактивное топливо, керосин, дизельное топливо, мазут, а также битумный остаток, разгружаемый со дна колонны. Для достижения высокой степени разделения, необходимой для производства различных нефтепродуктов, нефть прогоняется в процессе дробной перегонки через серию ректификационных колонн. Относительные количества, а также свойства продуктов перегонки в значительной степени определяются спросом. Например, в связи с ростом числа автомобилей повышается спрос на бензин; аналогично развитие реактивных двигателей расширяет рынок керосина.

Ректификационная колонна [А]-перегонный блок, где сырая нефть разделяется на основные фракции. Нефть доводят до кипения перегретым паром, а нефтяные пары, разделяясь по весу, скапливаются на различных уровнях колонны. Пары различных фракций конденсируются в жидкость в горизонтальных лотках и стекают к их краям. Серии барботажных насадок [Б] позволяют пару и газообразным фракциям двигаться к верхним горизонтам, но препятствуют стеканию конденсата на более низкий горизонт. Самая летучая составляющая- газ, по составу аналогичный природному. Следующие фракции-жидкие топлива и растворители (бензин, керосин, бензол и мазут). Тяжелые масла используются как топливо для морских дизельных двигателей и как смазочные масла. Твердые компоненты включают парафин и дегтеобразное вещество – битум.

Сложнее простой перегонки и очистки, но богаче по возможностям является крекинг-переработка нефти с изменением структуры углеводородов. Таким путем тяжелые фракции дизельного топлива могут быть переработаны в бензин. Для повышения качества бензиновой фракции ее можно «перестроить», смешав с чистым водородом и нагрев в присутствии катализаторов. При этом прямые цепи молекул углеводородов перестраиваются в кольцевые структуры, что улучшает эксплуатационные свойства автомобильного бензина. Процесс дает смесь фракций, подвергаемых обычной перегонке.

Конверсионные процессы. Молекулы простых углеводородов способны вступать в реакции между собой, образуя более сложные углеводороды. Разрабатывается все больше процессов очистки нефтепродуктов от примесей [3]; важность этих процессов все возрастает, так как растет загрязнение атмосферы. Сера, например, удаляется из нефти обработкой водородом с образованием сероводорода, который затем отделяется от нефтепродуктов; сера стала ценным побочным продуктом переработки нефти.

Химические продукты первоначально производились только из остатков очищенных газов. Сейчас появился еще один источник - этилен и пропилен, образующиеся при крекинге нефтяных фракций, особенно лигроина. Некоторые химические продукты, в частности толуол, получаются при рафинировании. Рафинируя нефть, получают бутилены, которые после полимеризации в бутадиен дают синтетический каучук.

Состав сырой нефти зависит от месторождения. Диаграмма показывает состав и точки кипения основных фракций типичного образца.

Все названные вещества-углеводороды ; элементы, присутствующие в виде примесей, например сера, должны быть удалены для предотвращения загрязнения окружающей среды продуктами сгорания. Сами по себе они представляют после их выделения ценные вторичные продукты нефтеперегонки.

Нефтепродукты. Этилен [6] и пропилен, важнейшие мономеры, которые превращаются в полимеры-полиэтилен и полипропилен. Из этилена получают полихлорвинил, полистирол, полиэфирные смолы и этиловый спирт. Он используется и в производстве синтетического каучука. Производные полипропилена дают растворители, полиакрил, полиуретан, пенопласты, найлон и пластификаторы, придающие эластичность пленкам и резинам, которые сами по себе хрупкие.

Простые углеводороды типа этилена могут быть получены из нефтепродуктов.

Они важны для производства пластмасс и моющих средств. Если двойную связь в этилене [А] разорвать и связать с радикалом (R), то образуется активное соединение [Б], способное разрывать другие двойные связи и создавать полимер с длинной молекулярной цепью [В]. Радикалы в виде длинной цепи могут реагировать с кислотами, образуя более сложные молекулы (например, моющие средства)

Следующими по значимости являются ароматические углеводороды: бензол, толуол и ксилолы. Их получают в основном каталитической переработкой (риформингом); некоторые ароматические углеводороды образуются при крекинге лигроина после обработки водородом бензиновой фракции. Этот крекинг дает толуол, часть которого преобразуется в бензол. Бензол-основа производства найлона, полистирола, синтетического каучука и моющих средств. На основе толуола вырабатываются растворители и полиуретановые резины. Более высокие представители ряда ароматических углеводородов, ксилолы - сырье для полиэфирных волокон и пластификаторов. Ацетилен, сам по себе служащий базой синтеза, сейчас часто получают из нефти. К важнейшим базовым неорганическим продуктам после серы относится аммиак, водород для синтеза которого извлекают из лигроина или природного газа.

Керосин-также одна из фракций перегонки нефти-используется в быту для освещения и как топливо; сейчас керосин — важная составляющая топлива для реактивных двигателей.

Более 90% мирового производства пластмасс, синтетического каучука, синтетических волокон и химических растворителей, около 50% мирового производства синтетических моющих средств вырабатывается из нефти. Но, как известно, месторождения нефти ограниченны, и не исключено, что нарисованная выше картина использования нефти может существенно измениться в будущем.