Самостійна робота 1.

Тема: Нафта та нафтопереробка.

І. Навчальні цілі: вивчити комплексне використання сировини на прикладі нафтопереробки.

ІІ. Вихідні знання та вміння.

Студент повинен вміти визначати вміст речовин, що входять до складу нафти; характеризувати суть прямої пергонки нафти та каталітичного крекінгу нафтопродуктів; пояснювати використання найбільш відомих нафтопродуктів.

ІІІ. Завдання до самостійної роботи.

3.1. Вивчити рекомендовану літературу ( за можливістю продивитися відеоматеріал).

3.2. Скласти конспект за планом:

1.Загальна характеристика нафти.

2.Основні технологічні процеси переробки нафти.

3.Нафтопродукти: класифікація, призначення, характеристика.

3.3. Відповісти на питання до самоконтролю:

1.Які речовини входять до складу нафти?

2.Які основні види нафти в залежності від вмісту вуглеводнів ви знаєте?

3.Які основні операції нафтопереробки вам відомі?

4. Що таке крекінг і у чому сенс цього процесу?

5.Як застосовується бензин і за яким принципом утворюється

маркування бензину?

6. Які продукти переробки нафти вам відомі? Наведіть приклади їх

застосування.

ІУ. Рекомендована література.

Хомченко И.Г. Общая химия: Учебник для техникумов. М.: Химия, 1987.

С.194-197.

Опорний конспект

Тема: Нафта та нафтопереробка.

1. Загальна характеристика нафти.

Нафта – це пальна масляниста рідина зі специфічним запахом, розповсюджена в осадовій оболонці Землі і яка є найважливішою корисною копалиною.

Найголовнішою властивістю нафти, які принесли їй світову славу виняткових енергоносіїв, є її здатність виділяти при згорянні значну кількість тепла. Нафта і її похідні володіють найвищою серед усіх видів палив теплотою згоряння. Теплота згоряння нафти – 41 МДж/кг, бензину – 42 МДж/кг.

До складу нафти входять насичені вуглеводні (парафіни), ароматичні вуглеводні, нафтени, а також органічні сполуки, що містять азот, кисень, сірку, деякі метали (залізо, ванадій, кобальт, мідь тощо). Залежно від геологічних і геохімічних особливостей родовищ нафти відносний вміст у ній вуглеводнів, сірчистих спо­лук і нафтових смол неоднаковий. Найпрості­шими природними сумішами вуглеводнів є нафтові гази, у складі яких переважають газо­подібні парафіни (метан, етан, пропан, бутани — нормальний та ізобутан). Природна нафта — густа масляни­ста флуоресціююча ріди­на, кольору від темно-бурого до чорного.

За складом нафта — складна суміш вуглеводнів різної молекуляр­ної маси, головним чином рідких (в них розчинені тверді і газоподібні вуглеводні). Звичайно ці вуглеводні парафінові, ароматичні, циклоалкани, співвідношення яких в нафтах різних родовищ змінюється в широких межах. Крім вуглеводнів, нафта містить оксиген-, сульфур- і нітрогеновмісні органічні сполуки.

Залежно від переважного вмісту вуглеводнів того чи іншого кла­су в нафтовій фракції з температурою кипіння 250-300 °С розріз­няють такі основні види нафти:

1) метанова нафта, яка складається переважно з нерозгалужених алканів;

2) нафтенова нафта, яка складається в основному з циклічних неароматичних вуглеводнів — циклоалканів, або нафтенів;

3) змішана нафта, яка включає суміш алканів, нафтенів і ароматич­них вуглеводнів. Змішана нафта зустрічається найчастіше.

Усі види нафти мають домішки нітроген- і сульфурвмісних органічних сполук.

Також існує класифікація нафти, в основу якої покладено такі ознаки:

· щільність;

· груповий склад фракцій, що википають при температурі до 250-300°С;

· технологічна класифікація за потенційним вмістом основних компонентів.

Щільність нафти, як уже вказувалося, перебуває в межах 780 . 1040 кг/м3. Нафту щільністю нижче 900 кг/м3 називають легкою, вище 900 кг/м3 — важкою. У важких нафтах містяться в основному циклічні вуглеводні.

Колір нафти залежить від її щільності: світлі нафти мають меншу щільність, чим темні. А чим більше в нафті смол і асфальтенів, тим вище її щільність.

2. Основні технологічні процеси переробки нафти.

Сира нафта звичайно не застосовується. Для одержання з нафти технічно цінних продуктів її піддають переробці.

Нафтопереробка – сукупність технологічних прийомів, які застосовуються для отримання товарних продуктів з сирої нафти.

Основні технологічні процеси переробки нафти складаються з наступних операцій:

1) обезвожування та обезсолювання;

2) стабілізація;

3) перегонка;

4) крекінг;

5) очистка.

Видобута з надр нафта зазвичай містить сильномінералізовану бурову воду. Перегонка такої нафти складна та невигідна. Від бурової води та механічних домішок нафта може бути очищена тривалим відстоюванням у резервуарі.

У багатьох випадках суміш нафти та бурової води створює стійку емульсію. Більше застосування отримав електричний метод, заснований на дії електричного поля високої напруги на емульсію; в результаті чого відбувається швидке відокремлення води від нафти.

Практично вся сира нафта після попереднього очищення піддається перегонці на фракції, фракційна перегонка заснована на різниці в температурі кипіння окремих фракцій вуглеводнів, близьких за фізичними властивостями.

Таким чином з вихідної суміші одержують три фракції. Одна з них, що залишилася рідкою при кипінні, містить переважно висококиплячі компоненти; друга, що сконденсувалася. має склад, близький до складу вихідної суміші; третя, пароподібна, містить переважно низькокиплячі компоненти.

Продукти прямої перегонки нафти умовно розділяють на три групи: паливні фракції, масляні дистиляти і гудрон. Найбільш цінна масляна фракція — бензинова (температура кипіння до 180—200 °С). Вихід бензинів при прямій перегонці нафти становить тільки 3—15 %. Наступна масляна фракція — лігроїни.

Звичайно вихід лігроїнової фракції становить 7—10 %. Вихід керосинів— ще однієї масляної фракції з температурою кипіння 140—330 °С. Далі відокремлюється газойль (температура кипіння 180—400 °С) з виходом 7—15% і, нарешті, мазут (температура кипіння вище 300 °С, містить, крім вуглеводнів, парафін, маслянисті і смолисті речовини), вихід якого найбільший — 50—60%.

Масляні дистиляти відокремлюються при температурі 350— 550 °С і складаються з вуглеводнів, головним чином, циклічної будови з нафтеновими або ароматичними ядрами і приєднаними до них парафіновими радикалами. Вихід масляних дистилятів з нафти становить 20—25 %.

Гудрон складається зі смолистих речовин, парафінів і важких вуглеводнів циклічної будови, вихід його залежить від повноти .відгону мастил і звичайно становить 15—30 %.

Таким чином, первинна переробка нафти дає лише грубі фракції порівняно невисокого виходу і низької якості.

Первинна переробка нафти полягає в її перегонці. Перегонку здій­снюють на нафтопереробних заводах після відділення з нафти супутніх газів. У процесі перегонки нафти одержують світлі нафтопроду­кти: бензин, лігроїн, гас, газойль — солярове масло, а в залишку — в'язку чорну рідину — мазут.

Мазут піддають подальшій переробці. Його переганяють під змен­шеним тиском (щоб попередити розкладання) і виділяють мастила: веретенне, машинне, циліндрове та ін. З мазуту деяких сортів наф­ти виділяють вазелін і парафін. Залишок мазуту після відгону нази­вають нафтовим пеком або гудроном.

Крекінг нафтопродуктів

Крекінг нафтопродуктів полягає в розщепленні довгих молекул вуглеводів, що входять у висококиплячі фракції, на більш короткі молекули легких, низько киплячих продуктів.

Термічний крекінг. Первинний прямий перегін нафти дає порівняно мало бензину – 4-25% з різних нафт. Збільшення виходу бензину досягається застосуванням вторинної переробки більш важких нафтових фракцій, а також мазуту за допомогою методів деструкції, що дозволяє підвищити вихід бензину в кілька разів.

У залежності від виду сировини і необхідної якості одержуваної продукції в нафтопереробній промисловості застосовують різні технологічні способи переробки сировини.

Без застосування каталізаторів: термічний крекінг у рідкій і паровій фазах, піроліз, коксування, окиснювальний крекінг і окиснювальний піроліз.

Із застосуванням каталізаторів: каталітичний крекінг, гідрогенізаційний крекінг (деструктивна гідрогенізація), каталітична ароматизація (дегідрогенізаційний крекінг).

В основі цих методів лежать процеси перетворення вуглеводнів, що складають нафту чи нафтопродукт, під впливом нагрівання до температур 400-700 °С и вище і при різному тиску, у результаті чого одержують газоподібні, рідкі і тверді продукти.

Як сировина для крекінгу служать різні фракції: газойль, солярка, гас, мазут, гудрон, а також бензин прямого перегону нафти. Різні види сировини доцільно піддавати крекінгу окремо, підбираючи для кожного процесу відповідні умови. Алкани крекуються легше за все і дають бензин з низькими октановими числами (55-60), при тій же глибині крекінгу нафтенів октанові числа бензину вище (60-70). При глибоких формах крекінгу одержувані продукти сильно ароматизовані.

Сьогодні існує велика кількість різних типів установок термічного крекінгу, що включають трубчасту піч, реакційний пристрій, випарники, ректифікаційні колони, газовідділювачі, теплообмінники, холодильники й ін.

Вихід крекінг-бензинів, у залежності від виду сировини і режиму роботи установок, змінюється від 25 до 70 %.

Піроліз. Основне призначення процесу піролізу вуглеводневої сировини - одержання нижчих алкенів. Процес ведуть при 700-1000 °С під тиском, близьким до атмосферного.

У промислових умовах для виробництва етилену і пропилену проводять піроліз нафтових фракцій. Найбільш високий вихід етилену досягається при піролізі легких бензинів парафінової групи з великим вмістом вуглеводнів нормальної будови. Поряд з етиленом і алкенами С3 - С4 утворюється значна кількість рідких продуктів, що містять алкени, циклоалкени, алкадієни С5 і вище, а також арени С6-С8 і ін. компоненти. Вихід продуктів при піролізі різних бензинів складає (% мас): етилен 22-32; пропілен 10-17; фракція С4 - 5-12, арени 6-13.

У зв'язку з ростом цін на прямогінні бензини і їхні недостатні ресурси в ряді країн як сировину для піролізу застосовуються гасо-газойлеві фракції з температурою перегонку 170-380°С. При піролізі газойлів вихід етилену складає 16-23, пропілену - 15, рідких продуктів - 50 % (мас).

Гідрогенізаційний крекінг (деструктивна гідрогенізація) дозволяє одержувати значну кількість легких продуктів при використанні як сировини важких нафтових дистилятів, важких нафт, нафтових залишків-малоцінних мазутів. При цьому процесі одержують бензин, дизельне і котлове паливо. Процес протікає в одну чи в дві стадії (у випадку важкої сировини).

Двостадійний процес включає рідиннофазну гідрогенізацію (температура 420-500 °С, тиск 3-10 МПа, каталізатор - суспензія оксиду заліза (III)), у результаті якої одержують у невеликих кількостях газ і бензин, а в основному - широку фракцію (200-350 °С), що служить сировиною для другого етапу - парафазної гідрогенізації.

Парафазна гідрогенізація (температура 380-420 °С, тиск до 10 МПа, каталізатори - сульфіди й оксиди металів, а також Pt, Pd на алюмосилікатах) дозволяє одержувати бензин, гас, газойль і газ, що включає головним чином залишковий водень, якого витрачається 1-3 %. Бензин гідрогенізації з напівгудрону грозненської нафти складається в основному з алканів (47-70 %), нафтенів (26-36 %), аренів (3-10 %) і невеликої кількості олефінів і має октанове число менше 70. [7]