Методы разделения компонентов нефти и газа

Различают три варианта переработки нефти: по топливному, масляному и нефтехимическому способам (рис.3).

Топливный вариант предполагает получение из мазута широкой фракции вакуумного газойля 350-490°С, которая служит сырьём для процесса каталитического крекинга. При этом в качестве целевого продукта получают высокооктановый компонент товарного бензина.

Масляный вариант нефтепереработки заключается в получении из мазута узких масляных фракций различной вязкости с помощью вакуумной перегонки: дистиллятных с пределами выкипания 300-400°С,  350-420°С, 420-500°С и остаточной > 500°С.

Нефтехимический вариант переработки нефти осуществляется при переходе от нете- и газопереработки к нефтехимии. Сырьём для нефтехимического варианта переработки нефти является углеводородное сырьё в виде газообразных и жидких углеводородных фракций нефте- и газопереработки либо индивидуальных продуктов (например, этана для процесса пиролиза или бутана для процесса дегидрирования). На установках нефтехимических комбинатов получают алкены – от этилена до пентилена, арены – от бензола до ксилолов. На данный момент в ассортименте продуктов

органического синтеза числится около 15000 продуктов, каждый из которых является сырьём для дальнейшего синтеза. Полученный огромнейший ассортимент органических продуктов превращают в пластмассы, синтетические товары: каучуки, волокна, моющие средства и растворители, причём каждая из названных групп продуктов включает в себя десятки и сотни наименований. Отечественным отраслевым институтом ВНИИНП был введён показатель «глубина переработки нефти», характеризуемый относительным количеством дистиллятных нефтепродуктов, которые можно получить из нефти в результате первичных и вторичных процессов нефтепереработки за вычетом котельного топлива и безвозвратных потерь.

Методы переработки нефти различны и их можно разделить на две группы: физические и химические.

Физические методы переработки нефти

Физические методы переработки нефти основаны на том, что вещества, входящие в состав нефти, имеют различные физические свойства – температуру кипения, температуру кристаллизации, растворимость и т.п. Наибольшее распространение получила так называемая перегонка нефти и нефтепродуктов, основанная на разнице в температурах кипения отдельных фракций нефти. Химические реакции при физических методах не протекают.

Атмосферная перегонка нефти

Процесс, происходящий при перегонке нефти, в ректификационной колонне схематично представлен на рис.4.

Рис.4. Перегонка нефти

С помощью сырьевого насоса, перекачивающего нефть из складского резервуара, сырая нефть подаётся в трубчатую печь, где нагревается до температуры порядка 385°С. При этой температуре испаряется больше половины нефти. Полученная таким образом смесь жидкости и паров подаётся снизу в ректификационную колонну.

Внутри колонны находится набор тарелок с отверстиями, благодаря которым пары нефти могут подниматься вверх. Отверстия в тарелках снабжены приспособлениями – барботажными колпачками, чтобы пары, поднимаясь через тарелки, барботировали через слой жидкости толщиной около 10 см, находящейся на тарелке. В данном прцессе и заключается суть ректификации: горячие пары (с температурой не ниже 400°С), проходя через жидкость, несколько охлаждаются и часть углеводородов переходит в жидкое состояние. По мере перехода тепла от паров к жидкости, температура паров снижается и некоторые соединения в парах конденсируются.

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

Со временем количество жидкости на каждой тарелке увеличивается за счёт конденсата, поэтому на каждой тарелке устанавливают сливной стакан, позволяющий избытку жидкости перетекать вниз, на следующую тарелку. В действительности, отдельные молекулы несколько раз поднимаются на несколько тарелок вверх, затем конденсируются и стекают на несколько тарелок вниз через сливные стаканы. Именно эта процедура промывки пара жидкостью за счёт противотока и обеспечивает чёткое разделение фракций, что невозможно совершить за один проход. Число тарелок в колонне должно быть таким, чтобы общее количество продуктов, выходящих из ректификационной колонны, было равным количеству сырой нефти, поступившей внутрь.

На разных уровнях колонны имеются боковые отводы, для отбора фракций – более лёгкие продукты отбираются в верхней части колонны, а тяжёлая жидкость выходит внизу.