Орошение и повторное испарение
Чтобы тяжёлые продукты случайно не попали в верхнюю часть колонны вместе с лёгкими фракциями, пары периодически направляют в холодильник. Вещества, которые конденсируются в холодильнике, снова поступают на одну из тарелок, расположенных ниже. Данный процесс называют орошением ректификационной колонны.
С другой стороны, некоторое количество лёгких углеводородов может быть увлечено с током жидкости в нижнюю часть колонны вместе с тяжёлыми продуктами. Чтобы избежать этого, выходящую через боковой отвод жидкость снова пропускают через нагреватель. В результате примесь лёгких углеводородов отделяется и в виде пара повторно поступает в ректификационную колонну. Данный процесс называется повторным испарением. Преимущество такой схемы заключается в том, что только малая часть общего потока сырой нефти повторно перерабатывается для дополнительного возвращения продукта. Использование этих приёмов позволяет экономить энергию, а также способствует более эффективному разделению нефти на фракции.
Вакуумная перегонка
Прямогонный остаток, полученный после атмосферной перегонки, перекачивают непосредственно на установку вакуумной перегонки – приземистую колонну большого диаметра. Давление в вакуумной ректификационной колонне составляет порядка 0,32-0,40 атм; при пониженном давлении лёгкая фракция сразу же начинает кипеть и быстро испаряется. Испарение сопровождается охлаждением, поэтому в колонну подаётся перегретый пар – пар под давлением, нагретый до температуры не менее 400°С. Тепло от пара передаётся нефтяному остатку, и таким образом, поддерживается высокая температура и продолжается процесс испарения. Низкое давление поддерживается постоянным за счёт вакуумного насоса, установленного в верхней части колонны.
Как показано на рис.5, из вакуумной ректификационной колонны выходит несколько потоков. Лёгкий вакуумный дистиллят и тяжёлый вакуумный дистиллят иногда получают как отдельные продуты. Обе фракции используют как сырьё для смазочных масел. Чаще всего их не разделяют, а сливают вместе, такой продукт называют лёгкой фракцией вакуумной перегонки.
Тяжёлый продукт, остающийся на дне колонны, называют остаток вакуумной перегонки, который используют в качестве сырья для производства битума или термического крекинга, а также в качестве компонента для получения остаточного топлива.
Азеотропная и экстрактивная ректификация
Простыми называют методы разделения, когда изменение концентрации разделяемых компонентов в сосуществующих фазах достигается только за счёт сообщения системе энергии; а сложными – методы с применением дополнительных разделяющих агентов (селективных растворителей, адсорбентов и др.), увеличивающих различие составов фаз.
Нераздельно кипящие смеси называются азеотропными. Если к такой смеси добавить третий компонент, в котором разделяемые вещества обладают различной растворимостью; при этом по летучести третий компонент приближается к разделяемой смеси, то он образует азеотропную смесь с одним из компонентов. Перегонка в присутствии такого третьего компонента называется азеотропной. Обычно в качестве третьего компонента при разделении углеводородов методом азеотропной перегонки используют спирты (метиловый, этиловый), уксусную кислоту, кетоны, простые и сложные эфиры. С помощью спиртов разделяют близко кипящие смеси алканов и аренов, например, смесь бензола (tкип =80°С) и 2,2,3-триметилбутана (tкип = 80,9°С); бензол образует азеотропную смесь с этиловым спиртом с tкип = 68,1°С.
Азеотропная ректификация получила ограниченное применение из-за достаточно узкого выбора селективных растворителей, дополнительного расхода энергии на их испарение.
Если летучесть третьего компонента мала, то перегонка в его присутствии называется экстрактивной. Третий компонент остаётся в жидкой фазе и удерживает одно из разделяемых веществ, которое лучше растворяется в нём. С помощью экстрактивной перегонки можно разделить близко кипящие смеси аренов и нафтенов. В качестве третьего компонента часто используют фенол или фурфурол, которые преимущественно растворяют ароматические углеводороды.
Одним из преимуществ экстрактивной ректификации по сравнению с азеотропной является возможность создания в колонне высокой концентрации растворителя (75-90%), что позволяет увеличить эффективность и селективность процесса разделения.