- •Министерство образования и науки украины
- •Вступление
- •Глава 1. Вступление к технологии
- •1.1. Понятие о технологии
- •1.2. Отрасли промышленности и их классификация
- •1.3. Понятие о производственном и технологическом процессах
- •1.4. Экономическая оценка технологического процесса
- •1.5. Типы производств и их основные технологические признаки
- •Основные понятия
- •Вопросы для обсуждения
- •Глава 2. Сырье, топливо, вода и воздух в технологических процессах
- •2.1. Определение сырья и его классификация
- •2.2. Обогащение сырья
- •Водная взвесь измельченной руди
- •2.3. Качество сырья и современные технологические процессы
- •2.4. Виды и основные характеристики топлива
- •2.5. Основные источники и характеристики воды
- •2.6. КласСификация вод
- •2.7 Очистка и обезвреживание воды
- •2.8. Воздух в технологических процессах
- •Основные понятия
- •Вопросы для обсуждения
- •Глава 3. Система технологий в энергетике
- •3.1. Основные виды и источники энергии
- •3.2. Система технологий тепловых электростанций
- •3.3. Система технологий гэс
- •3.4. Система технологий аэс и проблемы радиационной защиты
- •Действующие атомные электрические станции (аэс) Украины
- •3.5. Биохимические источники энергии
- •3.6. Экологически чистые нетрадиционные системы технологий энергетики
- •3.7. Солнечные электростанции
- •3.8. Геотермальные электростанции
- •Основные понятия
- •Вопросы для обсуждения
- •Глава 4. Общая характеристика добывающей промышленности
- •4.1. Определение добывающей промышленности
- •4.2. Разновидности природных ресурсов и Способы эксплуатации
- •4.3. Добывающие предприятия и их отличительные особенности
- •4.4. Технологический и жизненный циклы добывающих предприятий
- •4.5. Горно-геологические условия разработки полезных ископаемых
- •Основные понятия
- •Химическое ингибирование вопросы для обсуждения
- •Глава 5. Добыча угля
- •5.1. Ископаемые угли, их марки и свойства
- •5.2. Способы добычи угля
- •5.3. Технология очистных работ
- •5.4. Комплексная механизация добычи угля
- •5.5. Вспомогательные технологические процессы
- •5.6. Использование угля
- •Основные понятия
- •Глава 6. Добыча нефти и газа
- •6.1. Особенности нефти и ее использование
- •6.2. Условия залегания нефти и бурение скважин
- •6.3. Извлечение нефти на поверхность
- •6.4. Хранение и транспортировка нефти и нефтепродуктов
- •6.5. Технология добычи газа
- •Основные понятия
- •Вопросы для обсуждения
- •Глава 7. Система технологИй металлургической промышленности
- •7.1. Понятие о металлургическом заводе и комбинате
- •7.2. Исходные материалы для выплавки чугуна
- •7.3. Технология выплавки чугуна
- •Материальный баланс доменной плавки
- •Задано, кг
- •Получено, кг
- •7.4. Продукция доменного производства
- •7.5. Технология производства стали
- •7.6. Прокатное производство
- •7.7. Цветная металлургия
- •7.8. Технология порошковой металлургии
- •Основные понятия
- •Вопросы для обсуждения
- •Глава 8. Система технологий машиностроения
- •8.1. Понятие о машиностроительном комплексе
- •8.2. Понятие о технологии машиностроения
- •8.3. Литейное производство
- •8.4. Обработка металлов резанием
- •8.5. Прогрессивные методы обработки металлов
- •Основные понятия
- •Вопросы для обсуждения
- •Глава 9. Система технологий химической
- •9.1. Понятие о химическом производстве
- •9.2. Технология коксохимического производства
- •9.3. Технология переработки нефти
- •9.4. Производство аммиака, азотной кислоты и минеральных удобрений
- •Основные понятия
- •Вопросы для обсуждения
- •Глава 10. Строительные материалы и изделия из них
- •10.1. Свойства строительных материалов
- •10.2. Производство цемента и его разновидности
- •10.3. Производство гипса и извести
- •10.4. Производство безобжиговых каменных материалов
- •10.5. Производство бетона, железобетона и изделий из них
- •Основные понятия
- •Вопросы для обсуждения
- •Глава 11. Система технологий строительного производства
- •11.1. Классификация зданий и сооружений и их элементов
- •11.2. Общие принципы организации строительства
- •11.3. Современные методы производства основных строительных работ
- •Основные понятия
- •Вопросы для обсуждения
- •Глава 12. Системы технологий важнейших продуктов питания
- •12.1. Технология производства сахара
- •12.2. Технология производства кефира
- •12.3. Технология производства муки
- •12.4. Технология производства растительных масел
- •Основные понятия
- •Вопросы для обсуждения
- •Глава 13. Наука и научные организации
- •13.1. Понятие науки
- •13.2. Национальная Академия наук (нан) Украины
- •13.3. Научные степени, ученые и академические звания
- •13.4. Типовая структура научно-исследовательского института (нии)
- •13.5. Формирование тем научных исследований
- •13.6. Технология научных исследований
- •Основные понятия
- •Вопросы для обсуждения
- •Глава 14. Системы технологий коммунального хозяйства
- •14.2 Канализация населенных пунктов
- •14.3. Теплоснабжение жилых помещений, учреждений, заведений
- •14.4. Газоснабжение населенных пунктов
- •14.5. Электроснабжение населенных пунктов
- •Основные понятия
- •Вопросы для обсуждения
- •Глава 15. Бытовое обслуживание населения
- •15.1. Технология пошива одежды в ателье
- •15.2. Технология изготовления трикотажных изделий
- •Основные понятия
- •Вопросы для обсуждения
- •Глава 16. Транспорт и связь населенных пунктов
- •16.1. Транспорт населенных пунктов
- •16.2. Связь населенных пунктов
- •Основные понятия
- •Вопросы для обсуждения
- •Литература
- •Содержание
9.3. Технология переработки нефти
Нефтеперерабатывающая промышленность занимает одно из ведущих мест в народном хозяйстве страны. Сырая нефть, поступающая на нефтеперегонные предприятия, перерабатывается на моторное топливо высокого качества, смазочные и специальные масла широкого ассортимента, битумы и восковые составы, парафины, сажу, кокс для электродов. Плотность нефти находится в пределах 780-1040 кг/м3. Нефть плотностью ниже 900 кг/м3 относят к легким сортам, свыше 900 кг/м3 – к тяжелым. Плотность нефти зависит от содержания в ней легких фракций и в первом приближении характеризует ее состав, определяет направление переработки нефти, а также ассортимент и качество вырабатываемой продукции. Сырая нефть содержит примеси: воду (10-30%), растворенные соли, частицы породы (3-5%), а также газообразные фракции углеводородов – попутных газов (1-4%), которые при атмосферном давлении интенсивно испаряются, увлекая с собой и часть низкокипящих фракций. Поэтому добытая нефть для предотвращения потерь этих фракций направляется в специальные испарители (трапы), где происходит отделение газов, которые подвергаются дальнейшей переработке.
Свободная вода вместе с механическими примесями отделяется от нефти в отстойниках. Для разрушения мелких капелек воды на нефть воздействуют переменным электрическим полем в специальных аппаратах – электродегидраторах, внутри которых имеются сетки, образующие обкладки конденсатора. Капельки соленой воды, являющиеся электропроводником, интенсивно колеблются в электрическом поле, и, смешиваясь, образуют более крупные капли, стекающие вниз. Обезвоженная нефть поднимается через верхние сетки и подается на переработку.
Процесс перегонки основан на явлениях испарения и конденсации смеси веществ с различными температурами кипения. Технологический процесс перегонки нефти состоит из четырех операций: нагрева смеси, испарения, конденсации и охлаждения полученных фракций.
Нагревание нефти и нефтепродуктов осуществляется в трубчатых печах, имеющих по 3-4 камеры. Сначала холодный продукт поступает в конвекционные камеры, где подогревается отходящими газами, а затем в радиационные. Подогрев в печи производится до температуры 300-500°С.
Рис.
9.3. Ректификационная
колонна: 1
– шлем; 2
– тарелки; 3
– смотровые
люки; 4
– переливная труба; 5
– соединительная труба; 6
– каскадные тарелки
Разделение смесей на фракции при перегонке производится в ректификационных колоннах (рис. 9.3), которые представляют собой цилиндрический аппарат высотой 25-55 м, диаметром 5-7 м, с внутренними горизонтальными перегородками (тарелками), расположенными одна над другой. В перегородках имеются щели, прикрытые колпаками, которые преграждают путь поднимающимся парам, и сливы, предназначенные для стекания избытка жидкости на тарелке.
Нагретую в печи смесь подают в нижнюю часть колонны. Давление в колонне ниже, чем в трубках печи, поэтому смесь закипает и разделяется на две фазы: парообразную и жидкую. Жидкие продукты стекают вниз, а пары поднимаются вверх по колонне.
В верхнюю часть колонны подается орошающая жидкость (флегма) – легкая фракция, которая перетекает вниз с тарелки на тарелку по переливным патрубкам. Поднимающиеся снизу пары подходят под колпак и барботируют через слой жидкости на тарелке. Встречаясь с поднимающимися горячими парами, орошающая колонну жидкость нагревается и частично испаряется. Пары, отдавая ей теплоту, конденсируются, а конденсат стекает в нижнюю часть колонны. Этот процесс многократно повторяется по всей высоте колонны на каждой тарелке. По мере подъема с тарелки на тарелку температура паров и флегмы уменьшается. Температура регулируется существующей подачей холодной легкой фракции для орошения.
Фракционный состав флегмы и паров по высоте колонны непрерывно меняется: стекающая вниз флегма все более обогащается тяжелыми фракциями, а поднимающиеся вверх пары – легкими. Внизу колонны собирается жидкость, содержащая тяжелые фракции (мазут). Легкие фракции поднимаются, по колонне вверх, постепенно охлаждаясь. Самая легкая бензиновая фракция при температуре 180-200°С отводится из колонны в виде паров в конденсатор и отделяется от воды в сепараторе.
С промежуточных тарелок колонны отводятся средние фракции: керосиновая, кипящая при 200-300°С, и газойлевая (300-350°С). Иногда отводят также промежуточые фракции, например, лигроины (160-200°С), керосиногазойлевую (270-320°С).
Мазут разделяют на фракции вакуумной установкой: на легкую фракцию (тяжелый газойль), промежуточную (масляные дистилляты: веретенный, машинный, цилиндровый) и тяжелую (гудрон).
Производительность ректификационных колонн составляет 3-9 тыс. т нефти в сутки, вакуумных установок – 1,5-3 тыс. т мазута в сутки.
Таким образом, продукты перегонки нефти можно резделить на три группы: топливные, масляные дистилляты и гудрон.
Наиболее ценная топливная фракция – бензиновая, выход бензинов из нефти составляет 3-15%, для легкой нефти – до 20%.
Лигроины прямой перегонки используются для дальнейшей переработки на бензин и растворители для лакокрасочной промышленности, их выход составляет 7-10%.
Керосины – осветительный, моторный, компоненты реактивных и дизельных видов топлива, выход 8-20%.
Легкие газойли (соляр) являются основой дизельных видов топлива, а тяжелые – как сырье для дальнейшей переработки (крекинга); их выход составляет в среднем 7-15%.
Мазут – фракция, включающая углеводороды, парафин, маслянистые и смолистые вещества. Легкие мазуты применяются как топливо для котельных и газовых турбин; выход мазута – 50-60%.
Масляные дистилляты – тяжелые фракции, из которых получают различные смазочные и специальные масла; их выход – около 20-25%. Гудрон состоит из смолистых веществ, парафинов и тяжелых углеводородов и служит полуфабрикатом, из которого получают битумы и кокс для электродов; его выход – 15-30%.
Сравнительно малый выход бензина при прямой перегонке обусловил необходимость разработки метода получения легких фракций из тяжелых внедрением крекинг-процесса.
Крекинг, пиролиз и риформинг нефтепродуктов. Переработка нефти обычной перегонкой, т.е. физическим методом, не изменяет химического состава нефти и ее продуктов, не разрушает и не создает углеводородов, а лишь разделяет нефть на ее составные части. Перегонкой нельзя получить из нефти больше того, что естественно в ней содержится. Например, в нефти содержится 10-15% бензина, и получить большее количество бензина перегонкой невозможно.
Для значительного увеличения выхода из нефти легких продуктов и прежде всего бензина наряду с физическими методами сейчас применяют и химические методы переработки нефтепродуктов, основанные на изменении их химического состава. Этими новыми методами являются крекинг и пиролиз. Сущность их заключается в том, что переработку нефтепродуктов производят в условиях, при которых отдельные углеводороды расщепляются (распадаются на части) и образуют новые, более легкие углеводороды (с меньшим числом атомов углерода) (рис. 9.4). Таким путем достигается увеличение выхода бензина и других легких продуктов сверх того количества, которое содержится в исходном сырье.
Крекинг (что означает расщепление) ведут при температуре 475-500°С и давлением 2…7 МПа. Для активизации и соответствующего направления процесса крекинга применяют различные катализаторы, чаще всего алюмосиликатные (как правило, синтетические, иногда природные – бентонитовые глины).
Пиролиз (означающий разложение при высокой температуре) осуществляется при атмосферном давлении, но при более высоких температурах (680-750°С).
Рис. 9.4. Расщепление углеводорода при крекинге
Тяжелый углеводород – цетан С16Н34 распадается на два легких углеводорода: С8Н18 и октилен С8Н16
Крекингом из тяжелых нефтяных фракций (соляра, мазута) получают преимущественно бензин и другое легкое моторное топливо. Пиролизом обычно перерабатывают нефтяные газы, бензины и керосины для получения сырья (этилена, пропилена, бутадиена и др.) для промышленности органического синтеза и полимеров.
На передовых нефтеперерабатывающих предприятиях, применяющих новейшую технологию производства, выход легкого моторного топлива очень высок; из соляра, например, получают 60-80% высококачественного бензина и керосина и небольшое количество газов и крекингового остатка. Крекинг-бензин отличается более высокими антидетонационными свойствами и в этом отношении превосходит бензин, получаемый при перегонке нефти.
Получаемые при крекинге и пиролизе газы содержат этилен, пропилен, бутилен и другие легкие углеводороды. Из них получают спирты, синтетический каучук, пластмассы и множество других продуктов.
Крекинговый остаток подвергают коксованию - процессу глубокого разложения при температуре 480-650°С. В результате получаются нефтяной кокс, газ и жидкие нефтепродукты, в том числе некоторое количество бензина. Нефтяной кокс может служить заменителем каменноугольного кокса.
Таким образом, новейшие методы переработки нефти открывают широчайшие возможности для использования нефтепродуктов во всех отраслях народного хозяйства и полного обеспечения страны всеми видами жидкого топлива и смазочных материалов, а также разнообразным химическим сырьем без чрезмерного увеличения нефтедобычи.
Риформинг – процесс, применяемый для улучшения качества бензина, повышения его антидетонационных свойств (повышения октанового числа бензина). Использование высокооктанового бензина значительно повышает мощность двигателей и экономическую эффективность эксплуатации автомобилей. Процессы риформинга осуществляют при температуре 450-530°С и давлении 1,4-5,6 МПа с участием водорода и в присутствии различных катализаторов (молибден, платина, окиси хрома и молибдена и др.). В процессе риформинга преобразуется структура молекул углеводородов бензина, уменьшается содержание в нем низкооктановых и увеличивается содержание высокооктановых углеводородов. В результате бензин получается высокооктановым.