4.24.05 Основы переработки нефти и газа
Переработка нефти является сложным процессом, в котором выделяют две основные стадии - первичную и вторичную.
Рис. Схема распределения нефти в рекреационной колонне
Первичную переработку нефти выполняют с целью разделения ее на отдельные группы углеводородов или фракций, основанных на разности температур испарения путем выпаривания из смеси компонента с более низкой температурой кипения. Полученные пары после их сбора и охлаждения конденсируются образовывая так называемый дистиллят.
Более полное разделение нефти на несколько фракций путем многоразового выпаривания и конденсации называют ректификацией и осуществляют в специальных колоннах. Нефть поступает в трубчатую печь (рис.), где нагревается до температуры 350—360°С. При этом значительная часть углеводородов испаряется и эти пары вместе с жидким тяжелым остатком поступают в ректификационную колонну. Температура в нижней части колонны поддерживается на уровне 350°С, а вверху она постепенно уменьшается до 100—180°С. Жидкая часть нефти с температурой кипения свыше 350°С образовывает фракцию мазута и остается в нижней части колонны. Пары нефти поднимаются вверх по колонне и с понижением температуры конденсируются в соответствующие углеводороды. Технологический процесс рассчитан таким образом, при котором в верхней части колонны конденсируются фракции бензина, ниже - керосина и еще ниже фракция дизельного топлива. Для подогревания колонны в нижнюю ее часть подается водяной пар. Высота ректификационных колонн может достигать нескольких десятков метров, диаметр - 2-4 м. Из отобранных фракций (дистиллятов) после их охлаждения, очистки и введения разных присадок получают товарные сорта бензинов, керосинов и дизельных топлив. Мазут может использоваться как сырье для получения смазочных масел, как исходный продукт для вторичной переработки и, при необходимости, как жидкое топливо. Смазочные масла выделяются из мазута в вакуумных ректификационных колонах при давлении 8-18 кПа. После вакуумной перегонки мазута получают различные смазочные масла и остаток, который называется гудроном. Гудрон используют для производства битумов.
Основными видами вторичной переработки нефти есть: крекинг (термический и катализаторный), который дает возможность получать дополнительное количество легких, главным образом бензиновых, фракций; риформинг, который улучшает антидетонационные свойства бензинов; пиролиз, который дает возможность получить ароматические углеводороды (бензол, толуол), этилен для нефтехимической промышленности.
Октановое число - это условный показатель, который характеризует антидетонационные свойства бензина, т.е. способность бензина сгорать в камере двигателя без взрыва. Чем выше октановое число, тем лучше антидетонационные свойства бензина, что очень важно для современных автомобильных двигателей с высокой степенью сжатия бензиновых паров в камере сгорания.
Основы переработки газа и газового конденсата
При подготовке газа к трубопроводному транспорту и во время его перекачки широко применяют процессы абсорбции, адсорбции, ректификации и низкотемпературной обработки.
Абсорбция - это процесс поглощения газа жидкостью, которая широко используется для изъятия из газовой смеси отдельных компонентов. Такое выборочное поглощение из газа его отдельных компонентов обусловлено разной их текучестью и скоростью диффузии.
Десорбция - процесс изъятия из жидких смесей улетучивающихся компонентов путем их диффузии в потоке газа, т.е. этот процесс десорбции – обратный процессу абсорбции.
Ректификация - процесс распределения жидких или газовых смесей на компоненты (или группы компонентов) осуществляется при контакте газа и жидкости в тарельчатой колонне на контактных тарелках.
Адсорбция - оседание (концентрирование) компонентов жидкости или газа в микропорах и на поверхности твердого вещества.
Адсорбционные методы широко применяют для сушки природного газа твердыми адсорбентами.
Низкотемпературную обработку применяют для разделения газовой смеси, которая состоит из компонентов с разной температурой конденсации. Природный газ может содержать кроме метана небольшое количество этана, гелия, сероводорода, углекислого газа и воды в виде жидкости или в виде водяного пара. На газоконденсатных месторождениях газ поступает из буровой скважины вместе с конденсатом. Значительное количество тяжелых углеводородов и примесей содержится в сопутствующем (нефтяном) газе на некоторых нефтяных месторождениях.
В качестве химического вещества при абсорбционном способе очищения природного газа широко используют водные растворы этаноламина.
Этаноламины связывают сероводород и углекислый газ при контакте с природным газом в специальной вертикальной колонне-реакторе с ректификационными тарелками. При этом в нижнюю часть колонны подается сырой газ, а сверху - водный раствор этаноламина. Поднимаясь вверх и контактируя на тарелках с этаноламинами, газ очищается от сероводорода и углекислого газа. Кроме этаноламинов, в качестве абсорбентов используют растворы карбонатов щелочных металлов, а в качестве твердых адсорбентов - окись железа.