Содержание
Нефть — маслянистая горючая жидкость, распространенная в оболочке земного шара. Продукты ее переработки стали актуальны не так давно: автомобильное топливо, газ ㅡ ежедневно используются людьми в быту.
Переработка нефти
Изначально, перерабатывающие заводы строились в местах добычи, но благодаря техническому прогрессу появилась возможность транспортировки нефти. Это послужило причиной разделения ее добычи и переработки. Заводы стали появляться вдоль нефтепроводов или на местах потребления.
Заводы по переработке
По своей специализации производства делятся на категории. Они выпускают совершенно разные элементы, получаемые в результате нефтепереработки.
- Топливные заводы — производят бензин, дизельное топливо, керосин.
- Топливно-масляные — основу смазочных и соляровых масел.
- Топливно-нефтехимические — топливо, этилен, стирол.
- Комплексные производства — создают весь возможный ассортимент (от 5 до 40 видов продукции).
Популярной является 1 категория заводов, так как топливо пользуется наибольшим спросом в промышленности и у жителей страны.
Процесс
Разработано 3 основных этапа, которые проводят на каждом нефтеперерабатывающем производстве.
- Первичная переработка — сырье обессоливают, делят на фракцию с различными промежутками температур кипения (описание в таблице).
Фракция Применение на производстве газолиновая бензина, газолина лигроиновая лигроина (тракторное топливо) керосиновая очищенный керосин (топливо для ракетных, тракторных, реактивных двигателей) газойль дизельное топливо мазут соляровое, смазочное масло, вазелин - Вторичная переработка — образование элементов товарных продуктов вследствие химических превращений углеводородов.
- Товарное производство (крекинг) — соединение полученных компонентов, иногда с добавлением различных присадок, для образования товаров нужного уровня качества.
Продукты
При переработке нефти получают продукты, являющиеся исходными компонентами для промышленности, бытовых принадлежностей человека.
Нефтяные масла
Результат перегонки и очищения мазута. Применяются как смазка автотехники и механизмов на промышленных производствах большинства областей. Бывают специальные масла (для электроизоляции в трансформаторных будках, выключателей на масляной основе) и смазочные, которые по назначению делят на 6 видов:
- Индустриальные — используются при смазывании подшипников, трущихся друг о друга деталей механизмов фабричного оборудования.
- Турбинные — ими смазывают, охлаждают подшипники паровых, газовых турбин, электрогенераторов.
- Компрессорные — применяются для воздушных, холодильных компрессоров.
- Приборные.
- Трансмиссионные — смазка коробок передач, рулевых, гидравлических механизмов.
- Моторные — применяются для различных двигателей (карбюраторных, дизельных или авиационных).
Служат основой многих косметических товаров, пластичных, технологичных смазок, гидравлических, охлаждающих жидкостей.
Асфальт
Образуется из тяжелых фракций нефти, технически это полутвердый или твердый битум. Состоит из большого количества масел высоких температур плавления, твердого парафина, серы (менее 1%).
По способу производства бывают:
- остаточный (производится концентрированием битума при помощи водяного пара);
- окисленный (концентрирование достигается воздухом).
Из-за ограниченного количества месторождений природного асфальта началось изготовление искусственного, нефтяного асфальта. Применяется как основа замазок, клеев, или как кровельный, изоляционный материал. В качестве дорожного покрытия асфальт начали использовать в 1930-е гг. в США, благодаря быстрому развитию автомобилизма и непрактичности, шумности булыжных мостовых.
Пластмасса
Материал, созданный на основе полимеров. Ежегодно производится 200 млн тонн пластмассы. Производство заключается в полимеризации, поликонденсации или полиприсоединении низкомолекулярных веществ, выделяемых из нефти.
Многие не имеют понятия, что большинство повседневных предметов изготовлены на основе продуктов переработки нефти. Пластмасса второй по популярности материал, используемый в быту (контейнеры, посуда, мебель, кухонные принадлежности).
Полиэтилен
Удобный материал для промышленных целей и повседневной жизни. Наряду с пластмассой, пользуется спросом у обывателей. Ежегодно выпускается большое количество полиэтиленовых упаковок и пластиковых бутылок.
Дизель
Прозрачная жидкость светлого желтого или коричневого цветов. Используется как топливо в дизельных двигателях (ж/д, надводный, грузовой транспорт, сельхозтехника) или для котельных. В зависимости от цетанового числа, области применения бывает:
Иногда применяется как пропитка кожевенных изделий, компонент смазочно-охлаждающих или закалочных жидкостей при обработке металлов.
Бензин
Горючее топливо для двигателей внутреннего сгорания. По предназначению делится на бензин для автомобилей и самолетов. Несмотря на различные сферы использования, виды имеют общие качества. Испаряемость, благодаря которой возникает однородная смесь топлива и воздуха, сохраняющая оптимальную структуру при любых температурах; групповой углеводородный состав, способствующий надежному функционированию двигателя при разных режимах.
До конца 19 века бензин применялся только как антисептик, топливо для примусов. Пока не разработали двигатель внутреннего сгорания, большую его часть сжигали или выбрасывали.
Мазут
Тяжелый остаток от переработки, после отделения всех фракций, представляет собой густую жидкость. Главные его потребители — морской, речной флот, жилищно-коммунальное хозяйство, промышленные производства.
Используется как топливо для заводских печей или различных котельных установок, основа для создания судового мазута (тяжелого топлива) и моторных, смазочных масел, битума, кокса.
Керосин
Прозрачная жидкость, иногда желтоватого цвета, с характерным запахом и легкой маслянистой консистенцией. Применяется в качестве горючего для бытовых приборов (лампы накаливания, керосиновые горелки), реактивного топлива, растворителя красок, а неароматизированным керосином обезжиривают поверхности.
Керосином промывают детали для очистки от ржавчины, пропитывают изделия из кожи, используют при обжигании изделий из стекла, фарфора, как компонент лаков, пленок. До появления дизельных двигателей, керосин повсеместно применялся как топливо для сельскохозяйственной техники. Благодаря впитываемости, низким температурам горения, керосин употребляется артистами при проведении представлений с огнем.
Смазочные материалы
Используются для улучшения трения деталей механизмов (двигателей, подшипников) и при обработке металлов под давлением (заточка, шлифовка). Получают смазку путем добавления к маслу загустителей.
Развитие технического оборудования стремительно прогрессирует, вместе с этим растет количество смазочных материалов. Если подобрать неподходящий вид, то возникнут поломки механизма.
Парафин
Бесцветный, жирный, твердый продукт нефтепереработки. Растворяется в минеральных маслах, растворителях органического происхождения, а в спирте, воде нет. Смесь углеводородов устойчива к действию кислот, щелочных металлов, галогенов, окислителей. Широко применяется при изготовлении свечей, как смазка деревянных деталей (выдвижных ящиков), при парафинотерапии, производстве косметического вазелина. В соединении с бензином образует покрытие, защищающее от коррозии. Помимо этого, он зарегистрирован как пищевая добавка (Е905).
Парафин можно использовать дома для отбеливания, очищения и омоложения кожи, ее защиты от сухости и потрескивания. Для процедур такого рода нужно приобрести в аптеке очищенный косметический парафин.
Сжиженный нефтяной газ
Углеводороды, извлеченные из газа, сопутствующего нефти, которые при увеличении давления принимают жидкую форму, для удобного хранения или транспортировки. Основные компоненты: пропан, бутан, изобутан. Используется в быту (газовые плиты, отопление, обычные зажигалки) или как топливо для автомобилей.
Деготь
Густой, маслянистый жидкий продукт, результат сухой перегонки лиственной или сосновой древесины, каменных углей, торфа, нефти. Обладает лечебными свойствами: оказывает противовоспалительное, антисептическое действие, защищает от бактерий, паразитов, помогает уменьшить зуд. Используется как компонент косметических средств по уходу за кожей, волосами, ногтями.
Из дегтя получают специальные вещества для строительной сферы: пек (вещество, применяемое для изготовления стройматериалов, укладке дорожного полотна) и эмульсии (основа для грунтоасфальта и глинозема).
Добыча, переработка нефти наносит непоправимый вред окружающей среде, который возрастает с каждым этапом процесса. От расчистки местности для установки оборудования до движения грунтов (вследствие образования пустот после выкачки добычного материала). Загрязнение вод планеты, 1 л нефти лишает воду 40 000 л кислорода, а ежегодно в воды мира попадает 10 млн тонн. Если не принимать меры по обеспечению безопасности, то этот вид промышленности приведет к фатальным последствиям для человека и природы.
Одним из важнейших источников углеводородов является нефть, широко распространенная в природе.
Значение нефти в современной промышленности огромно. Нефть — не только топливо, но и ценное химическое сырье для получения различных органических веществ. Даже трудно представить себе современную жизнь без нефти — без моторного топлива и тех продуктов, которые получают при переработке нефти: поверхностно-активных веществ (ПАВ), синтетических каучуков, пластмасс, красителей и лекарственных препаратов. Мировой расход нефти на химическую переработку в настоящее время пока составляет около 10 %. Однако около 80 % всех органических веществ, используемых человеком, получают на основе нефти и нефтяных газов.
Физические свойства и состав нефти.
Нефть — маслянистая жидкость темно-коричневого или черного цвета (встречается и другая окраска) с плотностью 730—1040 кг/м 3 . По химическому составу нефть представляет собой сложную смесь жидких и небольшого количества твердых углеводородов. Углеводороды, входящие в состав нефти, можно разделить на три группы: 1) предельные углеводороды (алканы) с прямой или разветвленной цепью (в нефти встречаются почти все члены гомологического ряда метана); 2) нафтены — циклические насыщенные углеводороды (циклопентан, циклогексан и их гомологи); 3) ароматические углеводороды (бензол и его гомологи). Поэтому в настоящее время все нефти по составу классифицируют на метановые, нафтеновые и ароматические. Непредельные углеводороды (например, алкены) в свободном состоянии в нефти встречаются довольно редко. Они образуются только при ее вторичной переработке. Нефть содержит также значительное количество высокомолекулярных соединений — нефтяных смол и продуктов их конденсации.
Кроме углеводородов в состав нефти входят примеси — органические кислородные и сернистые соединения, а также вода и растворенные в ней кальциевые и магниевые соли. Встречаются в нефти и механические примеси — песок и глина.
Нежелательной примесью в нефти является сера и ее соединения. Они вызывают коррозию металлических труб и аппаратуры, применяемой для переработки нефти.
Несмотря на довольно сложный состав, нефть содержит в среднем 82—87 % углерода, 11—14% водорода, 2—6 % других элементов (кислород, сера, азот). Средняя молекулярная масса нефти (исключая высокомолекулярные соединения) составляет 250—300.
Первичная переработка нефти. После очистки нефти от воды и растворенных в ней солей, от песка и других примесей нефть подвергают переработке. Методы переработки могут быть физическими и химическими.
Физический метод переработки (прямая перегонка) заключается в разделении нефти на ее составные части — фракции. Этот процесс основан на разнице температур кипения углеводородов, входящих в состав нефти. Поскольку нефть содержит огромное число различных веществ, многие из которых имеют близкие температуры кипения, выделение индивидуальных углеводородов из нефти чрезвычайно затруднено. Поэтому при прямой перегонке (при атмосферном давлении) нефть разделяют на отдельные фракции, которые кипят в довольно широком интервале температур.
- 1. Бензиновая фракция — смесь углеводородов с С5 Сю [1] ? При более тщательной перегонке этой фракции можно выделить: легкий бензин (петролейиый эфир) (т.кип. 40—70 °С), тяжелый бензин (т.кип. 50—195 °С) и лигроин (т.кип. 120—235 °С). Следует отметить, что первая фракция составляет до 20 % от перегоняемой нефти.
- 2. Керосиновая фракция — смесь углеводородов с Сю—Cie- В пределах 165—200 °С отгоняют уайт-спирит, в пределах 200—300 °С — керосин, а в интервале 180—360 °С — дизельное топливо.
- 3. Третья фракция — остаток (мазут), представляющий собой смесь углеводородов с большим числом углеродных атомов. При перегонке мазута под вакуумом (во избежание осмоления при высокой температуре) или с водяным паром можно получить некоторые смазочные масла, вазелин и парафин. Остаток после отгонки из мазута этих продуктов называется гудроном (нефтяным пеком), из которого вырабатывают битум. Он широко используется в строительстве.
Разделение нефти происходит на непрерывно действующих ректификационных колоннах. Ректификационная колонна представляет собой сооружение высотой 50—60 м и диаметром около 3—4 м. Внутри этой колонны на некотором расстоянии друг от друга расположены горизонтальные перегородки — ’’тарелки", которые имеют большое число отверстий — патрубков. Патрубки закрывают сверху колпачками с зубчатыми краями.
Предварительно нагретая до 300 °С нефть подается в нижнюю часть колонны. Пары нефтепродуктов через патрубки поднимаются вверх, проходя между зубцами колпачков и барбатируя через жидкость. При этом происходит постепенное охлаждение паров. Образовавшийся конденсат (флегма) стекает по переточним трубкам сверху на тарелки. Трубки и патрубки расположены так, что жидкость на тарелках задерживается на определенном уровне. Наиболее легколетучие углеводороды (пары) поднимаются до верха колонны и, охлаждаясь, сжижаются на верхних тарелках. Менее летучие пары сжижаются ниже. Образующиеся жидкие фракции выводятся с тарелок из колонны через боковые отводы (рис. 21).
Рис.21. Ректификационная колонна:
а — общий вид; б — схема секций тарелок с колпачками; в — движение паров и конденсата (флегмы) по тарелке; 1 — конденсат (флегма);
Продукты прямой перегонки имеют огромное значение. Петролей- ный эфир — прекрасный растворитель для жиров и различных смол. Бензин применяется, как известно, в качестве горючего для автомобильных и авиационных двигателей внутреннего сгорания. Керосин используется как топливо для реактивных двигателей или моторов для тракторов. Дизельная фракция нефтепереработки служит топливом для дизельных двигателей. Мазут применяется в качестве котельного топлива.
Однако растущая с каждым годом авиационная, автомобильная и тракторная промышленность требует все большего количества бензина и керосина. Для увеличения их выхода некоторые фракции прямой перегонки и мазут подвергают вторичной (химической) переработке. Этот процесс связан с частичным разложением углеводородов, в результате которого происходит разрыв, расщепление больших молекул на. более мелкие, кипящие при сравнительно низкой температуре.
Химические превращения нефти протекают под влиянием несколь- ихх факторов: температуры, давления и катализаторов. Среди методов химической переработки нефти наибольшее значение получил крекинг (от англ, to crack — расщеплять, разрывать).
Нефтепродукты — это смеси углеводородов, а также индивидуальные химические соединения, получаемые путем переработки нефти и попутных нефтяных газов.
По сути, нефтепродукты – это любые вещества, полученные в результате переработки нефтяного сырья. Однако, на практике наиболее широко используются так называемые товарные нефтепродукты. Они, как правило, представляют собой смесь определенного состава из нескольких индивидуальных веществ с характерными для данного товарного продукта свойствами.
В течение некоторого периода после открытия нефти, ее не подвергали переработке, а использовали в сыром виде в качестве горючего или смазочного материала. Более тяжелую нефть, как правило, выходящую на поверхность, применяли в строительстве, например, для замазывания швов и т.п.
Позднее нефтедобытчики поняли, что нефть разумнее не сжигать в сыром виде, а перерабатывать и получать из нее более ценные вещества. Одним из таких продуктов стал керосин для осветительных ламп, который заменил распространенный в то время китовый жир. Для производства первых нефтепродуктов использовались простейшие нефтеперегонные кубы – предки современных ректификационных колонн.
Стоит отметить, что знаменитый русский ученый Д.И. Менделеев, вовремя осознав ценность нефть, посвятил значительную часть своих работ ее изучению. Именно ему принадлежит известная фраза: «Сжигать нефть — все равно, что топить печь ассигнациями».
Сегодня, принимая во внимание прогресс в сфере нефтепереработки, никто не возьмется опровергать это утверждение, и не будет оспаривать тот факт, что основная ценность нефти заключается именно в производимых из нее веществах – нефтепродуктах.
Сегодня ассортимент выпускаемых нефтеперерабатывающими предприятиями продуктов насчитывает порядка 500 различных наименований. Это вещества различных агрегатных состояний, которые, могут представлять собой как индивидуальные соединения, так и смеси углеводородов определенного состава.
К индивидуальным веществам относятся такие соединения, как, например, бензол или толуол.
Ярким примером смесей углеводородов являются товарные бензины, представляющие собой компаундированную смесь получаемых в процессе нефтепереработки соединений, которая соответствует по ряду свойств требуемым нормативам. Название же товарных бензинов сохраняется от основного компонента данной смеси – бензиновой фракции.
Классификация нефтепродуктов
Продукты нефтепереработки классифицируются по целому ряду различных параметров. Очевидно, их можно разделить, например, по агрегатному состоянию на:
Кроме этого, выделяют несколько классов по степени опасности веществ в зависимости от температуры вспышки:
- I класс (t вспышки менее 28 C) – бензины
- II класс (t вспышки 28. 61 C) – керосины, дизельное топливо ДА
- III класс (t вспышки 61. 120 C) – дизельное топливо, мазут
- IV класс (t вспышки более 120 C) – масла, битумы, парафин
Однако самая распространенная классификация нефтепродуктов — это их разделение в зависимости от области применения:
- Топливо
- Моторное топливо
- Бензины
- Дизельное топливо
- Реактивное топливо (авиационный керосин)
Основную долю получаемых из нефтяного сырья продуктов переработки составляют различные виды топлива. Так, на моторное топливо приходится порядка 60% от всего объема производства нефтепродуктов.
Следующая по значимости группа нефтепродуктов – нефтяные масла. Помимо прямого назначения горюче-смазочные нефтяные материалы, входящие в данную группу могут использоваться в качестве антикоррозионных и теплоотводящих составов, например, для заливки трансформаторов.
Довольно обширный класс нефтепродуктов представляют углеродные и вяжущие материалы. Яркий представитель данной группы – битум, в огромном количестве используемый в составе асфальта для дорожных покрытий и в строительстве.
Стоит отметить, что некоторые нефтепродукты выступают не как готовые к использованию вещества, а в качестве сырья для дальнейшего нефтехимического синтеза. В основном это получаемые в процессе нефтепереработки газы. Сюда также можно отнести некоторые ароматические соединения – бензол, толуол, парафин и пр.
Производство нефтепродуктов
В зависимости от типа продукта его производство может включать несколько стадий. Однако основной этап для всех видов – разделение нефти на фракции (или перегонка нефти) в ректификационной колонне. Далее выделенные фракции подвергаются дальнейшей переработке, а полученные вещества — очистке и, возможно, смешению (компаундированию) для получения удовлетворяющих спецификации товарных нефтепродуктов.
Более подробно технологии получения тех или иных нефтепродуктов рассмотрены в соответствующих статьях.
Транспортировка нефтепродутов
Транспортировка продуктов нефтепереработки осуществляется несколькими способами:
- наливом, в специальных емкостях
- навалом, в контейнерах
- в специальной таре
- по трубопроводу
Газообразные нефтепродукты сжижают и транспортируют в специальных цистернах под давлением.
Жидкие продукты, такие как бензин, дизельное топливо, керосин и др. перевозят железнодорожным, автомобильным или водным транспортом в специальных цистернах, а также по трубопроводу, который называется нефтепродуктопровод.
Некоторые виды масел и растворителей перевозят уже разлитыми в готовую для продажи или специальную тару.
Твердые нефтепродукты, такие как нефтяной кокс транспортируют навалом преимущественно в железнодорожных вагонах.
