Основни петролни фракции - Химия
2. Основни петролни фракции
Различни продукти с голямо практическо значение са изолирани от петрола. Първо от него се отстраняват разтворените газообразни въглеводороди (главно метан). След отстраняване на летливите въглеводороди маслото се нагрява. Въглеводородите с малък брой въглеродни атоми в молекулата и с относително ниска точка на кипене първи преминават в състояние на пара и се дестилират. С повишаване на температурата на сместа се дестилират въглеводороди с по-висока точка на кипене. По този начин е възможно да се събират отделни смеси (фракции) масло. Най-често по време на такава дестилация се получават четири летливи фракции, които след това се подлагат на допълнително разделяне.
Основните фракции на маслото са както следва:
• Бензиновата фракция, събрана от 40 до 200 ° C, съдържа въглеводороди от C5H12 до C11H24. При по-нататъшна дестилация на изолираната фракция, бензин (tboil = 40–70 ° С), бензин
(tboil = 70–120 ° С) - авиация, автомобил и др.
• Нафтаната фракция, събрана в диапазона от 150 до 250 ° C, съдържа въглеводороди от C8H18 до C14H30. Нафтата се използва като гориво за трактори. Големи количества нафта се преработват в бензин.
• Керосиновата фракция включва въглеводороди от C12H26 до C18H38 с точка на кипене от 180 до 300 ° C. След рафинирането керосинът се използва като гориво за трактори, реактивни самолети и ракети.
• Фракция на газьола (tил> 275 ° С), по друг начин се нарича дизелово гориво.
• Остатъкът след дестилация на масло - мазут - съдържа въглеводороди с голям брой въглеродни атоми (до много десетки) в молекула. Мазутът също се разделя на фракции чрез дестилация при понижено налягане, за да се избегне разлагането. В резултат на това се получават дизелови масла (дизелово гориво), смазочни масла (автомобилни, авиационни, индустриални и др.), Вазелин (техническото петролно желе се използва за смазване на метални продукти, за да се предпази от корозия, пречистеното петролно желе се използвани като основа за козметика и в медицината). Парафинът се получава от някои видове масло (за производството на кибрит, свещи и др.). След дестилация на летливи компоненти от мазут остава катран. Той се използва широко в пътното строителство. Освен че се преработва в смазочни масла, мазутът се използва и като течно гориво в котелни инсталации.
3. Метод на единично и постепенно изпаряване
Разделяне на маслото на съставни части (фракции) според техните точки на кипене, за да се получат търгуеми петролни продукти или техните компоненти. Дестилацията на нефт е първоначалният процес на рафиниране на нефт в рафинериите, основан на факта, че при нагряване на нефт се образува парна фаза, която се различава по състав от течност. Фракциите, получени от дестилацията на нефт, обикновено са смеси от въглеводороди. С помощта на методи за многократна дестилация на петролни фракции е възможно да се изолират някои отделни въглеводороди. Дестилацията на масло се извършва чрез методи за бързо изпаряване (равновесна дестилация) или постепенно изпаряване (проста дестилация или фракционна дестилация); със и без коригиране; в присъствието на прегрята пара, изпаряващо средство; при атмосферно налягане и под вакуум. При равновесна дестилация разделянето на маслото на фракции е по-малко ясно в сравнение с обикновената дестилация. Въпреки това, в първия случай, при същата температура на нагряване, по-голямата част от маслото преминава в състояние на пара. В лабораторната практика се използва главно дестилация на масло с ректификация на паровата фаза в партидни инсталации. Индустрията използва дестилация на флаш масло в комбинация с дестилация на пара и течност. Тази комбинация позволява дестилация на масло в непрекъснати инсталации и постигане на висока яснота на разделяне на маслото на фракции, икономичен разход на гориво за нагряването му. Използването на пара води до намаляване на температурния режим, увеличаване на избора на маслени фракции и увеличаване на концентрацията на висококипящи компоненти в остатъка. В промишлените инсталации дестилацията на масло се извършва първо при атмосферно налягане и след това под вакуум. По време на атмосферната дестилация петролът се загрява не по-високо от 370 ° C, тъй като при по-висока температура започва разлагането на въглеводороди - крекинг, а това е нежелателно поради факта, че получените ненаситени въглеводороди рязко намаляват качеството и добива на целта продукти.
В резултат на атмосферната дестилация на нефт, фракциите се дестилират, кипвайки от около 30 до 350-360 ° C, а остатъчното мазут остава. Различни видове горива (бензини, горива за реактивни и дизелови двигатели), суровина за нефтохимичен синтез (бензен, етилбензен, ксилоли, етилен, пропилен, бутадиен), разтворители и др. Се получават от петролни фракции, които кипят до 360 ° C По-нататъшната дестилация на мазут се извършва под вакуум (остатъчно налягане 5,3-8 kN/m 2, или 40-60 mm Hg), за да се сведе до минимум крекингът на въглеводороди. В СССР в редица петролни рафинерии производителността на атмосферно-вакуумните преработвателни единици беше доведена до 8 милиона тона петрол годишно.
При флаш дестилация маслото се загрява в намотка на нагревател до предварително определена температура. С повишаването на температурата се образуват все повече и повече пари, които са в равновесие с течната фаза и при дадена температура сместа пара-течност напуска нагревателя и навлиза в адиабатния изпарител. Последният е кух цилиндър, в който паровата фаза е отделена от течността. Температурата на парата и течната фаза в този случай е еднаква. Яснотата на разделянето на маслото на фракции по време на дестилация с бързо изпаряване е най-лошата.
Обратната дестилация се състои от два или повече единични дестилационни процеса с повишаване на работната температура на всеки етап.
Ако при всяко отделно изпаряване на маслото има безкрайно малка промяна във фазовото му състояние и броят на изпаренията с флаш е безкрайно голям, тогава такава дестилация е дестилация с постепенно изпаряване.
Яснотата на разделяне на маслото на фракции по време на дестилация с бързо изпаряване е най-лошата в сравнение с дестилацията с многократно и постепенно изпаряване.
Ако изградим дестилационни криви за нефтената фракция с еднократно и многократно изпаряване, се оказва, че началната точка на кипене на фракциите е по-висока при еднократно изпаряване, а температурата в края на кипенето е по-ниска, отколкото при многократното изпаряване. Ако не се изисква фракциониране с висока разделителна способност, тогава методът на светкавицата е по-икономичен. В допълнение, при максимално допустимата температура на нагряване на маслото от 350 - 370 ° C (при по-висока температура започва разлагането на въглеводородите), повече продукти преминават във фазата на парите в сравнение с многократно или постепенно изпаряване. За извличане на фракции от масло, което кипи над 350 - 370 ° C, се използва вакуум или водна пара. Използването в индустрията на принципа на дестилация с бързо изпаряване в комбинация с ректификация на парна и течна фази позволява постигането на висока яснота на разделяне на маслото на фракции, непрекъснатост на процеса и икономичен разход на гориво за отопление на суровини. Първоначалното масло се изпомпва през топлообменници, където се нагрява от топлината на фракциите на отработеното масло и постъпва в изгарящия нагревател (тръбна пещ). В тръбна пещ маслото се загрява до предварително определена температура и постъпва в изпарителната част (захранващата секция) на дестилационната колона. По време на процеса на нагряване част от маслото преминава във фазата на парата, която при преминаване през тръбната пещ винаги е в състояние на равновесие с течността. Веднага след като маслото под формата на паро-течна смес напусне пещта и влезе в колоната (където в резултат на намаляване на налягането част от суровината допълнително се изпарява), парната фаза се отделя от течността и се издига нагоре колона и течността тече надолу. Паровата фаза се подлага на коригиране в горната част на колоната, като се брои от точката на въвеждане на суровини. Дестилационната колона съдържа дестилационни тави, върху които парите, издигащи се по колоната, влизат в контакт с течащата течност (обратен хладник). Обратният хладник се създава в резултат на факта, че част от горния продукт, преминавайки през охладителя-кондензатор, се връща в горната тава и се стича надолу към долните, обогатявайки издигащите се пари с нискокипящи компоненти.
За коригиране на течната част на суровината в долната част на коригиращата част на колоната, под долната тава трябва да се вкара топлина или някакъв вид изпаряващ агент. В резултат на това леката част от подтока преминава във фазата на парата и по този начин се създава обратен хладник с пара. Това напояване, издигащо се от най-ниската тава и влизащо в контакт с течащата течна фаза, обогатява последната с висококипящи компоненти.
В резултат на това фракция с ниско кипене непрекъснато се изтегля от горната част на колоната, а остатъкът с високо кипене от дъното.
Изпарител се въвежда в дестилационната колона, за да се увеличи концентрацията на висококипящи компоненти в остатъка от дестилация на масло. Парите на бензин, нафта, керосин, инертен газ, най-често водни пари се използват като изпарител.
При наличие на водна пара в дестилационната колона парциалното налягане на въглеводородите намалява и следователно точката им на кипене. В резултат на това въглеводородите с най-ниско кипене, които са в течна фаза след бързо изпаряване, преминават в състояние на пара и заедно с парата се издигат нагоре по колоната. Водната пара преминава през цялата ректификационна колона и излиза заедно с горния продукт, като понижава температурата в нея с 10 - 20 ° C. На практика се използва прегрята пара и се впръсква в колоната с температура, равна на температурата на доставяната суровина или малко по-висока (обикновено ненаситена пара при температура 350 - 450 ° C под налягане 2 - 3 атм).
Ефектът на водната пара е както следва:
- кипящата течност се смесва интензивно, което насърчава изпаряването на нискокипящите въглеводороди;
- голяма повърхност на изпарение се създава от факта, че изпарението на въглеводороди се случва в множество мехурчета водна пара.
Консумацията на пара зависи от количеството компоненти, които трябва да се отстранят, тяхното естество и условия в долната част на колоната. За добро коригиране на течната фаза в дъното на колоната е необходимо около 25% от нея да премине в състояние на пара.
В случай на използване на инертен газ като изпаряващ агент, има голямо спестяване на топлина, изразходвана за производството на прегрята пара, и намаляване на потреблението на вода, насочена към нейната кондензация. Много е рационално да се използва инертен газ при дестилацията на серни суровини, тъй като сярните съединения в присъствието на влага причиняват интензивна корозия на устройствата. Инертният газ обаче не се използва широко при дестилацията на петрол поради обемистостта на газовите нагреватели и кондензатори на парогазовата смес (нисък коефициент на топлопреминаване) и трудността при отделянето на дестилирания нефтен продукт от газовия поток.
Удобно е да се използват леки маслени фракции като изпарител - фракция нафта-керосин-газьол, тъй като това изключва използването на отворени водни пари при дестилацията на серни суровини, вакуум и оборудване за създаване на вакуум и в същото време елиминира посочените трудности при работа с инертен газ.
Колкото по-ниска е точката на кипене на изпаряващия агент и колкото по-голямо е относителното му количество, толкова по-ниска е температурата на дестилация. Въпреки това, колкото по-лек е изпаряващият агент, толкова повече се губи по време на процеса на дестилация. Поради това се препоръчва да се използва фракция нафта-керосин-газьол като изпарител.