| |||||
МЕНЮ
| Нефть: происхождение, состав, методы и способы переработкиp> В состав нефти входит около 425 углеводородных соединений. Главную часть нефтей составляют три группы УВ: метановые, нафтеновые и ароматические. По углеводородному составу все нефти подразделяются на: 1) метаново- нафтеновые, 2) нафтеново-метановые, 3) ароматическо-нафтеновые, 4) нафтеново-ароматические, 5) ароматическо-метановые, 6) метаново- ароматические и 7) метаново-ароматическо-нафтеновые. Первым в этой классификации ставится название углеводорода, содержание которого в составе нефти меньше. Метановые УВ (алкановые или алканы) химически наиболее устойчивы, они
относятся к предельным УВ и имеют формулу CnH2n+2. Если количество атомов
углерода в молекуле колеблется от 1 до 4 (СН4-С4Н10), то УВ представляет
собой газ, от 5 до 16 (C5H16-C16H34) то это жидкие УВ, а если оно выше 16 Нафтеновые (циклановые или алициклические) УВ (CnH2n) имеют кольчатое строение, поэтому их иногда называют карбоциклическими соединениями. Все связи углерода с водородом здесь также насыщены, поэтому нафтеновые нефти обладают устойчивыми свойствами. Ароматические УВ, или арены (СnНn), наиболее бедны водородом. Молекула имеет вид кольца с ненасыщенными связями углерода. Они так и называются – ненасыщенными, или непредельными УВ. Отсюда их неустойчивость в химическом отношении. Наряду с углеводородами в нефтях присутствуют химические соединения
других классов. Обычно все эти классы объединяют в одну группу
гетеросоединений (греч. “гетерос” – другой). В нефтях также обнаружено
более 380 сложных гетеросоединений, в которых к углеводородным ядрам
присоединены такие элементы, как сера, азот и кислород. Большинство из
указанных соединений относится к классу сернистых соединений – меркаптанов. Метилмеркаптан. Меркаптаны разъедают трубы и другое металлическое оборудование буровых установок и промысловых объектов. В нефтях так же выделяют неуглеводородные соединения: асфальто-смолистую части, порфирины, серу и зольную часть. Асфальто-смолистая часть нефтей – это темноокрашенное вещество. Оно частично растворяется в бензине. Растворившаяся часть называется асфальтеном, нерастворившаяся – смолой. В составе смол содержится кислород до 93 % от общего его количества в нефтях. Порфирины – особые азотистые соединения органического происхождения. Сера широко распространена в нефтях и в углеводородном газе и содержится либо в свободном состоянии, либо в виде соединений (сероводород, меркаптаны). Количество ее колеблется от 0,1% до 5%, но бывает и значительно больше. Так, например, в газе Астраханского месторождения содержание Н2S достигает 24 %. Зольная часть – остаток, получающийся при сжигании нефти. Это различные минеральные соединения, чаще всего железо, никель, ванадий, иногда соли натрия. Кислород в нефтях встречается в связанном состоянии также в составе
нафтеновых кислот (около 6%) – CnH2n-1(COOH), фенолов (не более 1%) – Асфальтены представляют собой черное твердое вещество. По составу они сходны со смолами, но характеризуются иными соотношениями элементов. Они отличаются большим содержанием железа, ванадия, никеля и др. Если смолы растворяются в жидких углеводородах всех групп, то асфальтены нерастворимы в метановых углеводородах, частично растворимы в нафтеновых и лучше растворяются в ароматических. В “белых” нефтях смолы содержатся в малых количествах, а асфальтены вообще отсутствуют. 2. Физические свойства. Нефть – это вязкая маслянистая жидкость, темно-коричневого или почти черного цвета с характерным запахом, обладающая слабой флюоресценцией, более легкая (плотность 0,73-0,97г/см3), чем вода, почти нерастворимая в ней. Нефть сильно варьирует по плотности (от легкой 0,65-0,70 г/см3, до тяжелой 0,98-1,05 г/см3). Нефть и ее производные обладают наивысшей среди всех видов топлив теплотой сгорания. Теплоемкость нефти 1,7-2,1 кДж/кг, теплота сгорания нефти – 41 МДж/кг, бензина – 42 МДж/кг. Температура кипения зависит от строения входящих в состав нефти углеводородов и колеблется от 50 до 550°С. Различные компоненты нефти переходят в газообразное состояние при различной температуре. Легкие нефти кипят при 50–100°С, тяжелые – при температуре более 100°С. Различие температур кипения углеводородов используется для разделения
нефти на температурные фракции. При нагревании нефти до 180-200°С выкипают
углеводороды бензиновой фракции, при 200-250°С – лигроиновой, при 250-315°С Важным является свойство нефтей растворять углеводородные газы. В 1 м3
нефти может раствориться до 400 м3 горючих газов. Большое значение имеет
выяснение условий растворения нефти и природных газов в воде. Нефтяные
углеводороды растворяются в воде крайне незначительно. Нефти различаются по
плотности. Плотность нефти, измеренной при 20°С, отнесенной к плотности
воды, измеренной при 4°С, называется относительной. Нефти с относительной
плотностью 0,85 называются легкими, с относительной плотностью от 0,85 до 1. Подготовка нефти к переработке. Добываемая на промыслах нефть, помимо растворенных в ней газов, содержит
некоторое количество примесей – частицы песка, глины, кристаллы солей и
воду. Содержание твердых частиц в неочищенной нефти обычно не превышает С целью понижения затрат на переработку нефти, вызванных потерей легких компонентов и чрезмерным износом нефтепроводов и аппаратов переработки, добываемая нефть подвергается предварительной обработке. Для сокращения потерь легких компонентов осуществляют стабилизацию нефти, а также применяют специальные герметические резервуары хранения нефти. От основного количества воды и твердых частиц нефть освобождают путем отстаивания в резервуарах на холоду или при подогреве. Окончательно их обезвоживают и обессоливают на специальных установках. Однако вода и нефть часто образуют трудно разделимую эмульсию, что сильно замедляет или даже препятствует обезвоживанию нефти. В общем случае эмульсия есть система из двух взаимно нерастворимых жидкостей, в которых одна распределена в другой во взвешенном состоянии в виде мельчайших капель. Существуют два типа нефтяных эмульсий: нефть в воде, или гидрофильная эмульсия, и вода в нефти, или гидрофобная эмульсия. Чаще встречается гидрофобный тип нефтяных эмульсий. Образованию стойкой эмульсии предшествуют понижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз и создание вокруг частиц дисперсной фазы прочного адсорбционного слоя. Такие слои образуют третьи вещества – эмульгаторы. К гидрофильным эмульгаторам относятся щелочные мыла, желатин, крахмал. Гидрофобными являются хорошо растворимые в нефтепродуктах щелочноземельные соли органических кислот, смолы, а также мелкодисперсные частицы сажи, глины, окислов металлов и т.п., легче смачиваемые нефтью чем водой. Существуют три метода разрушения нефтяных эмульсий: . химический: разрушение эмульсий достигается путем применения поверхностно-активных веществ – деэмульгаторов. Разрушение достигается а) адсорбционным вытеснением действующего эмульгатора веществом с большей поверхностной активностью, б) образованием эмульсий противоположного типа (инверсия ваз) и в) растворением (разрушением) адсорбционной пленки в результате ее химической реакции с вводимым в систему деэмульгатором. Химический метод применяется чаще механического, обычно в сочетании с электрическим. . электрический: при попадании нефтяной эмульсии в переменное электрическое поле частицы воды, сильнее реагирующие на поле чем нефть, начинают колебаться, сталкиваясь друг с другом, что приводит к их объединению, укрупнению и более быстрому расслоению с нефтью. Установки, называемые электродегидраторами (ЭЛОУ – электроочистительные установки), с рабочим напряжением до 33000В при давлении 8-10 атмосфер, применяют группами по 6-8 шт. с производительностью 250-500 т нефти в сутки каждая. В сочетании с химическим методом этот метод имеет наибольшее распространение в промышленной нефтепереработке. Важным моментом является процесс сортировки и смешения нефти. 2. Сортировка и смешивание нефти. Различные нефти и выделенные из них соответствующие фракции отличаются
друг от друга физико-химическими и товарными свойствами. Так, бензиновые
фракции некоторых нефтей характеризуются высокой концентрацией
ароматических, нафтеновых или изопарафиновых углеводородов и поэтому имеют
высокие октановые числа, тогда как бензиновые фракции других нефтей
содержат в значительных количествах парафиновые углеводороды и имеют очень
низкие октановые числа. Важное значение в дальнейшей технологической
переработке нефти имеет серность, масляничность смолистость нефти и др. Однако раздельные сбор, хранение и перекачка нефтей в пределах месторождения с большим числом нефтяных пластов весомо осложняет нефтепромысловое хозяйство и требует больших капиталовложений. Поэтому близкие по физико-химическим и товарным свойствам нефти на промыслах смешивают и направляют на совместную переработку. 3. Выбор направления переработки нефти. Выбор направления переработки нефти и ассортимента получаемых
нефтепродуктов определяется физико-химическими свойствами нефти, уровнем
технологии нефтеперерабатывающего завода и настоящей потребности хозяйств в
товарных нефтепродуктах. Различают три основных варианта переработки нефти: По топливному варианту нефть перерабатывается в основном на моторные и
котельные топлива. Топливный вариант переработки отличается наименьшим
числом участвующих технологических установок и низкими капиталовложениями. По топливно-масляному варианту переработки нефти наряду с топливами
получают смазочные масла. Для производства смазочных масел обычно подбирают
нефти с высоким потенциальным содержанием масляных фракций. В этом случае
для выработки высококачественных масел требуется минимальное количество
технологических установок. Масляные фракции (фракции, выкипающие выше Нефтехимический вариант переработки нефти по сравнению с предыдущими вариантами отличается большим ассортиментом нефтехимической продукции и в связи с этим наибольшим числом технологических установок и высокими капиталовложениями. Нефтеперерабатывающие заводы, строительство которых проводилось в последние два десятилетия, направлены на нефтехимическую переработку. Нефтехимический вариант переработки нефти представляет собой сложное сочетание предприятий, на которых помимо выработки высококачественных моторных топлив и масел не только проводится подготовка сырья (олефинов, ароматических, нормальных и изопарафиновых углеводородов и др.) для тяжелого органического синтеза, но и осуществляются сложнейшие физико-химические процессы, связанные с многотоннажным производством азотных удобрений, синтетического каучука, пластмасс, синтетических волокон, моющих веществ, жирных кислот, фенола, ацетона, спиртов, эфиров и многих других химикалий. 4. Принципы первичной переработки нефти. Нефть представляет собой сложную смесь парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводов, различных по молекулярному весу и температуре кипения. Кроме того, в нефти содержатся сернистые, кислородные и азотистые органические соединения. Для производства многочисленных продуктов различного назначения и со специфическими свойствами применяют методы разделения нефти на фракции и группы углеводородов, а также изменения ее химического состава. Различают первичные и вторичные методы переработки нефти: . к первичным относят процессы разделения нефти на фракции, когда используются ее потенциальные возможности по ассортименту, количеству и качеству получаемых продуктов и полупродуктов – перегонка нефти; . ко вторичным относят процессы деструктивной переработки нефти и очистки нефтепродуктов, предназначенные для изменения ее химического состава путем термического и каталитического воздействия. При помощи этих методов удается получить нефтепродукты заданного качества и в больших количествах, чем при прямой перегонке нефти. 5. Перегонка нефти. Братья Дубинины впервые создали устройство для перегонки нефти. Завод Различают перегонку с однократным, многократным и постепенным
испарением. При перегонке с однократным испарением нефть нагревают до
определенной температуры и отбирают все фракции, перешедшие в паровую фазу. Процесс первичной переработки нефти (прямой перегонки), с целью получения нефтяных фракций, различающихся по температуре кипения без термического распада, осуществляют в кубовых или трубчатых установках при атмосферном и повышенном давлениях или в вакууме. Трубчатые установки отличаются более низкой достаточной температурой перегоняемого сырья, меньшим крекингом сырья, и большим КПД. Поэтому на современном этапе нефтепереработки трубчатые установки входят в состав всех нефтеперерабатывающих заводов и служат поставщиками как товарных нефтепродуктов, так и сырья для вторичных процессов (термического и каталитического крекинга, риформинга). В настоящее время перегонку нефти в промышленности производят на непрерывно действующих трубчатых установках. У них устраивается трубчатая печь, для конденсации и разделения паров сооружаются огромные ректификационные колонны, а для приёма продуктов перегонки выстраиваются целые городки резервуаров. Трубчатая печь представляет собой помещение, выложенное внутри огнеупорным кирпичом. Внутри печи расположен многократно изогнутый стальной трубопровод. Длина труб в печах достигает километра. Когда завод работает, по этим трубам непрерывно, с помощью насоса, подаётся нефть с большой скоростью – до двух метров в секунду. Печь обогревается горящим мазутом, подаваемым в неё при помощи форсунок. В трубопроводе нефть быстро нагревается до 350-370°. При такой температуре более летучие вещества нефти превращаются в пар. Так как нефть – это смесь углеводородов различного молекулярного веса,
имеющих разные температуры кипения, то перегонкой её разделяют на отдельные
нефтепродукты. При перегонке нефти получают светлые нефтепродукты: бензин При перегонке с однократным испарением нефть нагревают в змеевике какого- либо подогревателя до заранее заданной температуры. По мере повышения температуры образуется все больше паров, которые находятся в равновесии с жидкой фазой, и при заданной температуре парожидкостная смесь покидает подогреватель и поступает в адиабатический испаритель. Последний представляет собой пустотелый цилиндр, в котором паровая фаза отделяется от жидкой. Температура паровой и жидкой фаз в этом случае одна и та же. Перегонка с многократным испарением состоит из двух или более однократных процессов перегонки с повышением рабочей температуры на каждом этапе. Четкость разделения нефти на фракции при перегонке с однократным
испарением хуже по сравнению с перегонкой с многократным и постепенным
испарением. Но если высокой четкости разделения фракций не требуется, то
метод однократного испарения экономичнее: при максимально допустимой
температуре нагрева нефти 350-370°С (при более высокой температуре
начинается разложение углеводородов) больше продуктов переходит в паровую
фазу по сравнению с многократным или постепенным испарением. Для отбора из
нефти фракций, выкипающих выше 350-370°С, применяют вакуум или водяной пар. 6. Устройство и действие ректификационной тарельчатой колонны. В зависимости от внутреннего устройства, обеспечивающего контакт между восходящими парами и нисходящей жидкостью (флегмой), ректификационные колонны делятся на насадочные, тарельчатые, роторные и др. В зависимости от давления они делятся на ректификационные колонны высокого давления, атмосферные и вакуумные. Первые применяют в процессах стабилизации нефти и бензина. Атмосферные и вакуумные ректификационные колоны в основном применяют при перегонке нефтей, остаточных нефтепродуктов и дистилляторов. |
ИНТЕРЕСНОЕ | |||
|