Процеси переробки нафти та нафтопродуктів
Фракційна переробка нафти
До другої світової війни основним енергоносієм було вугілля, а після війни почався бурхливий розвиток нафтодобувної промисловості. Завдяки цьому нафта в 70-ті pp. XX ст. стала домінуючим енергоносієм. В 1960 р. була створена організація країн-експор-терів нафти ОПЕК (з метою підвищення прибутку від збуту нафти). В перші 10 років свого існування ОПЕК мало впливала на світові ціни нафти. Але в 1970... 1980 pp. зусиллями ОПЕК та одного з найбільших експортерів нафти — СРСР ціни на нафту були збільшені в 17 разів та досягали 350 дол/т (для порівняння пшениця коштує близько 200 дол/т). Такі ціни у 10...20 разів перевищувала собівартість її видобутку на Близькому Сході і ціни утримувались недовго та почали знижуватися. В останні 10 років вони більш-менш стабілізувалися на рівні (110...130) дол/т, тобто знизилися втричі.
Нафта складається з різних вуглеців (алканів, аиклоалканів, аре-нів — ароматичних вуглеців — та їх гібридів) та сумішей, які містять, крім вуглецю та водню, гетероатоми — кисень, сірку й азот.
Нафта дуже різниця за кольором (від світло-коричневого до темно-бурого) та за густиною — від досить легкої (650..700) кг/м до важкої (980.. .1050) кг/м , в різній мірі насичена газоподібними вуглецями.
Нафта складається із суміші різних вуглеводів (від пентану до важких вуглеводів), мінеральних і механічних домішок (піску, глини), органічних сполук, що містять сірку, кисень, азот тощо.
До мінеральних домішок належить вода, в якій розчинені солі NaCl, CaCl , МgСl тощо.
За вмістом сірки нафти поділяють на малосірчисті (0,1-0,5% сірки), сірчисті (0,5-3%) і багатосірчисті (3-5% сірки). Сірка спричиняє корозію обладнання як у процесі перероблення нафти, так і під час використання нафтопродуктів.
Перед тим як подати нафту до перероблення, з неї вилучають гази, воду, мінеральні солі, механічні домішки та сірку.
Гази відділяють у резервуарах з пониженим тиском. Відділені гази спрямовують на перероблення, внаслідок чого отримують газовий бензин, етан, пропан, бутан. Потім з нафти вилучають пісок і глину. Для цього до нафти додають деемульгатори. Знесолюють нафту за допомогою електричного струму. Сірку та сірководень вилучають за допомогою розчинів лугів або амоніаку.
Очищену від домішок нафту переробляють, для отримання пального, мастил, розчинників, окремих вуглеводів тощо.
Нафтопродукти. У процесі перероблення нафти отримують пальне й паливо (рідинне та газове), мастила, розчинники, окремі вуглеводи (етилен, пропілен, метан, ацетилен, бензол, толуол тощо), тверді і напівтверді суміші вуглеводів (парафін, вазелін), бітуми та пек, сажу, нафтові кислоти та їх похідні тощо.
Рідинне пальне поділяють на карбюраторне, реактивне, дизельне. До карбюраторного пального належать авіаційні і автомобільні бензини, а також тракторне пальне.
Реактивне пальне складають гасові фракції різного складу або суміші з бензиновими фракціями. Це пальне використовують в авіаційних реактивних двигунах.
Дизельне пальне складається із газойлів (від "газ" і англ. "oil") і солярових фракцій. Його використовують в авіаційних двигунах внутрішнього згоряння.
Паливо. Котельне паливо — це мазут. Його використовують на теплових електростанціях, в промислових печах. Газове пальне — це суміш пропану та бутану в різних співвідношеннях. Його використовують для комунально-побутових потреб.
Мастила використовують для змащування машин і механізмів. Залежно від призначення мастила поділяють на індустріальні (веретенні, машинні тощо), турбінні, компресорні, трансмісійні, ізоляційні, моторні. Спеціальні мастила використовують не для змащення поверхонь виробів (деталей, вузлів, механізмів), а як гальмівну рідину в гальмівних сумішах, гідравлічних установах, а також як електроізоляційне середовище в трансформаторах, конденсаторах тощо. Назва цих мастил свідчить про місце їх використання, наприклад, трансформаторне, конденсаторне тощо.
Окремі вуглеводні складові нафти використовують для виробництва полімерів і продукції органічного синтезу.
Крім цього з нафти отримують бітуми, пеки, кислоти, парафіни, вазеліни тощо.
Фракційна переробка нафти
З нафти отримують пальне, паливо, мастила та інші речовини, які є сировиною для хімічною та інших промисловостей.
Нафту переробляють фізичним та хімічним способами. До них належать: дистиляція (фізичний спосіб) та кренінг (хімічний спосіб).
Дистиляція нафти полягає в поділлі нафти на пальні та мастильні фракції. Цей поділ ґрунтується на різній температурі кипіння окремих фракцій. Дистилюють нафту за умов запобігання розкладання вуглеводів. При такому способі перероблення нафти кількість отримання бензину становить лише (5...20)% кількості перероблюваної нафти.
Для точнішого розділення багатокомпонентної суміші, якою є нафта, на окремі фракції використовують ректифікацію.
Пальні фракції отримують у колоні за атмосферного тиску, а мастильні — у разі вакууму.
Отримання пальних фракцій. Очищену нафту через систему теплообмінників за допомогою помп подають до трубової печі, де вона нагрівається до температури кипіння 350 °С, а звідси вона надходить до ратифікаційної колони для поділу на фракції. У верхній частині колони випари нафти зрошують бензином. Фракції, що киплять за низьких температур випаровуються і підіймаються, а ті, що киплять за високих температур (мазут), стікають у нижню частину колони.
Усередині колони по висоті розміщені тарілки з отворами для проходження пари угору і стікання рідин. На тарілках унаслідок зустрічного руху рідини та газу вуглеводні, які мають низьку температуру кипіння, переходять у пару, а ті, що киплять за високої температури, конденсуються та стікають вниз. Таким чином у різних температурних зонах колони виділяють різні фракції (згори вниз): бензин, лігроїн, гас, соляр.
Внаслідок перероблення отримують 14,5% бензину (температура відбору — до 170 °С), 7,5% лігроїну (160-200 °С), 18% гасу (200-300 °С), 5% соляру (300-350 °С) решта — мазут, який збирається в нижній частині колони.
Якщо в мазуті міститься понад 1% сірки, то його спалюють в печах. У разі меншої кількості сірки мазут дистилюють для отримання додаткової кількості бензину.
Мастильні фракції отримують у колоні, де тиск понижений до (0,08...0,09) МПа. Отже, мазут, нагрітий у печі до кипіння, надходить до ректифікаційної колони, де на тарілках конденсуються мастильні фракції (залежно від температури кипіння): (10... 12)% веретенного мастила, 5% машинного, 3% легкого та 7% важкого циліндрового. Внизу колони збирається до 30% гудрону.