Перегонка нефти производится. Реферат Нефть и способы её переработки

Введение
Нефть
Состав
Углеводородные соединения
Гетеросоединения
Физические свойства
Способы переработки
Первичная переработка
Подготовка нефти а переработке
Общие сведения о перегонке и ректификации нефти
Нефтяные фракции
Вторичная переработка
Типы и назначение термолитических процессов
Процесс получения бензина из керосина
Процесс получения битумов
Процесс получения технического углерода
Повышение октанового числа
Экологические проблемы
Месторождения нефти в РФ
Цены на нефть
Нефть и жизнь

I. ВВЕДЕНИЕ

Нефть и продукты ее преобразования были известны еще в далеком прошлом, их использовали для освещения или в лечебных целях. Потребность в нефти и нефтепродуктах резко возросла в начале XX в. в связи с появлением двигателей внутреннего сгорания и быстрым развитием промышленности.

В настоящее время нефть и газ, а также получаемые из них продукты применяются во всех отраслях мирового хозяйства.
Нефть и газ используются не только в качестве топлива, но и в качестве ценного сырья для химической промышленности. Великий русский ученый Д. И. Менделеев говорил, что сжигать нефть в топках - преступление, так как она является ценным сырьем для получения множества химических продуктов. Из нефти и газа в настоящее время вырабатывается огромное число продуктов, которые используются в промышленности, сельском хозяйстве, в быту (минеральные удобрения, синтетические волокна, пластмассы, каучук и т. д.). В последние годы во многих странах мира ведутся исследования с целью переработки нефти и нефтепродуктов при помощи микроорганизмов в белки, которые могут быть использованы как корм для скота.

Экономика государств зависит от нефти больше, чем от любого другого продукта. Поэтому нефть с начала ее промышленной добычи и до настоящего времени является предметом острой конкурентной борьбы, причиной многих международных конфликтов и войн.

Зависимость государства от нефти как сырья или способа экономического влияния, определяет её уровень развития и положение на мировой арене.
Итак, нефть играет очень значимую роль в современном мире. Это не только одно из важнейших полезных ископаемых, которое является сырьем для получения невероятного множества веществ и мощным энергетическим ресурсом, но и крупнейший объект международной торговли, и неотъемлемое звено экономических отношений.

II. НЕФТЬ

Нефть - это природная горючая маслянистая жидкость, относящаяся к группе горных осадочных пород, одно из важнейших полезных ископаемых Земли. Отличается исключительно высокой теплотворностью: при горении выделяет значительно больше тепловой энергии, чем другие горючие смеси.

1. Состав

Нефть состоит главным образом из углерода - 80-85% и водорода - 10-15% от массы нефти. Кроме них в нефти присутствуют еще три элемента - сера, кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5 - 8 %. В незначительных концентрациях в нефти встречаются ванадий, никель, железо, алюминий, медь, магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт, молибден, бор, мышьяк, калий и др. Их общее содержание не превышает 0,03% от массы нефти. Указанные элементы образуют органические и неорганические соединения, из которых состоит нефть. Кислород и азот находятся в нефти только в связанном состоянии. Сера может встречаться в свободном состоянии или входить в состав сероводорода.

1.1 Углеводородные соединения

В состав нефти входит около 425 углеводородных соединений. Нефть в природных условиях состоит из смеси метановых, нафтеновых и ароматических углеводородов. В нефти также содержится некоторое количество твердых и газообразных растворенных углеводородов. Количество природного газа в кубометрах, растворенного в 1 т нефти в пластовых условиях, называется газовым фактором.
В нефтяных (попутных) газах кроме метана и его газообразных гомологов содержатся пары пентана, гексана и гептана.

Парафины - насыщенные (не имеющие двойных связей между атомами углерода) углеводороды линейного или разветвлённого строения. Подразделяются на следующие основные группы:

1. Нормальные парафины, имеющие молекулы линейного строения. Обладают низким октановым числом и высокой температурой застывания, поэтому многие вторичные процессы нефтепереработки предусматривают их превращение в углеводороды других групп.
2. Изопарафины - с молекулами разветвленного строения. Обладают хорошими антидетонационными характеристиками и пониженной, по сравнению с нормальными парафинами, температурой застывания.
   Нафтены (циклопарафины) - насыщенные углеводородные соединения циклического строения. Доля нафтенов положительно влияет на качество дизельных топлив (наряду с изопарафинами) и смазочных масел. Большое содержание нафтенов в тяжёлой бензиновой фракции обуславливает высокий выход и октановое число продукта риформинга.

Ароматические углеводороды - ненасыщенные углеводородные соединения, молекулы которых включают в себя бензольные кольца, состоящие из 6 атомов углерода, каждый из которых связан с атомом водорода или углеводородным радикалом. Оказывают отрицательное влияние на экологические свойства моторных топлив, однако обладают высоким октановым числом.

Олефины - углеводороды нормального, разветвлённого, или циклического строения, в которых связи атомов углерода, молекулы которых содержат двойные связи между атомами углерода. Во фракциях, получаемых при первичной переработке нефти, практически отсутствуют, в основном содержатся в продуктах каталитического крекинга и коксования. Ввиду повышенной химической активности, оказывают отрицательное влияние на качество моторных топлив.

1.2 Гетеросоединения

Наряду с углеводородами в нефти присутствуют химические соединения других классов. Обычно все эти классы объединяют в одну группу - гетеросоединений. В нефти 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. Это очень слабые кислоты с неприятным запахом. С металлами они образуют солеобразные соединения - меркаптиды. В нефтях меркаптаны представляют собой соединения, в которых к углеводородным радикалам присоединена группа SH. Меркаптаны разъедают трубы и другое металлическое оборудование буровых установок. Главную массу неуглеводородных соединений в нефтях составляют асфальтово-смолистые компоненты. Это темно-окрашенные вещества, содержащие помимо углерода и водорода кислород, азот и серу. Они представлены смолами и асфальтенами. Смолистые вещества заключают около 93% кислорода в нефти. Кислород в нефти встречается в связанном состоянии также в составе нафтеновых кислот (около 6%), фенолов (не более 1%), а также жирных кислот и их производных. Содержание азота в нефтях не превышает 1%. Основная его масса содержится в смолах. Содержание смол в нефтях может достигать 60% от массы нефти, асфальтенов - 16%. 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 “белой” нефти смолы содержатся в малых количествах, а асфальтены вообще отсутствуют.

2. Физические свойства нефти

Важнейшими свойствами нефти являются плотность, содержание серы, фракционный состав, вязкость и содержание воды, хлористых солей и механических примесей.
Плотность нефти, зависит от содержания тяжелых углеводородов, таких как парафины и смолы.

По плотности можно ориентировочно судить об углеводородном составе нефти и нефтепродуктов, поскольку ее значение для углеводородов различных групп различно. Более высокая плотность сырой нефти указывает на большее содержание ароматических углеводородов, а более низкая - на большее содержание парафиновых углеводородов. Углеводороды нафтеновой группы занимают промежуточное положение. Таким образом, величина плотности до известной степени будет характеризовать не только химический состав и происхождение продукта, но и его качество. Наиболее качественными и ценными являются легкие сорта сырой нефти. Чем меньше плотность сырой нефти, тем легче процесс ее переработки нефти и выше качество получаемых из нее нефтепродуктов.

По содержанию серы сырую нефть в Европе и России подразделяют на малосернистую (до 0,5%), сернистую (0,51-2%) и высокосернистую (более 2%).
Нефть является смесью нескольких тысяч химических соединений, большинство из которых углеводороды; каждое из этих соединений характеризуется собственной температурой кипения, что является важнейшим физическим свойством нефти, широко используемым в нефтеперерабатывающей промышленности.

Присутствие механических примесей в составе нефти объясняется условиями ее залегания и способами добычи. Механические примеси состоят из частиц песка, глины и других твердых пород, которые, оседая на поверхности воды, способствуют образованию нефтяной эмульсии. В отстойниках, резервуарах и трубах при подогреве нефти часть механических примесей оседает на дне и стенках, образуя слой грязи и твердого осадка. При этом уменьшается производительность оборудования, а при отложении осадка на стенках труб уменьшается их теплопроводность. Массовая доля механических примесей до 0,005% включительно оценивается как их отсутствие.

Вязкость определяется структурой углеводородов, составляющих нефть, т.е. их природой и соотношением, она характеризует свойства распыления и перекачивания нефти и нефтепродуктов: чем ниже вязкость жидкости, тем легче осуществлять ее транспортировку по трубопроводам, производить ее переработку. Особенно важна эта характеристика для определения качества масленых фракций, получаемых при переработке нефти и качества стандартных смазочных масел. Чем больше вязкость нефтяных фракций, тем больше температура их выкипания.

III. СПОСОБЫ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ

Технологические процессы нефтеперерабатывающего завода принято классифицировать на две группы: физические и химические.
Физическими (массообменными) процессами достигается разделение нефти на составляющие компоненты (топливные и масляные фракции) без химических превращений и удаление (извлечение) из фракций нефти, нефтяных остатков, масляных фракций, газоконденсата и газов нежелательных компонентов (полициклических аренов, асфальтенов, тугоплавких парафинов), неуглеводных соединений.
В химических процессах переработка нефтяного сырья осуществляется путем химических превращений с получением новых продуктов, не содержащихся в исходном сырье. Химические процессы, применяемые на современных нефтеперерабатывающих заводах, по способу активации химические реакции подразделяют на термические и каталитические.

1. Первичная переработка

1.1 Подготовка нефти к переработке

Нефть, извлекаемая из скважин, всегда содержит в себе попутный газ, механические примеси и пластовую воду, в которой растворены различные соли. Очевидно, что такую «грязную» и сырую нефть, содержащую к тому же легколетучие органические и неорганические газовые компоненты, нельзя транспортировать и перерабатывать на нефтеперерабатывающих заводах без тщательной ее промысловой подготовки.
Нефть подготавливается к переработке в 2 этапа - на нефтепромысле и на нефтеперерабатывающем заводе с целью отделения от нее попутного газа, механических примесей, воды и минеральных солей.

1.2 Общие сведения о перегонке и ректификации нефти

Перегонка (фракционирование) - это процесс физического разделения нефти и газов на фракции (компоненты), отличающиеся друг от друга и от исходной смеси по температурным пределам кипения.
Перегонка с ректификацией - наиболее распространенный в химической и нефтегазовой технологии массообменный процесс, осуществляемый в аппаратах - ректификационных колоннах путем многократного противоточного контактирования паров и жидкости. Контактирование потоков пара и жидкости может производиться либо непрерывно (в насадочных колоннах), либо ступенчато (в тарельчатых ректификационных колоннах). При взаимодействии встречных потоков пара и жидкости на каждой ступени контактирования (тарелке или слое насадки) между ними происходит тепло- и массообмен, обусловленные стремлением системы к состоянию равновесия. В результате каждого контакта компоненты перераспределяются между фазами: пар несколько обогащается низкокипящими, а жидкость - высококипящими компонентами. При достаточно длительном контакте и высокой эффективности контактного устройства пар и жидкость, уходящие из тарелки или слоя насадки, могут достичь состояния равновесия, т. е. температуры потоков станут одинаковыми и при этом их составы будут связаны уравнениями равновесия. Такой контакт жидкости и пара, завершающийся достижением фазового равновесия, принято называть равновесной ступенью, или теоретической тарелкой. Подбирая число контактных ступеней и параметры процесса, можно обеспечить любую требуемую четкость фракционирования нефтяных смесей. Место ввода в ректификационную колонну нагретого перегоняемого сырья называют питательной секцией (зоной), где осуществляется однократное испарение. Часть колонны, расположенная выше питательной секции, служит для ректификации парового потока и называется концентрационной (укрепляющей), а другая - нижняя часть, в которой осуществляется ректификация жидкого потока, - отгонной, или исчерпывающей, секцией.

Различают простые и сложные колонны.
Простые ректификационные колонны обеспечивают разделение исходной смеси на два продукта: ректификат (дистиллят), выводимый с верха колонны в парообразном состоянии, и остаток - нижний жидкий продукт ректификации.

Сложные ректификационные колонны разделяют исходную смесь более чем на два продукта. Различают сложные колонны с отбором дополнительных фракций непосредственно из колонны в виде боковых погонов и колонны, у которых дополнительные продукты отбирают из специальных отпарных колонн, именуемых стриппингами. Последний тип колонн нашел широкое применение на установках первичной перегонки нефти.
Четкость погоноразделения - основной показатель эффективности работы ректификационной колоны - характеризует их разделительную способность. Она может быть выражена в случае бинарных смесей концентрацией целевого компонента в продукте.

Применительно к ректификации нефтяных смесей она обычно характеризуется групповой чистотой отбираемых фракций, т. е. долей компонентов, выкипающих по кривой истинной температуры кипения до заданной температурной границы деления смеси в отобранных фракциях (дистиллятах или остатке), а также отбором фракций от потенциала. Как косвенный показатель четкости (чистоты) разделения на практике часто используют такую характеристику, как налегание температур кипения соседних фракций в продукте. В промышленной практике обычно не предъявляют сверхвысоких требований по отношению к четкости погоноразделения, поскольку для получения сверхчистых компонентов или сверхузких фракций потребуются соответствующие сверхбольшие капитальные и эксплуатационные затраты.

1.3 Нефтяные фракции

Газовая фракция нефти (t кип < 40°С, CH 4 - C 4 H 10)

При переработке нефти образуются газы, которые являются неразветвленными алканами: бутан, пропан, этан. Промышленное название данной фракции - нефтяной газ. Газовую фракцию нефти удаляют еще до первичной перегонки нефти или же выделяют из бензиновой фракции уже после перегонки. Нефтяной газ применяется в качестве горючего или же его сжижают для получения сжиженного газа, который затем используется в качестве сырья для получения этилена.

Газолиновая фракция нефти (t кип = 40-200°С, C 5 H 12 - C 11 H 24)

Она представляет собой смесь углеводородов и используется для получения различных видов моторного топлива. При более тонком разделении этой фракции получают петролейный эфир и бензин. Качество бензина определяется октановым числом.

Лигроиновая фракция нефти (t кип = 150-250°С, C 5 H 18 - C 14 H 30)

Получается между бензиновой и керосиновой фракциями. Она практически полностью состоит из алканов. Большую часть лигроина подвергают риформингу, превращая его тем самым в бензин. Лигроин также используют в качестве сырья для получения других химических веществ.

Керосиновая фракция нефти (t кип = 180-300°С, C 12 H 26 - C 18 H 38)

Фракция состоит из алифатических алканов, ароматических углеводородов и нафталинов. После очистки одна часть керосиновой фракции используется для получения углеводородов-парафинов, а другую часть превращают в бензин. Однако большая часть керосина применяется в качестве топлива для реактивных самолетов.

Газойлевая фракция нефти (t кип = 200-360°С, C 13 H 28 - C 19 H 36)

Данная фракция нефти имеет другое, более распространенное название - дизельное топливо. Из одной ее части получают нефтезаводской газ и бензин, однако по большому счету она применяется в качестве топлива для дизельных двигателей и промышленных печей.

Мазут (C 15 H 32 - C 50 H 102)

Мазут получают после того, как все остальные фракции из нефти будут удалены. Обычно мазут и то, что делают из нефти, используют в качестве жидкого топлива для получения пара и нагревания котлов на электростанциях, промышленных предприятиях и кораблях. Однако определенную часть мазута перегоняют для получения парафинового воска и смазочных масел. После вакуумной перегонки мазута образуется вещество темного цвета, которое носит название «асфальт» или «битум». Применяется битум при строительстве дорог.

2. Вторичная переработка

Продукты первичной переработки нефти, как правило, не являются товарными нефтепродуктами. Например, октановое число бензиновой фракции составляет около 65 пунктов, содержание серы в дизельной фракции может достигать 1% и более, тогда как норматив составляет, в зависимости от марки, от 0,005% до 0,2%. Кроме того, тёмные нефтяные фракции могут быть подвергнуты дальнейшей квалифицированной переработке.
В связи с этим, нефтяные фракции поступают на установки вторичных процессов, призванные осуществить улучшение качества нефтепродуктов и углубление переработки нефти.

2.1 Типы и назначение термолитических процессов

Под термолитическими процессами подразумевают процессы химического превращений нефтяного сырья.

Коксование - длительный процесс термолиза тяжелых остатков или ароматизированных высококипящих дистиллятов при невысоком давлении и температуре 470-540 °С. Основное целевое назначение коксования - производство нефтяных коксов различных марок в зависимости от качества перерабатываемого сырья. Побочные продукты коксования - малоценный газ, бензины низкого качества и газойли.

Пиролиз - высокотемпературный (750-800 °С) термолиз газообразного, легкого или среднего дистилляционного углеводного сырья, проводимый при низком давлении и исключительно малой продолжительности. Основным целевым назначением пиролиза является производство алкенсодержащих газов. В качестве побочного продукта при пиролизе получают высокоароматизированную жидкость широкого фракционного состава с большим содержанием алкенов.

Процесс получения нефтяных пеков (пекование) - новый внедряемый в отечественную нефтепереработку процесс термолиза (карбонизации) тяжелого дистилляционного или остаточного сырья, проводимый при пониженном давлении, умеренной температуре (360-420 °С) и длительной продолжительности. Помимо целевого продукта - пека в процессе получают газы и керосино-газойлевые фракции.

Катализ - многостадийный физико-химический процесс избирательного изменения механизма и скорости возможных химических реакций веществом - катализатором, образующим с участниками реакций промежуточные химические соединения.

2.2 Процесс получения бензина из керосина

Получение бензина из керосина осуществляется его крекингом. Крекинг изобрел русский инженер В.Г. Шухов в 1891 г.
Процесс крекинга происходит с разрывом углеводородных цепей и образованием более простых предельных и непредельных углеводородов:

Расщепление молекул углеводородов протекает по радикальному механизму.

2.3 Процесс получения битумов

Процесс получения битумов - средне-температурный продолжительный процесс окислительной дегидроконденсации (карбонизации) тяжелых нефтяных остатков (гудронов, асфальтитов диасфальтизации), проводимый при атмосферном давлении и температуре 250-300 °С.

2.4 Процесс получения технического углерода

Процесс получения технического углерода (сажи) - исключительно высокотемпературный (свыше 1200 °С) термолиз тяжелого высокоароматизированного дистилляционного сырья, проводимый при низком давлении и малой продолжительности. Этот процесс можно рассматривать как жесткий пиролиз, направленный не на получение алкенсодержащих газов, а на производство твердого высокодисперсного углерода - продукта глубокого термического разложения углеводного сырья, по существу на составляющие элементы.

2.5 Повышение октанового числа

Октановое число - показатель, характеризующий детонационную стойкость топлив для карбюраторных двигателей внутреннего сгорания. Численно равно содержанию (в % по объему) изооктана в его смеси с н-гептаном, при котором эта смесь эквивалентна по детонационной стойкости исследуемому топливу в стандартных условиях испытаний. Изооктан трудно окисляется даже при высоких степенях сжатия, и его детонационная стойкость условно принята за 100 единиц. Сгорание в двигателе н-гептана даже при невысоких степенях сжатия сопровождается детонацией, поэтому его детонационная стойкость принята за 0. Для оценки октанового числа выше 100 создана условная шкала, в которой используют изооктан с добавлением различных количеств тетраэтилсвинца.

Детонационные испытания проводят на полноразмерном автомобильном двигателе или на специальных установках с одноцилиндровыми двигателями. На полноразмерных двигателях в стендовых условиях определяют фактическое октановое число (ФОЧ), в дорожных условиях - дорожное октановое число (ДОЧ). На специальных установках с одноцилиндровым двигателем определение октанового числа принято проводить в двух режимах: более жестком (моторный метод) и менее жестком (исследовательский метод). Октановое число топлива, установленное исследовательским методом, как правило, несколько выше, чем октановое число, установленное моторным методом. Разность между этими октановыми числами характеризует чувствительность топлива к режиму работы двигателя.

Для повышения октанового числа бензина применяют каталитический риформинг - химическое превращение углеводородов, входящих в их состав, до 92-100 пунктов. Процесс ведётся в присутствии алюмо-платино-рениевого катализатора. Повышение октанового числа происходит за счёт увеличения доли ароматических углеводородов. Научные основы процесса разработаны нашим соотечественником - выдающимся русским химиком Н.Д.Зелинским в начале ХХ века.

Выход высокооктанового компонента составляет 85-90% на исходное сырьё. В качестве побочного продукта образуется водород, который используется на других установках НПЗ. Мощность установок риформинга составляет от 300 до 1000 тыс. тонн и более в год по сырью.

Оптимальным сырьём является тяжёлая бензиновая фракция с интервалами кипения 85-180°С. Сырьё подвергается предварительной гидроочистке - удалению сернистых и азотистых соединений, даже в незначительных количествах необратимо отравляющих катализатор риформинга.

Каталитический риформинг на некоторых НПЗ используется также в целях производства ароматических углеводородов - сырья для нефтехимической промышленности. Продукты, полученные в результате риформинга узких бензиновых фракций, подвергаются разгонке с получением бензола, толуола и смеси ксилолов.

В процессе риформинга происходит изомеризация углеводородов линейного строения:

Образование более высоких сортов бензина, за счет воссоединения алканов и алкенов:

А также их превращение в циклические и ароматические углеводороды, что приводит к повышению октанового числа:

Бензин с более высоким значением октанового числа также получают в результате каталитического крекинга. Исследования Э.Гудри огнеупорных глин как катализаторов привели к созданию в 1936 эффективного катализатора на основе алюмосиликатов для крекинг-процесса. Среднекипящие дистилляты нефти в этом процессе нагревались и переводились в парообразное состояние; для увеличения скорости реакций расщепления, т.е. крекинг-процесса, и изменения характера реакций эти пары пропускались через слой катализатора. Реакции происходили при умеренных температурах 430-480°С и атмосферном давлении в отличие от процессов термического крекинга, где используются высокие давления. Процесс Гудри был первым каталитическим крекинг-процессом, успешно реализованным в промышленных масштабах.

IV. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ

Экологические проблемы, связанные с нефтью значительны и многообразны. Утечка даже небольшого количества нефти наносит часто непоправимый ущерб окружающей среде, а также экономике. Разработка безопасных способов нахождения месторождений нефти, её добычи и переработки является одной из наиболее приоритетных мировых задач. От этого зависит не только состояние природы сегодня, но и её состояние в будущем.
Экологические последствия разливов нефти носят разрушительный характер, поскольку нефтяное загрязнение нарушает многие естественные процессы и взаимосвязи, существенно изменяет условия обитания всех видов живых организмов и накапливается в биомассе.

Нефть является продуктом длительного распада и очень быстро покрывает поверхность вод плотным слоем нефтяной пленки, которая препятствует доступу воздуха и света.
Через 10 минут после того, как в воде оказалась одна тонна нефти, образуется нефтяное пятно, толщина которого составляет 10 мм. С течением времени толщина пленки уменьшается до менее 1 миллиметра, в то время как пятно расширяется. Одна тонна нефти способна покрыть площадь до 12 квадратных километров. Дальнейшие изменения происходят под воздействием ветра, волн и погоды. Обычно пятно дрейфует по воле ветра, постепенно распадаясь на более мелкие пятна, которые способны удаляться на значительные расстояния от места разлива. Сильные ветры и штормы ускоряют процесс дисперсии пленки. Во время катастроф не происходит одномоментной массовой гибели рыб, пресмыкающихся, животных и растений. Однако в средне- и долгосрочной перспективе влияние разливов нефти крайне негативно. Разлив тяжелее всего бьет по организмам, обитающим в прибрежной зоне, особенно обитающим на дне или на поверхности.

Птицы, которые большую часть жизни проводят на воде, наиболее уязвимы к разливам нефти на поверхности водоемов. Внешнее загрязнение нефтью разрушает оперение, спутывает перья, вызывает раздражение глаз. Гибель является результатом воздействия холодной воды. Разливы нефти от средних до крупных вызывают обычно гибель 5 тысяч птиц. Очень чувствительны к воздействию нефти яйца птиц. Небольшое количество некоторых типов нефти может оказаться достаточным для гибели в период инкубации.

Если авария произошла неподалеку от города или иного населенного пункта, то отравляющий эффект усиливается, потому что нефть образуют опасные "коктейли" с иными загрязнителями человеческого происхождения.
Разливы нефти приводят к гибели морских млекопитающих. Морские выдры, полярные медведи, тюлени, новорожденные морские котики погибают наиболее часто. Загрязненный нефтью мех начинает спутываться и теряет способность удерживать тепло и воду. Нефть, влияя на жировой слой тюлений и китообразных, усиливает расход тепла. Кроме того, нефть может вызвать раздражение кожи, глаз и препятствовать нормальной способности к плаванию.
Попавшая в организм нефть может вызвать желудочно-кишечные кровотечения, почечную недостаточность, интоксикацию печени, нарушение кровяного давления. Пары от испарений нефти ведут к проблемам органов дыхания у млекопитающих, которые находятся около или в непосредственной близости с большими разливами нефти.

Рыбы подвергаются воздействию разливов нефти в воде при употреблении загрязненной пищи и воды, а также при соприкосновении с нефтью во время движения икры. Гибель рыбы, исключая молодь, происходит обычно при серьезных разливах нефти. Однако сырая нефть и нефтепродукты отличаются разнообразием токсичного воздействия на разные виды рыб. Концентрация 0,5 миллионной доли или менее нефти в воде способна привести к гибели форели. Почти летальный эффект нефть оказывает на сердце, изменяет дыхание, увеличивает печень, замедляет рост, разрушает плавники, приводит к различным биологическим и клеточным изменениям, влияет на поведение.
Личинки и молодь рыб наиболее чувствительны к воздействию нефти, разливы которой могут погубить икру рыб и личинки, находящиеся на поверхности воды, а молодь - в мелких водах.

Влияние разливов нефти на беспозвоночные организмы может длиться от недели до 10 лет. Это зависит от вида нефти; обстоятельств, при которых произошел разлив и его влияния на организмы. Беспозвоночные чаще всего гибнут в прибрежной зоне, в отложениях или же в толще воды. Колонии беспозвоночных (зоопланктон) в больших объемах воды возвращаются к прежнему (до разлива) состоянию быстрее, чем те, которые находятся в небольших объемах воды.
Следует отметить тот факт, что производные нефтепродуктов имеют свойство накапливаться в организме и вызывают мутацию. Мутация генов у микроорганизмов может передаваться по пищевой цепи к рыбам и другим представителям морскойфауны.

Растения водоемов полностью погибают, если концентрация полиароматических углеводородов (образуются в процессе сгорания нефтепродуктов) достигает 1%.
Нефть и нефтепродукты нарушают экологическое состояние почвенных покровов и в целом деформируют структуру биоценозов. Почвенные бактерии, а также беспозвоночные почвенные микроорганизмы и животные не в состоянии качественно выполнять свои важнейшие функции в результате интоксикации легкими фракциями нефти.

От подобных аварий страдает не только животный и растительный мир. Серьезные убытки несут местные рыбаки, отели и рестораны. Кроме того, с проблемами сталкиваются и иные отрасли экономики, особенно те предприятия, деятельность которых нуждается в большом количестве воды. В случае, если разлив нефти происходит в пресном водоеме, негативные последствия испытывает на себе и местное население (например, коммунальным службам намного сложнее очищать воду, поступающую в водопроводные сети) и сельское хозяйство.

Долговременный эффект подобных происшествий точно неизвестен: одна группа ученых придерживается мнения, что разливы нефти оказывают негативное воздействие на протяжении многих лет и даже десятилетий, другая - что краткосрочные последствия крайне серьезны, однако за достаточно короткое время пострадавшие экосистемы восстанавливаются.
Ущерб от крупномасштабных разливов нефти подсчитать достаточно сложно. Он зависит от многих факторов, таких, как тип разлитых нефтепродуктов, состояния пострадавшей экосистемы, погоды, океанских и морских течений, времени года, состояния местного рыболовства и туризма и пр.

Нефтяное пятно в Мексиканском заливе

20 апреля 2010 года на нефтяной платформе Deepwater Horizon в 80 километрах от берегов Луизианы произошел взрыв, в результате которого погибли 11 человек. 22 апреля платформа затонула. В результате происшествия была в трех местах повреждена скважина, из которой начала вытекать нефть. Компании BP удалось прекратить утечку только через три месяца. В начале сентября 2010 года компания представила отчет о результатах расследования причин аварии. Согласно этому документу, к взрыву привели как человеческий фактор, так и недостатки конструкции нефтяной платформы. Позже комиссия, созданная по инициативе Барака Обамы, подготовила отчет, согласно которому причиной аварии стало сокращение расходов на обеспечение безопасности BP и ее партнерами.

V. МЕСТОРОЖДЕНИЯ НЕФТИ В РФ

Приразломное

Приразломное нефтяное месторождение расположено на шельфе Баренцева моря.

Сахалинские шельфовые проекты

Сахалинские шельфовые проекты - обобщённое название целой группы проектов по разработке месторождений углеводородного сырья на континентальном шельфе Охотского и Японского морей и Татарского пролива, прилегающем к острову Сахалин.

Арланское

Арланское месторождение - уникальное по запасам нефти, расположено на северо-западе Башкирии в пределах Волго-Уральской нефтегазоносной провинции. Расположено на территории Краснокамского и Дюртюлинского районов республики и частично на территории Удмуртии. Открыто в 1955, введено в разработку в 1958. Протяженность более 100 км, при ширине до 25 км.

Бованенковское

Бованенковское нефтегазоконденсатное месторождение - крупнейшее месторождение полуострова Ямал. Бованенково расположено на полуострове Ямал, в 40 километрах от побережья Карского моря, нижнее течение рек Сё-Яха, Морды-Яха и Надуй-Яха. Количество газовых промыслов на объекте - три. Общее количество скважин 743.

Ванкорское

Ванкорское месторождение - перспективное нефтегазовое месторождение в Красноярском крае России, вместе с Лодочным, Тагульским и Сузунским месторождениями входит в Ванкорский блок. Расположено на севере края, включает в себя Ванкорский (Туруханский район Красноярского края) и Северо-Ванкорский (расположен на территории Таймырского (Долгано-Ненецкого) автономного округа) участки. Для разработки месторождения создан вахтовый посёлок Ванкор.

Верхнечонское

Верхнечонское нефтяное месторождение - крупное месторождение нефти в Иркутской области России.

Лянторское

Лянторское - гигантское нефтегазоконденсатное месторождение в России. Расположено в Ханты-Мансийском автономном округе, вблизи Ханты-Мансийска. Открыто в 1965 году. Полные запасы нефти 2 млрд. тонн, а остаточные запасы нефти 380 млн. тонн.

Мамонтовское

Мамонтовское - крупное нефтяное месторождение в России. Расположено в Ханты-Мансийском автономном округе. Открыто в 1965 году. Освоение началось в 1970 году. Запасы нефти 1,4 млрд. тонн. Залежи на глубине 1,9-2,5 км.

Нижнечутинское

Нижнечутинское нефтяное месторождение - крупное нефтяное месторождение Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции, расположенное на территории Республики Коми, в районе города Ухты.

Правдинское

Правдинское - крупное нефтяное месторождение в России. Расположено в Ханты-Мансийском автономном округе, вблизи Ханты-Мансийска. Открыто в 1966 году. Освоение началось в 1968 году.

Приобское

Приобское - гигантское нефтяное месторождение в России. Расположено в Ханты-Мансийском автономном округе, вблизи Ханты-Мансийска. Разделено рекой Обь на две части - лево- и правобережное. Освоение левого берега началось в 1988 г., правого - в 1999 г.

Ромашкинское

Ромашкинское нефтяное месторождение - крупнейшее месторождение Волго-Уральской провинции на юге Татарстана. Открыто в 1948 году.

Самотлор

Самотлорское нефтяное месторождение (Самотло́р) - крупнейшее в России и одно из крупнейших в мире месторождений нефти. Расположено в Ханты-Мансийском автономном округе, вблизи Нижневартовска, в районе озера Самотлор. В переводе с хантыйского Самотлор означает "мёртвое озеро", "худая вода".

Фёдоровское

Фёдоровское - крупное нефтяное месторождение в России. Расположено в Ханты-Мансийском автономном округе, вблизи Сургута. Открыто в 1971 году. Запасы нефти 2,0 млрд. тонн. Залежи на глубине 1,8-2,3 км.

Харасовейское

Харасовейское нефтегазоконденсатное месторождение - месторождение полуострова Ямал. Расположено на западном побережье полуострова Ямал, на 1/3 общей площади уходит под воду на прибрежный шельф.

Южно-Русское

Южно-Русское нефтегазовое месторождение - расположено в Красноселькупском районе Ямало-Ненецкого автономного округа, одно из крупнейших в России.

VI. ЦЕНЫ НА НЕФТЬ

Нефть используют для того, чтобы производить товары и услуги. Это значит, что ее цена, во-первых, влияет на себестоимость товаров и услуг, и, во-вторых, создает некоторую прибыль, которая перераспределяется в экономике. Причем, что довольно естественно, весь объем денег, на который увеличивается себестоимость продукции из-за роста цен на нефть, возвращается обратно в экономику, либо через расходы государства (то, что оно забирает себе в виде налогов и акцизов), либо - как прибыль компаний, которые эту нефть производят.

Значительная часть отраслей, обслуживающих нефте- и газодобычу, выведены из страны. А поскольку стоимость их услуг с ростом цены на нефть тоже растет, и, иногда, быстрее, чем сама нефть, то не исключено, что большая часть прибавки к стоимости нефти уйдет за пределы России. А если еще учесть, что уровень деградации российской экономики при этом вырастет - то вероятность такого перераспределения становится еще выше.

Есть и еще один фактор - рост цен на нефть вызывает инфляцию издержек в производстве практически любого товара. С учетом того, что значительная часть потребительских товаров в России получается по импорту, существенная часть дополнительных нефтяных доходов, которые перераспределяются в экономике нашей страны, тоже уйдет за рубеж. Не говоря уже о том, что значительную часть своих денег наши компании держат за рубежом - что тоже оказывает свое влияние не перераспределение доходов не в нашу пользу.

В нынешних непростых экономических условиях риски инвестирования в развивающиеся рынки, в частности в российский, слишком велики. Зависимость российского рынка от сырьевых товаров и особенностей корпоративного управления существует. Снижение цен на сырьевые товары оказывает максимальный негативный эффект на российский рынок, учитывая высокую долю этих секторов. Доля нефтегазового сектора в индексе РТС составляет 60%, доля сырьевых компаний - 15%. Таким образом, три четверти российского рынка зависит от мировых цен на нефть и цен на сырье.

Низкий уровень цен на сырье - это глобальная проблема. Цены на нефть могут выйти на новый, более высокий уровень при восстановлении глобальной экономики и восстановлении спроса на нефть. При этом российские нефтяные акции в силу высокого уровня налогообложения отрасли могут оказаться не самыми привлекательными по сравнению с зарубежными аналогами, работающими как в развитых, так и в развивающихся странах. Большая доля компаний сырьевых секторов в индексе РТС может быть снижена путем проведения публичных размещений новых компаний.

Высокая зависимость от цен на нефть и их существенное снижение приводит и к резкому пересмотру прогнозов темпа роста ВВП России. По масштабам пересмотров Россия является лидером среди других развивающихся стран: если осенью 2008г. еще ожидался рост ВВП в 2009г. на уровне 6%, то сейчас официальный прогноз составляет минус 2,4%, некоторые инвестиционные компании прогнозируют еще более сильное сокращение - до минус 3,5%. Исторически разворот на фондовых рынках совпадает с моментом стабилизации темпов падения ВВП в годовом сопоставлении.

Итак, Россия полностью зависит от нефти: её добычи, цен, являясь одним из главных экспортеров этого полезного ископаемого. Продавая сырую нефть за границу и покупая уже готовое переработанное сырье, наше государство ввергает в зависимость экономику, политику и всю инфраструктуру от малейших колебаний цен на нефть.

На первый взгляд очевидным решением данной проблемы является пересмотр работы ТЭК: внедрение новых проектов, планов, концепций развития, начать переработку сырой нефти, использовать менее затратные способы добычи полезных ископаемых, а также рациональное использование месторождений нефти и т. п..

Но все это невозможно осуществить без научно-технических разработок и проектов, ученых и других специалистов, недостаток которых в России существенно ощутим.
Следовательно, для того чтобы избавиться от сырьевой зависимости необходим обширнейший комплекс достаточно не популярных мероприятий в политике, экономике, науке, образовании и др., и только после слаженной системной работы всех отраслей промышленности и экономики будет возможно «слезть с нефтяной иглы».

VII. НЕФТЬ И ЖИЗНЬ

Нефть дает тепло и свет -
Ей замены просто нет.
Делают из нефти много:
И асфальтные дороги,
И костюмы, и рубашки,
Удивительные чашки!
Вспомните, как тепловоз
Вас когда-то к морю вез…
В его топках нефть горела,
А без нефти что за дело?
И не даром в нашем крае,
Всяк нефтяник это знает,
С нетерпением ее ждут,
Черным золотом зовут.

Значение нефти в нашей жизни переоценить невозможно.
Газ, бензин, керосин, мазут и другие виды топлива, которые получают из нефти, и без которых не было бы автомобилей, самолетов, паровозов, кораблей, тепло-, гидро-, электростанций, подводных лодок, фабрик, заводов, и всей инфраструктуры вообще, не составляют и сотой доли того, что делают из нефти.

Из нефти получают множество разных веществ: от углеводородов до спиртов и кислот, из которых впоследствии делают лекарства, косметику, бытовую химию, целлофановые упаковки, пластик (от шариковых ручек до деталей пилотируемых кораблей), радиодетали и радиотехнику, одежду и ткани. Этот список вещей, без которых мы сегодня не можем представить нашу жизнь, далеко не полный.

Любая профессия, будь то врач или учитель, экономист или юрист, ученый или разработчик, связана с добычей и переработкой нефти, так как нефть, особенно в России, объединяет все сферы жизни, не говоря о тех людях, которые непосредственно работают в этой области.

Я планирую связать свою жизнь с химией, а именно посвятить часть карьеры хай-тек разработкам.

С момента поступления на нефтеперерабатывающий завод нефть и получаемые из нее нефтепродукты проходят следующие основные этапы:

1. Подготовка нефти к переработке.

2. Первичная переработка нефти.

3. Вторичная переработка нефти.

4. Очистка нефтепродуктов.

Схема, отражающая взаимосвязь этих этапов, приведена на рис. 4.1.1.

Подготовка нефти к переработке заключается в ее дополнитель­ном обезвоживании и обессоливании. Необходимость дополнитель­ной подготовки обусловлена тем, что для обеспечения высоких пока­зателей работы установок по переработке нефти в них необходимо

Рис. 4.1.1. Технологические потоки современного НПЗ (упрощенная схема): I - подготовка нефти
к переработке; II - первичная перегонка нефти; III - вторичная переработка нефти; IV - очистка
нефтепродуктов

Глава 4. Переработка нефти, газа и углеводородного сырья 173

Подавать сырье с содержанием солей не более 6 г/л и воды 0,2%. Поэто­му нефть, поступающую на нефтеперерабатывающий завод (НПЗ), под­вергают дополнительному обезвоживанию и обессоливанию.

Доведение содержания воды и солей до требуемых показателей осуществляется на электрообессоливающих установках (ЭЛОУ) сле­дующим образом. Нефть несколькими потоками с помощью насосов прокачивается через подогреватели, где нагревается отработавшим паром. После этого в поток добавляется деэмульгатор, и нефть посту­пает в отстойники, где от нее отделяется вода. Для вымывания солей в нефть добавляют щелочную воду. Основное ее количество затем от­деляют в электродегидраторе первой ступени. Окончательное обез­воживание нефти осуществляется в электродегидраторе второй сту­пени.

Переработка нефти начинается с ее перегонки (первичная пере­работка нефти). Нефть представляет собой сложную смесь большого количества взаимно растворимых углеводородов, имеющих различ­ные температуры начала кипения. В ходе перегонки, повышая темпе­ратуру, из нефти выделяют углеводороды, выкипающие в различных интервалах температур.

Для получения данных фракций применяют процесс, называемый ректификацией и осуществляемый в ректификационной колонне. Ректификационная колонна представляет собой вертикальный ци­линдрический аппарат высотой 20...30 м и диаметром 2...4 м. Внутрен­ность колонны разделена на отдельные отсеки большим количеством горизонтальных дисков, в которых имеются отверстия для прохож­дения через них паров нефти. Жидкость перемещается по сливным патрубкам.

Перед закачкой в ректификационную колонну нефть нагревают в трубчатой печи до температуры 350...360 °С. При этом легкие угле­водороды, бензиновая, керосиновая и дизельная фракции переходят в парообразное состояние, а жидкая фаза с температурой кипения выше 350 °С представляет собой мазут.

После ввода данной смеси в ректификационную колонну мазут сте­кает вниз, а углеводороды, находящиеся в парообразном состоянии, поднимаются вверх. Кроме того, вверх поднимаются пары углеводо­родов, испаряющиеся из мазута, нагреваемого в нижней части колон­ны до 350 "С.

Поднимаясь вверх, пары углеводородов за счет контакта с жидко­стью (орошением), подаваемой сверху, постепенно охлаждаются. По­этому их температура в верхней части колонны становится равной

174 Часть I. Основы нефтегазового дела

По мере остывания паров нефти конденсируются соответствующие углеводороды. Технологический процесс рассчитан таким образом, что в самой верхней части колонны конденсируется бензиновая фракция, ниже - керосиновая, еще ниже - фракция дизельного топлива. Несконденсировавшиеся пары направляются на газофракционирова­ние, где из них получают сухой газ (метан, этан), пропан, бутан и бензиновую фракцию.

Перегонка нефти с целью получения указанных фракций (по то­пливному варианту) производится на атмосферных трубчатых уста­новках (AT). Для более глубокой переработки нефти используются атмосферно-вакуумные трубчатые установки (АВТ), имеющие кро­ме атмосферного вакуумный блок, где из мазута выделяют масля­ные фракции (дистилляты), вакуумный газойль, оставляя в остатке гудрон.

Методы вторичной переработки нефти делятся на две группы - термические и каталитические.

К термическим методам относятся термический крекинг, коксо­вание и пиролиз.

Термический крекинг - это процесс разложения высокомолеку­лярных углеводородов на более легкие при температуре 470...540 °С и давлении 4...6 МПа. Сырьем для термического крекинга является ма­зут и другие тяжелые нефтяные остатки. При высоких температуре и давлении длинноцепочные молекулы сырья расщепляются. Продук­ты реакции разделяются с получением топливных компонентов, газа и крекинг-остатка.

Коксование - это форма термического крекинга, осуществляемо­го при температуре 450...550 °С и давлении 0,1...0,6 МПа. При этом по­лучаются газ, бензин, керосино-газойлевые фракции, а также кокс.

Пиролиз - это термический крекинг, проводимый при темпера­туре 750...900 °С и давлении, близком к атмосферному, с целью полу­чения сырья для нефтехимической промышленности. Сырьем для пи­ролиза являются легкие углеводороды, содержащиеся в газах, бензи­ны первичной перегонки, керосины термического крекинга, керосино-газойлевая фракция. Продукты реакции разделяются с по­лучением индивидуальных непредельных углеводородов (этилен, про­пилен и др.). Из жидкого остатка, называемого смолой пиролиза, мо­гут быть извлечены ароматические углеводороды.

К каталитическим методам относятся каталитический крекинг, риформинг.

Каталитический крекинг - это процесс разложения высокомоле­кулярных углеводородов при температурах 450...500 °С и давлении

Глава 4. Переработка нефти, газа и углеводородного сырья 175

0,2 МПа в присутствии катализаторов - веществ, ускоряющих реак­цию крекинга и позволяющих осуществлять ее при более низких, чем при термическом крекинге, давлениях.

В качестве катализаторов используются, в основном, алюмосили­каты и цеолиты.

Сырьем для каталитического крекинга являются вакуумный га­зойль, а также продукты термического крекинга и коксования мазу­тов и гудронов. Получаемые продукты - газ, бензин, кокс, легкий и тяжелый газойли.

Риформинг - это каталитический процесс переработки низкоок­тановых бензиновых фракций, осуществляемый при температуре око­ло 500 °С и давлении 2...4 МПа. В результате структурных преобразо­ваний октановое число углеводородов в составе катализата резко по­вышается. Данный катализат является основным высокооктановым компонентом товарного автомобильного бензина. Кроме того, из ка­тализата могут быть выделены ароматические углеводороды (бензол, толуол, этилбензол, ксилолы).

Гидрогенизационными называются процессы переработки неф­тяных фракций в присутствии водорода, вводимого в систему извне. Гидрогенизационные процессы протекают в присутствии катализа­торов при температуре 260...430 °С и давлении 2...32 МПа.

Применение гидрогенизационных процессов позволяет углубить переработку нефти, обеспечив увеличение выхода светлых нефтепро­дуктов, а также удалить нежелательные примеси серы, кислорода, азота (гидроочистка).

Фракции (дистилляты), получаемые в ходе первичной и вторичной переработки нефти, содержат в своем составе различные примеси. Состав и концентрация примесей, содержащихся в дистиллятах, за­висят от вида используемого сырья, применяемого процесса его пере­работки, технологического режима установки. Для удаления вредных примесей дистилляты подвергаются очистке.

Для очистки светлых нефтепродуктов применяются следующие процессы:

1) щелочная очистка (выщелачивание);

2) кислотно-щелочная очистка;

3) депарафинизация;

4) гидроочистка;

5) ингибирование.

Щелочная очистка заключается в обработке бензиновых, керосино-вых и дизельных фракций водными растворами каустической или каль­цинированной соды. При этом из бензинов удаляют сероводород и час-

176 Часть I. Основы нефтегазового дела

Тично меркаптаны, из керосинов и дизельного топлива - нафтеновые кислоты.

Кислотно-щелочная очистка применяется с целью удаления из дис­тиллятов непредельных и ароматических углеводородов, а также смол. Заключается она в обработке продукта сначала серной кислотой, а затем - в ее нейтрализации водным раствором щелочи.

Депарафинизация используется для понижения температуры за­стывания дизельных топлив и заключается в обработке дистиллята раствором карбамида. В ходе реакции парафиновые углеводороды об­разуют с карбамидом соединение, которое сначала отделяется от про­дукта, а затем при нагревании разлагается на парафин и карбамид.

Гидроочистка применяется для удаления сернистых соединений из бензиновых, керосиновых и дизельных фракций. Для этого в систему при температуре 350...430 °С и давлении 3...7 МПа в присутствии ката­лизатора вводят водород. Он вытесняет серу в виде сероводорода.

Гидроочистку применяют также для очистки продуктов вторично­го происхождения от непредельных соединений.

Ингибирование применяется для подавления реакций окисления и полимеризации непредельных углеводородов в бензинах термиче­ского крекинга путем введения специальных добавок.

Для очистки смазочных масел применяют следующие процессы:

1) селективную очистку растворителями;

2) депарафинизацию;

3) гидроочистку;

4) деасфальтизацию;

5) щелочную очистку.

Селективными растворителями называют вещества, которые об­ладают способностью извлекать при определенной температуре из нефтепродукта только какие-то определенные компоненты, не рас­творяя других компонентов и не растворяясь в них.

Очистка производится в экстракционных колоннах, которые бы­вают либо полыми внутри, либо с насадкой или тарелками различно­го типа.

Для очистки масел применяют следующие растворители: фурфу­рол, фенол, пропан, ацетон, бензол, толуол и др. С их помощью из масел удаляют смолы, асфальтены, ароматические углеводороды и твердые парафиновые углеводороды.

В результате селективной очистки образуются две фазы: полезные компоненты масла (рафинат) и нежелательные примеси (экстракт).

Депарафинизации подвергают рафинаты селективной очистки, по­лученные из парафинистой нефти и содержащие твердые углеводо-

Глава 4. Переработка нефти, газа и углеводородного сырья 177

Роды. Если этого не сделать, то при понижении температуры масла теряют подвижность и становятся непригодными для эксплуатации.

Депарафинизация осуществляется фильтрацией после предвари­тельного охлаждения продукта, разбавленного растворителем.

Целью гидроочистки является улучшение цвета и стабильности ма­сел, повышение их вязкостно-температурных свойств, снижение кок­суемости и содержания серы. Сущность данного процесса заключа­ется в воздействии водорода на масляную фракцию в присутствии ка­тализатора при температуре, вызывающей распад сернистых и других соединений.

Деасфальтизация полугудрона производится с целью их очистки от асфальто-смолистых веществ. Для разделения полугудрона на де-асфальтизат (масляная фракция) и асфальт применяется экстракция легкими углеводородами (например, сжиженным пропаном).

Щелочная очистка применяется для удаления из масел нафтено­вых кислот, меркаптанов, а также для нейтрализации серной кисло­ты и продуктов ее взаимодействия с углеводородами, остающимися после деасфальтизации.

Похожая информация.

Сырая нефть является термином, который употребляют для обозначения необработанной нефти - сырья, которое выходит из-под земли как есть. Таким образом, сырая нефть является ископаемым топливом, а это означает, что она произведена естественным природным путём из разлагающихся растений и животных, обитающих в древних морях миллионы лет назад - большинство мест, где чаще всего находят нефть, когда-то были дном морей. Сырая нефть в зависимости от месторождения бывает разной и изменяется в цвете и консистенции: от ярко-чёрной (мокрый асфальт) и очень вязкой, до немного прозрачной и почти твёрдой.

Главная ценность и польза нефти заключается в том, что она является отправной точкой для очень многих различных веществ, так как она содержит углеводороды. Углеводороды - это молекулы, которые, очевидно, содержат водород и углерод, и отличаются друг от друга лишь тем, что могут быть различной длины и структуры - от прямых цепочек до разветвлённых цепей с кольцами.

Существуют две вещи, которые делают углеводороды интересными для химиков:

1. Углеводороды содержат много потенциальной энергии. Многое из того, что получено из сырой нефти, как то: бензин, дизельное топливо , парафин и т.д. - ценно именно этой потенциальной энергией.
2. Углеводороды могут принимать множество различных форм. Наименьшим углеводородом (по чилу атомов) является метан (СН 4), который представляет собой газ, который легче воздуха. Более длинные цепочки с 5 или более атомами углерода являются в подавляющем большинстве случаев жидкостями. А уж очень длинные цепочки - твердые, например, воск или смола. По химической структуре "сшивания" углеводородных цепей Вы сможете получить все: от синтетического каучука до нейлона и пластика. Углеводородные цепочки на самом деле очень универсальны!

Основные классы углеводородов в сырой нефти включают в себя:

• Парафины с общей формулой C n H 2n+2 (n представляет собой целое число, обычно от 1 до 20) с прямой структурой или разветвленной цепью могут представлять газы или жидкости, которые кипят уже при комнатной температуре в зависимости от примеров молекул: метан, этан, пропан, бутан, изобутан, пентан, гексан.
• Ароматики с общей формулой: C 6 H 5 -Y (Y представляет собой большую прямую молекулу, которая соединяется с бензольным кольцом) - это кольчатые структуры с одним или более кольцами, которые содержат шесть атомов углерода, с чередованием двойных простых связей между атомами углерода. Яркие примеры ароматиков: бензол и нафталин.
• Нафтены или циклоалканы с общей формулой C n H 2n (n является целым числом, как правило, от 1 до 20) - это кольчатые структуры с одним или несколькими кольцами, которые содержат только простые связи между атомами углерода. Это, как правило, жидкости: циклогексан, метилциклопентан и другие.
• Алкены с общей формулой C n H 2n (n представляет собой целое число, обычно от 1 до 20) - это линейные или разветвлённые цепные молекулы, содержащие одну углерод-углеродную двойную связь, которые могут быть жидкостью или газом, например: этилен, бутен, изобутен.
• Алкины с общей формулой: C n H 2n-2 (n представляет собой целое число, обычно от 1 до 20) - это линейные или разветвлённые цепные молекулы, содержащие две углерод-углеродные двойные связи, которые могут быть жидкостью или газом, например: ацетилен, бутадиены.

Теперь, зная структуру нефти, давайте посмотрим, что мы можем с ней сделать.

Как работает нефтепереработка?

Процесс переработки нефти начинается с дробной ректификационной колонны.

Типичный нефтеперерабатывающий завод

Главная проблема с сырой нефтью заключается в том, что она содержит сотни различных типов углеводородов, смешанные все вместе. И наша задача заключается в том, чтобы отделить различные виды углеводородов, чтобы получить что-нибудь полезное. К счастью, есть простой способ отделить эти вещи, и это то, что нефтепереработка и делает.

Различные длины углеводородной цепи имеют прогрессивно более высокие точки кипения, так что они могут быть разделены простой перегонкой с различными температурами. Проще говоря, нагревая нефть до какой-либо температуры, начинают закипать определённые цепочки углеводородов, и, таким образом, мы можем отделять "зёрна от плевел". Это то, что происходит на нефтеперерабатывающем заводе - в одной части процесса нефть нагревают, и различные цепи выкипают при соответствующих температурах кипения. Каждая отличающаяся длина цепи имеет своё уникальное свойство, что делает её полезной по-своему.

Чтобы понять разнообразие, содержащееся в сырой нефти, и понять, почему переработка сырой нефти настолько важна в нашей цивилизации, посмотрите на следующий список продуктов, которые получаются из сырой нефти:

Нефтяные газы - используются для отопления, приготовления пищи, изготовления пластмасс:

• это небольшие алканы (от 1 до 4 атомов углерода)
• широко известны по таким названиям как метан, этан, пропан, бутан
• диапазон кипения - менее 40 градусов по Цельсию
• часто сжижаемые под давлением газы

Нафта или лигроин - промежуточный продукт, который будет дополнительно обработан, чтобы впоследствии стать бензином:

• содержит от 5 до 9 атомов алканов углерода
• диапазон кипения - от 60 до 100 градусов по Цельсию

Бензин - моторное топливо:

• всегда жидкий продукт
• представляет собой смесь алканов и циклоалканов (от 5 до 12 атомов углерода)
• диапазон кипения - от 40 до 205 градусов по Цельсию

Керосин - топливо для реактивных двигателей и тракторов; исходный материал для изготовления других продуктов:

• жидкость
• смесь алканов (от 10 до 18 атомов углерода) и ароматических углеводородов
• диапазон кипения - от 175 до 325 градусов по Цельсию

Дизельный дистиллят - используется для дизельного топлива и мазута; исходный материал для изготовления других продуктов:

• жидкость
• алканы, содержащие 12 или более атомов углерода
• диапазон кипения - от 250 до 350 градусов по Цельсию

Смазочные масла - используются для изготовления моторного масла, жира, других смазочных материалов:

• жидкость
• длинноцепочечные структуры (от 20 до 50 углеродных атомов) алканы, циклоалканы, ароматики
• диапазон кипения - от 300 до 370 градусов по Цельсию

Мазут - используется для промышленного топлива; исходный материал для изготовления других продуктов:

• жидкость
• длинноцепочечные структуры (от 20 до 70 углеродных атомов) алканы, циклоалканы, ароматики
• диапазон кипения - 370 до 600 градусов по Цельсию

Остатки продуктов переработки - кокс, асфальт, гудрон, парафины; исходный материал для изготовления других продуктов:

• твердые частицы
• множественные кольцевые соединения с 70 или более атомами углерода
• диапазон кипения не менее 600 градусов по Цельсию.

Вы, возможно, заметили, что все эти продукты имеют различные размеры и диапазоны кипения. Химики воспользовались этими свойствами для нефтепереработки. Давайте теперь далее узнаем детали этого увлекательного процесса!

Подробный процесс переработки нефти

Как упоминалось ранее, баррель сырой нефти имеет смесь всевозможных углеводородов в себе. Нефтепереработка отделяет от всей этой "компании разнорасовых представителей" полезные вещества. При этом, происходят следующие группы производственные химические процессы, которые, в принципе, есть на каждой нефтеперерабатывающей фабрике:

• Самый старый и самый распространённый способ отделить от нефти различные компоненты (их называют фракции) - это сделать это, используя различия в температуре кипения. Этот процесс называется фракционной перегонкой .
• Новые методы использования химической обработки в некоторых из фракций используют метод преобразования. Химическая обработка, например, может нарушить длинные цепочки на более короткие. Это позволяет нефтеперерабатывающему заводу превратить дизельное топливо в бензин в зависимости, например, от спроса.
• Нефтеперерабатывающие заводы, кроме того, после процесса фракционной перегонки должны очищать фракции в целях удаления из них примесей.
• Нефтеперерабатывающие заводы объединяют различные фракции (обработанные и необработанные) в смеси, чтобы сделать нужные продукты. Например, различные смеси из различных цепочек могут создать бензины с различным октановым числом.

Продукты переработки нефти отправляются на недолгое хранение в специальные резервуары, пока они не будут доставлены на различные рынки: АЗС, аэропорты и ​​на химические предприятия. В дополнение к созданию продуктов на масляной основе, заводы должны также позаботиться об отходах, появление которых неизбежно, чтобы минимизировать загрязнение воздуха и воды.

Фракционная перегонка

Различные компоненты нефти имеют различные размеры, вес и температуры кипения; так, первый шаг заключается в разделении этих компонентов. Поскольку они имеют различные температуры кипения, они могут быть разделены легко с помощью процесса, называемого фракционной перегонкой.

Этапы фракционной перегонки следующие:

• Вы нагреваете смесь двух или более веществ (жидкостей) с различными температурами кипения до высокой температуры. Нагревание обычно делается с помощью пара под высоким давлением до температуры около 600 градусов по Цельсию.
• Смесь кипит, образуя пар (газы); большинство веществ проходят в паровой фазе.
• Пар поступает в нижнюю часть длинной колонны, которая заполнена лотками или тарелками. Лотки имеют много отверстий или пузырчатые колпачки (аналогично продырявленной крышке на пластиковой бутылке) в них, чтобы позволить пару пройти сквозь них. Они увеличивают время контакта между паром и жидкостью в колонне и помогают сбору жидкостей, которые образуются на различных высотах в колонке. Существует разница температур в этой колонне (очень горячая внизу и холоднее к верхней части).
• Таким образом, пар поднимается в колонне.
• При повышении паров через тарелки в колонне, он охлаждается.
• Когда парообразное вещество достигает высоты, где температура в колонке равна температуре кипения этого вещества, оно будет конденсироваться с образованием жидкости. При этом, вещества с самой низкой температурой кипения будет конденсироваться в самой высокой точке в колонне, а вещества с более высокими температурами кипения будут конденсироваться ниже в колонне.
• Лотки собирают различные жидкие фракции.
• Собранные жидкие фракции могут перейти к конденсаторам, которые охлаждают их дальше, а потом идут в резервуары для хранения, либо же они могут отправиться в другие районы для дальнейшей химической переработки

Фракционная перегонка полезна для разделения смеси веществ с узкими различиями в температурах кипения и является наиболее важным шагом в процессе переработки нефти. Процесс переработки нефти начинается с дробной ректификационной колонны. Очень немногие из компонентов выйдут из колонны фракционной перегонки, готовые к продаже на рынке нефтепродуктов. Многие из них должны быть химически обработаны, чтобы быть преобразованными в другие фракции. Например, только 40% дистиллированной сырой нефти станет бензином, однако, бензин является одним из основных продуктов, производимых нефтяными компаниями. Вместо того, чтобы постоянно дистиллировать в больших количествах сырую нефть, нефтяные компании химически обрабатывают другие фракции из ректификационной колонны, чтобы получить тот же бензин; и эта обработка увеличивает выход бензина из каждого барреля сырой нефти.

Химическое преобразование

Вы можете преобразовать одну фракцию в другую с помощью одного из трёх методов:

1. Разбить большие углеводороды на более мелкие (крекинг)
2. Объединить мелкие углеводороды, чтобы сделать из них более крупные (унификация)
3. Переставлять или замещать различные части углеводородов, чтобы получить нужные углеводороды (гидротермальное изменение)

Крекинг

Крекинг принимает большие углеводороды и ломает их на более мелкие. Есть несколько типов крекинга:

• Тепловой - Вы нагреваете большие углеводороды при высоких температурах (иногда ещё и при высоких давлениях), пока они не распадутся.
• Паровой - высокая температура пара (более 800 градусов по Цельсию) используется для разрыва этана, бутана и лигроина в этилен и бензол, которые используются для производства химических веществ.
• Висбрекинг - остаточные вещества из дистилляционной колонны нагревают почти до 500 градусов по Цельсию, охлаждают и быстро сжигают в дистилляционной колонне. Этот процесс снижает вязкость веществ и число тяжёлых масел в них и производит смолы.
• Коксование - остаточные вещества из дистилляционной колонны нагревают до температуры выше 450 градусов по Цельсию, в результате чего тяжёлый почти чистый углерод остаётся (кокс); кокс очищается от коксования и продаётся.
• Катализация - используется катализатор для ускорения реакции крекинга. Катализаторы включают цеолит, гидросиликат алюминия, бокситы и алюмосиликат. Каталитический крекинг - это когда горячая жидкость катализатора (538 градусов по Цельсию) расщепляет тяжёлое вещество в дизельные масла и бензин.
• Гидрокрекинг - подобен каталитическому крекингу, но использует другой катализатор с более низкими температурами, высоким давлением и водородом. Это позволяет расщепить тяжёлую нефть в бензин и керосин (авиатопливо).

Унификация

Иногда Вам нужно объединить мелкие углеводороды, чтобы получить из них более крупные - этот процесс называется унификацией. Основным процессом объединения является при этом каталитический риформинг и в этом случае используется катализатор (смесь из платины и платины-рения), чтобы объединить низкий вес нафты в ароматические соединения, которые используются в создании химических веществ и при смешивании бензина. Значительным побочным продуктом этой реакции является газообразный водород, который затем либо используется для гидрокрекинга, либо попросту продаётся.

Гидротермальное изменение

Иногда структуры молекул в одной фракции переставляются, чтобы произвести другую. Как правило, это делается с помощью процесса, называемого алкилированием . В алкилировании низкомолекулярные соединения, такие как пропилен и бутилен, смешивают в присутствии катализатора , такого как фтористо-водородная кислота или серная кислота (побочный продукт от удаления примесей из многих нефтепродуктов). Продуктами алкилирования являются высокооктановые углеводороды, которые используются в бензиновых смесях для повышения октанового числа.

Конечная обработка (очистка) нефтепродуктов

Дистиллированные и химически обработанные фракции нефти снова обрабатывают, чтобы удалить примеси - с основном, органические соединения, содержащие серу, азот, кислород, воду, растворённые металлы и неорганические соли. Конечную обработку, как правило, делают следующими путями:

• Колонна серной кислоты удаляет ненасыщенные углеводороды (с двойными углерод-углеродными-облигациями), соединения азота, кислорода и остаточные твёрдые вещества (смолы, асфальт).
• Абсорбционная колонна заполнена осушителем, чтобы удалить воду.
• Сероводородные скрубберы удаляют серу и все соединения серы.

После того, как фракции будут обработаны, их охлаждают и затем смешивают вместе, чтобы сделать различные продукты, такие как:

• Бензин различных марок, с добавками или без добавок.
• Смазочные масла различных марок и типов (например, 10W-40, 5W-30).
• Керосин различных марок.
• Реактивное топливо.
• Мазут.
• Другие химические вещества различных марок для изготовления пластмасс и других полимеров.

Нефть – это полезное ископаемое, представляющее собой нерастворимую в воде маслянистую жидкость, которая может быть как почти бесцветной, так и темно-бурой. Свойства и способы переработки нефти зависят от процентного соотношения преимущественно углеводородов в ее составе, который различается в разных месторождениях.

Так, в Соснинском месторождении (Сибирь) алканы (парафиновая группа) занимают долю в 52 процента, циклоалканы – около 36%, ароматические углеводороды - 12 процентов. А, к примеру, в Ромашкинском месторождении (Татарстан) доля алканов и ароматических углеродов выше – 55 и 18 процентов соответственно, в то время как циклоалканы имеют долю в 25 процентов. Помимо углеводородов, это сырье может включать в себя сернистые, азотные соединения, минеральные примеси и др.

Впервые нефть "переработали" в 1745 году в России

В сыром виде это природное ископаемое не используется. Для получения технически ценных продуктов (растворители, моторное топливо, компоненты для химических производств) осуществляется переработка нефти посредством первичных или вторичных методов. Попытки преобразовать это сырье предпринимались еще в середине восемнадцатого века, когда, помимо свечей и лучин, используемых населением, в лампадах ряда церквей использовали «гарное масло», которое представляло собой смесь растительного масла и очищенной нефти.

Варианты очистки нефти

Очистка часто не включается непосредственно в способы переработки нефти. Это, скорее, предварительный этап, который может состоять из:

Химической очистки, когда на нефть воздействуют олеумом и концентрированной серной кислотой. При этом удаляются ароматические и непредельные углеводороды.

Адсорбционной очистки. Здесь из нефтепродуктов могут удаляться смолы, кислоты за счет обработки горячим воздухом или пропуском нефти через адсорбент.

Каталитической очистки – мягкой гидрогенизации для удаления азотистых и серных соединений.

Физико-химической очистки. В этом случае посредством растворителей избирательно выделяются лишние составляющие. Например, полярный растворитель фенол используется для удаления азотистых и сернистых соединений, а неполярные растворители – бутан и пропан - выделяют гудроны, ароматические углеводороды и пр.

Без химических изменений...

Переработка нефти посредством первичных процессов не предполагает химических превращений исходного сырья. Здесь полезное ископаемое просто разделяется на составляющие компоненты. Первое устройство по перегонке нефти было придумано в 1823 году, в Российской империи. Братья Дубинины догадались поставить котел в печь с нагревом, откуда шла труба через бочку с холодной водой в пустую емкость. В печном котле нефть нагревалась, проходила через «холодильник» и осаждалась.

Современные способы подготовки сырья

Сегодня на нефтеперерабатывающих комплексах технология переработки нефти начинается с дополнительной очистки, в ходе которой продукт обезвоживается на устройствах «ЭЛОУ» (электрообессоливающие установки), освобождается от механических примесей и углеводов легкого типа (С1 – С4). Потом сырье может поступать на атмосферную перегонку или вакуумную дистилляцию. В первом случае заводское оборудование по принципу действия напоминает то, что использовалось еще в 1823 году.

Только по-другому выглядит сама установка переработки нефти. На предприятии стоят печи, по размерам напоминающие дома без окон, из самого лучшего огнеупорного кирпича. Внутри них располагаются многокилометровые трубы, в которых нефть движется с большой скоростью (2 метра в сек.) и подогревается до 300-325 С пламенем из большой форсунки (при более высоких температурах углеводороды просто разлагаются). Трубу для конденсации и охлаждения паров в наши дни заменяют ректификационные колонны (могут быть до 40 метров в высоту), где пары разделяются и конденсируются, а для приема полученных продуктов выстраиваются целые городки из разных резервуаров.

Что такое материальный баланс?

Переработка нефти в России дает разные материальные балансы при атмосферной перегонке сырья из того или иного месторождения. Это означает, что на выходе могут получаться разные пропорции для разных фракций – бензиновой, керосиновой, дизельной, мазута, сопутствующего газа.

К примеру, для западно-сибирской нефти выход газа и потери составляют по одному проценту соответственно, бензиновые фракции (выделяются при температурах от около 62 до 180 С) занимают долю около 19%, керосин – около 9,5%, дизельная фракция – 19 %, мазут – почти 50 процентов (выделяется при температурах от 240 до 350 градусов). Полученные материалы практически всегда подвергаются дополнительной обработке, так как они не соответствуют эксплуатационным требованиям для тех же моторов машин.

Производство с меньшим числом отходов

Вакуумная переработка нефти базируется на принципе закипания веществ при более низкой температуре при снижении давления. Например, некоторые углеводороды в нефти кипят только при 450 С (атмосферное давление), но их можно заставить кипеть и при 325 С, если давление понизить. Вакуумная обработка сырья проводится в роторных вакуумных испарителях, которые увеличивают скорость перегонки и дают возможность получить из мазута церезины, парафины, топливо, масла, а тяжелый остаток (гудрон) применить далее для производства битума. Вакуумная дистилляция, по сравнению с атмосферной переработкой, дает меньше отходов.

Вторичная переработка позволяет получить качественные бензины

Вторичный процесс переработки нефти был придуман для того, чтобы из того же исходного сырья получить больше моторного топлива за счет воздействия на молекулы нефтяных углеводородов, которые обретают более подходящие для окисления формулы. Вторичная переработка включает в себя разные виды так называемого «крекинга», в том числе гидрокрекинг, термический и каталитический варианты. Этот процесс также изначально был изобретен в России, в 1891 году, инженером В. Шуховым. Он представляет собой расщепление углеводородов до форм с меньшим числом атомов углерода в одной молекуле.

Переработка нефти и газа при 600 градусах Цельсия

Принцип работы крекинг-заводов приблизительно такой же, как и установок атмосферного давления вакуумных производств. Но здесь обработка сырья, которое чаще всего представлено мазутом, производится при температурах, близких к 600 С. Под таким воздействием углеводороды, составляющие мазутную массу, распадаются на более мелкие, из которых и состоит тот же керосин или бензин. Термический крекинг базируется на обработке высокими температурами и дает бензин с большим количеством примесей, каталитический – также на температурной обработке, но с добавлением катализаторов (к примеру, специальной глиняной пыли), что позволяет получить больше бензина хорошего качества.

Гидрокрекинг: основные типы

Добыча и переработка нефти сегодня может включать различные виды гидрокрекинга, который представляет собой комбинацию процессов гидроочистки, расщепления крупных молекул углеводородов на более мелкие и насыщения непредельных углеводородов водородом. Гидрокрекинг бывает легким (давление 5 МПа, температура около 400 С, используется один реактор, получается, преимущественно, дизельное топливо и материал для каталитического крекинга) и жестким (давление 10 МПа, температура около 400 С, реакторов несколько, получаются дизельные, бензиновые и керосиновые фракции). Каталитический гидрокрекинг позволяет изготавливать ряд масел с высоким коэффициентов вязкости и малым содержанием углеводородов ароматического и сернистого типа.

Вторичная переработка нефти, кроме того, может использовать следующие технологические процессы:

Висбрекинг. В этом случае при температурах до 500 С и давлениях в пределах от половины до трех МПа из сырья за счет расщепления парафинов и нафтенов получают вторичные асфальтены, углеводородные газы, бензин.

Коксование нефтяных остатков тяжелого типа – это глубокая переработка нефти, когда сырье при температурах, близких к 500 С под давлением 0,65 МПа обрабатывают для получения газойлевых компонентов и нефтяного кокса. Стадии процесса заканчиваются получением «коксового пирога», которому предшествуют (в обратном порядке) уплотнение, поликонденсация, ароматизация, циклизация, дегидрирование и крекинг. Кроме того, продукт подлежит также высушиванию и прокаливанию.

Риформинг. Данный способ обработки нефтепродуктов был придуман в России в 1911 году, инженером Н. Зелинским. Сегодня риформинг каталитического плана используется для того, чтобы из лигроиновых и бензиновых фракций получать высококачественные ароматические углеводороды и бензины, а также водородосодержащий газ для последующей переработки в гидрокрекинге.

Изомеризация. Переработка нефти и газа в данном случае предполагает получение из химического соединения изомера за счет изменений в углеродном скелете вещества. Так из низкооктановых компонентов нефти выделяют высокооктановые компоненты для получения товарных бензинов.

Алкилирование. Этот процесс строится на встраивании алкильных замещающих в молекулу органического плана. Таким образом из углеводородных газов непредельного характера получают составляющие для высокооктановых бензинов.

Стремление к евростандартам

Технология переработки нефти и газа на НПЗ постоянно совершенствуется. Так, на отечественных предприятиях отмечено увеличение эффективности переработки сырья по параметрам: глубина переработки, увеличение отбора светлых нефтепродуктов, снижение безвозвратных потерь и др. В планы заводов на 10-20-е годы двадцать первого века входит дальнейшее увеличение глубины переработки (до 88 процентов), повышение качества выпускаемых продуктов до евростандартов, снижение техногенного воздействия на окружающую среду.

Из продуктов переработки нефти и их дальнейшей химической переработки путём смешения (компаундирования) в необходимом соотношении изготавливаются многочисленные и разнообразные нефтепродукты, которые можно подразделить на следующие группы:

1) топлива (бензины, керосины, дизельные и котельные топлива);

2) смазочные масла;

3) парафины, церезины;

4) пластичные смазки;

5) битумы;

7) сырьё для нефтехимического и основного органического синтеза;

8) прочие нефтепродукты разного назначения.

Нефтяные топлива подразделяются на моторные или светлые нефтепродукты, применяемые для сжигания в двигателях, и котельные — для сжигания в топках паровых котлов и в промышленных печах. Первые из них, в свою очередь, делятся на карбюраторные, дизельные топлива и топлива для реактивных авиационных двигателей.

Карбюраторным топливом для двигателей внутреннего сгорания является бензин. Бензин в настоящее время — важнейший нефтепродукт, так как служит топливом для двигателей, устанавливаемых на автомашинах и винтомоторных самолётах.

Авиационный бензин является более лёгким, плотность его 0,73-0,76 г/см 3 , т. кип. 40-180°С; автомобильный — более тяжёлый, плотность его 0,74-0,77 г/см 3 , т. кип. 50-200°С. Важнейшей характеристикой бензина как топлива является его стойкость к детонации.

Детонационная стойкость карбюраторного топлива характеризуется октановым числом и определяется на специальных установках путём сравнения образцов испытываемого топлива с набором эталонного топлива. В качестве эталонного топлива применяют смеси, составленные из изооктана, обладающего высокими антидетонационными свойствами, и нормального гептана, сильно детонирующего вещества. Детонационная стойкость изооктана принимается за 100, а н-гептана — за ноль. Октановое число топлива численно равно процентному содержанию изооктана в эталонной смеси, детонирующей одинаково с испытуемым образцом топлива. Наибольшей детонационной стойкостью обладают сильно разветвлённые алканы, а также арены, а наиболее низкой — нормальные алканы и циклоалканы с неразветвлёнными боковыми цепями. Алкены нормального строения имеют более высокие октановые числа, чем нормальные алканы с тем же числом атомов углерода. Октановое число бензина зависит, следовательно, от относительного содержания в нём углеводородов указанных классов и их строения. Бензин прямой перегонки из нафтеновых нефтей имеет октановые числа 65-78, а из парафинистых нефтей — 40-60.

Стойкость бензина к детонации сильно повышается (на 10-20 октановых единиц) при растворении в нём небольших количеств антидетонатора. В качестве антидетонатора применяется тетраэтилсвинец (ТЭС) – Pb(C 2 H 5) 4 , весьма ядовитое вещество. ТЭС вводится обычно в виде смеси (этиловой жидкости) с бромистым этилом и a-хлорнафталином, которые способствуют удалению из двигателя образующихся окислов свинца, переводя их в летучие галогениды. В настоящее время тетраэтилсвинец находит всё меньшее применение, так как оказывает вредное воздействие на окружающую среду. Для повышения октановых чисел сейчас используют более экологически безопасные добавки: метилтретбутиловый эфир, молибденовые композиции, алкилаты и т.д.

В качестве топлива для воздушно-реактивных двигателей применяют полученный перегонкой нефти дистиллят с т. кип. 150-250 0 С (реактивное топливо ТС-1) или 150-280 0 С (топливо Т-1).

В связи с всё возрастающим распространением дизельных двигателей в различных видах транспорта с каждым годом всё большее значение приобретает дизельное топливо . Для быстроходных (тракторных, тепловозных и автомобильных) дизелей применяется продукт перегонки парафинистой нефти — газойль или смесь его или солярового масла с керосином (т. кип. 200-350 0 С).

Способность дизельного топлива давать воспламенение в цилиндре двигателя характеризуется цетановым числом. Цетановое число есть показатель воспламеняемости дизельного топлива, численно равный (в %) содержанию цетана (н-гексадекана) в такой его смеси с a-метилнафталином, которая по воспламеняемости в двигателе эквивалентна испытуемому топливу. Цетановое число цетана принято равным 100, а a-метилнафталина — нолю. Цетановое число зависит от химического состава топлива: наибольшее цетановое число у алканов, меньшее у циклоалканов, самое низкое — у аренов. Чем выше цетановое число, тем лучше качество дизельного топлива.

Котельные топлива готовят смешиванием остаточных продуктов прямой перегонки (мазута, полугудрона и гудрона) с остаточными продуктами термических и некоторых каталитических процессов.

К газообразным нефтяным топливам относятся попутные газы и газы, получаемые при переработке нефти и нефтепродуктов.

Вторая группа нефтепродуктов — смазочные (минеральные) масла; назначение их — образовывать слой смазки между соприкасающимися частями машин, станков и двигателей.

Таким путём трение между частями механизмов заменяется внутренним трением в смазке. Поэтому важнейшей характеристикой смазочных масел наряду с температурой вспышки и застывания является их вязкость.

Смазочные масла разделяют по областям их применения: индустриальные — веретённое, машинное и др.; для двигателей внутреннего сгорания — автотракторные (автолы), авиационные масла и др.; трансмиссионные; турбинные; компрессорные; для паровых машин; масла специального назначения. Смазочные масла изготавливают смешением очищенных остаточных и дистиллятных масел.

Для современных механизмов и двигателей применяют смазочные масла только с присадками — веществами, улучшающими их эксплуатационные качества.

Из смазочных масел, полученных из парафинистых нефтей, во избежание их застывания при низких температурах вследствие выделения твёрдых высших алканов (парафина) производится их удаление — депарафинизация. Масло растворяют чаще всего в смеси метилэтилкетона, бензола и толуола, охлаждают до -20 или -40 0 С и отфильтровывают твёрдый парафин, после чего отгоняют из масла смесь растворителей. Для депарафинизации дизельного топлива используют также способность мочевины образовывать труднорастворимые комплексные соединения с высшими н-алканами, которые отделяют и разлагают нагреванием до 60-75 0 С на мочевину и жидкий парафин .

После очистки твёрдый парафин применяется как изолятор в электротехнике, для пропитывания спичек и кож, для изготовления свечей. Окислением кислорода воздуха превращают его в синтетические жирные кислоты, используемые в мыловарении. Сплавлением со смазочным маслом получают вазелин, применяемый в медицине и парфюмерии.

Жидкий парафин после растворения в бензине очищают обработкой противоточно движущимся твёрдым адсорбентом от примеси ароматических углеводородов и затем отгоняют растворитель. Его используют для получения высших жирных спиртов.

Некоторые виды микроорганизмов способны усваивать парафин в присутствии раствора солей, содержащих азот, фосфор и калий и синтезировать на их основе белок. Центрифугированием отделяют массу микроорганизмов и применяют её в качестве добавки к корму животных — белково-витаминного концентрата; он богат различными витаминами, а белок содержит много незаменимых аминокислот.

Диспергированием в смазочных маслах загустителей (Ca, Na или Al- мыл) получают мазеобразные продукты — консистентные смазки (солидол, консталин и др.), применяемые для смазки частей механизмов, работающих при повышенных температурах и давлении, и для предохранения металлических предметов от коррозии.

Нефтяные битумы получают окислением гудронов смолистых нефтей, а также смешением с асфальтами. Битумы представляют собой твёрдые или жидкие водонерастворимые материалы.

Коксованием остаточных продуктов нефтепереработки в специальных кубах или печах получают нефтяной кокс . Кокс представляет собой пористую твёрдую массу от серого до чёрного цвета. Он употребляется как твёрдое топливо, а также при изготовлении электродов для электрических печей, различных изделий для электропромышленности и для производства искусственных графитов.

Кроме того, из продуктов переработки нефти получают:

1) осветительный керосин;

2) растворители. В качестве растворителей используют бензин (фр.

45-170 0 С), петролейный эфир (фр. 40-70 0 С и 70-100 0 С), уайт-спирит (фр. 165-200 0 С). Обычно растворители получают из нефтяных попутных газов на газофракционирующих установках, установках первичной перегонки нефти и при каталитическом риформинге;

3) смазочно-охлаждающие жидкости;

4) нефтяные кислоты и их соли;

5) деэмульгаторы нефтяных эмульсий.

Продукты переработки нефти. Из нефти получают следующие продукты: 1) топлива-жидкие и газообразные, 2) осветительные керосины, 3) растворители, 4) смазочные масла, 5) консистентные смазки, 6) твердые и полутвердые смеси углеводородов — парафин, церезин, вазелин и т. д., 7) нефтяные битумы и пеки, 8) нефтяные кислоты и их производные — мылонафты, сульфокислоты, жирные кислоты и пр., 9) индивидуальные углеводороды — этилен, пропилен, метан, бензол, толуол, ксилол и другие, являющиеся сырьем для химической промышленности.

По масштабам производства главенствующее положение принадлежит жидким и газообразным топливам, смазочным маслам и, в последнее время, индивидуальным углеводородам.

Нефтяные жидкие топлива в зависимости от путей их использования делятся на: 1) моторные бензины, 2) тракторное топливо, 3) дизельное топливо, 4) котельное топливо, 5) топливо для реактивных и турбореактивных двигателей.

Моторные бензины применяются как топливо для поршневых карбюраторных двигателей с зажиганием от искры, которыми оборудованы самолеты, автомобили, мотоциклеты и т.

Бензины должны обладать следующими свойствами: иметь определенный фракционный состав, давление насыщенных паров, детонационные свойства и химическую стабильность, не должны коррозировать аппаратуру.

Нефтеперерабатывающая промышленность вырабатывает более 500 наименований газообразных, жидких и твердых нефтепродуктов. Их принято классифицировать по назначению. Основными и наиболее известными группами нефтепродуктов являются:

Моторные топлива в зависимости от принципа работы двигателя подразделяют на: карбюраторные (авиационные и автомобильные бензины), реактивные и дизельные. Энергетические топлива: газотурбинные и котельные. Нефтяные масла: смазочные и несмазочные (несмазочные масла предназначены не для смазки, а для применения в качестве рабочих жидкостей в тормозных системах, трансформаторах, конденсаторах и т.п.). Кроме того, существуют следующие группы нефтепродуктов: углеродные и вяжущие материалы: нефтяные коксы (применяются для изготовления электродов и коррозионноустойчивой аппаратуры), битумы (дорожное строительство — в виде асфальта-, а также производство электро- и гидроизоляционных материалов) и нефтяные пеки (изготовление электродов).

Нефтехимическое сырье: ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы, нафталин и др., применяются для получения красителей и фармацевтических препаратов, в качестве растворителей), сырье для пиролиза — разложения химических соединений при нагревании -, парафины и церезины (жидкие парафины служат сырьем для получения белково-витаминных концентратов, синтетических жирных кислот и поверхностно-активных веществ).

Нефтепродукты специального назначения подразделяются на: термогазойль (сырье для производства технического углерода), консистентные смазки, осветительный керосин, присадки к топливам и маслам, деэмульгаторы, элементную серу, водород и др.

Определение химической стабильности нефтепродуктов.

Химическая стабильность — склонность бензинов к смолообразованию, изменению химического состава при его хранении и при работе двигателей внутреннего сгорания. Химическая стабильность определяется составом топлива и снижается в присутствии олефинов и диолефинов.

6) В чем заключается подготовка нефти в переработке.

От чего очищают нефтепродукты и с какой целью.

Глубина переработки нефти

Глубина переработки нефти (ГПН) — показатель, характеризующий эффективность использования сырья.

В России ГНП определяют как суммарный выход в процентах на нефть всех нефтепродуктов, кроме непревращенного остатка.

3а рубежом глубину переработки нефти определяют как суммарный выход светлых нефтепродуктов на нефть, то есть как глубину топливной переработки нефти.

По величине ГПН можно косвенно судить о насыщенности НПЗ вторичными процессами и структуре выпуска нефтепродуктов. НПЗ с высокой долей вторичных процессов располагает возможностью для производства большего количества нефтепродуктов на тонну сырья, и, следовательно, для более углубленной переработки нефти

Какой аппарат предназначен для разделения нефти на фракции.

Читайте также:

На сегодняшний день основным природным источником углеводородов является нефть. Первые нефтеперерабатывающие заводы строили именно в местах добычи, однако техническая модернизация средств перевозки стала причиной отделения нефтепереработки от нефтедобычи. Центры переработки нефти все чаще строятся вдали от мест добычи, в регионах массового потребления нефтепродуктов или вдоль нефтепроводов.

Процесс переработки нефти

Переработка нефти происходит в три главных этапа:

• на первом этапе нефтяное сырье разделяют на фракции, которые отличаются интервалами температур кипения (первичная переработка)
• далее осуществляется переработка полученных фракций при помощи химических превращений находящихся в них углеводородов с образованием компонентов товарных нефтепродуктов (вторичная переработка)
• на последнем этапе происходит смешивание компонентов с добавлением, если это необходимо, разных присадок, с образованием товарных нефтепродуктов с заданными показателями качества (товарное производство).

На нефтеперерабатывающих заводах производят моторные и котельные топлива, сжиженные газы, разные типы сырья для нефтехимических комбинатов, а также смазочные, гидравлические и прочие масла, битумы, нефтяные коксы, парафины. Исходя из того, какая применяется технология переработки нефти, на НПЗ производят от 5 до 40 позиций товарных нефтепродуктов. Нефтепереработка является непрерывным процессом, период деятельности производств между капитальными ремонтами в нынешних условиях достигает около 3-х лет.

Первичная переработка нефти

Первичные процессы переработки не предполагают химических изменений нефти и представляют собой ее физическое разделение на фракции. На территории России главные объёмы перерабатываемой сырой нефти привозятся на НПЗ от добывающих компаний по магистральным нефтепроводам. Незначительные объемы нефти привозятся по железной дороге. В странах-импортёрах нефти, которые обладают выходом к морю, поставка на припортовые НПЗ производится по воде.
В сырой нефти содержатся соли, которые вызывают быструю коррозию технологической аппаратуры. Чтобы удалить соли нефть смешивают с водой, в которой эти соли растворяются. Далее нефть подается на ЭЛОУ — электрообессоливащий аппарат. Процедура обессоливания ведется в электродегидраторах. В условиях тока высокого напряжения (свыше 25 кВ), смесь воды и нефти (эмульсия) разрушается, вследствие чего вода скапливается внизу аппарата и выводится. Все это происходит при температуре от 100 до 120°С. Нефть, из которой удалены соли, с ЭЛОУ подается на аппарат атмосферно-вакуумной перегонки, который на российских НПЗ называют АВТ — атмосферно-вакуумная трубчатка. Процесс АВТ разделен на два блока — атмосферную и вакуумную перегонку.
Задача атмосферной перегонки заключается в отборе светлых нефтяных фракций — бензиновой, керосиновой и дизельной, которые выкипают до 360°С. Объем их потенциального выхода достигает 45-60% на нефть. Остатком атмосферной перегонки является мазут. Нагретая в печи нефть разделяется на отдельные фракции в ректификационной колонне, внутри которой находятся контактные приспособления (тарелки). Сквозь эти тарелки пары поднимаются вверх, а жидкость стекает вниз. Вследствие такого процесса вверху колонны отводится бензиновая фракция в виде паров, а пары керосиновой и дизельных фракций превращаются в конденсат в других частях колонны и выводятся, а мазут не меняет своего состояния и в жидком виде откачивается с низа колонны.
Задачей вакуумной перегонки является отбор от мазута масляных дистиллятов на НПЗ топливно-масляного профиля, а также широкой масляной фракции (вакуумного газойля) на НПЗ топливного профиля. По окончанию вакуумной перегонки остается гудрон. Масляные фракции нужно отбирать под вакуумом потому, что при температуре около 400°С углеводороды подвергаются термическому разложению (крекингу), а окончание кипения вакуумного газойля составляет 520°С.

По этой причине перегонка проводится в условиях остаточного давления 40-60 мм рт. ст., вследствие чего снижается максимальная температура в аппарате до 360-380°С.
В получаемой на атмосферном блоке бензиновой фракции содержатся газы (главным образом пропан и бутан) в объёме, который превышает требования по качеству, и не может быть использован ни в качестве компонента автомобильного бензина, ни в качестве товарного прямогонного бензина. Помимо этого, нефтепереработка, направленная на увеличение октанового числа бензина и изготовления ароматических углеводородов предполагает использование в качестве сырья узкие бензиновые фракции. Следовательно, необходимо включать в процесс переработки нефти отгон от бензиновой фракции сжиженных газов. Продукты первичной переработки нефти необходимо охладить в теплообменниках, где они отдают тепло подводимому на переработку холодному сырью, в результате чего экономится технологическое топливо. Высокотехнологичные аппараты первичной переработки чаще всего являются комбинированными и могут осуществлять вышеперечисленные процессы в разной конфигурации. Мощность подобных аппаратов достигает от 3 до 6 млн. тонн по сырой нефти ежегодно.

Вторичная переработка нефти

Вторичные способы переработки нефти включают такие процедуры, которые направлены на увеличение количества производимых моторных топлив. В ходе таких процессов осуществляется химическая модификация молекул углеводородов, находящихся в составе нефти, чаще всего, с их преобразованием в более удобные для окисления формы.
Все вторичные процессы делятся на три категории:

• углубляющие: разные виды крекинга, висбрекинг, замедленное коксование, создание битумов и прочие
• облагораживающие: риформинг, гидроочистка, изомеризация
• прочие, к примеру, производство масел, МТБЭ, алкилирование, производство ароматических углеводородов.

Крекинг

Существуют такие виды крекинга:

• термический
• каталитический
• гидрокрекинг.

Автомобильные бензины имеют в своем составе углеводороды с 4-12 атомами углерода, в дизельном топливе содержатся углеводороды с 12-25 атомами, а в масле — с 25-70 атомами. При увеличении числа атомов растет и масса молекул. Посредством крекинга происходит расщепление тяжелых молекул на более легкие и их превращение в легко кипящие углеводороды. При этом образуются бензиновые, керосиновые и дизельные фракции.
В термическом крекинге выделяют:

• парофазный крекинг, при котором нефть нагревают до 520-550°С и давлении 2-6 атм. На сегодняшний день этот метод является устаревшим и не используется, потому что характеризуется низкой производительности и большим содержанием (до 40%) непредельных углеводородов в конечном продукте
• жидкофазный крекинг осуществляется при температура 480-500°С и давлении 20-50 атм. Возрастает уровень производительности, уменьшается объем (25-30%) непредельных углеводородов. Бензиновые фракции, полученные термическим крекингом, применяют как компонент товарных автомобильных бензинов. Топлива после такого процесса имеют низкую химическую стабильность, которую можно улучшить при помощи введения в топливо особых антиокислительных добавок.

Каталитический крекинг является более совершенным технологическим процессом. Во время этого процесса происходит расщепление тяжелых молекул углеводородов нефти в условиях температуры 430-530°С и давления, которое близко к атмосферному в присутствии катализаторов. Задача катализатора — направить процесс и способствовать изомерации предельных углеводородов, а также реакции превращения из непредельных в предельные. Бензин, полученный таким образом, отличается высокой детонационной стойкостью и химической стабильностью.
Кроме этого используется подвид каталитического крекинга — гидрокрекинг. В ходе данного процесса тяжелое сырье разлагается при помощи водорода при температуре 420-500°С и давлении 200 атм. Реакция возможна только в особом реакторе в присутствии катализаторов (окиси W, Mo, Pt). Результатом гидрокрекинга является топливо для турбореактивных силовых агрегатов.
В процессе каталитического риформинга происходит ароматизация бензиновых фракций вследствие каталитического преобразования нафтеновых и парафиновых углеводородов в ароматические. Помимо ароматизации молекулы парафиновых углеводородов подвергаются изомерации, самые тяжелые углеводороды расщепляются на более мелкие.

Продукты переработки нефти

Всем известно, что нефть — это ценнейшее сырье является для производства топлива для различных средств передвижения, к примеру, бензин и дизельное топливо для автомобилей, авиационный керосин для реактивных двигателей самолетов. Топливо — это главный продукт переработки нефти. Однако одним топливом переработка нефти не заканчивается. Сегодня из нефти производят огромное количество других полезных компонентов, применяемых в совершенно неожиданных вещах. Подобные продукты переработки нефти мы используем в нашей повседневной жизни, но не подозреваем об их происхождении.
Самым востребованным на сегодняшний день можно назвать полиэтилен или пластик. Миллионами тонн полиэтиленовый пластик расходуется для создания пластиковых мешков, пищевых контейнеров и прочих товаров массового использования.
Наверно все люди когда-либо использовали вазелин. Его изобрел английский химик Роберт Чезбро, который был крайне любопытен и наблюдателен, вследствие чего сумел разглядеть полезные качества этого вещества в остатках переработки нефти еще в конце 19 века. Сегодня вазелин применяется в медицине, в косметологии и даже как пищевая добавка.
Косметикой и в частности губной помадой женщины пользуются не одно тысячелетие. Раньше губная помада содержала различные вредные компоненты. Однако сегодня она обладает рядом полезных качеств, а в ее состав входят углеводороды: жидкий и твердый парафин, церезин.
Еще одним популярнейшим продуктом, в составе которого присутствуют углеводороды, является жевательная резинка.

В ее основе лежат не только природные компоненты, но и полиэтиленовые и парафиновые смолы. Вследствие того, что жвачка состоит из полученных нефтепереработкой полимеров, она разлагается крайне долго. По этой причине не нужно бросать жвачку на улице, так как она будет лежать в земле много много лет.
Пожалуй, самый уникальный материал, получаемый из нефти - это нейлон. Современную жизнь сложно представить без нейлоновых колготок. Нейлон — очень крепкий и легкий материал. Одними колготками его использование не заканчивается. Из него изготавливают средства для мытья посуды и парашюты. Изобрели этот полимер в 1935 году специалисты компании DuPont.

нефть, переработка нефти, нефтепереработка

Продукты из нефти

Удивительно, но когда начинаешь разбираться в том, что сегодня делают из нефти, оказывается, что чуть ли не все товары, которыми мы пользуемся в повседневной жизни, имеют в своем составе продукты переработки нефти. Таких продуктов насчитывается порядка 6000, а может даже и больше. В этой статье перечислены только некоторые из них.

Все мы знаем, что нефть является сырьем для получения топлива для наших средств передвижения (бензина и дизельного топлива для автомобилей, авиационного керосина для реактивных двигателей самолетов). Топливо является одним из основных продуктов, которые получают из нефти. Но помимо топлива из нефти получают массу других полезных компонентов, которые используются в совершенно неожиданных вещах. Этими продуктами переработки нефти мы пользуемся в нашей повседневной жизни, даже не задумываясь об их происхождении.

Одним из наиболее распространенных продуктов переработки нефти являются полиэтилен или пластик . Пластик играет чрезвычайно важную роль в современном мире. Миллионы тонн полиэтиленового пластика расходуются для изготовления пластиковых мешков, пищевых контейнеров и других потребительских товаров. Использование пластика удобно тем, что он может принимать любую необходимую форму. Кроме того, свойства изделий из пластика также можно изменять в соответствии с заданными условиями.

Вазелин – также хорошо известный и широко распространенный продукт. Вазелин изобретен английским химиком Робертом Чезбро, который благодаря своему любопытству и наблюдательности смог разглядеть полезные свойства этого продукта в остатках переработки нефти еще в конце 19 века. Вазелин сегодня используется в медицинских целях, в косметике и даже как пищевая добавка.

Губная помада . Косметику в целом и губную помаду в частности женщины используют на протяжении тысячелетий. Раньше в составе губной помады часто присутствовали вредные компоненты. Сегодня губная помада благодаря развитию химии имеет не только эстетический эффект, но также увлажняющий, питательный, противовоспалительный эффекты. Одним из компонентов губной помады являются углеводороды: жидкий и твердый парафин, церезин и другие.

Аспирин . Аспирин уже давно зарекомендовал себя в качестве одного из самых надежных и безопасных препаратов. Ежегодно употребляется несколько миллиардов таблеток аспирина для того, чтобы избавиться от головной боли, от жара. Препарат также принимается в качестве профилактического метода борьбы с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Ацетилсалициловая кислота в сочетании с химическим салицином и дают эффект избавления от боли. Однако, производство аспирина начинается с бензола и углеводорода, которые являются производными нефтепродуктов.

Еще одним распространенным продуктом, имеющем в своем составе углеводороды, является жевательная резинка . Основа жевательной резинки изготавливается как из природных компонентов, так и из полиэтиленовых и парафиновых смол. Из-за того, что в жвачке используются полученные из нефти полимеры, ее разложение происходит очень длительное время. Поэтому не стоит выбрасывать жвачку на улице, иначе она, как и полиэтиленовые пакеты, пролежит в земле долгие и долгие годы.

Немнущаяся одежда , которая обретает свои свойства благодаря добавлению в ткань волокон полиэстера.

Полиэстер является полимером, получаемым в результате переработки нефти. Он производится в виде волокон, пленки или пластмассы. Благодаря добавлению полиэстера ткани обретают полезные в применении свойства. Они не мнутся, легко стираются, не растягиваются и не садятся после стирки.

Панели солнечных батарей . Альтернативные источники энергии, такие как солнечные батареи, призваны заменить собой невозобновляемые источники энергии. Но по иронии судьбы для их изготовления также необходимы продукты переработки нефти. Дело в том, что фотоэлементы, преобразующие солнечную энергию в электрическую, наносятся на панели, изготовляемые из нефтяных смол.

Еще один уникальный материал, который мы получаем из нефти – это нейлон . Миллионы современных женщин носят нейлоновые колготки для комфорта и для того, чтобы соответствовать модным тенденциям. Нейлон — крепкое, легкое синтетическое волокно – имеет широкое применение. Сегодня нейлон используется при изготовлении огромного количества вещей, начиная от средств для мытья посуды и заканчивая парашютами. Также нейлон находит применение в промышленности для изготовления втулок, подшипников и т.п. Изобретен этот полимер в 1935 году в лаборатории компании DuPont.

В детстве многие из нас пользовались цветными парафиновыми карандашами .

И это тоже продукт переработки нефти. Такие карандаши изготавливаются из парафиновых смол. Из них же, кстати, делают и свечи.