Нефть Удмуртии

   Различают перегонку с однократным, многократным и постепенным испарением. При  перегонке с однократным испарением нефть нагревают до определенной температуры и отбирают все фракции, перешедшие в паровую фазу. Перегонка  нефти с многократным испарением производится с поэтапным нагреванием  нефти, и отбиранием на каждом этапе  фракций нефти с соответствующей  температурой перехода в паровую  фазу. Перегонку нефти с постепенным  испарением в основном применяют  в лабораторной практике для получения  особо точного разделения большого количества фракций. Отличается от других методов перегонки нефти низкой производительностью.

   Процесс первичной переработки нефти (прямой перегонки), с целью получения  нефтяных фракций, различающихся по температуре кипения без термического распада, осуществляют в кубовых  или трубчатых установках при  атмосферном и повышенном давлениях  или в вакууме. Трубчатые установки  отличаются более низкой достаточной  температурой перегоняемого сырья, меньшим крекингом сырья, и большим  КПД. Поэтому на современном этапе  нефтепереработки трубчатые установки  входят в состав всех нефтеперерабатывающих  заводов и служат поставщиками как  товарных нефтепродуктов, так и сырья  для вторичных процессов (термического и каталитического крекинга, риформинга).

   В настоящее время перегонку нефти  в промышленности производят на непрерывно действующих трубчатых установках. У них устраивается трубчатая печь, для конденсации и разделения паров сооружаются огромные ректификационные колонны, а для приёма продуктов перегонки выстраиваются целые городки резервуаров.

   Трубчатая печь представляет собой помещение, выложенное внутри огнеупорным кирпичом. Внутри печи расположен многократно  изогнутый стальной трубопровод. Длина труб в печах достигает километра. Когда завод работает, по этим трубам непрерывно, с помощью насоса, подаётся нефть с большой скоростью – до двух метров в секунду. Печь обогревается горящим мазутом, подаваемым в неё при помощи форсунок. В трубопроводе нефть быстро нагревается до 350-370°. При такой температуре более летучие вещества нефти превращаются в пар.

   Так как нефть – это смесь углеводородов  различного молекулярного веса, имеющих  разные температуры кипения, то перегонкой её разделяют на отдельные нефтепродукты. При перегонке нефти получают светлые нефтепродукты: бензин (t_кип 90-200°С), лигроин (t_кип 150-230°С), керосин (t_кип 180-300°С), легкий газойль – соляровое масло (t_кип 230-350°С), тяжелый газойль (t_кип 350-430°С), а в остатке – вязкую черную жидкость – мазут (t_кип выше 430°С). Мазут подвергают дальнейшей переработке. Его перегоняют под уменьшенным давлением (чтобы предупредить разложение) и выделяют смазочные масла.

   При перегонке с однократным испарением нефть нагревают в змеевике какого-либо подогревателя до заранее заданной температуры. По мере повышения температуры  образуется все больше паров, которые  находятся в равновесии с жидкой фазой, и при заданной температуре  парожидкостная смесь покидает подогреватель  и поступает в адиабатический испаритель. Последний представляет собой пустотелый цилиндр, в котором  паровая фаза отделяется от жидкой. Температура паровой и жидкой фаз в этом случае одна и та же.

   Перегонка с многократным испарением состоит  из двух или более однократных  процессов перегонки с повышением рабочей температуры на каждом этапе.

   Четкость  разделения нефти на фракции при  перегонке с однократным испарением хуже по сравнению с перегонкой с  многократным и постепенным испарением. Но если высокой четкости разделения фракций не требуется, то метод однократного испарения экономичнее: при максимально  допустимой температуре нагрева  нефти 350-370°С (при более высокой  температуре начинается разложение углеводородов) больше продуктов переходит  в паровую фазу по сравнению с  многократным или постепенным испарением. Для отбора из нефти фракций, выкипающих выше 350-370°С, применяют вакуум или  водяной пар. Использование в  промышленности принципа перегонки  с однократным испарением в сочетании  с ректификацией паровой и  жидкой фаз позволяет достигать  высокой четкости разделения нефти  на фракции, непрерывности процесса и экономичного расходования топлива  на нагрев сырья. 

   6. Устройство и действие  ректификационной  тарельчатой колонны.

    В зависимости от внутреннего устройства, обеспечивающего контакт между  восходящими парами и нисходящей жидкостью (флегмой), ректификационные колонны делятся на насадочные, тарельчатые, роторные и др. В зависимости от давления они делятся на ректификационные колонны высокого давления, атмосферные  и вакуумные. Первые применяют в  процессах стабилизации нефти и  бензина. Атмосферные и вакуумные  ректификационные колоны в основном применяют при перегонке нефтей, остаточных нефтепродуктов и дистилляторов.

   Принципиальная  схема для промышленной перегонки  нефти приведена на рисунке. Исходная нефть прокачивается насосом  через теплообменники 4, где нагревается  под действием тепла отходящих  нефтяных фракций и поступает  в огневой подогреватель (трубчатую  печь) 1.

   В трубчатой печи нефть нагревается  до заданной температуры и входит в испарительную часть (питательную  секцию) ректификационной колонны 2.

   В процессе нагрева часть нефти  переходит в паровую фазу, которая  при прохождении трубчатой печи все время находится в состоянии  равновесия с жидкостью. Как только нефть в виде парожидкостной смеси  выходит из печи и входит в колонну (где в результате снижения давления дополнительно испаряется часть  сырья), паровая фаза отделяется от жидкой и поднимается вверх по колонне, а жидкая перетекает вниз. Паровая фаза подвергается ректификации в верхней части колонны. В  ректификационной колонне размещены  ректификационные тарелки, на которых  осуществляется контакт поднимающихся  по колонне паров со стекающей  жидкостью (флегмой). Флегма создается  в результате того, что часть верхнего продукта, пройдя конденсатор-холодильник 3, возвращается на верхнюю тарелку  и стекает на нижележащие, обогащая поднимающиеся пары низкокипящими  компонентами.

   Для ректификации жидкой части сырья  в нижней части ректификационной части колонны под нижнюю тарелку  необходимо вводить тепло или  какой-либо испаряющий агент 5. В результате легкая часть нижнего продукта переходит  в паровую фазу и тем самым создается паровое орошение. Это орошение, поднимаясь с самой нижней тарелки и вступая в контакт со стекающей жидкой фазой, обогащает последнюю высококипящими компонентами.

   В итоге сверху колонны непрерывно отбирается низкокипящая фракция, снизу  – высококипящий остаток.

   Испаряющий  агент вводится в ректификационную колону с целью повышения концентрации высококипящих компонентов в  остатке от перегонки нефти. В  качестве испаряющего агента используются пары бензина, лигроина, керосина, инертный газ, чаще всего – водяной пар.

   В присутствии водяного пара в ректификационной колонне снижается парциальное  давление углеводородов, а следовательно  их температура кипения. В результате наиболее низкокипящие углеводороды, находящиеся в жидкой фазе после  однократного испарения, переходят  в парообразное состояние и вместе с водяным паром поднимаются  вверх по колонне. Водяной пар  проходит всю ректификационную колонну  и уходит с верхним продуктом, понижая температуру в ней  на 10-20°С. На практике применяют перегретый водяной пар и вводят его в  колонну с температурой, равной температуре  подаваемого сырья или несколько  выше (обычно не насыщенный пар при  температуре 350-450°С под давлением 2-3 атмосферы).

   Влияние водяного пара заключается в следующем:

• интенсивно перемешивается кипящая жидкость, что способствует испарению низкокипящих углеводородов;
• создается большая поверхность испарения тем, что испарение углеводородов происходит внутрь множества пузырьков водяного пара.

   Расход  водяного пара зависит от количества отпариваемых компонентов, их природы  и условий внизу колонны. Для  хорошей ректификации жидкой фазы внизу  колонны необходимо, чтобы примерно 25% ее переходило в парообразное состояние.

   В случае применения в качестве испаряющего  агента инертного газа происходит большая  экономии тепла, затрачиваемого на производство перегретого пара, и снижение расхода  воды, идущей на его конденсацию. Весьма рационально применять инертный газ при перегонке сернистого сырья, т.к. сернистые соединения в  присутствии влаги вызывают интенсивную  коррозию аппаратов. Однако инертный газ  не получил широкого применения при перегонке нефти из-за громоздкости подогревателей газа и конденсаторов парогазовой смеси (низкого коэффициента теплоотдачи) и трудности отделения отгоняемого нефтепродукта от газового потока.

   Удобно  в качестве испаряющего агента использовать легкие нефтяные фракции – лигроино-керосино-газойлевую фракцию, т.к. это исключает применение открытого водяного пара при перегонке  сернистого сырья, вакуума и вакуумсоздающей  аппаратуры и, в то же время, избавляет  от указанных сложностей работы с  инертным газом.

   Чем ниже температура кипения испаряющего  агента и больше его относительное  количество, тем ниже температура  перегонки. Однако чем легче испаряющий агент, тем больше его теряется в  процессе перегонки. Поэтому в качестве испаряющего агента рекомендуется  применять лигроино-керосино-газойлевую фракцию.

   В результате перегонки нефти при  атмосферном давлении и температуре 350-370°С остается мазут, для перегонки  которого необходимо подобрать условия, исключающие возможность крекинга и способствующие отбору максимального  количества дистилляторов. Самым распространенным методом выделения фракций из мазута является перегонка в вакууме. Вакуум понижает температуру кипения  углеводородов и тем самым  позволяет при 410-420°С отобрать дистилляты, имеющие температуры кипения  до 500°С (в пересчете на атмосферное  давление). Нагрев мазута до 420°С сопровождается некоторым крекингом углеводородов, но если получаемые дистилляторы затем  подвергаются вторичным методам  переработки, то присутствие следов непредельных углеводородов не оказывает  существенного влияния. При получении  масляных дистилляторов разложение их сводят к минимуму, повышая расход водяного пара, снижая перепад давления в вакуумной колонне и др. Существующие промышленные установки способны поддерживать рабочее давление в ректификационных колоннах 20 мм рт. ст. и ниже.

   Рассмотренные методы перегонки нефти дают достаточно четкие разделения компонентов, однако оказываются непригодными, когда  из нефтяных фракций требуется выделить индивидуальные углеводороды высокой  чистоты (96-99%), которые служат сырьем для нефтехимической промышленности (бензол, толуол, ксилол и др.).

   7. Устройство ректификационных  тарелок.

    В тарельчатых  колоннах 1 для повышения площади  соприкосновения потоков пара и  флегмы применяют большое число (30-40) тарелок специальной конструкции. Флегма стекает с тарелки на тарелку  по спускным трубам 3, причем перегородки 4 поддерживают постоянный уровень  слоя жидкости на тарелке. Этот уровень  позволяет постоянно держать  края колпаков 2 погруженными во флегму. Перегородки пропускают для стока  на следующую тарелку лишь избыток  поступающей флегмы. Принципом действия тарельчатой колонны является взаимное обогащения паров и флегмы за счет прохождения под давлением паров  снизу вверх сквозь слой флегмы на каждой тарелке. За счет того, что пар  проходит флегму в виде мельчайших пузырьков площадь соприкосновения  пара и жидкости очень высока.

   Конструкции тарелок разнообразны. Применяют  сетчатые, решетчатые, каскадные, клапанные, инжекционные и комбинированные  тарелки. Конструкцию тарелок выбирают исходя из конкретных технологических  требований (степень четкости разделения фракций, требование к интенсивности  работы, необходимость изменения  внутренней конструкции колонны, частота  профилактических и ремонтных работ  и др.). 
 
 
 
 
 
 
 

   8. Крекинг нефти.

   При первичной перегонке нефть подвергается только физическим изменениям. От неё  отгоняются лёгкие фракции, т. е. отбираются части её, кипящие при низких температурах и состоящие из разных по величине углеводородов. Сами углеводороды остаются при этом неизменёнными. Выход бензина, в этом случае, составляет лишь 10-15%. Такое количество бензина не может удовлетворить всё возрастающий спрос на него со стороны авиации и автомобильного транспорта.

   При крекинге нефть подвергается химическим изменениям. Меняется строение углеводородов. В аппаратах крекинг-заводов происходят сложные химические реакции. Выход бензина из нефти значительно увеличивается (до 65-70 %) путем расщепления углеводородов с длинной цепью, содержащихся, например, в мазуте, на углеводороды с меньшей относительной молекулярной массой. Такой процесс называется крекингом (от англ. crack – расщеплять).