8.2. Продукты переработки нефти

При переработке нефти в настоящее время получают следую­ щие нефтепродукты:

•топлива;

•нефтяные масла;

•парафины; церезины; вазелины;

•нефтяные битумы; осветительные керосины; растворители;

•прочие (нефтяной кокс, сажу, консистентные смазки и др.).

Топлива К числу получаемых из нефти топлив относятся автомобиль­ ные и авиационные бензины, а также реактивные, дизельные,

газотурбинные и котельные топлива. Рассмотрим основные из них. Автомобильные бензины применяются в карбюраторных двигате­

лях. Все автомобильные бензины делятся на следующие виды:

летние, предназначенные для применения во всех районах, кроме северных и северо-восточных, в период с 1 апреля по 1 октября, в южных районах—в течение всех сезонов; зимние, предназначенные для применения в течение всех

сезонов в северных и северо-восточных районах, и с 1 октября по 1 апреля—в остальных районах.

Одной из важнейших эксплуатационных характеристик бензинов является их детонационная стойкость. Чем она больше, тем выше может быть степень сжатия двигателя и соответственно будут больше его удель­ ная мощность и ниже расход топлива.

Детонационная стойкость бензинов выражается в октановых числах, определяемых на специальных установках моторным (ГОСТ 511-82) или исследовательским (ГОСТ 8226-82) методами. Октановое число равно количеству изооктана в смеси с н-гептаном, эквивалентному по детона­ ционной стойкости испытываемому бензину.

Для повышения детонационной стойкости бензинов и соответствен­ ного повышения октанового числа в них вводят тетраэтилсвинец в коли­ честве до 3,3 г на 1 кг бензина. Тетраэтилсвинец является ядовитым ве­ ществом. Поэтому при работе с этилированными бензинами необходимо соблюдать меры предосторожности. В настоящее время от него постепен­ но отказываются.

Промышленностью выпускаются автомобильные бензины марок А-72, А-76, А-80, А-92, АИ-91, АИ-93, АИ-95 (А —автомобильный; цифры—окта-

новое число; буква И указывает, что октановое число определено по иссле­ довательскому методу).

Авиационные бензины предназначены для применения в поршневых авиационных двигателях. Их марки—Б -9 1 /1 15, Б -95/130, Б-92 и Б-70 (Б — бензин; цифра в числителе—октановое число; цифра в знаменателе—сорт­ ность на богатой смеси).

В настоящее время производство и потребление авиационных бензи­ нов резко снизилось в связи с переходом авиации от поршневых двигате­ лей к реактивным. Доля авиационных бензинов составляет около 2 % от общего производства бензинов.

Дизельные топлива используются в двигателях с воспламенением от сжатия и в некоторых типах газотурбинных двигателей.

Для различных условий применения отечественная промышлен­ ность вырабатывает топливо трех марок (ГОСТ 305-82):

Л(летнее)—для применения при положительной температуре окружающего воздуха;

3(зимнее)—для применения при температуре окружающего воздуха до -2 0 вС (температура застывания не выше - 3 5 °С)

и до - 3 0 вС (температура застывания не выше - 4 5 °С);

А(арктическое)—для применения при температуре окружающего воздуха до -5 0 “С.

Основными характеристиками дизельных топлив являются темпера­ тура вспышки, температура застывания и содержание серы.

Температура, при которой пары топлива в смеси с воздухом вспыхи­ вают при поднесении огня, называется температурой вспышки. Она ха­ рактеризует испаряемость и огнеопасность дизельного топлива. Для топ­ лива марки Л температура вспышки должна быть не ниже 40 °С, а для марки 3 —не ниже 35 вС.

По содержанию серы различают дизельные топлива, в которых ее не более 0,2 % и в которых ее больше 0,2, но не более 0,5 % по массе.

Сведения о температуре вспышки или застывания, а также о содер­ жании серы содержатся в условном обозначении дизельных топлив. Так, запись Л -0,2-40 означает, что это дизельное топливо летнее с массовой до­ лей серы до 0,2 % и температурой вспышки 40 “С. А запись 3-0,2-35 озна­ чает, что это дизельное топливо зимнее с массовой долей серы до 0,2 % и температурой застывания - 3 5 "С.

Реактивные топлива используются в газотурбинных двигателях са­ молетов и вертолетов. Чтобы получать от бортового запаса топлива, огра­ ниченного емкостью баков и начальным полетным весом самолета, воз­ можно больше энергии, необходимо, чтобы это топливо имело высокую теплоту сгорания. И з массовых и дешевых видов нефтяных топлив этим требованиям лучше всего удовлетворяют керосины.

На заре развития реактивной авиации ее потребность в топливе пол­ ностью удовлетворялась топливом Т-1, получаемым из малосернистых нефтей. Однако уже в 50-е годы возникла необходимость расширения производства реактивных топлив, что было сделано за счет переработ­ ки восточных сернистых нефтей. В результате было разработано топливо ТС-1, ставшее наиболее массовым типом реактивных топлив.

Кроме того, производятся реактивные топлива марок Т-2, Т-б, Т-8.

В качестве тракторного топлива используются керосины и лигроины. Для газовых турбин, используемых в промышленности, энергетике, вод­ ном и наземном транспорте, топливом служат мазуты и газойли. В каче­ стве котельных топлив применяются флотский мазут марок Ф5 и Ф12 (цифра —условная вязкость при 40 вС), а также топочный мазут марок М40, М100, М200.

Нефтяные масла Ассортимент выпускаемых нефтяных масел очень многообразен: моторные, индустриальные, цилин­ дровые, турбинные, компрессорные, трансмиссионные, осевые, электро­

изоляционные и др.

Моторные масла применяются для смазки авиационных, автомо­ бильных и дизельных двигателей; индустриальные—для смазки про­ мышленного оборудования (машин и механизмов); цилиндровые—для смазки золотников и цилиндров поршневых паровых машин; турбин­ ны е—для смазки и охлаждения подшипников различных турбоагрега­ тов и генераторов электрического тока; компрессорные—для смазки ци­ линдров, штоков и клапанов компрессоров, воздуходувок и холодильных машин; трансмиссионные—для смазки зубчатых передач в большинстве машин и механизмов; осевые—для смазки шеек осей железнодорожных вагонов, колесных пар тепловозов, паровозов и других узлов трения под­ вижного состава железнодорожного транспорта; электроизоляционные (трансформаторные, конденсаторные и кабельные)—для использования в качестве диэлектрика и охлаждающей жидкости в электроустановках.

Другие нефтепродукты Товарные парафины используют в качестве сырья для производства синтетических кис­ лот и спиртов, являющихся основой для производства моющих веществ.

Парафин применяют в медицине, пищевой промышленности (тара

иобертки из парафинированной бумаги и картона), производстве спичек, свечей, древесноволокнистых плит и других изделий.

Церезин применяют при производстве смазок, вазелинов, кремов

ив качестве электроизоляционного материала.

Вазелины бывают естественные, искусственные, технические и ме­ дицинские. Естественный вазелин получают из парафинистых мазутов. Искусственный вазелин—это смесь минерального масла и парафина, тех­ нический—смесь парафина с индустриальным маслом, а медицинский — смесь белого церезина и парафина с парфюмерным маслом.

Нефтяные битумы применяют при изготовлении гидроизоляцион­ ных и кровельных материалов, в дорожном строительстве.

Осветительные керосины применяют для бытовых нужд.

К растворителям, вырабатываемым из нефти, относятся:

1)бензин-растворитель БР-1, применяемый в резиновой промышленности;

2)уайт-спирит, применяемый в лакокрасочной промышленности;

3)экстракционный бензин, применяемый в процессах экстракции. Нефтяной кокс применяют для изготовления электродов, в электро­

металлургической промышленности, са ж у —в резиновой промышленно­ сти, а также для изготовления карандашей, изоляционных материалов, копировальной бумаги, красок и т. д. К консистентным смазкам относят­ ся солидолы, технические вазелины и др.

8.3. Основные этапы нефтепереработки

С момента поступления на нефтеперерабатывающий завод нефть и получаемые из нее нефтепродукты проходят следующие основ­ ные 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. 8.1.

Подготовка нефти к переработке Для обеспечения высоких показа­ телей работы установок по перера­ ботке нефти в них необходимо подавать нефть с содержанием солей нс

более 6 г/л и воды 0,2 %. Поэтому нефть, поступающую на нефтеперера­ батывающий завод (Н П З), подвергают дополнительному обезвожива­ нию и обессоливанию.

Эта доочистка осуществляется на элсктрообсссоливающих установ­ ках ЭЛОУ (рис. 8.2). Нефть несколькими потоками с помощью насосов 1

г ^ - i

Рис. 8.2. Принципиальная схема электрообессоливающей установки:

1 ,4 —насос; 2 —подогреватель; 3 —элсктродегидратор первой ступени;

5 —электродегидратор второй ступени;

I —сырая нефть; II—деэмульгатор; III—сброс воды;

IV —подача щелочной воды; V —обессоленная и обезвоженная нефть

прокачивается через подогреватели 2, где нагревается отработавшим па­ ром. После этого в нее добавляются деэмульгатор (для разрушения водо­ нефтяной эмульсии) и щелочная вода (для вымывания солей). Основное количество воды отделяется в электродегидраторе первой ступени 3. Окончательное обезвоживание нефти осуществляется в электродегидра­ торе второй ступени 5.

Первичная переработка нефти Переработка нефти начинается с ее перегонки. Нефть представляет со­

бой сложную смесь большого количества взаимно растворимых углево­ дородов, имеющих различные температуры начала кипения. В ходе пере­ гонки, повышая температуру, из нефти выделяют углеводороды, выкипаю­ щие в различных интервалах температур.

Для получения данных фракций применяют процесс, называе­

мый ректификацией и осуществляемый в ректификационной колонне. Ректификационная колонна представляет собой вертикальный цилин­ дрический аппарат высотой 20...30 м и диаметром 2...4 м. Внутренность колонны разделена на отдельные отсеки большим количеством горизон­ тальных 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 углево­ дороды, бензиновая, керосиновая и дизельная фракции переходят в паро­ образное состояние, а жидкая фаза с температурой кипения выше 350 ‘С

представляет собой мазут.

После ввода данной смеси в ректификационную колонну мазут сте­ кает вниз, а углеводороды, находящиеся в парообразном состоянии, под­ нимаются вверх. Кроме того, вверх поднимаются пары углеводородов, ис­ паряющиеся из мазута, нагреваемого в нижней части колонны до 350 °С.

Поднимаясь вверх, пары углеводородов за счет контакта с жидкос­ тью (орошением), подаваемой сверху, постепенно охлаждаются. Поэтому их температура в верхней части колонны становится равной 100...180 “С.

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 топлив­ ному варианту) производится на атмосферных трубчатых установках (АТ). Для более глубокой переработки нефти используются атмосфер­ но-вакуумные трубчатые установки (АВТ), имеющие кроме атмосферно­ го вакуумный блок, где из мазута выделяют масляные фракции (дистил­ ляты), вакуумный газойль, оставляя в остатке гудрон.

Вторичная переработка нефти Классификация методов вторич­ ной переработки нефти приведена на

рис. 8.3. Все они делятся на две группы—термические и каталитические. К термическим методам относятся термический крекинг, коксова­

ние и пиролиз.

Термический крекинг—это процесс разложения высокомолекуляр­ ных углеводородов на более легкие при температуре 470...540вС и давле­ нии 4...6 МПа. Сырьем для термического крекинга является мазут и дру­ гие тяжелые нефтяные остатки. При высоких температуре и давлении длинноцепочные молекулы сырья расщепляются. Продукты реакции раз­ деляются с получением топливных компонентов, газа и крекинг-остатка.

К оксование—это форма термического крекинга, осуществляемого при температуре 450...550вС и давлении 0,1...0,6 МПа. При этом получа­ ются газ, бензин, керосино-газойлевые фракции, а также кокс.

П иролиз—это термический крекинг, проводимый при температуре 750...900 °С и давлении, близком к атмосферному, с целью получения сы­ рья для нефтехимической промышленности. Сырьем для пиролиза явля­ ются легкие углеводороды; содержащиеся в газах, бензины первичной пе­ регонки, керосины термического крекинга, керосино-газойлевая фрак­ ция. Продукты реакции разделяются с получением индивидуальных не­ предельных углеводородов (этилен, пропилен и др.). Из жидкого остат­ ка, называемого смолой пиролиза, могут быть извлечены ароматические углеводороды.

К каталитическим методам относятся каталитический крекинг и риформинг.

Рис» 8.3. Классификация методов вторичной переработки нефти

Каталитический крекинг—это процесс разложения высокомолеку­ лярных углеводородов при температурах 450...500вС и давлении 0,2 М Па в присутствии катализаторов—веществ, ускоряющих реакцию крекинга

ипозволяющих осуществлять ее при более низких, чем при термическом крекинге, давлениях.

Вкачестве катализаторов используются, в основном, алюмосиликаты

ицеолиты.

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

Риформинг—это каталитический процесс перереботки низкооктано­ вых бензиновых фракций, осуществляемый при температуре около 500 °С и давлении 2...4 МПа. В результате структурных преобразований октано­ вое 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 нефтя­ ных фракций в присутствии водорода, вводимого в систему извне. Гидрогенизационные процессы протекают в присутствйи катализаторов при температуре 260...430 *С и давлении 2...32 МПа.

Таким образом, применение гидрогенизационных процессов позво­ ляет углубить переработку нефти, обеспечив увеличение выхода светлых

нефтепродуктов, а также удалить нежелательные примеси серы, кислоро­ да, азота (гидроочистка).

К гидрогенизационным относятся следующие процессы:

1)деструктивная гидрогенизация;

2)гидрокрекинг;

3)недеструктивная гидрогенизация (гидроочистка).

Данные процессы требуют больших капиталовложений и резко уве­

личивают эксплуатационные расходы, что ухудшает технико-экономиче­ ские показатели заводов. Затраты тем больше, чем выше давление, при­ меняемое в процессе, чем более тяжелым по плотности и фракционному составу является сырье и чем больше в нем серы.

Очистка нефтепродуктов Фракции (дистилляты), получаемые в ходе первичной и вторичной переработки неф­ ти, содержат в своем составе различные примеси. Состав и концентрация

примесей, содержащихся в дистиллятах, зависят от вида используемого сырья, применяемого процесса его переработки, технологического режи­ ма установки. Для удаления вредных примесей дистилляты подвергают­ ся очистке.

Очистка светлых нефтепродуктов Нежелательными примесями в дис­ тиллятах светлых нефтепродуктов являются сернистые соединения, нафтеновые кислоты, непредельные со­

единения, смолы, твердые парафины. Присутствие в моторных топливах сернистых соединений и нафтеновых кислот вызывает коррозию деталей двигателей. Непредельные соединения в топливах при хранении и экс­ плуатации образуют осадки, загрязняющие систему топливопроводов и препятствующие нормальной эксплуатации двигателей. Повышенное содержание смол в топливе приводит к нагарообразованию, осаждению смол на деталях камер сгорания. Присутствие в нефтепродуктах твердых углеводородов приводит к увеличению температуры их застывания, в ре­ зультате чего парафин осаждается на фильтрах, ухудшается подача топ­ лива в цилиндры, двигатель глохнет.

К отдельным нефтепродуктам предъявляются специфические требо­ вания. Так, в осветительных керосинах нежелательно присутствие арома­ тических углеводородов, образующих коптящее пламя. Наличие арома­ тических углеводородов в ряде растворителей (например, уайт-спирите) делает последние токсичными.

Для удаления вредных примесей из светлых нефтепродуктов приме­

няются следующие процессы:

1)щелочная очистка (выщелачивание);

2)кислотно-щелочная очистка;

3)депарафинизация;

4)гидроочистка;

5)ингибирование.

Щ елочная очистка заключается в обработке бензиновых, керосино­ вых и дизельных фракций водными растворами каустической или кальци­ нированной соды. При этом из бензинов удаляют сероводород и частично меркаптаны, из керосинов и дизельных топлив—нафтеновые кислоты.

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

Депарафинизация используется для понижения температуры за­ стывания дизельных топлив и заключается в обработке дистиллята рас­ твором карбамида. В ходе реакции парафиновые углеводороды образуют

скарбамидом соединение, которое сначала отделяется от продукта, а за­ тем 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...430вС и давлении 3...7 МПа в присутствии катализато­ ра 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.

Очистка смазочных масел Для очистки смазочных масел применяют следующие процессы:

•селективную очистку растворителями; депарафинизаци ю;

•гидроочистку;

•деасфальтизацию;

•щелочную очистку.

Селективными растворителями называют вещества, которые обла­ дают способностью извлекать при определенной температуре из нефте-