Вступ
Тема реферату «Переробка нафти і нафтопродуктів» з дисципліни «Загальна хімічна технологія».
Мета роботи – розглянути питання:
- Добування нафти, її склад.
- Головні нафтопродукти.
- Методи переробки нафти: перегонка, термічний і каталітичний крекінг, піроліз, риформінг.
Нафта і рідкі нафтопродукти, що одержують при її переробці, служать основними рідкими паливами. Раціональне використання нафти базується на її глибокій хімічній переробці з максимальним виходом легких, світлих продуктів (бензин) і газоподібної вуглеводневої сировини для хімічної промисловості.
Нафта залягає в пористих шарах осадових порід на глибині від 100 до 6000 метрів, обсяг скупчень може досягати мільярдів кубометрів. Покладам нафти супроводжують побіжні пальні гази, які знаходяться під великим тиском. Витяг нафти проводять різними методами:
– фонтанним;
– компресорним;
– глибинно-насосним.
Нафта, що надходить на поверхню, у своєму складі містить:
- побіжні гази - 50-100 м3/т,
- воду - 200-300 кг/т;
- мінеральні солі: 10-15 кг/т.
Тому на нафтових промислах роблять підготовку нафти до переробки. Вона полягає в наступному:
1) видалення розчинених газів;
2) видалення мінеральних солей; .
3) зневоднювання нафтової емульсії.
Одночасно зі зневоднюванням відбувається і знесолення нафти.
Нафта являє собою складну суміш різноманітних хімічних сполук: у першу чергу - вуглеводнів.
До складу нафти входять:
1) рідкі і розчинені тверді парафінові вуглеводні (алкани);
2} нафтенові вуглеводні ( циклоалкани);
3) ароматичні вуглеводні (арени).
Нафта містить: нафтенові кислоти, смолисті й асфальтові речовини, сірчисті сполуки, азотисті сполуки й інші. Елементарний склад нафти (у % мас): - вуглець 83-87, водень 12,5-14, сірка 0,3-3, кисень 0,1-1,азот до 0,4.
2. Основні нафтопродукти
На НПЗ із нафти виробляють:
1) індивідуальні парафінові, олефинові й ароматичні сполуки, котрі є сировиною органічного синтезу;
2) пальні і мастильні матеріали;
3) моторні палива (авіаційні, автомобільні бензини, керосин, лігроїн),
4) дизельне паливо;
5) тверді і напіврідкі суміші парафинів (парафін, вазелін);
6) бітуми,електродний кокс, розчинники;
7) мастила.
3. Класифікація нафти
За хімічним складом нафти відносять до: парафінових; парафіно-нафтенових; нафтенових; парафіно-нафтено-ароматичних; нафтено-ароматичних; ароматичних.
По вмісту S нафти відносяться до: малосірчаних S до 0,5%; сірчаних S 0,5-2%; високосірчаних S>2%.
По густині нафти підрозділяють на: легкі d1515<0.828 ; втяжеленні d1515 =0,828-0,884; тяжкі d1515 >0,884.
Згідно технологічній класифікації нафти, прийнятої в Україні, клас нафти характеризує вміст сірки, тип — вихід моторних палив, група та подгрупа — вихід та якість мастил, вид — вміст парафінів у нафті. Технологічна класифікація діє з 1967 р.
Класи нафти:
1 – вміст S<=0.2%,
2 - вміст S від 0.2 до 2%,
3 - вміст S>2%.
Типи нафти:
1 – вміст світлих >=55%;
2 – вміст світлих 45,0-54,9%;
3 – вміст світлих <45%.
Групи нафти:
1 – вміст базових мастил >25% (у мазуті >45%);
2 - вміст базових мастил 15-24,9% (<45%);
3 - вміст базових мастил 15-24,9% (30-45%);
4 - вміст базових мастил <15% (<30%).
Підгрупи нафти:
1 – індекс в’язкості базових мастил >95;
2 - індекс в’язкості базових мастил 90-95;
3 - індекс в’язкості базових мастил 85-90;
4 - індекс в’язкості базових мастил <85.
Види нафти:
1 – малопарафіністі, вміст твердих парафінів<1,5%;
2 – парафіністі — 1,5-6%;
3 – високопарафіністі — >6%.
З цих показників створюють шифр нафти.
Наприклад, самотлорська нафта має шифр 21122.
Це сірчана (тип 2 S»1%), парафініста (вид 2 — твердих парафінів »2,3%), нафта з вмістом світлих до 60% — тип 1, зі значним вмістом базових мастил (група 1, підгрупа2). Клас нафти дозволяє визначити вміст S в нафтових фракціях, вид — можливість отримання літніх та зимових палив.
4. Методи переробки нафти
Розрізняють первинні і вторинні методи переробки нафти.
Первинні (фізичні) методи засновані на різних температурних інтервалах кипіння окремих фракцій нафти - це прямий відгін нафти.
Вторинні (хімічні) методи засновані на повному перетворенні нафтової сировини під дією підвищеної температури і тиску, а також застосування каталізаторів; це різні види крекінгу і риформінгу нафти.
Усі методи засновані на високотемпературних ендотермічних процесах і реакціях, тобто для їхнього здійснення необхідне підведення тепла ззовні.
5. Первинна переробка нафти (прямий відгін нафти)
У промислових умовах перегонка нафти здійснюється одноразовим випаром з подальшою ректифікацією, при якій відбирають наступні світлі фракції: бензинову (до 180 °С), гасову (120-315 °С), дизельну чи гасо-газойлеву (180-350 °С) і різні проміжні відгони. Світлі фракції за допомогою наступного очищення, змішання, а іноді і після вторинного перегону перетворюються в продукти прямого гону нафти.
До світлих товарних нафтопродуктів прямого перегону відносять бензин (автомобільний і авіаційний), розчинник у лакофарбовому виробництві, що заміняє скипидар, ("уайт-спірит"), розчинник для гумової промисловості, екстракційний, петролейний ефір, лігроїн (приладовий), гас (освітлювальний, для технічних цілей). Мазут переробляється перегоном під вакуумом для одержання масляних фракцій.
Дистиляційні олії (авіаційні, автомобільні, дизельні, індустріальні і білі), що утворюються після перегону мазуту, відбираються за в'язкістю, а не за температурою кипіння і густиною.
Залишок після перегону мазуту (вище 500 °С) називається гудроном, чи напівгудроном у залежності від в'язкості. Використовуються вони для готування високов'язких мастил, будівельних і дорожніх нафтових бітумів. "Залишковими оліями" називають продукти, що одержують з гудронів екстракцією органічними розчинниками
Перегоном нафти називають процес її термічного поділу на частини (фракції) без помітного розкладання вуглеводнів, що входять до складу нафти, Здійснюють на одно- або двоступінчатих установках. В одноступінчатих установках перегонку ведуть при атмосферному тиску з одержанням моторних палив і мазуту, що застосовується як паливо.
Більш раціональне застосування двоступінчатих установок:
- на першій ступіні при атмосферному тиску одержують моторні палива і мазут;
- на другій ступіні при зниженому тиску виділяють з мазута мастила і гудрон, що переробляється в пек, асфальт, нафтовий кокс. Перегонку ведуть під вакуумом, щоб не відбувалося розщеплення важких вуглеводнів.
6. Термічні процеси переробки
У залежності від умов і призначення поділяються на:
- термічний крекінг;
- піролиз;
- коксування.
Так як, нафта складається з великого числа індивідуальних вуглеводнів, при високих температурах будуть протікати різноманітні реакції. Поряд з термічним розпадом будуть здійснюватися реакції синтезу, ізомеризації, причому багато з цих реакцій - оборотні.
Для деструктивної переробки нафтової сировини характерні наступні реакції: деалкілування (укорочення бічних парафінових ланцюгів ), полімеризація, циклізація алкенів (алкени в сировині відсутні, але утворюються при дегідруванні алканів), дециклизація (утворюються ароматичні вуглеводні), розпад моноциклічних вуглеводнів на алкани й алкени.
7. Деструктивна перегонка нафти (крекінг)(вторинні або хімічні методи переробки)
У результаті первинної переробки нафти з неї виділяють у виді окремі фракції речовини, що входять у її склад. Використання деструктивних методів дозволяє одержувати нові речовини, що є товарними продуктами, необхідними для різних галузей народного господарства.
Процеси крекінгу поділяються на:
1) термічні - процеси розщеплення вуглеводнів під дією високих температур і тиску;
2) термокаталитичні – процеси, які протікають під впливом температури в присутності каталізаторів.
Переваги термокаталітичних процесів:
- протікають з більшою швидкістю при більш низьких температурі і тиску, за рахунок застосування каталізаторів;
- збільшується вихід коштовних продуктів, підвищується їхня якість за рахунок застосування селективних каталізаторів;
- можливість одержання продуктів заданого складу.
Термічний крекінг
Як сировина для крекінгу служать різні фракції: газойль, солярка, гас, мазут, гудрон, а також бензин прямого перегону нафти. Різні види сировини доцільно піддавати крекінгу окремо, підбираючи для кожного процесу відповідні умови.
Термічний крекінг здійснюється в двох основних варіантах: у рідкій фазі (тиск 2-7 МПа, температура 450-500 °С) і в паровій фазі (тиск 0,2 - 0,5 МПа, температура 550-600 °С). При рідкофазному крекінгу більший вихід бензину і менше газу, ніж при парофазному крекінгу.
Крекінг нижчих алканів і прямогінних бензинів, у складі яких є рідкі алкани, може служити джерелом одержання ненасичених вуглеводнів, тому що вони піддані в цих умовах в основному реакціям дегідрування. Середні і вищі алкани в умовах крекінгу розщеплюються на граничні і неграничні вуглеводні з меншою молекулярною масою.
Константа швидкості реакції крекінгу алканів при одній і тій же температурі росте зі збільшенням їхньої молекулярної маси. Тому для досягнення однакової глибини перетворення важкої нафтової сировини потрібно менше часу, ніж при крекінгу легких фракцій.
Механізм крекінгу олефінів досить складний, оскільки одночасно протікають реакції розкладу і синтезу. Реакції розкладу починаються лише при температурах вище 425 °С. Як і при крекінгу алканів первинною реакцією розкладання олефінів є насичені та ненасичені вуглеводні, або водень і діолефін.
Нафтени більш стабільні за алкани. Розщеплення протікає за радикальним неланцюговим механізмом. Можливо також протікання реакції гідрогенізації нафтенів з послідовним утворенням з циклогексану, наприклад, спочатку циклоолефінів, потім циклодіолефінів і бензолу. У нафтенів з довгими бічними ланцюгами відбувається при крекінгу їхнє укорочення (деалкіліровання). Біциклічні нафтени піддаються дециклізації.