Паливо в технологічних процесах (стр. 2 из 2)
Пряма перегонка нафти ґрунтується на різниці температур кипіння окремих фракцій вуглеводнів, близьких за фізичними властивостями. Цьому способу переробки піддається практично вся нафта. Перегонку проводять в умовах, при яких не відбувається розкладання вуглеводнів і вихід легких дистилятів невеликий (вихід бензину лише 5-15%). Є перегонка одностадійна і двоступенева.
При перегонці нафта подається через теплообмінник 3 до трубчастої печі 1 (рис. 2), де нагрівається до 300-350°С. Нагріта нафта надходить до випарної частини ректифікаційної колони 2, де відбувається її випаровування. Колона працює під атмосферним тиском. Низькокиплячі фракції перетворюються в пару і піднімаються вгору а висококиплячий мазут стікає до низу колони. Усередині колони встановлено тарілки (перфоровані листи з отворами) для проходження пари і рідини. Пароподібні продукти в ректифікаційній колоні розпадаються на фракції на відповідних тарілках (бензин, лігроїн, гас, соляровий дистилят), мазут стікає вниз. Колона обладнана конденсаторами 4, де зріджується відхідна пара. Частина конденсату йде на зрошення колони, решта спрямовується у збірник 5. Висота колони до 50 м, вона містить до 80 тарілок.
Техніко - економічні показники.
Після переробки отримують 14-15% бензину, 7-8% лігроїну, 18% гасу, 5-6% солярового дистиляту, решта - мазут. Продуктивність сучасних установок становить до 12 млн. т нафти на рік. Отриманий при перегонці бензин містить певну частину ненасичених вуглеводнів і потребує очищення.
Рис. 5. Схема перегонки нафти
Бензин - рідке пальне для карбюраторних двигунів внутрішнього згоряння. Важливою експлуатаційною характеристикою бензину є його детонаційна стійкість, тобто здатність нормального спалювання у двигуні при різних умовах. Детонація - згоряння пального із швидкістю вибуху. Антидетонаційні властивості бензину оцінюють октановим числом, а для авіаційних бензинів іще сортністю. Чим вище октанове число, тим кращі його антидетонаційні властивості.
Октанове число визначають порівнянням детонаційних властивостей бензину і стандартної суміші з ізооктану (його октанове число 100) і н-гептану (октанове число - 0). Процентний вміст ізооктану в суміші, котра детонує при тому самому ступені стискання, що й досліджуваний бензин, є мірою його антидетонаційних властивостей і називається його октановим числом.
Октанове число можна підвищувати, додаючи спеціальні речовини - антидетонатори (тетраетилсвинець в суміші з бромистим етилом і монохлорнафталіном - етилована рідина). Можна додавати високооктанові світлі нафтопродукти - ізооктан, триптан, кумол. Добавки етилованої рідини є шкідливими для навколишнього середовища.
При двоступеневій перегонці переробляють мазут. Процес проходить при вищих температурах (400-450°С) і під вакуумом (тиск понижений до 0,06-0,09 МПа). При цьому з мазуту отримують мастильні фракції і гудрон (27-30%), із гудрону -бітуми або кокс.
Для збільшення виходу бензину та інших світлих продуктів застосовують хімічні способи переробки отриманих при перегонці нафтопродуктів, котрі передбачають часткове розкладання молекул важких вуглеводнів. Це крекінг і риформінг. Процеси крекінгу або риформінгу, що здійснюються при високих температурах без каталізатора, називаються термічним крекінгом або термічним риформінгом. При використанні каталізаторів їх відповідно називають каталітичним крекінгом або каталітичним риформінгом. Є декілька різновидів крекінгу і риформінгу.
Крекінг нафтопродуктів дає змогу збільшити вихід бензину на 60-70%о від кількості перероблюваної сировини. Слово крекінг означає розщеплення, руйнування. Для руйнування молекул головним фактором є температура, і чим вона вища, тим краще і повніше відбувається процес, тим вищий вихід продуктів крекінгу. Впливає на хід і напрям процесу каталізатор. Підбираючи його, можна здійснювати реакції при нижчих температурах.
Термічний крекінг найчастіше проводять під високим тиском (2-7 МПа) і при температурі 450-540°С. Сировиною для крекінгу є мазут, гудрон, напівгудрон. Спочатку сировина в ректифікаційній колоні змішується з важкими фракціями крекінг-продуктів, а далі подається у трубчасту піч. У печі при температурі 470-480°С проходить крекінг. При цьому крекінгу піддається 2/3 сировини. Суміш продуктів крекінгу і непрореагованої сировини поступає у реакційну камеру, де при температурі 500°С крекінг-процес завершується. Речовини, що не піддаються крекінгу (крекінг-залишок), відділяються у випарнику. Парофазні продукти для розділення проходять через дві ректифікаційні колони.
Техніко-економічні показники.
При термічному крекінгу отримують крекінг-бензин (35-45%), крекінг-газ (10-15%), крекінг-залишок (50-55%). Бензин, отриманий при термічному крекінгу, містить до 30^10% ненасичених вуглеводнів, що робить їх хімічно і фізично нестабільними і знижує їх цінність. Використовують їх як компоненти автомобільних бензинів.
Крекінг-гази використовують як паливо і сировину для синтезу органічних сполук. Крекінг-залишок є сумішшю смолистих та асфальтенових речовин та непрореагованої сировини. Його використовують як котельне паливо і сировину для одержання бітумів.
Каталітичний крекінг нафтопродуктів (солярові та гасові фракції) проводять з використанням каталізаторів. Каталізаторами є глини деяких видів, алюмосилікати, можна використовувати хром, оксид молібдену, платину. При каталітичному крекінгу розщеплення вуглеводнів відбувається за тими ж схемами, що і при термічному.
Техніко-економічні показники.
Такий крекінг потребує менших енергетичних витрат, протікає швидше, умови крекінгу більш м'які, вища якість бензину. Бензин каталітичного крекінгу має малий вміст (3-5%) нестабільних вуглеводнів, низький вміст сірки, високе октанове число. Вихід бензину 35-40% і більше.
При каталітичному крекінгу утворюється 15-20% газів, що є цінною сировиною для органічного синтезу.
Риформінг є різновидом крекінгу і відрізняється від нього вихідною сировиною, котрою є низькооктанові бензини або лігроїн, з яких отримують високооктанові бензини або сировину для хімічного синтезу. Мета риформінгу - поліпшення якості бензину, підвищення його октанового числа. Існує ряд промислових процесів риформінгу, що відрізняються між собою каталізаторами, тиском, температурою, методами регенерації каталізатора. Технологічні схеми риформінгу аналогічні схемам каталітичного крекінгу. Під час риформінгу відбувається зміна структури компонентів бензину і лігроїну.
Техніко-економічні показники.
Бензин, одержаний при риформінгу відзначається високою якістю. Він має високі антидетонаційні властивості, низький вміст сірки, високий вміст ароматичних вуглеводнів. Вихід бензину складає 90%. Крім бензину при риформінгу отримують 5-15% газів, що є цінною сировиною хімічної промисловості.
Продукти, отримані при переробці нафти, очищують, оскільки вони містять домішки, що погіршують їх властивості. Найчастіше застосовують фізико-хімічпі та хімічні способи очищення.
5. Переробка газоподібного палива
До газоподібних видів палива належать природні та супутні гази, гази від переробки нафти, генераторні гази, коксовий та доменний гази та ін. їх використовують як паливо та як сировину для хімічної промисловості. Методи їх переробки залежать від призначення, складу, властивостей. При використанні газу як палива його лише очищують від шкідливих домішок та вилучають газовий бензин. Для потреб хімічної промисловості гази очищують і розділяють на індивідуальні компоненти. Для хімічної переробки найбільш придатні гази природні, супутні та гази нафтопереробки.
Основними методами переробки газів є: очищення від шкідливих домішок, вилучення легкокиплячих вуглеводнів (газового бензину), поділ газів на окремі компоненти, хімічна переробка газової сировини, одержання з газу сажі.
Розділення газів - один з найпоширеніших способів переробки газоподібного палива. Найчастіше використовують адсорбцію, абсорбцію, охолодження стисненої газової суміші. Перед розділенням гази звільняють від оксидів азоту та шкідливих домішок (газів, вуглеводнів).
Абсорбція - поглинання газоподібних і пароподібних речовин розчинником. Процес протікає в абсорбційних колонах під тиском і при охолодженні. Розчин виходить із колони, поступає в десорбер, де з нього вилучаються гази. Розчинник після охолодження повертають знову на абсорбцію, вилучені вуглеводні розділяють за допомогою ректифікації.
Адсорбція - поглинання газів і рідин твердим поглиначем (активоване вугілля). Далі вуглеводні відганяють і ректифікують.
Найповніше газові суміші розділяють конденсаційно-ректифікаційнім методом. Суміш стискають і охолоджують до 100°С. При цьому вуглеводні С2 - С5 зріджуються, а метан і водень залишаються в газовій фазі. Рідкі вуглеводні під тиском при низьких температурах піддають ректифікації. Отримують метан, етан, пропан, бутан, етилен, пропілен, бутилен, дивініли, амілени, пентани і вищі вуглеводні.
Подальша хімічна переробка вуглеводнів відбувається методами конверсії, піролізу, каталітичного дегідрування, ізомеризації, гідрування, гідратації, нітрування, окислення, полімеризації. З продуктів переробки газів отримують полімери, лаки, фарби, лікарські препарати тощо.
Висновок
Різні технологічні процеси потребують сировину, паливо та енергію.
Нами було розглянуто паливо, а саме його якість та раціональне і комплексне використання остатнього.
Література
1. Колотило Д.М. Системи технологій і екологія промисловості – К., НМКВО, 1992 – 143 с.
2. Основы технологии важнейших отраслей промышленности. Ч.I, II/ Под ред. И.В. Ченцова – Минск, Вышейшая шк., 1989
3. Технологічні процеси галузей промисловості: Навч. посіб. / За ред.. Д.М. Колотила, А.Т. Соколовського – К, КНЕУ, 2008 – 372 с.