Продукти і методи переробки нафти

Звичайна сира нафта зі свердловини - це зеленувато-коричнева легко займиста масляниста рідина з різким запахом. Після видобутку вона зберігається у великих резервуарах, звідки транспортується танкерами або по трубопроводах у резервуари переробних заводів. На багатьох заводах різні типи сирої нафти розділяються по властивостям відповідно до результатів попередньої лабораторної переробки. Вона вказує приблизну кількість бензину, гасу, мастил, парафіну й мазуту, яку можна виробити з даної нафти. Хімічно нафти дуже різні й змінюються від парафінових, які складаються здебільшого з парафінових вуглеводнів, до нафтенових або асфальтенових, які містять в основному циклопарафінові вуглеводні; існує багато проміжних або змішаних типів. Парафінові нафти в порівнянні з нафтеновими або асфальтеновими звичайно містять більше бензину й менше сірки і є головною сировиною для одержання мастил і парафінів. Нафтенові типи сирої нафти, загалом, містять менше бензину, але більше сірки й мазуту, а також асфальту.

Сира нафта містить деяку кількість розчиненого газу, що відповідає по сполуці й будові природним газам і складається з легких парафінових вуглеводнів. Рідка фаза сирої нафти містить сотні вуглеводнів й інших сполук, що мають точку кипіння від 38° С до приблизно 430°С, причому процентний вміст кожного з вуглеводнів невеликий. Наприклад, бензинова фракція може містити до 200 індивідуальних вуглеводнів, однак у типовому бензині присутнє лише близько 60 вуглеводнів – від метану з температурою кипіння 161° С до мезитилена (ароматичного вуглеводню) з температурою кипіння 165°С. Вони включають парафіни, циклопарафіни й ароматичні сполуки, але олефіни відсутні. Тому всі горючі нафтові продукти підрозділяються на фракції по температурних межах їхнього кипіння й по густині, а не по хімічному складу.[5]

На початкових етапах розвитку нафтохімічної промисловості сира нафта піддавалася так званій періодичній перегонці у вертикальному циліндричному перегінному апарату. Процеси дистиляції були неефективні, тому що були відсутні ректифікаційні колони і не виходило чистого поділу продуктів перегонки.Розвиток процесу періодичної перегонки призвів до використання загальної ректифікаційної колони з різних тарілок якої відбиралися дистиляти з різною температурою кипіння. Ця система використовується і сьогодні. Вступник нафта нагрівається в змійовику приблизно до 320° С, і розігріті продукти подаються на проміжні рівні в ректифікаційній колоні. Така колона може мати від 30 до 60 розташованих з певним інтервалом піддонів і жолобів, кожний з яких має ванну з рідиною. Через цю рідину проходять пари, що піднімаються, які обмиваються стікаючим униз конденсатом. При належному регулюванні швидкості зворотного стікання (тобто кількості дистилятів, що відкачуються назад у колону для повторного фракціонування) можливе одержання бензину нагорі колони, гасу й світлих горючих дистилятів точно певних інтервалів кипіння на послідовно, що знижуються рівнях. Звичайно для того, щоб поліпшити подальший поділ, залишок від перегонки з ректифікаційної колони піддають вакуумної дистиляції.

Головним процесом переробки нафти є атмосферна перегонка, на якій відбираються паливні фракції (бензинові, освітлювального гасу, реактивного й дизельного палив) і мазут, використовуваний або як компонент котельного палива, або як сировина для наступної глибокої переробки.

Бензин - найважливіший продукт переробки нафти – із сирої нафти виробляється до 50% бензину. Ця величина включає природний бензин, бензин крекінг-процесу, продукти полімеризації, зріджені нафтові гази й всі продукти, використовувані в якості промислових моторних палив. Кожному процесу переробки нафти пред'являються вимоги по кількості і якості виробленого бензину.

Промисловий бензин являє собою суміш вуглеводнів в інтервалі температури кипіння 30–200° C. Деякі бутани, що киплять при температурі нижче 38°С, має високий тиск пар.

Крекінг-бензини містять значний відсоток тих компонентів, при змішанні яких утвориться моторне паливо. Однак їхнє пряме використання в багатьох країнах законодавчо обмежується, оскільки вони містять помітну кількість олефінів, які сильно забруднюють навколишнє середовище.

Бензини класифікуються по різних підставах, включаючи інтервали температур кипіння, октанове число, зміст сірки.

Більшість бензинів кипить в інтервалі 30–200° С. 50%-ва точка, тобто температура, при якій кипить половина компонентів суміші і яка визначає сполуку суміші під час прогріву двигуна, а частково й при розгоні транспортного засобу, розташовується в межах 98–104° С. Високий зміст низькокиплячих компонентів, таких, як бутани й пентани, обумовлює винятково високий тиск пар і у теплий час є причиною утворення парових пробок, коли газові пухирці перешкоджають плину палива по вузьких трубах двигунів і теплових установок. У той же час недолік низькокиплячих компонентів служить причиною труднощів запуску двигуна взимку. 90%-ва точка кипіння бензину визначає час прогріву двигуна і ефективність використання палива.

Октанове число - найбільш важлива характеристика бензину. Воно звичайно визначається в одноциліндровій стаціонарній установці, постаченої різними приладами для реєстрації схильності до детонації. Нормальний гептан (сім атомів вуглецю в лінійному ланцюзі) детонує дуже легко; для нього прийняте нульове октанове число. Ізооктан (вісім атомів вуглецю в розгалуженому ланцюзі) не детонує доти, поки не будуть досягнуті екстремальні умови тиску, температури й навантаження; для нього довільно встановлене октанове число 100. При випробуванні бензину з невідомими детонаційними властивостями його порівнюють із сумішшю гептану й ізооктану, що має таку ж здатність до детонації, як і випробуваний бензин; октанове число бензину - це процентний вміст ізооктану в такій суміші. У нафтовій промисловості використаються два методи - моторний метод і дослідницький метод. Октанове число визначається як середнє із двох таких визначень.

Практично всі бензини містять різні присадки, у тому числі інгібітори смолоутворення і невелику кількість барвників. Законодавством багатьох промислово розвинених країн істотно знижено припустимий рівень сполук свинцю в бензині (вміст етилованого бензину, тобто утримуючої добавки тетраетилсвинцю, що підвищує октанове число бензину, становить менш 20% від усього бензину, який виробляється в США).[6]

Гас – це найлегше й найбільш летуче рідке топкове паливо. Спочатку гас використався тільки для висвітлення, тепер він уживається як паливо для реактивних двигунів, печей, тракторів, опалювальних і нагрівальних приладах, у засобах для знищення комах. Гарний гас повинен мати особливі кольори (приблизно 250-300 мм по шкалі Штаммера для нафтопродуктів), достатню в'язкість для стійкого й рівномірного просочення ґнота, повинен горіти ясним високим полум'ям без кіптяви або відкладення твердих углистих осадів на ґноті, кіптяві в димоходах і на ламповому склі.

Дизельне паливо - проміжні нафтові дистиляти, що киплять при температурах вище, ніж гас, але нижче, ніж мастила, являють собою пальне для середньо- і високошвидкісних дизельних двигунів. Дизельні палива оцінюються їх цетановим числом – це реальний вимір легкості запалення під дією температури й тиску. При цьому паливо рівняється із сумішшю цетана – парафінового вуглеводню з 16-ю атомами вуглецю, що легко запалюється під тиском, і a-метилнафталіна, що не займається. Відсоток цетана в суміші, що показує ту ж займистість, що й дизельне паливо в стандартних умовах випробування, називається цетановим числом.

Мазут. Більшість промислових котелень і теплових електростанцій використовують як палива чорні грузлі залишкові продукти переробки нафти – топковий мазут. У більшості випадків це продукти крекінгу, хоча є й продукти прямої перегонки.