Нефть – жидкое топливо, страница 4

 Сложна и интересна работа ректификационной колонны. В этой колонне происходит не только разделение веществ по  их температурам кипения, но одновременно производится дополнительное многократное кипячение конденсирующейся жидкости.

         Колонны делаются очень высокими – до 40 м. Внутри они разделяются горизонтальными перегородками – тарелками – с отверстиями. Над отверстиями устанавливаются колпачки.

         Смесь углеводородных паров из печи поступает в нижнюю часть колонны.

 Навстречу неиспарившемуся остатку нефти снизу колонны подаётся перегретый пар. Этот пар прогревает неиспарившийся остаток и увлекает с собой все лёгкие углеводороды вверх колонны. В нижнюю часть колонны стекает освобождённый от лёгких углеводородов тяжёлый остаток – мазут, а пары одолевают тарелку за тарелкой, стремясь к верху колонны.

         Сначала превращаются в жидкость пары с высокими температурами кипения. Это будет соляровая фракция, которая кипит при температуре выше 300^о. Жидкий соляр заливает тарелку до отверстий. Парам, идущим из печи, теперь приходится пробулькивать через слой соляра.

         Температура паров выше температуры соляра, и соляр снова кипит.

         Углеводороды, кипящие при температуре ниже 300^о, отрываются от него и летят вверх колонны, на секцию керосиновых тарелок.

         В соляре, выходящем из колонны, поэтому нет бензина или керосина.

         В колоннах бывает 30-40 тарелок, разделённых на секции. Через все тарелки проходят пары, на каждой они пробулькивают через слой сконденсировавшихся паров и в промежутках между ними встречают падающие с верхней тарелки капли лишнего, не убравшегося на верхнюю тарелку конденсата.

            Принципиальная технологическая схема установки для атмосферно-вакуумной перегонки нефти. Аппараты 1, 3 – атмосферные ректификационные колонны; 2 - печи для нагрева нефти и мазута; 4 - вакуумная ректификационная колонна; 5 – конденсаторы – холодильники; 6 – теплообменники.

Линии: I– нефть; II– легкий бензин; III– отбензиненая нефть; IV– тяжелый бензин;  V– керосин и газойль; VI– водяной пар;  VII– мазут; VIII– газы разложения; 

IX–  масляные фракции;  Х – гудрон.

В колонне непрерывно  идёт сложная, кропотливая работа. Углеводороды собираются в секциях по  температурам кипения. Для каждой группы углеводородов в колонне имеются свои секции и свой выход.

 Углеводороды сгруппируются в своей секции только тогда, когда в них не будет углеводородов других температур кипения.

Когда они соберутся вместе, они из колонны выходят в холодильник, а из холодильника – в приёмник.

Из самых верхних секций колонны идёт не бензин, а пары бензина, так как температура вверху колонны выше температуры легко кипящих частей бензина. Пары бензина идут сначала в конденсатор.

         Здесь они превращаются в бензин, который направляется также в холодильник, а затем в приёмник.

Крекинг нефтепродуктов

         Выход бензина из нефти можно значительно увеличить (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).

         Крекингом называется процесс расщепления углеводородов, содержащихся в нефти, в результате которого образуются углеводороды с меньшим числом атомов углерода в молекуле.

         Крекинг изобрел русский инженер В.Г. Шуховв 1891 г. В 1913 г изобретение Шухованачали применять в Америке. В настоящее время в США 65% всех бензинов получается на крекинг - заводах.

Историческая справка. Владимир Григорьевич Шухов (1853-1939). Строитель и механик, нефтяник и теплотехник, гидротехник и судостроитель, ученый и изобретатель. По проектам Шухова было построено более 500 стальных мостов. Шухов впервые предложил использовать вместо сложных шарниров простые соединения на заклепках. Чрезвычайно интересны работы Шухова по сооружению металлических сетчатых оболочек. Изобрел крекинг нефти. Нефтепроводы, по которым нефть перекачивается, также сделаны по его формулам. Резервуары для хранения нефти также его заслуга.

Наши нефтяники часто рассказывают о судебной тяжбе двух американских фирм. Около 25 лет назад американская фирма «Кросса» обратилась в суд с жалобой на то, что фирма «Даббса» присвоила себе ее изобретение – крекинг. Фирма «Кросса» требовала с другой большую сумму денег за «незаконное» использование изобретения. Суд встал на сторону «Кросса». Но на суде адвокат фирмы «Даббса» заявил, что крекинг изобретен не той и не другой фирмой, а русским инженером Шуховым. Шуховтогда был жив. Приехали к нему в Москву американцы и спросили, чем он может доказать, что крекинг изобретен им. Шуховвынул из стола документы, из которых было ясно, что свой крекинг Шуховзапатентовал еще 35 лет назад до тяжбы этих двух фирм.

Аппаратура крекинг – заводов в основном та же, что и для перегонки нефти. Это – печи, колонны. Но режим переработки другой. Сырье тоже другое. Процесс расщепления ведется при более высоких температурах (до 600⁰С), часто при повышенном давлении. При таких температурах крупные молекулы углеводородов раздробляются на более мелкие.

         Мазут густ и тяжел, его удельный вес близок к единице. Это потому, что он состоит из сложных и крупных молекул углеводородов. Когда мазут подвергается крекингу, часть составляющих его углеводородов распадаются на более мелкие, а из мелких углеводородов как раз и составляются легкие нефтяные продукты – бензин, керосин.

         При крекинге нефть подвергается химическим изменениям. Меняется строение углеводородов. В аппаратах крекинг – заводов происходят сложные химические реакции. Эти реакции усиливаются, когда в аппаратуру вводят катализаторы.

         Одним из таких катализаторов является специально обработанная глина. Эта глина в мелком раздробленном состоянии – в виде пыли – вводится в аппаратуру завода. Углеводороды, находящиеся в парообразном состоянии, соединяются с пылинками глины и раздробляются на их поверхности. Такой крекинг называется крекингом с пылевидным катализатором. Этот вид крекинга широко распространен.

         Катализатор потом отделяется от углеводородов. Углеводороды идут своим путем на ректификацию и в холодильники, а катализатор – в свои резервуары, где его свойства восстанавливаются.

         Процесс крекинга происходит с разрывом углеводородных цепей и образованием более простых предельных и непредельных углеводородов, например:

         С₁₆Н₃₄              С₈Н₁₈ + С₈Н₁₆

                ^{гексадекан                      октан           октен}

образовавшиеся вещества могут разлагаться далее:

          С₈Н₁₈                       С₄Н₁₀+ С₄Н₈

                   ^{октан                           бутан            бутен}

          С₄Н₁₀                С₂Н₆+ С₂Н₄

                  ^{бутан                          этан         этилен (этен)}

Выделившийся в процессе крекинга этилен широко используется для производства полиэтилена и этилового спирта.

         Расщепление молекул углеводородов протекает по радикальному механизму. Вначале образуются свободные радикалы:

          СН₃– (СН₂)₆– СН₂:СН₂– (СН₂)₆– СН₃     ^t

                    ^t          CН₃– (СН₂)₆– СН₂ ^.+ ^. СН₂ – (СН₂)₆– СН₃

Свободные радикалы химически очень активны и могут участвовать в различных реакциях. В процессе крекинга один из радикалов отщепляет атом водорода (а), а другой – присоединяет (б):

а)  CН₃– (СН₂)₆– СН₂ ^.              СН₃– (СН₂)₅– СН=СН₂+ Н^О

                                                                                                    ^1-октен

б)CН₃– (СН₂)₆– СН₂ ^.   +                 СН₃– (СН₂)₆– СН₃

                                                                                                       ^октан

         Различают 2 вида крекинга: термический и каталитический.

Термический крекинг

         Расщепление молекул углеводородов протекает при более высокой температуре (470-550⁰С). Процесс протекает медленно, образуются углеводороды с неразветвленной цепью атомов углерода.

         В бензине, полученном в результате термического крекинга, наряду с предельными углеводородами, содержится много непредельных углеводородов. Поэтому этот бензин обладает большей детонационной стойкостью, чем бензин прямой перегонки.

         В бензине термического крекинга содержится много непредельных углеводородов, которые легко окисляются и полимеризуются. Поэтому этот бензин менее устойчив при хранении. При его сгорании могут засориться различные части двигателя. Для устранения этого вредного действия к такому бензину добавляют окислители.

Каталитический крекинг