Типы производств и элементы технологических процессов. Высокотемпературная переработка топлива

     Твердые парафиновые углеводороды от С₁₆Н₃₄ и выше растворены в нефти и могут быть выделены из нее.

     Нафтеновые  углеводороды представлены в нефти  главным образом производными циклопентана и циклогексана.

     Ароматические углеводороды содержатся в нефти  в виде бензола, толуола, ксилола  в небольших количествах.

     Неуглеводородная  часть нефти состоит из сернистых, кислородных и азотистых соединений. Кислородные соединения - это нафтеновые кислоты, фенолы, смолистые вещества.

     Минеральные примеси - это механические примеси, вода, минеральные соли (хлориды магния и кальция), зола. Вода в нефти присутствует в двух видах: свободная, отделяемая от нефти при отстаивании; в виде стойких эмульсий, которые могут быть разрушены только специальными методами.

     Механические  примеси - твердые частицы песка, глины, пород - выносятся из недр земли с потоком добываемой нефти.¹³

     ТП нефтепереработки является аппаратурным процессом, протекающим непрерывно и контролируемым только с помощью измерительных приборов, в связи с чем, на нефтеперерабатывающих заводах очень высока степень механизации и автоматизации производственных процессов и контроля качества продукции в процессе ее производства. Автоматизированное управление процессами нефтепереработки на современных заводах осуществляется по физико-химическим параметрам состава сырья и конечных продуктов. ¹⁴

     Методы переработки нефти различны и их можно разделить на две группы:

• физические;
• химические.

     Физические  методы переработки основаны на использовании  физических свойств фракций, входящих в состав нефти. Химических реакций  при этих методах переработки  не протекает. Наиболее распространенным физическим методом переработки нефти является ее перегонка, при которой нефть разделяют на фракции.

     Химические  методы переработки основаны на том, что под влиянием высоких температур и давления в присутствии катализаторов  углеводороды, содержащиеся в нефти и нефтепродуктах, претерпевают химические превращения, в результате которых образуются новые вещества.

     Из  нефти выделяют разнообразные продукты, имеющие большое практическое значение. Сначала из нее удаляют растворенные газообразные углеводороды (преимущественно метан). После отгонки летучих углеводородов нефть нагревают. Первыми переходят в парообразное состояние и отгоняются углеводороды с небольшим числом атомов углерода в молекуле, имеющие относительно низкую температуру кипения. С повышением температуры смеси перегоняются углеводороды с более высокой температурой кипения.

     Наиболее  ценной топливной фракцией являются бензины, в состав которых входят углеводороды с температурой кипения 180-200°С. Бензины применяются как компоненты автомобильных и авиационных бензинов и в качестве растворителей.

     Газолиновая фракция, собираемая в пределах 40-150°С, содержит углеводороды от С₅Н₁₂ до С₁₁Н₂₄. При дальнейшей перегонке выделенной фракции получают газолин (t_кип = 40–70°С), бензин (t_кип = 70–120°С) - авиационный, автомобильный и так далее.

     Лигроиновая фракция, собираемая в пределах 105-220°С, содержит углеводороды от С₈Н₁₈ до С₁₄Н₃₀. Лигроин применяется как горючее для тракторов. Большие количества лигроина перерабатывают в бензин. Легкий лигроин (с температурой кипения 105-150°С) используется как сырье для дальнейшей переработки на бензины, а тяжелый - как компонент реактивных топлив или растворителей для лакокрасочной промышленности.

     Керосиновая фракция включает углеводороды от С₁₂Н₂₆ до С₁₈Н₃₈ с температурой кипения в диапазоне 140-330°С. Керосин после очистки используется в качестве горючего для тракторов, реактивных самолетов и ракет.

     Газойлевая фракция (400°С > t_кип > 275°С). Легкий газойль (соляр) является основой дизельных топлив. Тяжелые газойли являются сырьем для дальнейшей переработки.

     Остаток после перегонки нефти – мазут - содержит углеводороды с большим числом атомов углерода (до многих десятков) в молекуле. Мазут также разделяют на фракции перегонкой под уменьшенным давлением, чтобы избежать разложения. В результате получают соляровые масла (дизельное топливо), смазочные масла (автотракторные, авиационные, индустриальные и другие), вазелин (технический вазелин применяется для смазки металлических изделий с целью предохранения их от коррозии, очищенный вазелин используется как основа для косметических средств и в медицине). Из некоторых сортов нефти получают парафин (для производства спичек, свечей и др.). После отгонки летучих компонентов из мазута остается гудрон. Его широко применяют в дорожном строительстве. Кроме переработки на смазочные масла мазут также используют в качестве жидкого топлива в котельных установках.

     Бензина, получаемого при перегонке нефти, не хватает для покрытия всех нужд. В лучшем случае из нефти удается получить до 20% бензина, остальное – высококипящие продукты. В связи с этим перед химией стала задача найти способы получения бензина в большом количестве. Удобный путь был найден с помощью созданной А.М. Бутлеровым теории строения органических соединений.

     Высококипящие продукты разгонки нефти непригодны для употребления в качестве моторного  топлива. Их высокая температура  кипения обусловлена тем, что  молекулы таких углеводородов представляют собой слишком длинные цепи. Если расщепить крупные молекулы, содержащие до 18 углеродных атомов, получаются низкокипящие продукты типа бензина. Этим путем пошел русский инженер В.Г.Шухов, который в 1891 г. разработал метод расщепления сложных углеводородов, названный впоследствии крекингом.¹⁵

     Термический крекинг - химический метод переработки нефти, суть которого заключается в расщеплении длинных молекул тяжелых углеводородов, входящих в высококипящие фракции, на более короткие молекулы легких, низкокипящих продуктов. Термический крекинг протекает при высоких температурах 450-500°С и повышенном давлении.

     Термический крекинг, проводимый при температуре 670–1200°С и при атмосферном давлении, называется пиролизом.

     Каталитическим  называется крекинг с применением  катализатора. Применение катализатора позволяет снизить температуру крекинга и не только увеличить количество получаемых продуктов, но и улучшить их качество. Катализаторами служат глины типа бокситов, а также синтетические алюмосиликаты, содержащие 10-25% Al₂O₃, SiО₂. Температура крекинга - 450-500°С. Процесс идет при повышенном давлении.

     Разновидностью  каталитического крекинга является риформинг. Катализатором служит платина, нанесенная на окись алюминия.

     Продуктами  крекинга являются: крекинг–бензины, крекинг–газы и крекинг-остаток.

     Крекинг–бензины применяют в качестве компонентов автомобильных бензинов. Крекинг–газы используются в качестве топлива и как сырье для синтеза органических соединений. Крекинг-остаток является смесью смолистых и асфальтовых веществ с некоторым количеством непрореагировавшего сырья. Применяется крекинг-остаток как котельное топливо и сырье для производства битума.

     Твердые топлива перерабатывают следующими методами: пиролиз, или сухая перегонка, газификация и гидрирование.

     Пиролиз осуществляется при нагревании топлива  без доступа воздуха. В результате протекают физические процессы, например, испарение влаги, и химические процессы - превращение компонентов топлива с получением ряда химических продуктов. Характер отдельных процессов, протекающих при переработке различных топлив, различен. В основном все они требуют подвода тепла извне. Нагрев реакционных аппаратов производится горячими дымовыми газами, которые передают тепло топливу через стенку аппарата или же при непосредственном соприкосновении с топливом.

     Газификация – процесс переработки топлива, при котором органическая часть его превращается в горючие газы в присутствии воздуха, водяного пара, кислорода и других газов. Этот процесс экзотермический. Температура газификации составляет 900–1100°С.

     Гидрирование  – переработка твердого топлива, при которой под влиянием высокой температуры, при действии водорода и в присутствии катализаторов происходят химические реакции, приводящие к образованию продуктов, более богатых водородом, чем исходное сырье. Качество и количество продуктов, полученных при гидрировании, зависит от вида перерабатываемого топлива, от условий проведения процесса и ряда других факторов.

     С помощью вышеописанных методов  переработки естественных топлив получают искусственные твердые, жидкие и газообразные топлива, а также важнейшие виды нефтепродуктов.

     В результате коксования углей получают следующие продукты:

1. Кокс - продукт темно-серого цвета, пористость которого составляет 45-55%, содержит 97-98% углерода. В зависимости от назначения делится на:

• доменный кокс - крупный, более 40 мм в диаметре, прочный и пористый. По содержанию серы подразделяется на марки КД-1, КД-2, КД-3. Содержание серы не должно превышать 1,3-1,9%;

• литейный кокс (марки КЛ). Нижний предел крупности - 25 мм в диаметре. Содержание серы в нем допускается не выше 1,2-1,3%. Он имеет меньшую пористость и прочность по сравнению с доменным коксом;
• коксовый орешек применяется для производства ферросплавов. Размер 10-25 мм в диаметре. Коксик - фракция в диаметре 10-20 мм - применяется для газификации;
• коксовая мелочь (фракция диаметром менее 10 мм) применяется для агломерации;
• кокс, не пригодный для технических нужд из-за большого содержания золы и серы, а также вследствие низких механических свойств, используется в качестве топлива.

2. Обратный коксовый газ содержит 60% водорода и 25% метана, остальное - азот, окись углерода, углекислый газ, кислород, непредельные углеводороды. Применяется для подогрева воздушного дутья в доменных печах, для обогрева сталеплавильных, коксовых и других печей, а также служит сырьем для производства водорода и аммиака.

3. Сырой бензол состоит из бензола, толуола, ксилола, сероуглерода, фенолов и других веществ. Вещества, входящие в состав сырого бензола, широко используются в производстве полимеров, красителей, лекарственных препаратов, взрывчатых веществ, ядохимикатов и др.
4. Каменноугольная смола является смесью ароматических углеводородов. Ее используют для производства красителей, химических волокон, пластических масс, в фармацевтике, а также для производства технических масел.

     К технико-экономическим показателям нефтеперерабатывающей и коксохимической промышленности относятся: производительность и мощность оборудования, интенсивность процесса, производительность труда, себестоимость продукции, капитальные затраты. Коксохимическая и нефтеперерабатывающая отрасли промышленности характеризуются высокой материало- и энергоемкостью. Затраты на сырье при производстве нефтепродуктов составляют 50-75%.

     Следовательно, основным фактором, влияющим на себестоимость, является снижение затрат на тонну выпускаемой продукции, которое можно осуществить совершенствованием ТП переработки нефти и кокса, применением каталитических процессов, более совершенных аппаратов и комплексной автоматизации, что ведет к сокращению капитальных затрат, затрат на энергию и пар, повышение производительности труда.¹⁶

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

     Какую бы отрасль промышленности мы не рассматривали, производственный процесс – это всегда совокупность всех действий людей и орудий труда, применяемых на данном предприятии, для изготовления или ремонта выпускаемой продукции.

     На любом современном предприятии производственный процесс охватывается от первой и до последней операции технолого–экономическими системами высокой эффективности, оснащёнными прогрессивными техническими средствами.

     Таким образом, такие понятия как элементы ТП, типы производств, были, есть и будут  не только основополагающими при  проектировании любого промышленного  производства, но они являются и  экономическими объектами.

     Правильно построенная, постоянно совершенствующаяся производственная структура предопределяет наибольшее ее соответствие организации производства, обеспечивая пропорциональность всех цехов и служб предприятия, что в свою очередь положительно влияет на улучшение технико–экономических показателей: уровень специализации и кооперирования, непрерывность производственного процесса, ритмичность изготовления и выпуска продукции, рост производительности труда, улучшение качества изделий, размер незавершенного производства и нормируемых оборотных средств, соотношение численности управленческих и производственных кадров, наиболее целесообразное использование трудовых, материальных и финансовых ресурсов.¹⁷

СПИСОК  СОКРАЩЕНИЙ 

     ТП – технологический процесс