Использование продуктов переработки нефти

     Кислород  в нефтях встречается в связанном  состоянии также в составе  нафтеновых кислот (около 6%) – CnH2n-1(COOH), фенолов (не более 1%) – 
C6H5OH, а также жирных кислот и их производных – C6H5O6(P). Содержание азота в нефтях не превышает 1%. Основная его масса содержится в смолах. 
Содержание смол в нефтях может достигать 60% от массы нефти, асфальтенов – 
16%.

     Асфальтены  представляют собой черное твердое  вещество. По составу они сходны со смолами, но характеризуются иными  соотношениями элементов. Они отличаются большим содержанием железа, ванадия, никеля и др. Если смолы растворяются в жидких углеводородах всех групп, то асфальтены нерастворимы в метановых  углеводородах, частично растворимы в  нафтеновых и лучше растворяются в ароматических. В “белых” нефтях смолы содержатся в малых количествах, а асфальтены вообще отсутствуют.

2. Физические свойства

     Нефть – это вязкая маслянистая жидкость, темно-коричневого или почти черного  цвета с характерным запахом, обладающая слабой флюоресценцией, более  легкая (плотность 0,73-0,97г/см3), чем вода, почти нерастворимая в ней. Нефть  сильно варьирует по плотности (от легкой 0,65-0,70 г/см3, до тяжелой 0,98-1,05 г/см3). Нефть  и ее производные обладают наивысшей  среди всех видов топлив теплотой сгорания. Теплоемкость нефти 1,7-2,1 кДж/кг, теплота сгорания нефти – 41 МДж/кг, бензина – 42 МДж/кг. Температура  кипения зависит от строения входящих в состав нефти углеводородов  и колеблется от 50 до 550°С.

     Различные компоненты нефти переходят в  газообразное состояние при различной  температуре. Легкие нефти кипят  при 50–100°С, тяжелые – при температуре  более 100°С.

     Различие  температур кипения углеводородов  используется для разделения нефти  на температурные фракции. При нагревании нефти до 180-200°С выкипают углеводороды бензиновой фракции, при 200-250°С – лигроиновой, при 250-315°С 
– керосиново-газойлевой и при 315-350°С – масляной. Остаток представлен гудроном. В состав бензиновой и лигроиновой фракций входят углеводороды, содержащие 6-10 атомов углерода. Керосиновая фракция состоит из углеводородов с C11-C13, газойлевая – C14-C17.

     Важным  является свойство нефтей растворять углеводородные газы. В 1 м3 нефти может  раствориться до 400 м3 горючих газов. Большое значение имеет выяснение  условий растворения нефти и  природных газов в воде. Нефтяные углеводороды растворяются в воде крайне незначительно. Нефти различаются  по плотности. Плотность нефти, измеренной при 20°С, отнесенной к плотности  воды, измеренной при 4°С, называется относительной. Нефти с относительной плотностью 0,85 называются легкими, с относительной плотностью от 0,85 до 
0,90 – средними, а с относительной плотностью свыше 0,90 – тяжелыми. В тяжелых нефтях содержатся в основном циклические углеводороды. Цвет нефти зависит от ее плотности: светлые нефти обладают меньшей плотностью, чем темные. А чем больше в нефти смол и асфальтенов, тем выше ее плотность. При добыче нефти важно знать ее вязкость. Различают динамическую и кинематическую вязкость. Динамической вязкостью называется внутреннее сопротивление отдельных частиц жидкости движению общего потока. У легких нефтей вязкость меньше, чем у тяжелых. При добыче и дальнейшей транспортировке тяжелые нефти подогревают. Кинематической вязкостью называется отношение динамической вязкости к плотности среды. Большое значение имеет знание поверхностного натяжения нефти. При соприкосновении нефти и воды между ними возникает поверхность типа упругой мембраны. 
Капиллярные явления используются при добыче нефти. Силы взаимодействия воды с горной породой больше, чем у нефти. Поэтому вода способна вытеснить нефть из мелких трещин в более крупные. Для увеличения нефтеотдачи пластов используются специальные поверхностно-активные вещества (ПАВ). Нефти имеют неодинаковые оптические свойства. Под действием ультрафиолетовых лучей нефть способна светиться. При этом легкие нефти светятся голубым светом, тяжелые – бурым и желто-бурым. Это используется при поиске нефти. Нефть является диэлектриком и имеет высокое удельное сопротивление. На этом основаны электрометрические методы установления в разрезе, вскрытом буровой скважиной, нефтеносных пластов. 

V. Методы и способы переработки нефти

1. Подготовка нефти  к переработке

     Добываемая  на промыслах нефть, помимо растворенных в ней газов, содержит некоторое  количество примесей – частицы песка, глины, кристаллы солей и воду. Содержание твердых частиц в неочищенной  нефти обычно не превышает 
1,5%, а количество воды может изменяться в широких пределах. С увеличением продолжительности эксплуатации месторождения возрастает обводнение нефтяного пласта и содержание воды в добываемой нефти. В некоторых старых скважинах жидкость, получаемая из пласта, содержит 90% воды. В нефти, поступающей на переработку, должно быть не более 0,3% воды. Присутствие в нефти механических примесей затрудняет ее транспортирование по трубопроводам и переработку, вызывает эрозию внутренних поверхностей труб нефтепроводов и образование отложений в теплообменниках, печах и холодильниках, что приводит к снижению коэффициента теплопередачи, повышает зольность остатков от перегонки нефти (мазутов и гудронов), содействует образованию стойких эмульсий. Кроме того, в процессе добычи и транспортировки нефти происходит весомая потеря легких компонентов нефти 
(метан, этан, пропан и т.д., включая бензиновые фракции) – примерно до 5% от фракций, выкипающих до 100°С.

     С целью понижения затрат на переработку  нефти, вызванных потерей легких компонентов и чрезмерным износом  нефтепроводов и аппаратов переработки, добываемая нефть подвергается предварительной  обработке.

     Для сокращения потерь легких компонентов  осуществляют стабилизацию нефти, а  также применяют специальные  герметические резервуары хранения нефти. От основного количества воды и твердых частиц нефть освобождают  путем отстаивания в резервуарах  на холоду или при подогреве. Окончательно их обезвоживают и обессоливают на специальных установках.

     Однако  вода и нефть часто образуют трудно разделимую эмульсию, что сильно замедляет  или даже препятствует обезвоживанию  нефти. В общем случае эмульсия есть система из двух взаимно нерастворимых  жидкостей, в которых одна распределена в другой во взвешенном состоянии  в виде мельчайших капель. Существуют два типа нефтяных эмульсий: нефть  в воде, или гидрофильная эмульсия, и вода в нефти, или гидрофобная  эмульсия. Чаще встречается гидрофобный  тип нефтяных эмульсий. Образованию  стойкой эмульсии предшествуют понижение  поверхностного натяжения на границе  раздела фаз и создание вокруг частиц дисперсной фазы прочного адсорбционного слоя. Такие слои образуют третьи вещества – эмульгаторы. К гидрофильным эмульгаторам относятся щелочные мыла, желатин, крахмал. Гидрофобными являются хорошо растворимые  в нефтепродуктах щелочноземельные соли органических кислот, смолы, а  также мелкодисперсные частицы  сажи, глины, окислов металлов и т.п., легче смачиваемые нефтью чем  водой.

     Существуют  три метода разрушения нефтяных эмульсий: 
. механический: отстаивание – применяется к свежим, легко разрушимым эмульсиям. 
Расслаивание воды и нефти происходит вследствие разности плотностей компонентов эмульсии. Процесс ускоряется нагреванием до 120-160°С под давлением 8-15 атмосфер в течение 2-3 ч, не допуская испарения воды. центрифугирование – отделение механических примесей нефти под воздействием центробежных сил. В промышленности применяется редко, обычно сериями центрифуг с числом оборотов от 350 до 5000 в мин., при производительности 15-45 м3/ч каждая.

     . химический: разрушение эмульсий  достигается путем применения  поверхностно-активных веществ –  деэмульгаторов. Разрушение достигается  а) адсорбционным вытеснением  действующего эмульгатора веществом  с большей поверхностной активностью,  б) образованием эмульсий противоположного  типа (инверсия ваз) и в) растворением (разрушением) адсорбционной пленки  в результате ее химической  реакции с вводимым в систему  деэмульгатором. Химический метод  применяется чаще механического,  обычно в сочетании с электрическим.

     . электрический: при попадании  нефтяной эмульсии в переменное  электрическое поле частицы воды, сильнее реагирующие на поле  чем нефть, начинают колебаться, сталкиваясь друг с другом, что  приводит к их объединению,  укрупнению и более быстрому  расслоению с нефтью. Установки,  называемые электродегидраторами (ЭЛОУ  – электроочистительные установки), с рабочим напряжением до 33000В  при давлении 8-10 атмосфер, применяют  группами по 6-8 шт. с производительностью  250-500 т нефти в сутки каждая. В сочетании с химическим методом  этот метод имеет наибольшее  распространение в промышленной  нефтепереработке.

2. Сортировка и смешивание  нефти

     Различные нефти и выделенные из них соответствующие  фракции отличаются друг от друга  физико-химическими и товарными  свойствами. Так, бензиновые фракции  некоторых нефтей характеризуются  высокой концентрацией ароматических, нафтеновых или изопарафиновых углеводородов  и поэтому имеют высокие октановые  числа, тогда как бензиновые фракции  других нефтей содержат в значительных количествах парафиновые углеводороды и имеют очень низкие октановые  числа. Важное значение в дальнейшей технологической переработке нефти  имеет серность, масляничность смолистость  нефти и др. 
Таким образом, существует необходимость отслеживания качественных характеристик нефтей в процессе транспортировки, сбора и хранения с целью недопущения потери ценных свойств компонентов нефти.

     Однако  раздельные сбор, хранение и перекачка  нефтей в пределах месторождения  с большим числом нефтяных пластов  весомо осложняет нефтепромысловое хозяйство и требует больших капиталовложений. Поэтому близкие по физико-химическим и товарным свойствам нефти на промыслах смешивают и направляют на совместную переработку.

3. Выбор направления переработки нефти

     Выбор направления переработки нефти  и ассортимента получаемых нефтепродуктов определяется физико-химическими свойствами нефти, уровнем технологии нефтеперерабатывающего завода и настоящей потребности  хозяйств в товарных нефтепродуктах. Различают три основных варианта переработки нефти:

• топливный,
• топливно-масляный,
• нефтехимический.

     По  топливному варианту нефть перерабатывается в основном на моторные и котельные  топлива. Топливный вариант переработки отличается наименьшим числом участвующих технологических установок и низкими капиталовложениями. 
Различают глубокую и неглубокую топливную переработку. При глубокой переработке нефти стремятся получить максимально возможный выход высококачественных и автомобильных бензинов, зимних и летних дизельных топлив и топлив для реактивных двигателей. Выход котельного топлива в этом варианте сводится к минимуму. Таким образом, предусматривается такой набор процессов вторичной переработки, при котором из тяжелых нефтяных фракций и остатка – гудрона получают высококачественные легкие моторные топлива. Сюда относятся каталитические процессы – каталитический крекинг, каталитический риформинг, гидрокрекинг и гидроочистка, а также термические процессы, например коксование. Переработка заводских газов в этом случае направлена на увеличение выхода высококачественных бензинов. При неглубокой переработке нефти предусматривается высокий выход котельного топлива.

     По  топливно-масляному варианту переработки  нефти наряду с топливами получают смазочные масла. Для производства смазочных масел обычно подбирают  нефти с высоким потенциальным  содержанием масляных фракций. В  этом случае для выработки высококачественных масел требуется минимальное  количество технологических установок. Масляные фракции (фракции, выкипающие выше 
350°С), выделенные из нефти, сначала подвергаются очистке избирательными растворителями: фенолом или фурфуролом, чтобы удалить часть смолистых веществ и низкоиндексные углеводороды, затем проводят депарафинизацию при помощи смесей метилэтилкетона или ацетона с толуолом для понижения температуры застывания масла. Заканчивается обработка масляных фракций доочисткой отбеливающими глинами. Последние технологии получения масел используют процессы гидроочистки взамен селективной очистки и обработки отбеливающими глинами. Таким способом получают дистиллятные масла (легкие и средние индустриальные, автотракторные и др.). Остаточные масла 
(авиационные, цилиндровые) выделяют из гудрона путем его деасфальтизации жидким пропаном. При этом образуется деасфальт и асфальт. Деасфальт подвергается дальнейшей обработке, а асфальт перерабатывают в битум или кокс.

     Нефтехимический вариант переработки нефти по сравнению с предыдущими вариантами отличается большим ассортиментом  нефтехимической продукции и  в связи с этим наибольшим числом технологических установок и  высокими капиталовложениями. Нефтеперерабатывающие  заводы, строительство которых проводилось  в последние два десятилетия, направлены на нефтехимическую переработку. Нефтехимический вариант переработки  нефти представляет собой сложное  сочетание предприятий, на которых  помимо выработки высококачественных моторных топлив и масел не только проводится подготовка сырья (олефинов, ароматических, нормальных и изопарафиновых углеводородов и др.) для тяжелого органического синтеза, но и осуществляются сложнейшие физико-химические процессы, связанные с многотоннажным производством  азотных удобрений, синтетического каучука, пластмасс, синтетических волокон, моющих веществ, жирных кислот, фенола, ацетона, спиртов, эфиров и многих других химикалий.

4. Принципы первичной  переработки нефти

     Нефть представляет собой сложную смесь  парафиновых, нафтеновых и ароматических  углеводов, различных по молекулярному  весу и температуре кипения. Кроме  того, в нефти содержатся сернистые, кислородные и азотистые органические соединения. Для производства многочисленных продуктов различного назначения и  со специфическими свойствами применяют  методы разделения нефти на фракции  и группы углеводородов, а также  изменения ее химического состава. Различают первичные и вторичные  методы переработки нефти:

     . к первичным относят процессы  разделения нефти на фракции,  когда используются ее потенциальные  возможности по ассортименту, количеству  и качеству получаемых продуктов  и полупродуктов – перегонка  нефти;

     . ко вторичным относят процессы  деструктивной переработки нефти  и очистки нефтепродуктов, предназначенные  для изменения ее химического  состава путем термического и  каталитического воздействия. При  помощи этих методов удается  получить нефтепродукты заданного  качества и в больших количествах,  чем при прямой перегонке нефти.

5. Перегонка нефти

     Братья  Дубинины впервые создали устройство для перегонки нефти. Завод 
Дубининых был очень прост. Котёл в печке, из котла идёт труба через бочку с водой в пустую бочку. Бочка с водой – холодильник, пустая бочка – приёмник для керосина.