Напевно, багато хто з нас по телевізору бачили, як здійснюється нафтовидобуток, коли з-під землі показується фонтан чорного кольору. Але в результаті очищення нафти виходять різні продукти, деякі з яких є абсолютно прозорими (наприклад, бензин). Для збільшення нафтовіддачі важливо правильно проводити певний процес очищення нафти, використовуючи для цього спеціальні методи.
З чого складається сира нафта?
Компоненти, що містяться в неочищеної нафти, представлені:
- вуглецем (84%);
- воднем (14%);
- сіркою (1-3%);
- азотом (менше 1%);
- воднем (менше 1%);
- металами (менше 1%);
- солями (менше 1%).
Отримання сирої нафти відбувається з природи, а до природних ресурсів треба відноситься дбайливо. Тому застосування сучасних способів збільшення нафтовіддачі є пріоритетною сферою в розвитку приросту нафти.
Вуглеводні в сирої нафти
Так як головною складовою сирої нафти є вуглеводень, то використовується вона для виробництва різних нафтопродуктів. Хіміки виступають за застосування вуглеводню, оскільки він:
- містить багато енергії;
- здатний приймати багато будь-яких форм.
Газ, який є легший за повітря, називається метаном. Він визнаний найменшим вуглеводнем. З найбільш довгими ланцюжками вуглеводні являють собою рідини. Якщо ланцюжка зовсім довгі, то вуглеводень є твердою речовиною (наприклад, смола, віск). Використовуючи вуглеводень і хімічне очищення нафти, нафтопереробна промисловість дозволяє отримувати майже будь-який матеріал (пластик, нейлон, синтетичний каучук).
Класифікація вуглеводнів
Класи вуглеводнів в сирої нафти можуть бути представлені:
- гасом;
- ароматичними вуглеводнями (нафталіном, бензолом);
- нафінамі або циклоалканами (метил циклопентаном, циклогексаном);
- алкенами (бутеном, етиленом);
- диенами і алкінілу (бутадієну, ацетиленом);
Продукція з нафти
Для вивчення складових елементів сирої нафти і ясного розуміння того, навіщо потрібна нефтеочістка, важливо знати, які продукти можуть проводитися з нафти. Такі продукти представлені:
- Газом, призначенням якого є приготування їжі, використання для опалення та виготовлення різних виробів (найбільш відомими вважаються метан, бутан, пропан, етан). Під дією тиску газ здатний перетворюватися в рідину (і буде вже зрідженим нафтовим газом).
- Гасом - проміжний продукт, який застосовується в процесі виготовлення бензину. Це рідке паливо, яке застосовується для роботи тракторів і реактивних літаків. Може використовуватися в якості початкового матеріалу, в результаті переробки якого отримують інші нафтопродукти
- Бензином - є моторним паливом, має рідкий вид.
- Газовим маслом або дизельними продуктами перегонки. Така рідина застосовується, щоб отримувати дизельне і пічне паливо, а також в якості вихідної речовини для створення іншої продукції.
- Мастильними матеріалами, використовуваними у виробництві моторних масел, жирів і іншого виду мастильної продукції.
- Важким газом або нафтовим паливом. Застосовується в якості палива для промисловості або сировину, необхідну для того, щоб виробляти інші види нафтопродукції.
- Залишковим продуктом, представленим коксом, смолою, асфальтом, воском. Дана речовина в твердому вигляді може виступати сировинним матеріалом, застосовуваним для створення інших продуктів.
Всі представлені продукти мають свою щільністю матеріалу і точкою кипіння. А тому так важливо при очищенні в нафтовидобутку звертати увагу на властивості, притаманні певній нафтопродукції, щоб використовувати їх на власний розсуд.
Як здійснюється нафтова очищення?
Оскільки сира нафта включає до свого складу безлічі типів вуглеводнів, то для отримання будь-яких продуктів з неї потрібно виконати їх поділ. Роз'єднання ланцюгів можна здійснити, використовуючи хімічні реакції. Всі виконувані процедури при цьому є процес очищення нафти, з якої далі можна отримувати багато корисної продукції. Процес очищення в нафтовидобутку виконується кількома етапами:
- Процес поділу вихідного продукту на фракції за рахунок температурного впливу. Цей метод очищення нафти є найбільш використовуваним і найстарішим. Отримати певний продукт з нафти можна завдяки тому, що забезпечується різниця температур кипіння складових елементів в одному речовині. Такий метод носить назву «фракційна перегонка». Його суть полягає в наступному: добуту і неочищену поки нафту нагрівають до потрібної температури, внаслідок чого відбувається випаровування нафти, а потім пар переходить в жідкообразное стан.
- Використання новітніх методів очищення нафти дає можливість хімічним варіантом обробки отримувати з одних фракцій інші. Дана переробка нафти носить назву «конверсія». Використовуючи хімічну переробку, можна легко розбивати довгі ланцюги, роблячи з них кілька коротких. Використовуючи подібний метод, нафтопереробні заводи здійснюють з дизельного палива з легкістю отримують бензин. Його якісні параметри визначаються кількістю складових частин, на які розбивалися довгі ланцюги.
- Перегляд на заводі кожної фракції і видалення домішок в суміші (вже підлягають обробці і ще необроблених), які далі застосовуються для виготовлення певних продуктів. Наприклад, використовуючи кілька ланцюгів, виробляють різні марки бензину, який буде відрізнятися октановим числом.
Отримана при нафтопереробці продукція зберігається в місці виробництва до моменту надходження її на заводи хімічної промисловості, аеропорти або бензозаправні станції. Крім отримання різного виду продуктів з нафти нафтопереробні підприємства зобов'язані піклуватися і про усунення решти в процесі нафтопереробки відходів - важливо виключити або мінімізувати шкідливий вплив цих відходів на навколишнє середовище.
фракційна перегонка
Початок процесу очищення нафти полягає у виконанні дистиляції, необхідної для поділу складових елементів сирої нафти (кожен з елементів має свої власні розміри, вага і температурний режим кипіння). Здійснюється процес в наступній послідовності:
- Двокомпонентна або більше суміш нагрівається до високої температури. Як правило, нагрів здійснюється парою високого тиску (доводиться температура до 6000 за Цельсієм або 11120 за Фаренгейтом).
- Починається кипіння суміші, в результаті відбувається утворення пара.
- Отриманий пар надходить на дно колони ректифікації, де присутні тарілки і маслозбірники, які за рахунок наявних отворів відводять пар назовні. У цьому пристрої йде накопичення рідин, що утворюються на різних рівнях по висоті колони. А по всій її довжині спостерігається різний температурний режим - найбільш гаряче біля основи, а зверху температура значно нижче.
- Відбувається піднімання пароподібного речовини по колоні вгору.
- При проходженні по Маслозбірники температура пара поступово знижується (тобто він остигає).
- При досягненні наявних в парі елементів висоти, яка характеризується тим, що в колоні температура дорівнює точці кипіння даних елементів, здійснюється перехід пара в рідкий стан. Речовини ж, що володіють низькою точкою кипіння, конденсуються вгорі колони. Ті елементи, які мають більш високу точкою кипіння, скупчуються у вигляді рідини внизу.
- Різні рідинні фракції збираються на спеціальному підносі.
- Ті фракції, які були отримані в результаті, або йдуть на конденсатори (вони ще раз піддадуться охолодженню, а потім їх заллють в ємності для зберігання), або можуть перейти на інший рівень хімічної очистки нафти.
Перегонка фракцій дозволяє відокремлювати компоненти речовин навіть з малою різницею температури кипіння. Даний процес має особливим значенням при нафтопереробці. Але пройшовши таку обробку, не вся продукція відправляється на ринок - більшість з нафтопродуктів ще повинні піддатися подальшої хімічному очищенню, що дає можливість отримати нові фракції. Наприклад, всього 40% сирої нафти, що зазнала дистиляції, дає бензин. Найчастіше нафтові компанії замість безперервної дистиляції великого обсягу сирої нафти просто обробляють хімічним способом деякі фракції, одержувані при перегонці. Така обробка дозволяє отримати набагато більший обсяг бензину, ніж якби він проводився методом дистиляції.
Обробка хімічним способом
Використовують три способи, що дають можливість перетворювати одні фракції в інші:
- Дроблять великі вуглеводні на дрібні складові (це називається крекінг).
- Об'єднують дрібні частини, щоб отримати один великий вуглеводень (це називаетсо уніфікація).
- Змінюють різні частини для виробництва потрібного розміру вуглеводнів (це називається деформація).
Даний спосіб являє собою переробку нафти і важких нафтопродуктів, по завершенні якої отримують моторне паливо і сировину для хімічних виробництв. Суть методу полягає в дробленні великих за розміром вуглеводнів на невеликі складові. При такому способі обробки великі ланцюга розпадаються на малі. Крекінг буває:
- тепловим - нагрівають великі вуглеводні високою температурою до моменту їх розколювання;
- паровим - користуються паром при температурі кипіння, щоб перетворити етан і бутан в етилен і бензол, використовувані в отриманні реагентів хімічного дії;
- легким - залишкові після дистиляції продукти нагрівають до 4820 за Цельсієм (9000 за Фаренгейтом), охолоджують за допомогою газового масла, а далі вони йдуть в колону ректифікації (такий метод знижує в'язкість нафтопродуктів і дозволяє отримувати смолу);
- каталітичним - використовують каталізатор (цеоліт, боксит), що сприяє зростанню швидкості хімічної реакції;
- коксуванням - створені в ректифікаційної колоні продукти доводять високою температурою до розколювання їх на важку нафту, бензин, гас (отримують в результаті кокс);
- з флюідізірованним каталізатором - за допомогою рідкого каталізатора в гарячому вигляді важке газове масло стає бензином і дизпаливом;
- Гідрокрекінгом - має схожість з попереднім методом, але відмінними його особливостями є використання іншого каталізатора, протікання при більш низьких температурних режимах, але більш високому рівні тиску, використання водневого газу (при даному способі здійснюється перехід вихідної сировини в бензин і гас).
уніфікація
Якщо потрібно з декількох частинок малого розміру отримати великий вуглеводень, то в нафтопереробці застосовують уніфікацію. У ній головна роль відводиться каталітичного риформінгу, що здійснюється із застосуванням певних каталізаторів (їм може виступати платина або реній). Під їх впливом здійснюється змішування легкого гасу і ароматичних вуглеводнів, внаслідок чого з'являється водневий газ, який використовується для гідрокрекінгу або відразу ж для продажу.
деформація
Іноді для отримання іншої молекулярної структури треба модифікувати структури молекул в одній фракції. Даний процес носить назву «алкілування». При його здійсненні сполуки, що мають низьку молекулярну масу, змішуються за допомогою каталізаторів. В результаті створюються вуглеводні октану, використовувані в бензинових сумішах.
технологічна обробка
Фракції, схильні до дистиляції та переробці хімічним способом, надходять на технологічну очистку, яка потрібна для усунення домішок, в яких є кисень, сірка, азот, солі неорганічного характеру, розчинені метали. Такий варіант переробки фракцій здійснюється поетапно:
- Вони надходять в колону сірчаної кислоти, де видаляються азотні суміші, ненасичені вуглеводні, кисневі суміші, суміші з твердими частинками.
- У абсорбційної колони завдяки осушувачі проводиться видалення води, що залишилася.
- За допомогою сірководневого газоочисника здійснюється видалення з них сірки.
Температура фракцій після такого виду обробки падає, фракції перемішуються між собою, утворюючи суміш. А з отриманих сумішей вже можуть проводитися різні продукти (наприклад, гас, бензин, дизпаливо, мастила).