Технологическая классификация. Нефти подразделяют на:
* 3 класса (I-III) по содержанию серы в нефти (малосернистые, сернистые и высокосернистые), а также в бензине (начало кипения - 180°С), в реактивном топливе (120-240°С) и дизельном топливе (240-350°С);
* 3 типа по потенциальному содержанию фракций, перегоняющихся до 350°С (T1-T3);
* 4 группы по потенциальному содержанию базовых масел (М1-М4);
* 4 подгруппы по качеству базовых масел, оцениваемому индексом вязкости (И1-И4);
* 3 вида по содержанию парафинов (П1-П3).
Техническая классификация. По ГОСТ России Р 51858-2002 нефть подразделяют:
* По содержанию общей серы на четыре класса (1-4);
* По плотности при 20°С на пять типов (0-4);
* По содержанию воды и хлористых солей на 3 группы (1-3);
* По содержанию сероводорода и легких меркаптанов на 3 вида (1-3).
Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющую темно-коричневый цвет. Нефть состоит преимущественно из насыщенных гидроароматических углеводородов. Основные компоненты нефти - углеводороды (до 98%) - подразделяются на 4 класса:
1. Парафины (алкены). (до 90% от общего состава) - устойчивые вещества, молекулы которых выражены прямой и разветвлен-ной цепью атомов углерода. Легкие парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде.
2. Циклопарафины. (30 - 60% от общего состава) насыщенные циклические соединения с 5-6 атомами углерода в кольце. Кроме циклопентана и циклогексана в нефти встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.
3. Ароматические углеводороды. (20 - 40% от общего состава) - ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на 6 атомов углерода меньше, чем циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде одинарного кольца (бензол, толуол, ксилол), затем бициклические (нафталин).
4. Олефины (алкены). - (до 10% от общего состава) - ненасыщенные нециклические соединения с одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в молекуле, имеющей прямую или разветвленную цепь.
Классификация товарных нефтепродуктов.
Принято классифицировать нефтепродукты по их назначению, т.е. по направлению их использования в отраслях народного хозяйства.
В соответствии с этим различают: моторные топлива, энергетические топлива, нефтяные масла, углеродные и вяжущие материалы, нефтехимическое сырье, нефтепродукты специального назначения.
Моторное топливо в зависимости от принципа работы двигателей подразделяют на: бензины (авиационные и автомобильные), реактивное топливо и дизельное топливо.
Энергетические топлива подразделяют на: газотурбинные, котельные и судовые.
Нефтяные масла подразделяют на смазочные и несмазочные. Смазочные масла подразделяют на моторные для поршневых и реактивных двигателей; и трансмиссионные и осевые, предназначенные для смазки автомобильных и тракторных гипоидных трансмиссий (зубчатых передач различных типов) и шеек осей железнодорожных вагонов и тепловозов.
Индустриальные масла предназначены для смазки станков, машин и механизмов различного промышленного оборудования, работающих в разнообразных условиях и с различной скоростью и нагрузкой. По значению вязкости их подразделяют на легкие (швейное, сепараторное, вазелиновое, приборное, веретенное, велосит и др.), средние (для средних режимов скоростей и нагрузок) и тяжелые (для смазки кранов, буровых установок, оборудования мартеновских печей, прокатных станов и др.).
Энергетические масла (турбинные, компрессорные и цилиндровые) - для смазки энергетических установок и машин, работающих в условиях нагрузки, повышенной температуры и воздействия воды, пара и воздуха.
Несмазочные (специальные) масла предназначены не для смазки, а для применения в качестве рабочих жидкостей в тормозных системах, в пароструйных насосах и гидравлических устройствах, в трансформаторах, конденсаторах, маслонаполненных электрокабелях в качестве электроизолирующей среды (трансформаторное, конденсаторное, гидравлическое, вакуумное), а также такие как вазелиновое, медицинское, парфюмерное, смазочно-охлаждающие жидкости и др.
Углеродные и вяжущие материалы включают: нефтяные коксы, битумы, нефтяные пеки (связующие, пропитывающие, брикетные, волокнообразующие и специальные).
Нефтехимическое сырье. К этой группе можно отнести: арены (бензол, толуол, ксилолы, нафталин и др.), сырье для пиролиза (нефтезаводские и попутные нефтяные газы, прямогонные бензиновые фракции, алкен содержащие газы и др.).
А также парафины и церезины. Вырабатываются как жидкие (получаемые карбамидной и адсорбционной депарафинизацией нефтяных дистиллятов), так и твердые (получаемые при депарафинизации масел). Жидкие парафины являются сырьем для получения белкововитаминных концентратов, синтетически жирных кислот и поверхностно-активных веществ.
Нефтепродукты специального назначения подразделяют на:
* Термогазойль (сырье для производства технического углерода).
* Консистентные смазки (антифрикционные, защитные и уплотнительные).
* Осветительный керосин.
* Присадки к топливам и маслам, деэмульгаторы.
* Элементная сера.
* Водород и др.
1.3 Способы переработки; показатели качества нефти
Методы переработки нефти:
Основным способом переработки нефти является ее прямая перегонка.
Перегонка - дистилляция (отекание каплями) - разделение нефти на отличающиеся по составу фракции, основанное на различии в температурах кипения ее компонентов.
Фракция - химическая составная часть нефти с одинаковыми химическими или физическими свойствами (температурой кипения, плотностью, размерами), выделяемая при перегонке.
Прямая перегонка - это физический способ переработки нефти с помощью атмосферно-вакуумной установки, принцип работы которой заключается в следующем.
В результате нагрева нефти в специальной трубчатой печи 1 до 330… 350°С и образуется смесь паров нефти и неиспарившегося жидкого остатка, поступающая в ректификационную колонну с теплообменниками.
В ректификационной колонне происходит разделение нефтяных паров на фракции, составляющие различные нефтепродукты. При этом температура кипения смежных групп получаемых фракций может отличаться всего лишь на 5… 8 0С
Способы переработки нефти:
На нефтеперерабатывающих заводах переработка нефти ведется в установках непрерывного действия, где осуществляются одновременно процессы атмосферной перегонки нефти нагреве нефти, первыми закипают и испаряются наиболее легкие углеводороды, которые отбираются и используются в качестве сжиженных газов и бензина. Затем закипают более тяжелые углеводороды, из которых получают лигроин, керосин и дизельные топлива. В конце прямой перегонки остаются самые тяжелые углеводороды, образующие мазут.
Рис. 17. Схема разделения нефти на фракции
Прямая перегонка происходит по следующей схеме (рис. 17). В трубчатой печи нефть нагревается до определенной температуры и поступает в ректификационную колонну, где переходит в парообразное состояние и разделяется на ректификационных тарелках на отдельные фракции. Тарелки представляют собой перфорированные пластины с патрубками и колпачками. Через них легкие углеводороды в парообразном состоянии проходят в верхнюю часть колонны, а более тяжелые конденсируются и стекают на тарелки, расположенные ниже. Таким образом, на каждую ректификационную тарелку снизу поступают пары углеводородов, а сверху на ней уже находятся углеводороды в жидкой фазе, которые могут быть отобраны в соответствии с их температурой конденсации через систему теплообменников. Так, фракции бензинов отбираются при температурах от 30 до 200°С, керосинов - от 150 до 300, дизельных топлив - от 200 до 300, мазутов - выше 350°С.
Рис. 18. Схема установки для перегонки нефти (1 - трубчатая печь, 2 - ректификационная колонна, 3 - ректификационные тарелки, 4, б-теплообменники, 5 - вакуумная колонна)
Тарелки представляют собой перфорированные пластины с патрубками и колпачками. Через них легкие углеводороды в парообразном состоянии проходят в верхнюю часть колонны, а более тяжелые конденсируются и стекают на тарелки, расположенные ниже. Таким образом, на каждую ректификационную тарелку снизу поступают пары углеводородов, а сверху на ней уже находятся углеводороды в жидкой фазе, которые могут быть отобраны в соответствии с их температурой конденсации через систему теплообменников. Так, фракции бензинов отбираются при температурах от 30 до 200°С, керосинов - от 150 до 300, дизельных топлив - от 200 до 300, мазутов - выше 350°С. Прямая перегонка является первой частью более глубокого процесса переработки нефти. Для увеличения выхода из нефти светлых нефтепродуктов (бензина, дизельного топлива) газойлевые фракции и гудрон подвергают также вторичным процессам переработки, которые называют крекингами. В переводе с английского слово «крекинг» означает расколоть, расщеплять. Применительно к процессу переработки нефти крекинг представляет процесс расщепления высокомолекулярных углеводородов на низкомолекулярные типа бензинов. Процессы крекинга позволяют получать до 75% бензина из нефти. В нефтеперерабатывающей промышленности применяют в настоящее время термический и каталитический крекинги.
Более совершенным процессом, позволяющим получать высококачественные нефтепродукты, является каталитический крекинг.
Каталитический крекинг - процесс превращения высококипящих фракций (газойля, мазута) в высокооктановые компоненты бензинов, протекающий при температуре 450-500°С, давлении, близком к атмосферному, и в присутствии катализатора, ускоряющего расщепление молекул исходного сырья.
Разновидностью каталитического крекинга является гидрокрекинг, который позволяет расщеплять даже тяжелые молекулы гудрона под давлением водорода и в присутствии новых эффективных катализаторов. Выход светлых нефтепродуктов из нефти при использовании гидрокрекинга можно довести до 90%.
Нефтепереработка - это многоступенчатый процесс физической и химической обработки сырой нефти, результатом которого является получение комплекса нефтепродуктов (см. рис.19).
Рисунок 19. Основные продукты нефтепереработки
Переработку нефти осуществляют методом перегонки, то есть физическим разделение нефти на фракций. Различают первичную и вторичную переработку нефти. При первичной переработке из нефти удаляют соли и воду. Эффективное обессоливание позволяет уменьшить коррозию оборудования, предотвратить разрушение катализаторов, улучшить качество нефтепродуктов. Затем в атмосферных или вакуумно-атмосферных ректификационных колоннах нефть разделяется на фракции. Их используют как готовую продукцию, например низкооктановые бензины, дизельное топливо, керосин, или направляют на последующую переработку.
Вторичная переработка нефти обеспечивает химическое превращение, вплоть до деструкции молекул, полученных при первичной переработке фракций (дистиллятов) в целях увеличения содержания в них углеводородов определенного типа. Основным методом вторичной переработки нефти является крекинг - термический, каталитический и гидрокрекинг. Крекинг - это процесс переработки нефти и ее фракций, вызывающий распад тяжелых углеводородов, изомеризацию и синтез новых молекул. Он применяется главным образом для получения моторных топлив.
При термическом крекинге тяжелые углеводороды, входящие в состав остаточных продуктов перегонки нефти, расщепляются на легкие углеводороды. Наиболее распространенным является глубокий крекинг керосиногазойлевых фракций для получения бензина. Он проводится при температуре 500 -520°С и давлении до 5 МПа. Выход бензина при этом достигает 60 - 70%.
Тяжелые нефтепродукты (мазут, гудрон и др.) подвергаются термическому крекингу низкого давления, осуществляемому при температуре 500 -600°С, или коксованию. Его проводят в целях получения газойля, используемого для производства моторных топлив, и кокса (выход до 20%), применяемого, например, для изготовления электродов.
Может проводиться высокотемпературный крекинг, или пиролиз, осуществляемый при температуре 650 - 750°С и давлении, близком к атмосферному. Этот процесс дает возможность перерабатывать тяжелое остаточное нефтесырье в газ, используемый в химической промышленности, а также получать ароматические углеводороды - бензол, толуол, нафталин и др.
Каталитический крекинг служит для получения дополнительного количества высокооктанового бензина и дизельного топлива разложением тяжелых нефтяных фракций с применением катализаторов. Этот процесс позволяет увеличить выход и повысить качество бензина по сравнению с термическим крекингом.
Для переработки средних и тяжелых нефтяных фракций с большим содержанием сернистых и смолистых соединений большое распространение получил каталитический крекинг с использованием водорода - гидрокрекинг. При этом процессе выход светлых нефтепродуктов возрастает до 70%, содержание серы в них снижается. Для переработки различных нефтепродуктов, в том числе газов и остатков нефтеперегонки, применяют крекинг с водяным паром. Его преимущества - низкое коксообразование и большой выход олефинов.
Процесс получения высокооктанового компонента автомобильных бензинов путем каталитического превращения низкооктановых бензиновых фракций, вырабатываемых при прямой перегонке и крекинге, называется каталитическим риформингом.