Реферат: Типы производств и элементы технологических процессов. Высокотемпературная переработка топлив

Твердые парафиновые углеводороды от С₁₆ Н₃₄ 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, отделяемаяот 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 С₅ Н₁₂ до С₁₁ Н₂₄ . 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 С₈ Н₁₈ до С₁₄ Н₃₀ . 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 С₁₂ Н₂₆ до С₁₈ Н₃₈ 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% Al₂ O₃ , 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.