Автор работы: Пользователь скрыл имя, 18 Декабря 2013 в 11:16, доклад
Братья Дубинины впервые создали устройство для перегонки нефти. С 1823 г. Дубинины стали вывозить фотоген (керосин) многими тысячами пудов из Моздока внутрь России. Завод Дубининых был очень прост: котел в печке, из котла идет труба через бочку с водой в пустую бочку. Бочка с водой – холодильник, пустая – приемник для керосина. В Америке впервые опыты по перегонке нефти осуществил в 1833 г. Силлиман. На современном заводе вместо котла устраивается ложная трубчатая печь. Вместо трубки для конденсации и разделения паров сооружаются огромные ректификационные колонны
Перегонка нефти
Братья Дубинины впервые создали устройство для перегонки нефти. С 1823 г. Дубинины стали вывозить фотоген (керосин) многими тысячами пудов из Моздока внутрь России. Завод Дубининых был очень прост: котел в печке, из котла идет труба через бочку с водой в пустую бочку. Бочка с водой – холодильник, пустая – приемник для керосина. В Америке впервые опыты по перегонке нефти осуществил в 1833 г. Силлиман. На современном заводе вместо котла устраивается ложная трубчатая печь. Вместо трубки для конденсации и разделения паров сооружаются огромные ректификационные колонны. А для приёма продуктов перегонки выстраиваются целые городки резервуаров. Нефть состоит из смеси различных веществ (главным образом углеводородов) и потому не имеет определённой точки кипения. На трубчатках нефть подогревают до 300-325о. При такой температуре более летучие вещества нефти превращаются в пар. Печи на нефтеперегонных заводах особые. С виду они похожи на дома без окон. Выкладываются печи из лучшего огнеупорного кирпича. Внутри, вдоль и поперёк, тянутся трубы. Длина труб в печах достигает километра. Когда завод работает, по этим трубам с большой скоростью – до двух метров в секунду – движется нефть. В это время из мощной форсунки в печь устремляется пламя. Длина языков пламени достигает нескольких метров. При температуре 300-325о нефть перегоняется не полностью. Если температуру перегонки увеличить, углеводороды начинают разлагаться. Нефтяники нашли способ перегонки нефти без разложения углеводородов. Вода кипит при 100о тогда, когда давление равно атмосфере, или 760 мм. рт. ст. Но она может кипеть, например, и при 60о. Для этого надо лишь понизить давление. При давлении в 150 мм термометр покажет всего 60о. Чем меньше давление, тем скорее закипает вода. То же самое происходит с нефтью. Многие углеводороды в условиях атмосферного давления кипят только при 500о. Следовательно, при 325о эти углеводороды не кипят. А если снизить давление, то они закипят и при более низкой температуре. На этом законе основана перегонка в вакууме, т. е. при пониженном давлении. На современных заводах нефть перегоняется или под атмосферным давлением, или под вакуумом, чаще всего заводы состоят из двух частей – атмосферной и вакуумной. Такие заводы так и называются атмосферно-вакуумные. На этих заводах получаются одновременно все продукты: бензин, лигроин, керосин, газойль, смазочные масла и нефтяной битум. Неиспарившихся частей при такой перегонки остаётся гораздо меньше, чем при атмосферной. Дружнее происходит испарение нефти, когда в установку вводится пар. Сложна и интересна работа ректификационной колонны. В этой колонне происходит не только разделение веществ по их температурам кипения, но одновременно производится дополнительное многократное кипячение конденсирующейся жидкости. Колонны делаются очень высокими – до 40 м. Внутри они разделяются горизонтальными перегородками – тарелками – с отверстиями. Над отверстиями устанавливаются колпачки. Смесь углеводородных паров из печи поступает в нижнюю часть колонны. Навстречу неиспарившемуся остатку нефти снизу колонны подаётся перегретый пар. Этот пар прогревает неиспарившийся остаток и увлекает с собой все лёгкие углеводороды вверх колонны. В нижнюю часть колонны стекает освобождённый от лёгких углеводородов тяжёлый остаток – мазут, а пары одолевают тарелку за тарелкой, стремясь к верху колонны. Сначала превращаются в жидкость пары с высокими температурами кипения. Это будет соляровая фракция, которая кипит при температуре выше 300о. Жидкий соляр заливает тарелку до отверстий. Парам, идущим из печи, теперь приходится пробулькивать через слой соляра. Температура паров выше температуры соляра, и соляр снова кипит. Углеводороды, кипящие при температуре ниже 300о, отрываются от него и летят вверх колонны, на секцию керосиновых тарелок. В соляре, выходящем из колонны, поэтому нет бензина или керосина. В колоннах бывает 30-40 тарелок, разделённых на секции. Через все тарелки проходят пары, на каждой они пробулькивают через слой сконденсировавшихся паров и в промежутках между ними встречают падающие с верхней тарелки капли лишнего, не убравшегося на верхнюю тарелку конденсата. Принципиальная технологическая схема установки для атмосферно-вакуумной перегонки нефти. Аппараты 1, 3 – атмосферные ректификационные колонны; 2 - печи для нагрева нефти и мазута; 4 - вакуумная ректификационная колонна; 5 – конденсаторы – холодильники; 6 – теплообменники. Линии: I – нефть; II – легкий бензин; III – отбензиненая нефть; IV – тяжелый бензин; V – керосин и газойль; VI – водяной пар; VII – мазут; VIII – газы разложения; IX – масляные фракции; Х – гудрон.
В колонне непрерывно идёт сложная, кропотливая
работа. Углеводороды собираются в секциях
по температурам кипения. Для каждой группы
углеводородов в колонне имеются свои
секции и свой выход. Углеводороды сгруппируются
в своей секции только тогда, когда в них
не будет углеводородов других температур
кипения. Когда они соберутся вместе, они
из колонны выходят в холодильник, а из
холодильника – в приёмник. Из самых верхних
секций колонны идёт не бензин, а пары
бензина, так как температура вверху колонны
выше температуры легко кипящих частей
бензина. Пары бензина идут сначала в конденсатор.
Здесь они превращаются в бензин, который
направляется также в холодильник, а затем
в приёмник.
Крекинг нефтепродуктов
Выход бензина из
нефти можно значительно
гексадекан октан октен
образовавшиеся вещества могут разлагаться
далее:
С8Н18 С4Н10 + С4Н8
октан бутан бутен
С4Н10 С2Н6 + С2Н4
бутан этан этилен (этен)
Выделившийся
в процессе крекинга этилен широко
используется для производства полиэтилена
и этилового спирта. Расщепление
молекул углеводородов
t CН3 – (СН2)6 – СН2 . + . СН2 – (СН2)6 – СН3
Свободные радикалы
химически очень активны и
могут участвовать в различных
реакциях. В процессе крекинга один
из радикалов отщепляет атом водорода
(а), а другой – присоединяет (б):
а) CН3 – (СН2)6 – СН2 . СН3 – (СН2)5 – СН=СН2
+ НО 1-октен
б) CН3 – (СН2)6 – СН2 . + СН3 – (СН2)6 – СН3 октан
Различают 2 вида крекинга: термический
и каталитический.
Термический крекинг
Расщепление
молекул углеводородов протекае
Каталитический крекинг
Расщепление
молекул углеводородов протекает в
присутствии катализаторов и при более
низкой температуре (450-5000 С). Главное внимание
уделяют бензину. Его стараются получить
больше и обязательно лучшего качества.
Каталитический крекинг появился именно
в результате долголетней, упорной борьбы
нефтяников за повышение качества бензина.
По сравнению с термическим крекингом
процесс протекает значительно быстрее,
при этом происходит не только расщепление
молекул углеводородов, но и их изомеризация,
т. е. образуются углеводороды с разветвленной
цепью атомов углеродов. Бензин каталитического
крекинга по сравнению с бензином термического
крекинга обладает еще большей детонационной
стойкостью, ибо в нем содержатся углеводороды
с разветвленной цепью углеродных атомов.
В бензине каталитического крекинга непредельных
углеводородов содержится меньше, и поэтому
процессы окисления и полимеризации в
нем не протекают. Такой бензин более устойчив
при хранении.
Риформинг
Риформинг – (от англ.
Reforming – переделывать, улучшать) промышленный
процесс переработки бензиновых и лигроиновых
фракций нефти с целью получения высококачественных
бензинов и ароматических углеводородов.
При этом молекулы углеводородов в основном
не расщепляются, а преобразуются. Сырьем
служит бензинолигроиновая фракция нефти.
До 30-х годов 20 века риформинг представлял
собой разновидность термического крекинга
и проводился при 5400 С для получения бензина
с октановым числом 70-72. С 40-х годов риформинг
– каталитический процесс, научные основы
которого разработаны Н. Д. Зелинским,
а также В. И. Каржевым, Б. Л. Молдавским.
Впервые этот процесс был осуществлен
в 1940 г в США. Его проводят в промышленной
установке, имеющей нагревательную печь
и не менее 3-4 реакторов при t 350-5200 С, в присутствии
различных катализаторов: платиновых
и полиметаллических, содержащих платину,
рений, иридий, германий и др. во избежание
дезактивации катализатора продуктом
уплотнения коксом, риформинг осуществляется
под высоким давлением водорода, который
циркулирует через нагревательную печь
и реакторы. В результате риформинга бензиновых
фракций нефти получают 80-85 % бензин с октановым
числом 90-95, 1-2% водорода и остальное количество
газообразных углеводородов. Из трубчатой
печи под давлением нефть подается в реакционную
камеру, где и находится катализатор, отсюда
она идет в ректификационную колонну,
где разделяется на продукты. Большое
значение имеет риформинг для производства
ароматических углеводородов (бензола,
толуола, ксилола и др. ). Ранее основным
источником получения этих углеводородов
была коксовая промышленность.
Перспективы на будущее
В настоящее
время нефтехимия дает почти четверть
всей химической продукции. Нефть –
ценнейшее природное
Продукты, получаемые из нефти, их применение
Из нефти выделяют разнообразные продукты, имеющие большое практическое значение. Вначале от нее отделяют растворенные углеводороды (преимущественно метан). После отгонки летучих углеводородов нефть нагревают. Первыми переходят в газообразное 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. Таким образом можно собрать отдельные смеси (фракции) нефти. Чаще всего при такой перегонке получают три основные фракции, которые затем подвергаются дальнейшему разделению. Основные фракции нефти следующие: Фракция, собираемая от 400 до 2000 С, - газолиновая фракция бензинов – содержит углеводороды от С5Н12 до С11Н24. При дальнейшей перегонке выделенной фракции получают: газолин (от 400 до 700 С), бензин (от 700 до 1200 С) – авиационный, автомобильный и т. д. Лигроиновая фракция, собираемая в пределах от 1500 до 2500 С, содержит углеводороды от С8Н18 до С14Н30. Лигроин применяется как горючее для тракторов. Керосиновая фракция включает углеводороды от С12Н26 до С18Н38 с температурой кипения от 1800 до 3000С. керосин после очистки используется в качестве горючего для тракторов, реактивных самолетов и ракет. Газойль (выше 2750 С) – дизельное топливо.
Мазут – остаток от перегонки. Содержит углеводороды с большим числом атомов углерода (до многих десятков) в молекуле. Мазут также разделяют на фракции: Соляровые масла – дизельное топливо,
Смазочные масла (авиатракторные,
авиационные, индустриальные и др. ),
Вазелин (основа для косметических
средств и лекарств).
И др.
Из некоторых сортов
нефти получают парафин (для производства
спичек, свечей и др. ). После отгонки остается
гудрон. Его широко применяют в дорожном
строительстве.
Применение продуктов крекинга.
Менделеев говорил
о нефти, что она является ценным
сырьем для производства многих органических
продуктов.
Применение продуктов, полученных в процессе
крекинга нефти.
Применение нефти