Переработка Нефти

ВАКУУМНАЯ ПЕРЕГОНКА

Природа не терпит пустоты Аристотель «Физика»

При обсуждении кривых разгонки и ректификацион­ных колонн в двух предыдущих главах мы сознательно оставили в тени форму кривых при температурах около (и выше) 480°С (900oF). Однако как раз при этих темпе­ратурах происходит некое явление, которое называется крекинг. Чтобы правильно использовать это явление и из­бежать его вредных последствий, был разработан про­цесс вакуумной перегонки.

Явление крекинга

Представьте себе, что лаборант должен получить кри­вую разгонки для образца сырой нефти. Он будет нагре­вать нефть и записывать температуру, собирать пар и конденсировать (сжижать) его, а также отмечать объем жидкости. Если температура поднимется выше 480°С (900°F), форма кривой неожиданно изменится. При тем­пературе от 480 до 540°С (1140°F) общий объем собран­ной жидкости окажется больше 100%, а в исходной кол­бе все еще будет кипеть нефть.

Возможно, здесь есть некоторое преувеличение по сравнению с тем, что можно в действительности наблю­дать невооруженным глазом, но суть передана верно. Ког­да сложные углеводородные молекулы — те, что не ис­парились до 480оС (900°F) — нагревают до более высо­ких температур, то энергии оказывается достаточно для того, чтобы расколоть большую молекулу на две (или больше) маленьких. Например, молекула может

Расколоться на три части: CgHjg, CgHj2 и С2Н4, как

Н-с-н

1

Н-с-н 1

Н-с-н 1

Н-с-н 1

Н

1

Н-с-н 1

Н-с-н

1

Н 1

Н-с-н 1

Н-с-н 1

Н-с-н

I

Н-с-н 1

Н-с-н 1

Н-с-н 1

Н-с-н,

1 + тепло —

Н-с-н 1

Н-с-н, 1 + н-с-н 1

Н-с-н 1

Н-с-н 1

Н-с-н 1

Н-с-н

Н-с-н 1

Н-с-н 1

Н-с-н

II

Н-с-н

1

1

Н-с-н 1

Н-с-н

1

1

Н

Н-с-н 1

I

Н

Гексен

Н-с-н

Октан

(С6н12)

J

Н-с-н

(QHjg)

1

Н-с-н

I

Н

Цетан (СібНз4>

; j

Н н

I

С

+ С—

I

Н н

Этилен (С2Н4)

Рис. 4.1. Крекинг молекул.

Показано на рисунке 4.1 (соответствующая химическая реакция будет рассмотрена более подробно в главе, по­священной каталитическому крегингу).

Если вспомнить, что мы говорили о температурах ки­пения, то станет ясно, почему кривая разгонки измени­лась столь внезапно. Маленькие молекулы кипят при зна­чительно более низких температурах, чем большие. Как только они образуются в результате крекинга, они вы­прыгивают из кипящей жидкости в пары. Но это еще не все. Откуда же взялся дополнительный объем? Чтй назы­вается «на пальцах» объяснить это можно так: маленькие молекулы занимают больше места, чем большие.

Вспомните теперь главу о свойствах углеводородов и относительной плотности. Соединение С16Н34 имеет плот­ность 7,2 а соединения и — соответственно 5,9, 5,6 и 3,1 lb./gal. Представим себе, что один галлон полностью распался на три этих ком­понента (на самом деле так не бывает, а получаются ком­бинации различных продуктов). Согласно химической ре­акции, образуется 50% CgHjg, 38% CgH^ и 12% С2Н4. Но это весовые, а не объемные проценты. Если вначале мы имеем 7,2 фунта, то и в конце получим столько же. А ка­ким же будет объем? Сосчитаем его следующим образом:

7,2 lbs С16Н34 составляют 7,2 lbs или 7,2/7,2 = 1,00 gal.

50% С8Нis составляют 3,6 lbs или 3,6/5,9 = 0,61 gal.

38% С6Н12 составляют 2,7 lbs или 2,7/5,6 = 0,48 gal.

100%

7,2 lbs

1,38 gal.

Мы видим, что 7,2 фунта Cjgf^ составляют 1 галлон по объему, в то время как 7,2 фунта продуктов крекинга занимают объем 1,38 галлонов. Такой результат проще все­го объяснить тем, что более крупные молекулы стремятся упаковать свои атомы плотнее, чем мелкие молекулы. По­этому они занимают меньший объем на единицу массы.

ВАКУУМНАЯ ПЕРЕГОНКА

Рис. 4.2. Вес С16Н34 и компонентов крекинга одинаков,

12% С2Н4 составляют 0,9 lbs или 0,9/3,1 = 0,29 gal.

Крекинг — интересный и выгодный процесс, но толь­ко в том случае, если им управлять. В ректификационной колонне этот процесс не контролируется, поэтому при перегонке избегают температур, при которых возможен крекинг. Наиболее высокая температурная граница при перегонке находится в районе 400°С (750°F). Но прямо - гонный остаток также содержит множество углеводоро­дов, которые следует разделить на фракции. С этой целью и разработан метод вакуумной перегонки.

Влияние пониженного давления

Представьте себе, что у Вас есть две сосисочные — на стадионах в Хьюстоне и Денвере. Знаете ли Вы, что для того, чтобы вскипятить воду и сварить в ней сосиски, ее надо будет нагреть, в среднем, до 100°С в Хьюстоне и только до 99°С в Денвере? Дело в том, что атмосферное давление в этих двух местах различно, так как различна высота над уровнем моря. Когда говорят, что воздух в горах разрежен, то имеют в виду, что он менее плотный, это и значит, что давление меньше.

Температура кипения зависит от давления несложным образом. Нагревание требуется для того, чтобы молекулы набрали достаточно энергии и могли покинуть жидкую фазу. Скорость, с которой это происходит, зависит от того, с какой скоростью тепло к ним подводится, а так­же от давления воздуха над жидкостью. Чем ниже давле­ние, тем меньше энергии требуется и, значит, тем ниже температура, при которой начинается парообразование в жидкости, то есть кипение.

Короче говоря, чем ниже давление, тем ниже темпе­ратура кипения.

Вакуумная перегонка

Теперь рассмотрим зависимость температуры кипения от давления в применении к проблеме крекинга нефти. Крекинг прямогонного остатка происходит, когда тем­пература поднимается слишком высоко. Но ведь прямо-

Остаток нужно как-то разделить на дополнитель­ные фракции. Решение проблемы было найдено при про­ведении фракционирования при пониженном давлении.

Прямогонный остаток перекачивают из ректификаци­онной колонны непосредственно на установку вакуумной перегонки. В соответствии с режимом работы ректифика­ционной колонны, температура остатка при этом отвеча­ет началу его кипения или на пару градусов выше на случай охлаждения. Остаток поступает в приземистую ко­лонну большого диаметра, давление в которой понижено. Атмосферное давление составляет 14,7 psi[2] (1,03 атм); приблизительно такое же давление и внутри ректифика­ционной колонны. Давление в вакуумной ректификаци­онной колонне составляет около 4,5—5,5 psi (0,32— 0,40 атм). При пониженном давлении легкая фракция ос­татка сразу начинает кипеть и быстро испаряется.

Испарение сопровождается охлаждением. Именно по­этому, чтобы определить направление ветра, достаточно засунуть указательный палец в рот, а затем поднять его вверх. На ветру жидкость испаряется, и поэтому палец охлаждается с одной стороны. Чтобы противодействовать охлаждению, в колонну подается перегретый пар — пар под давлением, нагретый до температуры не менее (750°F). Тепло от пара передается нефтяному остатку, и таким образом поддерживается высокая температура и продолжается процесс испарения. Другая функция пара — это регулирование давления. Низкое давление сохраняет­ся за счет вакуумного насоса, работающего в верхней час­ти колонны.

Как показано на рисунке 4.3, из вакуумной ректифи­кационной колонны выходит несколько потоков. Легкий вакуумный дистиллят и тяжелый вакуумный дистиллят иногда получают как отдельные продукты. Обе фракции можно использовать как сырье для получения смазочных масел. Во многих случаях их не разделяют, а сливают вместе, такой продукт называется легкая фракция вакуум­ной перегонки.

ВАКУУМНАЯ ПЕРЕГОНКА

Соответственно, тяжелый продукт, который остается на дне колонны, называется остаток вакуумной перегон­ки и используется в качестве сырья для производства битума или термического крекинга, а также как компо­нент для получения остаточного топлива.

Вакуумная перегонка прямогонного остатка эквивалент­на его атмосферной перегонке в интервале кипения около 540—590°С (1000—1100°F). Большинство кривых разгонки условно изображают так, как будто эта ректификация была действительно проведена.

Поскольку на практике вакуумная перегонка тоже име­ет свои ограничения, точку выкипания прямогонного остатка — т. е. температуру полного выкипания сырой не­фти — определить невозможно. При столь высоких тем­пературах вакуумную перегонку не проводят. Однако от­сутствие этой информации не влечет никаких послед­ствий, так как для готовых продуктов, в которых исполь­зуется остаток вакуумной перегонки, точка выкипания не имеет значения. Для характеристики остатков исполь­зуют другие параметры, например, плотность и вязкость.

УПРАЖНЕНИЯ

Заполните пропуски:

А. Вакуумная перегонка является продолжением сырой нефти при высоких температу­рах, что позволяет избежать.

Б. Чем ниже давление, при котором находится жидкость, тем (выше, ниже) ее температура кипения.

В. Чем выше давление в вакуумной ректификационной колонне, тем (выше, ниже) точка вы­кипания легкой фракции при той же скорости подачи и температуре сырья.

Г. Продукты, выходящие с установки вакуумной пере­гонки, называются, и

Д. Чтобы уменьшить объем легкой фракции вакуумной перегонки при той же скорости подачи сырья, нужно

Либо давление в колонне, либо

температуру сырья, поступающего

В колонну.

Используйте данные, которые сообщили управляю­щему нефтеперерабатывающего завода в предыдущей главе. На этот раз требуется 35 тыс. бар./сут (1 нефтя­ной баррель равен 159 л) остатка вакуумной перегон­ки для того, чтобы удовлетворить потребности завода по производству (а) Какую максимальную гра­ницу кипения нужно установить в вакуумной ректи­фикационной колонне, чтобы обеспечить требуемое снабжение битумного завода? Используйте температу­ры кривой разгонки, а не давления и температуры на установке вакуумной (б) Если прямогон - ный остаток будет отделяться в ректификационной колонне при 800°F, каким будет объем легкой фрак­ции вакуумной перегонки?

Переработка Нефти

ГАЗОФРАКЦИОНИРУЮЩИЕ УСТАНОВКИ

.. и отделит одних от других, как пастырь отделяет овец от козлов Евангелие от Матфея, 25:32 Почти все установки на заводе производят в некото­ром количестве бутан и более легкие углеводородные …

ИЗВЛЕЧЕНИЕ АРОМАТИКИ РАСТВОРИТЕЛЯМИ

Только мы и остались Мэтью Арнольд « Часовня в Рагби» В 1907 г. человек по фамилии Эделану разработал про­цесс для выделения большей части ароматических соеди­нений из углеводородной смеси. Этот процесс …

АЛКИЛИРОВАНИЕ

Вопят они, что жаждутразделенъя, Моя же в жизни цель— объединенье. Роберт Ли Фрост. «Двое бродяг в плохую погоду...» После того как был придуман каталитический кре­кинг, ученые обратили внимание на образующиеся …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.