Процесс получения бензина из нефти

Нефть — смесь самых разных углеводородных компонентов и соединений. На сегодняшний день сырая нефть почти нигде не применяется. Поэтому, для получения пригодных для применения продуктов, ее следует переработать. Суть данного процесса — разложение нефтяного сырья на разные фракции и их вторичная переработка.

Нефть перегоняют в полноценный бензин посредством серии разных химических процессов и температуры. Прямогонное топливо получают посредством перегонки сырья нефти. Фракции, полученные в данном процессе, поступают на специальную вторичную переработку — гидрокрекинг, каталитический риформинг, а также каталитический и термический крекинг.

Прямая перегонка

Эта технология была популярным вариантом получения бензина из нефти очень давно, в самом начале развития автомобильной индустрии. Данный процесс выполняется в особых ректификационных колоннах, правда эту технологию выполнить можно даже дома.

Суть данной технологии — сырую нефть сильно нагревают. После этого она легко разделяется на отдельные фракции, у которых разная точка кипения.

Процесс Данная технология может использоваться либо в вакууме разной глубины, либо при атмосферном давлении.

Из нефтяного сырья под высокой температурой во время процедуры быстро испаряется керосин, дизельное топливо и бензин.

Полученные таким образом пары бензина подвергаются охлаждению, а затем конденсируются назад в жидкость.

Для получения высококачественного бензина на сегодняшний день применяются намного более современные и совершенные способы переработки сырья. Среди самых эффективных из них можно назвать термический и каталитический крекинги.

Термический и каталитический крекинг

Необходимо напомнить, что описанные ниже процессы воспроизвести дома невозможно, так как они требуют особого оборудования и слишком сложны. Чтобы обойтись без достаточно сложной профессиональной терминологией, мы опишем все процессы, посредством которых сырая нефть перерабатывается в необходимые продукты, простыми словами.

В чем суть так называемого крекингового процесса? Все дело в разложении различных компонентов нефти на элементы с использованием высокой температуры и специальных катализаторов. Если говорить более простыми словами, то сырая нефть разлагается на более простые углеводородные соединения с намного меньшей массой молекул.

Среди главных преимуществ данных технологий можно назвать следующие:

• Повышенная продуктивность производства.
• Чтобы получить из данного топлива различные товарные нефтепродукты необходимо очень мало присадок.
• Качество топлива в этом случае намного выше, чем при использовании так называемого прямогонного метода.

Крекинговые методы довольно часто применяют вместе с прочими технологиями – гидрокрекингом, изомеризацией, а также так называемым каталитическим риформингом. Выше описанные методы требуются для одной и той же цели – повышения глубины переработки сырой нефти и получение самого качественного бензина.

Бензин

Бензин

Бензин – это самая легкая из жидких фракций нефти. Эту фракцию получают   в числе других в процессе возгонки нефти с целью получения различных нефтепродуктов. Обычный углеводородный состав бензина – молекулы длиной от C 5 до C 10 . Но бензины отличаются друг от друга, как по составу, так и по свойствам, ведь их получают не только как продукт первичной возгонки нефти. Бензин получают из попутного газа (газовый бензин) и из тяжелых фракций нефти (крекинг-бензин).

Бензин газовый представляет собой продукт переработки попутного нефтяного газа, содержащий предельные углеводороды с числом атомов углерода не менее трех. Различают стабильный (БГС) и нестабильный (БГН ) варианты газового бензина. БГС бывает двух марок – легкий (БЛ) и тяжелый (БТ). Применяется в качестве сырья в нефтехимии, на заводах органического синтеза, а также для компаундирования   автомобильного бензина (получения бензина с заданными свойствами путем его смешивания с другими бензинами).

Крекинг-бензин представляет собой продукт дополнительной переработки нефти. Обычная перегонка нефти дает всего 10–20% бензина. Для увеличения его количества более тяжелые или высококипящие фракции нагревают с целью разрыва больших молекул до размеров молекул, входящих в состав бензина. Это и называют крекингом. Крекинг мазута проводят при температуре 450–550°С.   Благодаря крекингу можно получать из нефти до 70% бензина.

Пиролиз – это крекинг при температурах 700–800°С. Крекинг и пиролиз позволяют довести суммарный выход бензина до 85%. Необходимо отметить, что первооткрывателем крекинга и создателем проекта промышленной установки в 1891 году был русский инженер В.Г.Шухов.

Бензины помимо автомобильной классификации по октановому числу имеют и другие свои разновидности и классификации, применяемые не только для производства моторного топлива, но и в промышленности, и даже в быту. Помимо уже перечисленных видов к ним относят: ББЦ (бензин для бытовых целей), абсорбент, олигомеризат, бензин вторичных процессов производства, БПЦ (бензин для промышленных целей) и некоторые другие.

Как получают бензин заданной марки ? Бензин различных марок — А-76, Н-80, Аи-92, Аи-95 и Аи-98 нефтеперерабатывающие заводы получают смешиванием компонентов, полученных в результате различных технологических процессов производства. Процесс компаудирования (смешивания) должен быть четко регламентирован, а продукт соответствовать ГОСТ, тогда на выходе получается бензин со стабильным и точным октановым числом.

Октановое число – показатель детонационных свойств моторного топлива. Бензин при этом сравнивается со смесью изооктана (условно принятого за 100 единиц) и нормального гептана (принятого за 0). Если октановое число бензина равно 95, то это означает, что он детонирует как смесь 95% изооктана и 5% гептана. Октановое число бензина после первичной перегонки нефти обычно не превышает 70. Для повышения качества низкосортных бензинов помимо компаудирования используют антидетонаторы (до 0,3%). К сожалению, до сих пор наиболее распространенной добавкой является тетраэтилсвинец Рb(C 2 H 5 ) 4 в смеси с C 2 H 5 Вr. Но при их горении образуется летучий бромид свинца, выбрасываемый в атмосферу. Для снижения выбросов свинца и, как следствие, воздействия на здоровье человека и среду, сегодня все чаще применяют другие антидетонаторы. Наиболее известный из них — эфир метил-трет-бутиловый (МТБЭ), который имеет массу преимуществ и лишен главного недостатка – огромной токсичности, свойственной свинцу.

Как определить октановое число? Методов определения реального октанового числа несколько:

• Моторный метод . Придуман фирмой UNOCAL-76, которая является пионером производства Аи-76. Суть метода – определение детонации на однопоршневом двигателе при имитации довольно напряженной езды. Именно поэтому октановое число при таком определении может получиться слегка заниженным.
• Исследовательский метод . Также проводится на однопоршневом двигателе, но без имитации напряженной езды. Октановое число при этом иногда получается чуть завышенным.
• Хроматографический метод . Обычно используется в дополнение к другим методам для выявления содержания регламентированных примесей (например, бензола).

Сегодня всё чаще применяются портативные приборы измерения октанового числа размером с книжку. И это вполне оправдано для контроля качества продукции на местах их потребления, ведь подделки и некачественная продукция сегодня не редкость. При отступлении от нормального технологического процесса (например, при значительном повышении октанового числа только за счет присадок) бензин довольно часто становится нестабильным, т.е. изменяет со временем свое октановое число. Это особенно важно для машин, использующих бензин с октановым числом 95 или 98, т.к. снижение октанового числа со скоростью 0,5 за день может сильно навредить автомобилю. Поэтому заправляться желательно там, где контроль и гарантии качества продукции находятся на соответствующем уровне.

Процесс переработки сырой нефти в бензин, дизельное топливо и другие виды топлива

Переработка топлива представляет собой сложный процесс. Посмотрите это видео Into the Outdoors, в котором рассказывается о нефтеперерабатывающем заводе в Пайн-Бенд и описывается процесс переработки нефти в доступной для всех возрастов форме.

Перегонка

Сырая нефть доставляется в Пайн-Бенд по ряду трубопроводов, протянувшихся через Соединенные Штаты и Канаду. Сырая нефть содержит смесь молекул, которые выкачиваются или добываются из подземных резервуаров. В своем естественном состоянии он имеет очень небольшую ценность, поэтому Pine Bend отделяет молекулы друг от друга путем перегонки смеси на бензин, пропан и асфальт. Каждая молекула сырой нефти кипит при разной температуре, что является основой дистилляции.

Удаление примесей

После процесса дистилляции Pine Bend очищает разделенные смеси для удаления примесей, которые могут вызывать выбросы при сгорании топливных продуктов.

В процессе гидроочистки используется водород и катализатор для удаления серы из нефти путем ее преобразования в сероводород. Удаление серы необходимо для защиты процессов нефтепереработки и минимизации выбросов от транспортных средств. Каждый день около 1000 тонн серы удаляются из нашей нефти и перерабатываются на наших серных заводах. Сера продается для использования в производстве удобрений, серной кислоты и различных фармацевтических продуктов, таких как антибиотики.

Крекинг

Следующий шаг в процессе очистки – крекинг – разбивает большие молекулы на множество маленьких. Это помогает преобразовать материалы в дистиллированном продукте в очень желательные. Существует два типа механизмов взлома:

• Термический : Нагрев дистиллированного продукта до 900°F для разрушения молекул, в основном для производства бензина и дизельного топлива. Термический крекинг неселективен и не поддается регулировке.
• Каталитический : Использование катализатора для ускорения расщепления больших молекул атомов углерода на более мелкие молекулы при температуре 960°F-1000°F. Каталитический крекинг является селективным и при необходимости может быть скорректирован.

После процесса крекинга катализаторы улавливаются электростатическим фильтром — самым большим отдельным оборудованием в Пайн-Бенд — для сокращения выбросов. На металлические пластины, которые притягивают частицы катализатора, подается ток высокого напряжения. Молоток стучит по пластинам, и катализатор падает в мусорное ведро для утилизации. В Pine Bend 100 % катализаторной мелочи повторно используется в производстве портландцемента.

Полимеризация

После разделения молекулы объединяются в более крупные молекулы. Например, пропан и бутан превращаются в молекулы с восемью атомами углерода, которые затем смешиваются с бензином.

Бензиновая смесь

Каждый отдельный продукт нефтепереработки отправляется в большой резервуар для хранения. На данный момент ни один из отдельных бензиновых продуктов не соответствует спецификациям для потребительского использования. Бензиновые продукты комбинируются таким образом, чтобы удовлетворять спецификациям, подлежащим сертификации для продажи. Pine Bend производит более 100 марок бензина.

Вода

Вода, подаваемая на нефтеперерабатывающий завод Pine Bend по системе из семи скважин, является неотъемлемой частью процесса нефтепереработки. Он используется для получения пара, охлаждения процесса и уменьшения коррозии.

Охлаждающая вода циркулирует в теплообменниках по всему нефтеперерабатывающему заводу, где она охлаждает технологические потоки. Нагретая охлаждающая вода возвращается в градирню, где повторно охлаждается большими вентиляторами в процессе испарения. Приблизительно 2000 галлонов воды в минуту испаряется на пяти градирнях Pine Bend. Вся вода, которая не уходит с завода путем испарения, очищается на очистных сооружениях. Примерно через два-три дня очистки чистая вода сбрасывается в реку Миссисипи.

Тестирование

Лабораторный анализ является важным способом контроля наших процессов и обеспечения соблюдения нормативных требований. Лаборатория Pine Bend работает круглосуточно и ежемесячно обрабатывает около 35 000 тестов.

Распределение

Трубопроводы доставляют подавляющее большинство бензина и дизельного топлива на терминалы, где продукт затем загружается на грузовики и доставляется на розничные АЗС. Другие распространяемые продукты включают серу, асфальт, нефтяной кокс, пропан, бутан и авиационный бензин.

Для получения дополнительной информации прочитайте наш Обзор переработки нефти и природного газа.

Переработка сырой нефти – процесс переработки

Способы переработки сырой нефти в нефтепродукты

Нефтеперерабатывающие заводы перерабатывают сырую нефть в нефтепродукты для использования в качестве топлива для транспорта, отопления, мощения дорог и выработки электроэнергии, а также в качестве сырья для производства химикатов.

• Разделение
• Преобразование
• Лечение

Сепарация

Современная сепарация включает перекачку сырой нефти через горячие печи. Образовавшиеся жидкости и пары сбрасываются в дистилляционные установки. Все нефтеперерабатывающие заводы имеют установки атмосферной перегонки, в то время как более сложные нефтеперерабатывающие заводы могут иметь установки вакуумной перегонки.

Внутри перегонных установок жидкости и пары разделяются на нефтяные компоненты, называемые фракциями , в соответствии с их температурами кипения. Тяжелые фракции находятся внизу, а легкие – вверху.

Самые легкие фракции, в том числе бензин и сжиженные газы нефтепереработки, испаряются и поднимаются наверх дистилляционной колонны, где снова конденсируются в жидкости.

Жидкости средней массы, включая керосин и дистилляты, остаются в середине дистилляционной колонны.

Более тяжелые жидкости, называемые газойлями, отделяются внизу в дистилляционной колонне, а самые тяжелые фракции с самыми высокими точками кипения оседают на дне колонны.

Преобразование

После перегонки тяжелые и малоценные дистилляционные фракции могут быть переработаны в более легкие и более ценные продукты, такие как бензин. Именно здесь фракции перегонных установок превращаются в потоков (промежуточные компоненты), которые в итоге становятся готовыми продуктами.

Наиболее широко используемый метод преобразования называется крекингом , поскольку он использует тепло, давление, катализаторы и иногда водород для расщепления молекул тяжелых углеводородов на более легкие. Установка крекинга состоит из одного или нескольких высоких толстостенных реакторов в форме ракеты и сети печей, теплообменников и других сосудов. Комплексные нефтеперерабатывающие заводы могут иметь один или несколько типов крекеров, включая установки каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем и установки гидрокрекинга/гидрокрекинга.

Крекинг — не единственная форма конверсии сырой нефти. Другие процессы нефтепереработки перестраивают молекулы, чтобы повысить ценность, а не расщеплять молекулы.

Перегонная установка жидкостного каталитического крекинга

Источник: Chevron (защищено авторским правом)

Работники нефтеперерабатывающей промышленности смотрят на нефтеперерабатывающий завод

Источник: Chevron (защищено авторским правом)

Алкилирование, например, позволяет получать компоненты бензина путем объединения некоторых газообразных побочных продуктов крекинга.