La distillazione primaria del petrolio è il primo processo tecnologico di raffinazione del petrolio. Impostazioni lavorazione primaria disponibile in ogni raffineria.
La distillazione diretta si basa sulla differenza nei punti di ebollizione di gruppi di idrocarburi vicini tra loro nelle proprietà fisiche.
Distillazione o distillazione- questo è il processo di separazione di una miscela di liquidi mutuamente solubili in frazioni che differiscono per punti di ebollizione sia tra loro che con la miscela originale. Durante la distillazione, la miscela viene portata a ebollizione ed evapora parzialmente; si ottengono un distillato e un residuo, che differiscono per composizione dalla miscela originaria. Nelle installazioni moderne, la distillazione dell'olio viene effettuata utilizzando una singola evaporazione. Con una sola evaporazione, le frazioni bassobollenti, passando in vapore, rimangono nell'apparecchio e riducono la pressione parziale delle frazioni altobollenti evaporanti, il che rende possibile effettuare la distillazione a temperature più basse.
Con una sola evaporazione e successiva condensazione dei vapori si ottengono due frazioni: una leggera, che contiene più componenti bassobollenti, e una pesante, che contiene meno componenti bassobollenti della materia prima, cioè durante la distillazione, una fase viene arricchita con componenti bassobollenti e l'altra con componenti altobollenti. Allo stesso tempo, è impossibile ottenere la necessaria separazione dei componenti dell'olio e ottenere prodotti finali bollenti in determinati intervalli di temperatura utilizzando la distillazione. A questo proposito, dopo una singola evaporazione, i vapori d'olio subiscono una rettifica.
Rettifica- processo di diffusione di separazione di liquidi con punti di ebollizione diversi a causa del contatto multiplo in controcorrente di vapori e liquidi.
Nelle unità primarie di distillazione dell'olio, il flashing e la distillazione sono solitamente combinati.
Attualmente, la distillazione diretta dell'olio viene effettuata come processo continuo nei cosiddetti impianti tubolari a vuoto atmosferico (Fig. 4), i cui apparati principali sono un forno tubolare e una colonna di distillazione.
Riso. 4. Schema dell'impianto in vuoto atmosferico per la distillazione
1.5 - forni tubolari; 2.6 - colonne di distillazione; 3 - scambiatori di calore;
4 - condensatori
Le basi del processo si riducono al fatto che l'olio, riscaldato a 350 0 C in un forno tubolare, entra nella parte centrale della sezione inferiore della colonna di distillazione operando a pressione atmosferica. Allo stesso tempo, la sua benzina, cherosene e altre frazioni, bollenti nell'intervallo di temperatura da 40 a 300 0 C, si surriscaldano rispetto all'olio, che ha una temperatura di 350 0 C, e quindi si trasformano immediatamente in vapore. Nella colonna di distillazione, i vapori di queste frazioni bassobollenti salgono e l'olio combustibile altobollente scorre verso il basso. Ciò porta a una temperatura non uniforme lungo l'altezza della colonna. Nella sua parte inferiore la temperatura è la più alta e nella parte superiore la più bassa.
I vapori ascendenti degli idrocarburi, a contatto con un liquido più freddo che scorre verso il basso, si raffreddano e condensano parzialmente. Allo stesso tempo, il liquido si riscalda e le frazioni più volatili evaporano da esso. Di conseguenza, la composizione del liquido e del vapore cambia, poiché il liquido si arricchisce di idrocarburi non volatili e il vapore si arricchisce di idrocarburi volatili. Tale processo di condensazione ed evaporazione, a causa della differenza di temperatura lungo l'altezza della colonna, porta ad una sorta di stratificazione delle frazioni idrocarburiche in termini di punti di ebollizione e, conseguentemente, in termini di composizione. Per intensificare questa delaminazione, all'interno della colonna vengono installati speciali ripiani divisori, chiamati piastre. Le piastre sono lamiere di acciaio forate con aperture per liquido e vapore. In alcuni modelli, i fori con sporgenze per il rilascio del vapore sono coperti con tappi e sono previsti tubi di scarico per il liquido (Fig. 5).
Riso. 5. Schema del dispositivo e funzionamento della colonna del vassoio di distillazione:
1 - piatti; 2 - tubi di diramazione; 3 - tappi; 4 - bicchieri drenanti; 5 - pareti di colonne
Su un tale piatto, i vapori che salgono dall'alto gorgogliano nel liquido da sotto i cappucci, mescolandolo intensamente e trasformandolo in uno strato schiumoso. In questo caso gli idrocarburi altobollenti vengono raffreddati ei residui nel liquido condensano, mentre gli idrocarburi bassobollenti disciolti nel liquido, riscaldati, passano in vapore. I vapori salgono verso la piastra superiore e il liquido scorre verso il basso. Lì, il processo di condensazione ed evaporazione si ripete nuovamente. Tipicamente, fino a 40 vassoi sono installati in una colonna di distillazione con un'altezza di 35-45 m. Il grado di separazione raggiunto in questo caso consente di condensare e selezionare le frazioni lungo l'altezza della colonna in un intervallo di temperatura rigorosamente definito. Quindi, a 300-350 0 C, l'olio solare si condensa e viene rimosso, a una temperatura di 200-300 0 C - frazione di cherosene, a una temperatura di 160-200 0 C - frazione di nafta. I vapori non condensati della frazione benzina con una temperatura di 180 0 C vengono rimossi attraverso la parte superiore della colonna, dove vengono raffreddati e condensati in uno speciale scambiatore di calore. Parte della frazione di benzina raffreddata viene restituita per irrigare il piatto superiore della colonna. Questo viene fatto per separare più accuratamente gli idrocarburi volatili e condensare le impurità meno volatili che scorrono verso il basso mettendo a contatto i vapori caldi con una frazione di benzina raffreddata. Questa misura consente di ottenere benzina più pulita e di migliore qualità con un numero di ottani compreso tra 50 e 78.
Con una distillazione più accurata, la frazione di benzina può essere suddivisa in benzina (etere di petrolio) - 40-70 0 С, benzina stessa - 70-120 0 С e nafta 120-180 0 С.
L'olio combustibile viene raccolto nella parte più bassa della colonna di distillazione. A seconda del contenuto di composti di zolfo in esso contenuti, può servire come combustibile per caldaie o come materia prima per la produzione di oli lubrificanti o quantità aggiuntive di carburante per motori e gas di petrolio. Di solito, quando il contenuto di zolfo nell'olio combustibile è superiore all'1%, viene utilizzato come combustibile per caldaie ad alto contenuto calorico, e in questa fase la distillazione viene interrotta, riducendo il processo a uno stadio singolo. Se è necessario ottenere oli lubrificanti dall'olio combustibile, questo viene sottoposto ad ulteriore distillazione in una seconda colonna di distillazione operante sotto vuoto. Tale schema è chiamato schema a due stadi. Il processo a due stadi differisce da quello a uno stadio per un minore consumo di carburante e una maggiore intensità di funzionamento dell'apparecchiatura, che si ottiene utilizzando il vuoto e un grado più elevato di recupero del calore. L'uso del vuoto nella seconda fase della distillazione impedisce la scissione degli idrocarburi pesanti, abbassa il punto di ebollizione dell'olio combustibile e quindi riduce il consumo di combustibile per il suo riscaldamento.
L'essenza del secondo stadio si riduce al riscaldamento dell'olio combustibile con gas caldi fino a 420 0 C in un forno tubolare e alla sua successiva distillazione in una colonna di distillazione. Di conseguenza, si formano fino al 30% di catrame e fino al 70% di componenti dell'olio, che sono materie prime per la produzione di oli lubrificanti. La potenza approssimativa e la selezione della temperatura delle frazioni di olio combustibile sono riportate nella tabella. quindici.
Per risparmiare più calore e migliorare le prestazioni tecniche ed economiche degli impianti a vuoto atmosferico, l'olio viene riscaldato a 350 0 C in due fasi.
Tabella 15
Frazioni di distillazione dell'olio combustibile
Inizialmente viene preriscaldato a 170-175 0 C con il calore dei prodotti della distillazione (questi ultimi vengono poi raffreddati), e poi in un forno tubolare con il calore dei gas caldi. Tale recupero di calore consente di ridurre il consumo di combustibile per il processo e ridurre il costo della lavorazione primaria.
Vladimir Homutko
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Come avviene la raffinazione del petrolio?
Il petrolio è una miscela complessa di composti di idrocarburi. Si presenta come un liquido viscoso oleoso con un odore caratteristico, il cui colore varia principalmente dal marrone scuro al nero, sebbene siano presenti anche oli leggeri, quasi trasparenti.
Questo liquido ha una debole fluorescenza, la sua densità è inferiore a quella dell'acqua, in cui è quasi insolubile. La densità di un olio può variare da 0,65-0,70 grammi per centimetro cubo (qualità leggere) a 0,98-1,00 grammi per centimetro cubo (qualità pesanti).
Il modo più semplice per disidratare l'olio sul campo è un metodo termochimico per rimuovere l'acqua normalmente pressione atmosferica.
La sua essenza sta nel fatto che all'olio riscaldato a 30-50 gradi viene aggiunto uno speciale tensioattivo, chiamato demulsionante, dopodiché la miscela risultante viene depositata in appositi serbatoi. Se la necessaria tenuta delle vasche di sedimentazione non è garantita, si verificano gravi perdite di materie prime dovute ai processi di evaporazione. Pertanto, in generale, la decantazione termochimica avviene in serbatoi sigillati pressurizzati.
Se il contenuto di sale nell'olio è basso, vengono quasi completamente rimossi nel processo di separazione e sedimentazione. Tuttavia, la maggior parte degli oli prodotti richiede ancora un'ulteriore dissalazione.
Anche le tecniche termochimiche sono applicabili a questo processo, ma nella maggior parte dei casi viene utilizzato un metodo chiamato elettrosaltazione. Combina i fanghi termochimici con un ulteriore trattamento di emulsione d'olio che avviene in campi elettrici. Le installazioni con l'aiuto delle quali viene eseguito questo processo sono chiamate impianti di desalinizzazione elettrica (abbreviati in ELOU).
Dopo la dissalazione presso ELOU, la miscela entra nel sistema di condutture principali per il suo ulteriore trasporto alle imprese complesso di elaborazione(abbreviato in raffineria).
I processi di distillazione diretta del petrolio greggio avvengono in unità tubolari di due tipi: a pressione atmosferica (unità AT) e sotto vuoto di varie profondità (VT). Nelle raffinerie domestiche, di norma, entrambi i tipi sono combinati in un'unità AVT combinata - tipo tubolare a vuoto atmosferico.
Il nome tubolare è spiegato dal fatto che la materia prima viene riscaldata nelle spire dei forni tubolari prima di essere separata in frazioni.
AVT ha due blocchi: atmosferico e vuoto. distillazione atmosferica il petrolio (o distillazione) a un valore di pressione naturale consente di ottenere luce, che include benzina, cherosene e distillati diesel.
Il loro punto di ebollizione non è superiore a 360 gradi Celsius. La resa di tali frazioni, a seconda del fisico Composizione chimica materie prime lavorate, è dal 45 al 60 per cento della quantità totale di petrolio greggio. Il residuo della distillazione atmosferica è chiamato olio combustibile.
Il processo di lavorazione (separazione in frazioni) dell'olio preriscaldato avviene in una colonna di distillazione, che si presenta come un'unità cilindrica verticale, dotata dall'interno di speciali dispositivi di contatto chiamati piastre. Attraverso queste lastre, i vapori rilasciati dei prodotti petroliferi salgono e le fasi liquide scendono.
Le colonne di distillazione possono essere di diverse dimensioni e diverse configurazioni, ma sono utilizzate in tutte le raffinerie. Il numero di lastre in tali dispositivi può variare da 20 a 60 pezzi.
Il calore viene fornito nella parte inferiore di questa colonna e la sua rimozione nella parte superiore, quindi la temperatura nella colonna diminuisce gradualmente dal basso verso l'alto. Ciò consente di rimuovere le frazioni di benzina sotto forma di vapori dalla parte superiore dell'apparato. I distillati di cherosene e diesel vengono condensati e rimossi in altre parti dell'apparato della colonna di distillazione e il residuo liquido sotto forma di olio combustibile viene pompato dal fondo ed entra nell'unità del vuoto.
Il compito della distillazione sottovuoto è la selezione di distillati di tipo petrolifero da olio combustibile (se la raffineria è specializzata nella produzione di oli e lubrificanti) o da un'ampia frazione petrolifera ad ampio spettro, denominata gasolio sottovuoto (se la raffineria è specializzata in la produzione di carburanti). Dopo la distillazione sotto vuoto si forma un residuo chiamato catrame.
La necessità di tale lavorazione dell'olio combustibile sotto vuoto è spiegata dal fatto che a un valore di temperatura superiore a 380 gradi inizia il processo di cracking (decomposizione termica degli idrocarburi) e il punto di ebollizione del gasolio sotto vuoto è superiore a 520 gradi . Per questo motivo la distillazione deve essere effettuata ad un valore di pressione residua di 40-60 millimetri. colonna di mercurio, che consente di ridurre il valore massimo della temperatura nell'installazione a 360 - 380 gradi.
L'ambiente del vuoto in una colonna di questo tipo viene creato utilizzando attrezzature specializzate, il cui elemento chiave principale sono gli eiettori di liquido o di vapore.
Prodotti ottenuti per distillazione diretta
Con l'ausilio della distillazione primaria del greggio si ottengono i seguenti prodotti:
- gas idrocarburico, che viene rimosso dalla testa di stabilizzazione; utilizzato come combustibile domestico e materia prima per i processi di frazionamento del gas;
- frazioni di benzina (punto di ebollizione - fino a 180 gradi); utilizzato come materia prima per processi di distillazione secondaria in unità di reforming e cracking catalitico, pirolisi e altri tipi di raffinazione del petrolio (più precisamente, sue frazioni), al fine di ottenere benzina per motori commerciale;
- frazioni di cherosene (punto di ebollizione - da 120 a 315 gradi); dopo l'idrotrattamento, vengono utilizzati come carburante per aviogetti e trattori;
- gasolio atmosferico (frazioni diesel), che bolle nell'intervallo da 180 a 350 gradi; dopodiché, dopo aver superato le opportune lavorazioni e depurazioni, viene utilizzato come carburante per motori di tipo diesel;
- olio combustibile, che bolle a temperature superiori a 350 gradi; utilizzato come combustibile per caldaie e come materia prima per impianti di cracking termico;
- gasolio sotto vuoto con punto di ebollizione compreso tra 350 e 500 gradi o più; è una materia prima per catalisi e idrocracking, nonché per la produzione di prodotti petroliferi;
- catrame - punto di ebollizione - più di 500 gradi; che funge da materia prima per gli impianti di cokeria e cracking termico, al fine di ottenere bitume e vari tipi oli di petrolio.
Schema tecnologico di distillazione diretta (dal libro di testo a cura di Glagoleva e Kapustin)
Decifriamo la notazione:
- K-1 - colonna superiore;
- K-2 – colonna atmosferica di raffinazione del petrolio;
- K-3 - colonna di spogliatura;
- K-4 - installazione di stabilizzazione;
- K-5 – colonna di lavorazione sottovuoto;
- E-1…E-4 – disidratatori elettrici;
- P-1 e P-2 - forni di preriscaldamento;
- КХ-1…КХ-4 – dispositivi di raffreddamento e condensazione;
- E-1 ed E-2 - contenitori di riflusso;
- A-1 - pompa per vuoto del tipo a eiettore di vapore;
- I - petrolio greggio;
- II - testa di stabilizzazione;
- III - benzina stabilizzata;
- IV - frazione di cherosene;
- V - gasolio atmosferico (frazioni diesel);
- VI - gasolio sottovuoto;
- VII - catrame (residuo formatosi dopo l'esecuzione del trattamento sottovuoto);
- VIII - gas di scarico dell'eiettore;
- IX - sostanza tensioattiva (demulsionante);
- X - acqua scaricata nelle acque reflue;
- XI - vapore acqueo.
Nella colonna K-1 viene prelevata la frazione di benzina, che viene poi condensata nell'XK-1 ed entra nel serbatoio E-1.
L'olio lavorato mezzo strippato dalla parte inferiore di K-1 attraverso un forno tubolare P-1 entra in K-2 (colonna atmosferica). Parte del flusso di tale olio viene restituito a K-1, fornendo il calore necessario per i processi di distillazione.
In K-2, ha luogo un ulteriore frazionamento. La frazione più alta di K-2 è la benzina pesante, che, dopo la condensazione, entra in E-2. La frazione di cherosene e diesel viene rimossa da K-2 con l'aiuto di strisce laterali e arriva a K-3 per la cottura a vapore.
In K-3, le frazioni leggere vengono rimosse, dopodiché il distillato diesel e il cherosene vengono rimossi dall'unità attraverso scambiatori di calore e frigoriferi di preriscaldamento.
L'olio combustibile liquido viene prelevato dal fondo di K-2, quindi viene immesso nel forno P-2 e quindi nella colonna a vuoto K-5, dove viene separato in catrame e gasolio sotto vuoto.
In cima al loro K-5 con una pompa a getto di vapore A-1, vengono aspirati vapore acqueo, aria e gas formati, nonché una piccola quantità di prodotti diesel leggeri. Il gasolio sottovuoto e il catrame vengono fatti passare attraverso i riscaldatori (scambiatori di calore) e quindi, dopo la condensazione nei frigoriferi, vengono scaricati dall'unità.
La benzina da E-1 ed E-2 viene riscaldata e immessa nella colonna di stabilizzazione K-4. I gas liquefatti vengono scaricati attraverso la parte superiore del K-4 (testa di stabilizzazione) e la benzina liquida stabilizzata viene scaricata dalla sua parte inferiore.
Quindi dentro in termini generali sembra un processo primario di raffinazione del petrolio.
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L'olio è costituito da molti componenti - frazioni - proprietà, ambito e tecnologie di elaborazione di cui sono diversi. I processi primari dell'industria della raffinazione del petrolio consentono di isolare le singole frazioni, preparando così le materie prime per l'ulteriore produzione di noti prodotti commerciali: benzina, diesel, cherosene e molti altri.
Prima di arrivare alla produzione, l'olio ancora in campo subisce una prima preparazione. Con l'aiuto di separatori di gasolio, vengono rimossi i componenti gassosi più leggeri. Si tratta del gas di petrolio associato (APG), costituito principalmente da metano, etano, propano, butano e isobutano, cioè idrocarburi le cui molecole contengono da uno a quattro atomi di carbonio (da CH4 a C4H10). Questo processo è chiamato stabilizzazione dell'olio: resta inteso che dopo di esso l'olio manterrà la sua composizione di idrocarburi e le proprietà fisiche e chimiche di base durante il trasporto e lo stoccaggio.
Oggettivamente, il degasaggio dell'olio di giacimento inizia anche nel pozzo man mano che sale: a causa della caduta di pressione nel liquido, il gas viene gradualmente rilasciato da esso. Quindi, in cima abbiamo a che fare con un flusso a due fasi - olio / gas associato. Il loro stoccaggio e trasporto congiunti risulta essere economicamente non redditizio e difficile dal punto di vista tecnologico. Per spostare un flusso bifase attraverso una tubazione, è necessario creare in essa condizioni di miscelazione costanti in modo che il gas non si separi dall'olio e non crei blocchi di gas nella tubazione. Tutto ciò richiede costi aggiuntivi. Risulta molto più facile far passare il flusso di gasolio attraverso il separatore e separare il più possibile l'APG dall'olio. È quasi impossibile ottenere un olio assolutamente stabile, i cui componenti non evaporeranno affatto nell'atmosfera. Una parte del gas rimarrà comunque e verrà estratta durante il processo di raffinazione.
A proposito, lo stesso gas di petrolio associato è una preziosa materia prima che può essere utilizzata per generare elettricità e calore, nonché una materia prima per le industrie petrolchimiche. Negli impianti di trattamento del gas, dall'APG si ottengono singoli idrocarburi commercialmente puri e loro miscele, gas liquefatti e zolfo.
La distillazione, o distillazione, è il processo di separazione dei liquidi mediante evaporazione e successiva condensazione. Si ritiene che questo processo sia stato padroneggiato per la prima volta Antico Egitto, dove veniva utilizzato per ottenere dalla resina di cedro l'olio per l'imbalsamazione dei corpi dei defunti. Successivamente, i romani si dedicarono anche all'affumicatura del catrame per ottenere l'olio di cedro. Per fare questo si metteva sul fuoco un vaso di resina e lo si copriva con un panno di lana, sul quale si raccoglieva l'olio.
Aristotele descrisse il processo di distillazione nella sua Meteorologia e menzionò anche il vino, i cui vapori possono divampare, confermando indirettamente che potrebbe essere stato distillato in anticipo per aumentare la fortezza. Da altre fonti si sa che il vino veniva distillato nel III secolo a.C. e. in Antica Roma, tuttavia, non per il brandy, ma per la produzione di vernici.
I seguenti riferimenti alla distillazione risalgono al I secolo d.C. e. e sono associati al lavoro degli alchimisti alessandrini. Successivamente, questo metodo fu adottato dai greci dagli arabi, che lo utilizzarono attivamente nei loro esperimenti. È anche noto che nel XII secolo erano impegnati nella distillazione dell'alcool presso la scuola medica salernitana. A quei tempi, però, i distillati di alcol non venivano usati come bevanda, ma come medicinale. Nel XIII secolo il medico fiorentino Tadeo Alderotti fu il primo ad effettuare il frazionamento (separazione) di una miscela di liquidi. Il primo libro interamente dedicato alla distillazione fu pubblicato nel 1500 dal medico tedesco Hieronymus Brunschwig.
Per molto tempo ne è stata utilizzata una quantità sufficiente per la distillazione dispositivi semplici- alambicco (recipiente in rame con tubo per la rimozione del vapore) e storta (pallone in vetro con beccuccio inclinato stretto e lungo). La tecnica iniziò a migliorare nel XV secolo. Tuttavia, i precursori delle moderne colonne di distillazione per la distillazione del petrolio, in cui avviene lo scambio termico tra flussi controcorrente di liquido e vapore, apparvero solo a metà del XIX secolo. Hanno permesso di ottenere alcol con una gradazione del 96% con un alto grado di purificazione.
Anche in campo, l'acqua e le impurità meccaniche vengono separate dall'olio. Successivamente, entra nell'oleodotto principale e viene inviato a una raffineria di petrolio (raffineria). Prima di procedere alla lavorazione, l'olio deve essere ripulito dai sali in esso contenuti (cloruri e solfati di sodio, calcio e magnesio), che causano corrosione delle apparecchiature, si depositano sulle pareti dei tubi e contaminano pompe e valvole. Per questo vengono utilizzati impianti di desalinizzazione elettrica (ELOU). L'olio viene mescolato con acqua, risultando in un'emulsione - microscopiche goccioline d'acqua nell'olio, in cui il sale si dissolve. La miscela risultante è sottoposta a un campo elettrico, che fa sì che le goccioline di acqua salata si fondano tra loro e poi si separino dall'olio.
Il petrolio è una miscela complessa di idrocarburi e composti non idrocarburici. con l'aiuto della distillazione primaria, può essere separato solo in parti: distillati contenenti una miscela meno complessa. a causa della composizione complessa, le frazioni di olio evaporano in determinati intervalli di temperatura.
Molti processi di raffinazione richiedono olio combustibile o prodotti petroliferi. Per questo vengono utilizzati forni tubolari. Le materie prime vengono riscaldate alla temperatura richiesta in bobine costituite da tubi con un diametro di 100–200 mm.
L'olio è composto da un largo numero diversi idrocarburi. Le loro molecole differiscono in massa, che, a sua volta, è determinata dal numero dei loro atomi di carbonio e idrogeno costituenti. Per ottenere l'uno o l'altro prodotto petrolifero sono necessarie sostanze con caratteristiche molto specifiche, quindi la raffinazione del petrolio in una raffineria inizia con la sua separazione in frazioni.
Secondo uno studio sulla raffinazione del petrolio e sulle industrie petrolchimiche condotto dall'American Petroleum Institute, la gamma di prodotti petroliferi prodotti nelle moderne raffinerie e con specifiche individuali comprende oltre 2.000 articoli.
Una frazione può contenere molecole di diversi idrocarburi, ma le proprietà della maggior parte di esse sono vicine e il peso molecolare varia in certi limiti. La separazione delle frazioni avviene per distillazione e si basa sul fatto che idrocarburi diversi hanno punti di ebollizione diversi: per quelli più leggeri è più basso, per quelli più pesanti è più alto. Questo processo è chiamato distillazione (distillazione).
Le principali frazioni di petrolio sono determinate dagli intervalli di temperatura a cui gli idrocarburi in esse bollono: frazione di benzina - 28–150 ° C, frazione di cherosene - 150–250 ° C, frazione diesel o gasolio, - 250–360 ° C, olio combustibile - superiore a 360°C. Ad esempio, a una temperatura di 120°C, la maggior parte della benzina è già evaporata, ma cherosene e gasolio sono allo stato liquido. Quando la temperatura sale a 150°C, il cherosene inizia a bollire ed evaporare, dopo 250°C - diesel.
Esistono numerosi nomi specifici per le frazioni utilizzate nella raffinazione del petrolio. Così, ad esempio, il vapore di testa è la frazione più leggera ottenuta durante la lavorazione primaria. Si dividono in una componente gassosa e un'ampia frazione di benzina. Le strisce laterali sono frazione di cherosene, gasolio leggero e pesante.
Una colonna di distillazione è un cilindro verticale, all'interno del quale si trovano speciali partizioni (piastre o ugelli). I vapori di olio riscaldato vengono immessi nella colonna e salgono. Le frazioni più leggere evaporano, più in alto salgono nella colonna. Ogni piastra, situata ad una certa altezza, può essere considerata come una sorta di filtro: nei vapori che l'hanno attraversata rimane una quantità sempre minore di idrocarburi pesanti. Parte dei vapori condensati su una certa piastra o non raggiungendola, scorre verso il basso. Questo liquido, chiamato catarro, si incontra con il vapore che sale, avviene uno scambio termico, per cui i componenti bassobollenti del catarro si trasformano nuovamente in vapore e salgono verso l'alto, e i componenti altobollenti del vapore condensano e defluire con il restante catarro. In questo modo si può ottenere una separazione più precisa delle frazioni. Più alta è la colonna di distillazione e più vassoi contiene, più piccole saranno le frazioni ottenute. Nelle raffinerie moderne, l'altezza delle colonne supera i 50 m.
La più semplice distillazione atmosferica dell'olio può essere effettuata semplicemente riscaldando il liquido e condensando ulteriormente i vapori. L'intera selezione qui consiste nel fatto che viene raccolto il condensato di vapori formatosi in diversi intervalli di temperatura di ebollizione: prima evaporano le frazioni bassobollenti leggere e poi si condensano, quindi frazioni altobollenti medie e pesanti di idrocarburi. Naturalmente, con questo metodo, non è necessario parlare di separazione in frazioni strette, poiché alcune delle frazioni altobollenti passano nel distillato e alcune delle frazioni bassobollenti non hanno il tempo di evaporare nel loro intervallo di temperatura . Per ottenere frazioni più strette si utilizza la distillazione con distillazione, per la quale vengono costruite colonne di distillazione
50
metri e più può raggiungere l'altezza delle colonne di distillazione nelle moderne raffinerie
Le frazioni separate possono essere sottoposte a ripetute distillazioni atmosferiche per separarsi in componenti più omogenei. Quindi, le frazioni di benzene, toluene e xilene sono ottenute da benzine di un'ampia composizione frazionaria - materie prime per ottenere singoli idrocarburi aromatici(benzene, toluene, xilene). La frazione diesel può anche essere sottoposta a ridistillazione e ulteriore separazione.
La distillazione dell'olio nei moderni impianti atmosferici può essere effettuata come un flash in una colonna di distillazione, un doppio flash in due colonne successive o una distillazione con pre-evaporazione delle estremità leggere in una colonna di pre-evaporazione.
È possibile eseguire la distillazione dell'olio in moderni impianti atmosferici e in sezioni atmosferiche di impianti combinati diversi modi: come flash in una colonna di distillazione, doppio flash in due colonne successive o distillazione con pre-evaporazione della luce termina in una colonna di pre-evaporazione. Inoltre, le colonne di distillazione possono essere sottovuoto, dove la condensazione del vapore avviene a una pressione minima.
Le frazioni bollenti a temperature superiori a 360 ° C non vengono separate durante la distillazione atmosferica (distillazione a pressione atmosferica), poiché a più di alta temperatura inizia la loro decomposizione termica (cracking): le molecole grandi si disgregano in molecole più piccole e la composizione della materia prima cambia. Per evitare ciò, il residuo della distillazione atmosferica (mazut) viene sottoposto a distillazione in una colonna sotto vuoto. Poiché qualsiasi liquido bolle a una temperatura inferiore nel vuoto, ciò consente la separazione dei componenti più pesanti. In questa fase vengono separate frazioni di oli lubrificanti, materie prime per cracking termico o catalitico e catrame.
Durante la lavorazione primaria, tipi diversi materie prime, che saranno poi sottoposte a trasformazioni chimiche nell'ambito di processi secondari. Lo hanno già fatto nomi familiari- benzina, cherosene, diesel - ma non soddisfano ancora i requisiti per i prodotti petroliferi commerciali. La loro ulteriore trasformazione è necessaria per migliorare le qualità del consumatore, purificare, creare prodotti con le caratteristiche desiderate e aumentare la profondità della raffinazione dell'olio.
La rettifica è un processo di separazione di miscele binarie o multicomponente dovuto allo scambio di massa e calore in controcorrente tra vapore e liquido.
Rettifica dell'olio consiste nella separazione in frazioni quando riscaldato, mentre le frazioni che differiscono nel punto di ebollizione vengono separate. Le frazioni bassobollenti sono chiamate leggere e le frazioni altobollenti pesanti.
Come risultato della rettifica di petrolio, si ottengono benzina, cherosene, gasolio, oli e altre frazioni.
Prodotti petroliferi leggeri: benzina, cherosene e gasolio si ottengono in impianti chiamati tubi atmosferici o atmosferici (AT), poiché il processo avviene a pressione atmosferica e l'olio viene riscaldato in un forno tubolare. Il residuo ottenuto in questi impianti - olio combustibile - può essere inviato ad un impianto sottovuoto, dove, a seguito della distillazione, si ottengono vari gradi di oli lubrificanti.
La distillazione con distillazione è il processo di trasferimento di massa più comune nella tecnologia chimica e petrolifera e del gas, effettuato in apparecchi - colonne di distillazione - mediante ripetuti contatti controcorrente di vapori e liquidi.
Le principali frazioni isolate durante la distillazione primaria dell'olio:
21 . Produzione di idrogeno da metano.
Steam reforming di gas naturale/metano
Reforming a vapore- produzione di idrogeno puro da idrocarburi leggeri (ad esempio metano, frazione propano-butano) mediante steam reforming (conversione catalitica di idrocarburi in presenza di vapore).
CH 4 + H 2 O \u003d CO + 3H 2 - reazione di steam reforming;
L'idrogeno può essere ottenuto in diverse purezze: 95-98% o extra puro. A seconda dell'ulteriore utilizzo, l'idrogeno si ottiene a pressioni diverse: da 1,0 a 4,2 MPa. materia prima ( gas naturale o frazioni di olio leggero) viene riscaldato fino a 350-400° in un forno a convezione o scambiatore di calore ed entra nell'apparato di desolforazione. Il gas convertito dal forno viene raffreddato nel forno di recupero, dove viene prodotto il vapore dei parametri richiesti. Dopo le fasi di conversione ad alta e bassa temperatura della CO, il gas viene alimentato all'adsorbimento della CO 2 e quindi alla metanazione degli ossidi residui. Il risultato è idrogeno di purezza 95-98,5% contenente 1-5% di metano e tracce di CO e CO 2 .
Nel caso sia necessario ottenere idrogeno ad elevata purezza, l'unità viene integrata con una sezione per la separazione ad adsorbimento del gas convertito. Contrariamente allo schema precedente, la conversione di CO qui è a stadio singolo. La miscela gassosa contenente H 2 , CO 2 , CH 4 , H 2 O e una piccola quantità di CO viene raffreddata per allontanare l'acqua ed inviata ad apparati di adsorbimento riempiti di zeoliti. Tutte le impurità vengono adsorbite in un unico stadio a temperatura ambiente. Il risultato è idrogeno con una purezza del 99,99%. La pressione dell'idrogeno risultante è di 1,5-2,0 MPa.
La composizione dell'olio e dei suoi prodotti è determinata dalla separazione in base ai punti di ebollizione mediante distillazione e rettifica.
Produzione di frazioni petrolifere
I condensati di petrolio, gas e le loro frazioni sono una miscela multicomponente di composti di idrocarburi. A . Pertanto, la determinazione della composizione di questa miscela come la totalità di tutti i composti inclusi nella loro composizione è un compito molto difficile e non sempre risolvibile.
Il costo di acquisto del greggio, che rappresenta circa l'80% dei costi di raffineria, è il massimo fattore importante, che determina la redditività compagnia petrolifera. La qualità e il valore del greggio dipendono dalla sua curva ITC, che determina il contenuto della frazione di prodotti petroliferi leggeri che bolle fino a 360°C, la frazione 360-540°C e il prodotto di fondo (>540°C), e il contenuto di impurità come zolfo, azoto, metalli ecc.
Tuttavia, la curva ITC non riflette la composizione chimica delle frazioni petrolifere, che, a sua volta, influenza la resa e le proprietà del prodotto delle unità per la conversione e l'upgrading dei prodotti petroliferi nelle raffinerie. Pertanto, la conoscenza della curva ITC e natura chimica frazioni di petrolio greggio ha un valore estremamente importanza per migliorare la performance economica delle raffinerie. Sfortunatamente, per ottenere queste informazioni sono necessarie analisi di laboratorio, che richiedono ingenti costi finanziari e di tempo.
Il gas che fa parte di questo olio è costituito principalmente da butani (73,9% in peso); la resa dei gas in olio è dell'1,5% in peso. La frazione propano-butano sarà utilizzata come materia prima per gli impianti di frazionamento del gas per la produzione di singoli idrocarburi, carburante e un componente della benzina per motori.
La frazione NK-62°С sarà utilizzata come materia prima per il processo di isomerizzazione catalitica al fine di aumentare il numero di ottani.
La frazione 62-85°C è chiamata "benzene", sarà utilizzata come componente della benzina commerciale e per la produzione di benzene.
La frazione 85-120°C miscelata con la frazione 120-180°C verrà utilizzata come materia prima per un reformer catalitico per aumentare il numero di ottani. Pre-inviato all'idrotrattamento.
La frazione 120-180°C sarà utilizzata in miscela con la frazione 180-230°C come componente del jet fuel. Il carburante per aerei non è adatto al punto di infiammabilità, quindi è necessario rimuovere alcuni dei componenti leggeri.
Metodi di estrazione dell'olio
Attualmente, la composizione individuale dei prodotti petroliferi può essere determinata in modo abbastanza affidabile mediante metodi di cromatografia gas-liquido solo per singole frazioni di benzina. Pertanto, una singola composizione di idrocarburi non può essere utilizzata come base per metodi predittivi per il calcolo delle proprietà termofisiche (TPP) a causa della sua indisponibilità per i consumatori.
Allo stesso tempo, la composizione frazionaria e la composizione idrocarburica del gruppo strutturale possono essere utilizzate in modo più fruttuoso nello sviluppo di metodi per il calcolo delle proprietà termiche del petrolio.
Pertanto, di seguito vengono considerati i metodi per il ricalcolo e l'estrapolazione delle curve di distillazione e i metodi per il calcolo della composizione idrocarburica del gruppo strutturale delle frazioni.
Questo tipo di composizione dell'olio e dei suoi prodotti è determinata dalla separazione in base ai punti di ebollizione mediante distillazione e rettifica.
La resa totale (in percentuale in peso o volume) delle singole frazioni che evaporano in determinati intervalli di temperatura è chiamata composizione frazionaria di olio, prodotto petrolifero o miscela. Per più caratteristiche complete la densità relativa e la media massa molare ogni tracolla e miscela nel suo insieme. In base ai risultati dell'evaporazione, viene costruita una curva ITC, che contiene abbastanza informazioni complete sulla composizione della miscela.
La rettifica secondo GOST 11011-85 nell'apparato ARN-2 è limitata da una temperatura di 450-460 ° C a causa della possibile decomposizione termica del residuo. Si consiglia di eseguire questo tipo di studio degli oli nel dispositivo di distillazione ARN-2 secondo il metodo GrozNII in un matraccio Manovyan fino a un punto di ebollizione di 560-580 °C. In questo caso, non c'è distorsione della curva ITC.
La composizione frazionata, specialmente di prodotti petroliferi commerciali leggeri e ampie frazioni, è spesso determinata mediante distillazione in un apparecchio Engler secondo GOST 2177-82, che è molto più semplice della rettifica. La curva di distillazione di Engler consente di determinare in modo affidabile i punti di ebollizione caratteristici delle frazioni. Tuttavia, quando si calcolano gli equilibri di fase, è preferibile avere una curva ITC. Sono state proposte numerose procedure empiriche per ottenere tale curva.
Ad esempio, per i prodotti petroliferi leggeri, è noto il metodo BashNIINP. Sulla base del fatto che la differenza di temperatura ottenuta durante la distillazione di un prodotto petrolifero commerciale secondo l'ITC e secondo l'Engler, ad un certo punto del punto di ebollizione del prodotto petrolifero è pressoché costante, possiamo scrivere
Nel calcolare i processi di distillazione di miscele multicomponente (MCM), è necessario utilizzare le proprietà fisico-chimiche e termodinamiche di tutti i componenti che compongono l'MCM separato. Poiché, nel caso in esame, la scomposizione della miscela continua iniziale in pseudocomponenti è piuttosto arbitraria, la procedura di calcolo proprietà fisiche e chimiche i singoli pseudo-componenti assumono un significato speciale.
È noto che qualsiasi Sostanza chimica ha un insieme di costanti caratteristiche e i valori delle costanti caratteristiche dipendono dalla struttura chimica delle molecole della sostanza. Questa disposizione può essere estesa anche agli pseudocomponenti, soprattutto se i valori delle costanti caratteristiche sono determinati sperimentalmente.
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Il punto di ebollizione medio aritmetico (tra l'inizio e la fine della frazione di ebollizione) è assunto come caratteristica principale e minima richiesta dello pseudocomponente.
Tuttavia, questa temperatura non caratterizza completamente lo pseudo-componente, poiché non tiene conto delle caratteristiche compositive degli oli. vari tipi(vari depositi). Per una valutazione più accurata della FCS degli pseudocomponenti, sono necessarie informazioni sulla composizione idrocarburica delle frazioni.
Questa informazione è indirettamente contenuta nelle curve RI e ITC. Inoltre, secondo la legge di conservazione della massa, i valori medi (integrali medi) delle costanti pseudo-caratteristiche e della probabile composizione idrocarburica per le frazioni isolate dalle curve confrontate agli stessi intervalli di ebollizione di consumo devono coincidere (ad eccezione di i loro limiti di temperatura di ebollizione).
Pertanto, per valutare la composizione idrocarburica dei carburanti, è abbastanza accettabile utilizzare la curva RI, poiché è più semplice e conveniente per la determinazione sperimentale. Tuttavia, quando si calcolano i processi di separazione (principalmente rettifica), è necessario utilizzare solo la curva ITC.
Per i calcoli, come costanti pseudocaratteristiche di tutti i componenti (pseudocomponenti) del MCS, vengono utilizzate proprietà standard (punti di ebollizione, temperature di transizione di fase, pressioni di vapore saturo, densità di fasi gassose e liquide in condizioni standard, indici di rifrazione, viscosità, entalpia, ecc. .), così come le proprietà critiche. Queste costanti caratterizzano l'identità chimica del componente, cioè rappresentano il "passaporto chimico" della sostanza. Le proprietà caratteristiche sono funzioni di parametri chimici specifici di una sostanza: massa molare e struttura di una molecola di una sostanza:
Dalla (1.1) segue che tutte le proprietà standard risultano essere interconnesse e possono essere espresse l'una attraverso l'altra. Quindi la massa molare di qualsiasi idrocarburo (pseudocomponente) può essere espressa in funzione delle sue proprietà standard: punto di ebollizione, densità, indice di rifrazione e altre proprietà, nonché una combinazione di queste proprietà. Ad esempio, possiamo citare le formule di B.P. Voinov, Kreg e Mamedov per il calcolo del peso molecolare degli idrocarburi:
Pertanto, il numero di opzioni per il calcolo del TFS degli pseudocomponenti risulta essere piuttosto ampio, il che complica in una certa misura il loro utilizzo pratico.
Per calcolare l'FCS di ampie frazioni petrolifere, costituite da diversi pseudo-componenti, viene utilizzata la regola di additività, ovvero il contributo di ciascuna frazione ristretta alle proprietà della frazione più ampia è determinato dalla concentrazione relativa della frazione ristretta in quella più ampia.
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In UMP, le procedure per il calcolo dell'FCS per miscele continue sono automatizzate: l'utente, in accordo con la scomposizione della temperatura accettata della curva ITC in pseudo-componenti, imposta i limiti di ebollizione dei singoli pseudo-componenti (singole frazioni ristrette), dopodiché compila la specifica per ogni pseudo-componente selezionato, impostandone le proprietà caratteristiche note all'utente.
Come minimo informazione necessaria, come già accennato, deve essere dato temperatura media il punto di ebollizione dello pseudo-componente e le proprietà (densità, indice di rifrazione, ecc.) note all'utente sono impostate come ulteriori. Quanto più completa è definita questa informazione, tanto più accuratamente ogni pseudo-componente sarà caratterizzato e, quindi, i risultati della modellazione successiva saranno più accurati. Per un esempio in fig. 1.7 mostra le curve di distribuzione delle proprietà caratteristiche ( tmer,p,n) per benzine idrotrattate di prima distillazione.
Riso. 1.7. Curve di distribuzione della temperatura di ebollizione ( tmer), densità ( p) e indice di rifrazione ( n) frazioni di benzine idrotrattate di prima distillazione
In conformità con la condizione accettata per un cambiamento abbastanza regolare delle proprietà caratteristiche con un cambiamento nel punto di ebollizione dei singoli componenti (il numero dei singoli componenti è molto grande), le dipendenze di tutte le proprietà dalla frazione di distillazione della sostanza ( o sulla temperatura di distillazione) dovrebbe anche essere continuo.
Sulla base di queste informazioni, è possibile calcolare tutte le proprietà di base ( Tkr, Pkr, zkr, caratteristiche entalpiche) di entrambi i singoli pseudo-componenti, e vengono determinati i valori integrali medi di queste proprietà per la frazione nel suo insieme, e anche le probabili formule lorde di ipotetici pseudo-componenti.In effetti, viene utilizzato lo stesso approccio nel ricalcolo reciproco delle curve RI e ITC.
Allo stesso tempo, la presenza di informazioni anche incomplete (solo proprietà individuali per singole frazioni, anche in un intervallo limitato di variazione della frazione di distillato) può aumentare significativamente l'adeguatezza delle informazioni generalizzanti. Quindi, per l'esempio mostrato in Fig. 1.4, tenendo conto di una sola proprietà per la frazione nel suo insieme (densità dell'olio combustibile) affina notevolmente la forma della caratteristica finale (curva ITC).
Raffinerie di petrolio in Russia
Colonna di distillazione sottovuoto Euro+ installata presso la raffineria Gazprom Neft di Mosca
Metodi di estrazione dell'olio
Costo della produzione di petrolio
