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Ministério da Educação e Ciência da Federação Russa
Instituição Educacional Orçamentária do Estado Federal
ensino superior
por disciplina
Destilação de óleo. Aplicação de agentes vaporizadores
Tecnologia de portadores de energia natural e materiais de carbono
Irkutsk 2017
Introdução
1. Composição fracionária do óleo
2. Principais frações petrolíferas
Conclusão
Bibliografia
Introdução
O petróleo é uma mistura complexa de líquido matéria orgânica, em que vários hidrocarbonetos sólidos e substâncias resinosas são dissolvidos. Além disso, os hidrocarbonetos gasosos que acompanham o petróleo são frequentemente dissolvidos nele. A divisão de misturas complexas em misturas mais simples ou, no limite, em componentes individuais é chamada de fracionamento. Os métodos de separação baseiam-se na distinção entre materiais físicos, superficiais e propriedades quimicas componentes compartilhados. No estudo e processamento de petróleo e gás, são utilizados os seguintes métodos de separação: estabilização física (desgaseificação), destilação e retificação, destilação a vácuo, destilação azeotrópica, destilação molecular, adsorção, cromatografia, uso de peneiras moleculares, extração, cristalização de soluções, tratamento com reagentes químicos e ureia (com a finalidade de isolar parafinas de estrutura normal). Com todos estes métodos é possível obter diferentes frações que diferem acentuadamente em composição e propriedades do produto original. Freqüentemente, esses métodos são combinados. Por exemplo, absorção e extração na separação de substâncias resinosas ou extração e destilação no processo de destilação extrativa. Após exame detalhado composição química Todos os métodos acima são praticamente utilizados para a produção de petróleo.
Os métodos mais comuns formam a base para o refino de petróleo em fábricas. Durante o processo de destilação, a temperaturas crescentes gradualmente, os componentes do óleo são destilados em ordem crescente de pontos de ebulição.
Para todas as substâncias individuais, o ponto de ebulição a uma determinada pressão é uma constante física. Como o óleo é uma mistura de um grande número de substâncias orgânicas com diferentes pressões de vapor saturado, é impossível falar sobre o ponto de ebulição do óleo.
Sob condições de destilação laboratorial de petróleo ou produtos petrolíferos a temperaturas gradualmente crescentes, os componentes individuais são destilados em ordem crescente de pontos de ebulição, ou a mesma coisa, em ordem decrescente de sua pressão de vapor saturado. Consequentemente, o petróleo e seus produtos são caracterizados não pelos pontos de ebulição, mas pelos limites de temperatura de início e fim da ebulição e pelo rendimento de frações individuais destiladas em determinadas faixas de temperatura. Com base nos resultados da destilação, a composição fracionária é avaliada.
1. Composição fracionária do óleo
agente de destilação por evaporação de óleo
Como o petróleo é uma mistura contínua multicomponente de hidrocarbonetos e compostos heteroatômicos, os métodos convencionais de destilação não podem separá-los em compostos individuais com constantes físicas estritamente definidas, em particular o ponto de ebulição a uma determinada pressão. É habitual separar o petróleo e os produtos petrolíferos por destilação em produtos individuais componentes, cada um dos quais é uma mistura menos complexa. Esses componentes são chamados de frações ou destilados. Sob condições de destilação laboratorial ou industrial, frações individuais de petróleo são destiladas a um ponto de ebulição cada vez maior. Consequentemente, o óleo e suas frações são caracterizados não pelo seu ponto de ebulição, mas pelos limites de temperatura do início e do final da ebulição.
Ao estudar a qualidade de novos óleos (ou seja, elaborar um passaporte técnico), sua composição fracionária é determinada em aparelhos de destilação padrão equipados com colunas de destilação (por exemplo, em ARN-2 de acordo com GOST 11011-85). Isto permite melhorar significativamente a clareza da separação e construir, com base nos resultados da destilação, a chamada curva de ponto de ebulição verdadeiro nas coordenadas de temperatura - rendimento das frações em % em peso, (ou % vol.).
Os óleos de diferentes campos variam significativamente na sua composição fracionária e, portanto, no seu conteúdo potencial de destilados de combustível para motores e óleos lubrificantes. A maioria dos óleos contém 10-30% de frações de gasolina, fervendo até 200%, e 40-65% de frações de gasóleo querosene, destilando até 350°C. Existem depósitos conhecidos de óleos leves com alto teor de óleos leves (até 350 °C). Assim, o óleo Samotlor contém 58% de luz, e os condensados de gás da maioria dos campos consistem quase inteiramente (85-90%) de luz. Também são produzidos óleos muito pesados, constituídos principalmente por frações de alto ponto de ebulição (por exemplo, óleo do campo Yaregskoye, extraído pelo método do eixo).
A composição de carboidratos do óleo é o indicador mais importante de sua qualidade, determinando a escolha do método de processamento, a variedade e as propriedades operacionais dos produtos petrolíferos resultantes. Os óleos fonte contêm em diversas proporções todas as classes de carboidratos, exceto alcenos: alcanos, ciclanos, arenos, além de compostos heteroatômicos. Alcanos (СnН2n+2) - carboidratos parafínicos - constituem parte significativa do grupo de componentes de óleos, condensados de gases e gases naturais. Seu conteúdo total em óleos é de 25 a 75% em peso. e apenas em alguns óleos parafínicos como o Mangyshlak atinge 40-50%. À medida que a fração molar do óleo aumenta, o conteúdo de alcanos neles diminui. Petróleo associado e gases naturais quase completamente, e as gasolinas simples geralmente consistem em 60-70% de alcanos. Nas frações de óleo, seu conteúdo é reduzido para 5-20% em peso. Dos alcanos na gasolina predominam os substituídos com 2 e 3-monometil, enquanto a proporção de isoalcanos com átomo de carbono quaternário é menor e os isoalcanos substituídos com etil e propil estão praticamente ausentes. Com um aumento no número de átomos de carbono em uma molécula de alcano acima de 8, o conteúdo relativo dos monossubstituídos diminui. As frações de gasóleo (200-350 °C) dos óleos contêm alcanos, desde o dodecano até o eicosano. Foi estabelecido que entre os alcanos predominam as estruturas monometil-substituídas e isoprenóides (com grupos metil laterais alternados através de três átomos de carbono na base da cadeia de carbono). Em média, o conteúdo de alcanos de estrutura isoprenóide é de cerca de 10-11%.
Cicloalcanos (c. CnH2n) - carboidratos naftênicos - fazem parte de todas as frações dos óleos, exceto gases. Em média, óleos de vários tipos contêm de 25 a 80% em peso. As frações de gasolina e querosene são representadas principalmente por homólogos de ciclopentano e ciclohexano, principalmente por ciclanos curtos (C1 - C3) alquil-substituídos. As frações de alto ponto de ebulição contêm predominantemente homólogos policíclicos de ciclanos com 2-4 ciclanos idênticos ou diferentes de um tipo de estrutura articulada ou condensada. A distribuição dos ciclanos entre as frações petrolíferas é muito diversificada. Seu conteúdo aumenta à medida que as frações se tornam mais pesadas e cai apenas nas frações de óleo com maior ponto de ebulição. Pode-se notar a seguinte distribuição de isômeros de ciclano: entre C7 - ciclopentanos, predominam os substituídos em 1,2 - e 1,3-dimetil; C8 - ciclopentanos são predominantemente substituídos por trimetil; Entre os alquilciclohexanos, a proporção predominante é a dos substituídos por di e trimetil, que não contêm átomo de carbono quaternário.
Ciclanos são da mais alta qualidade parte integral combustível para motores e óleos lubrificantes. Os ciclanos monocíclicos conferem propriedades de alto desempenho ao combustível para motores e são uma matéria-prima de maior qualidade em processos de reforma catalítica. Como parte dos óleos lubrificantes, eles proporcionam uma pequena alteração na viscosidade com a temperatura (ou seja, um índice alto). Com o mesmo número de átomos de carbono, os ciclanos, em comparação com os alcanos, são caracterizados por uma densidade mais alta e, mais importante, um ponto de fluidez mais baixo.
Arenas ( Hidrocarbonetos aromáticos) com fórmula empírica CnHn+2-2Ka (onde Ka é o número de anéis arenos) - são geralmente encontrados em óleos em quantidades menores (15-50%) que alcanos e ciclanos, e são representados por homólogos de benzeno em frações de gasolina . A sua distribuição entre as frações é diferente e depende do grau de aromatização do óleo, expresso na sua densidade. Em óleos leves, o teor de arenos geralmente diminui com o aumento do ponto de ebulição da fração. Os óleos do tipo ciclano de média densidade são caracterizados por uma distribuição quase uniforme de arenos entre as frações. Em óleos pesados, seu conteúdo aumenta acentuadamente com o aumento do ponto de ebulição das frações. O seguinte padrão de distribuição de isômeros de areno nas frações de gasolina foi estabelecido: dos C8-arenos, há mais 1,3-dimetil-substituídos do que etilbenzenos; Os arenos C9 são dominados pelos substituídos em 1,2,4-trimetil. As arenas são componentes valiosos na gasolina para motores (alta octanagem), mas indesejáveis no combustível de aviação e no diesel. Arenos monocíclicos com longas cadeias laterais alquílicas conferem aos óleos lubrificantes boas propriedades de viscosidade-temperatura.
2. Principais frações petrolíferas
Vários produtos são isolados do petróleo, tendo uma grande significado prático. Primeiro, os hidrocarbonetos gasosos dissolvidos (principalmente metano) são removidos dele. Após a destilação dos hidrocarbonetos voláteis, o óleo é aquecido. Eles são os primeiros a entrar no estado de vapor e os hidrocarbonetos são destilados um grande númeroátomos de carbono em uma molécula que têm um ponto de ebulição relativamente baixo. À medida que a temperatura da mistura aumenta, os hidrocarbonetos com maior ponto de ebulição são destilados. Desta forma, misturas individuais (frações) de óleo podem ser coletadas. Na maioria das vezes, esta destilação produz quatro frações voláteis, que são então separadas.
As principais frações do óleo são as seguintes:
* A fração gasolina, coletada de 40 a 200 °C, contém hidrocarbonetos de C5H12 a C11H24. Com posterior destilação da fração separada, obtém-se gasolina (ponto de ebulição = 40-70 °C) e gasolina
(tebulição = 70-120 °C) - aviação, automóvel, etc.
* A fração nafta, coletada entre 150 e 250 °C, contém hidrocarbonetos de C8H18 a C14H30. A nafta é usada como combustível para tratores. Grandes quantidades de nafta são transformadas em gasolina.
* A fração querosene inclui hidrocarbonetos de C12H26 a C18H38 com ponto de ebulição de 180 a 300 °C. O querosene, após purificado, é utilizado como combustível para tratores, jatos e foguetes.
* Fração de gasóleo (ponto de ebulição > 275 °C), também denominado gasóleo.
* O resíduo após a destilação do óleo - óleo combustível - contém hidrocarbonetos com grande número de átomos de carbono (até muitas dezenas) na molécula. O óleo combustível também é separado em frações por destilação sob pressão reduzida para evitar decomposição. Como resultado, óleos diesel (óleo diesel), óleos lubrificantes (automotivos, de aviação, industriais, etc.), vaselina (vaselina técnica é usada para lubrificar produtos metálicos para protegê-los da corrosão, vaselina purificada é usada como base para cosméticos e na medicina). A parafina é obtida a partir de alguns tipos de óleo (para produção de fósforos, velas, etc.). Depois de destilar os componentes voláteis do óleo combustível, permanece alcatrão. É amplamente utilizado na construção de estradas. Além de ser processado em óleos lubrificantes, o óleo combustível também é usado como combustível líquido em caldeiras.
3. Método de evaporação único e gradual
Separação do petróleo em seus componentes (frações) de acordo com seus pontos de ebulição para obtenção de produtos petrolíferos comerciais ou seus componentes. A destilação do petróleo é o processo inicial de refino do petróleo nas refinarias de petróleo, baseado no fato de que, quando o óleo é aquecido, forma-se uma fase de vapor, que difere em composição do líquido. As frações obtidas na destilação do petróleo são geralmente misturas de hidrocarbonetos. Usando métodos de destilação repetida de frações de petróleo, é possível isolar alguns hidrocarbonetos individuais. A destilação do óleo é realizada por evaporação única (destilação de equilíbrio) ou evaporação gradual (destilação simples ou destilação fracionada); com e sem retificação; na presença de vapor de água superaquecido - um agente evaporativo; no pressão atmosférica e sob vácuo. Na destilação de equilíbrio, a separação do óleo em frações ocorre de forma menos clara em comparação com a destilação simples. Porém, no primeiro caso, na mesma temperatura de aquecimento, a maior parte do óleo passa ao estado de vapor. Na prática laboratorial, utiliza-se principalmente a destilação simples de óleo com retificação da fase vapor em unidades descontínuas. Na indústria, a destilação de óleo com evaporação flash é utilizada em combinação com a retificação das fases vapor e líquida. Esta combinação permite destilar óleo em instalações contínuas e obter alta precisão na separação do óleo em frações e consumo econômico de combustível para aquecê-lo. O uso de vapor d'água leva à diminuição da temperatura, ao aumento da seleção das frações de óleo e ao aumento da concentração de componentes de alto ponto de ebulição no resíduo. Nas plantas industriais, a destilação do óleo é realizada primeiro à pressão atmosférica e depois sob vácuo. Durante a destilação atmosférica, o óleo não é aquecido acima de 370 °C, pois em temperaturas mais altas começa a quebra dos hidrocarbonetos - craqueamento, e isso é indesejável devido ao fato de que os hidrocarbonetos insaturados resultantes reduzem drasticamente a qualidade e o rendimento dos produtos alvo.
Como resultado da destilação atmosférica do óleo, as frações que fervem de aproximadamente 30 a 350-360 ° C são destiladas e o óleo combustível permanece no resíduo. A partir de frações de óleo fervendo até 360 °C, obtemos tipos diferentes combustíveis (gasolina, combustíveis para motores de aviação e diesel), matérias-primas para síntese petroquímica (benzeno, etilbenzeno, xilenos, etileno, propileno, butadieno), solventes, etc. A destilação adicional de óleo combustível é realizada sob vácuo (pressão residual 5,3-8 kN /m2, ou 40--60 mmHg) para minimizar o craqueamento de hidrocarbonetos. Na URSS, em várias refinarias de petróleo, a produtividade das unidades de refino de petróleo a vácuo atmosférico aumentou para 8 milhões de toneladas de petróleo por ano.
Na destilação flash, o óleo é aquecido em uma serpentina aquecedora até uma temperatura predeterminada. À medida que a temperatura aumenta, formam-se cada vez mais vapores que estão em equilíbrio com a fase líquida e, a uma determinada temperatura, a mistura vapor-líquido sai do aquecedor e entra no evaporador adiabático. Este último é um cilindro oco no qual a fase vapor é separada do líquido. A temperatura das fases vapor e líquida neste caso é a mesma. A clareza da separação do óleo em frações durante a destilação com evaporação única é a pior.
A destilação flash consiste em dois ou mais processos de destilação simples, aumentando a temperatura operacional em cada etapa.
Se a cada evaporação única do óleo há uma mudança infinitesimal em seu estado de fase, e o número de evaporações únicas é infinitamente grande, então tal destilação é uma destilação com evaporação gradual.
A clareza da separação do óleo em frações durante a destilação com evaporação única é pior em comparação com a destilação com evaporação múltipla e gradual.
Se construirmos curvas de aceleração para a fração de óleo com evaporação única e múltipla, verificar-se-á que a temperatura de início da ebulição das frações com evaporação única é maior, e o final da ebulição é menor do que com evaporação múltipla. Se não for necessária uma separação de frações de alta precisão, o método de evaporação única é mais econômico. Além disso, na temperatura máxima permitida de aquecimento do óleo de 350 - 370 ° C (em uma temperatura mais alta, começa a decomposição dos hidrocarbonetos), mais produtos passam para a fase de vapor em comparação com a evaporação repetida ou gradual. Para selecionar frações do óleo que fervem acima de 350 - 370°C, utiliza-se vácuo ou vapor de água. A utilização na indústria do princípio da destilação com evaporação única em combinação com a retificação das fases vapor e líquida permite alcançar alta precisão na separação do óleo em frações, continuidade do processo e consumo econômico de combustível para aquecimento de matérias-primas. O óleo fonte é bombeado através de trocadores de calor, onde é aquecido sob a influência do calor das frações de óleo residual e entra em um aquecedor a fogo (forno tubular). Em um forno tubular, o óleo é aquecido a uma temperatura pré-determinada e entra na parte de evaporação (seção de alimentação) da coluna de destilação. Durante o processo de aquecimento, parte do óleo passa para a fase vapor, que, ao passar por um forno tubular, está sempre em estado de equilíbrio com o líquido. Assim que o óleo na forma de uma mistura vapor-líquido sai do forno e entra na coluna (onde, como resultado da diminuição da pressão, parte da matéria-prima é adicionalmente evaporada), a fase vapor é separada do líquido e sobe pela coluna e o líquido desce. A fase vapor é submetida à retificação no topo da coluna, a partir do ponto onde as matérias-primas são introduzidas. A coluna de retificação contém placas de retificação, nas quais é feito o contato dos vapores que sobem pela coluna com o líquido que flui (refluxo). O refluxo é criado pelo fato de parte do produto superior, depois de passar pelo condensador-refrigerador, retornar à placa superior e fluir para as subjacentes, enriquecendo os vapores ascendentes com componentes de baixo ponto de ebulição.
4. Destilação de óleo usando um agente vaporizador
Para retificar a parte líquida da matéria-prima na parte inferior da parte de destilação da coluna sob a placa inferior, é necessário introduzir calor ou algum tipo de agente evaporativo. Como resultado, a parte leve do produto inferior passa para a fase de vapor e, assim, cria irrigação a vapor. Esta irrigação, que sobe da placa mais baixa e entra em contato com a fase líquida que flui, enriquece esta última com componentes de alto ponto de ebulição.
Como resultado, a fração de baixo ponto de ebulição é continuamente selecionada do topo da coluna e o resíduo de alto ponto de ebulição da parte inferior.
Um agente evaporativo é introduzido na coluna de destilação para aumentar a concentração de componentes de alto ponto de ebulição no resíduo da destilação do óleo. Gasolina, nafta, querosene, gás inerte e, mais frequentemente, vapor de água são usados como agentes de evaporação.
Na presença de vapor d'água na coluna de destilação, a pressão parcial dos hidrocarbonetos diminui e, portanto, seu ponto de ebulição. Como resultado, os hidrocarbonetos de menor ponto de ebulição, que estão na fase líquida após uma única evaporação, passam para o estado de vapor e, junto com o vapor d'água, sobem pela coluna. O vapor de água passa por toda a coluna de destilação e sai com o produto superior, baixando a temperatura em 10 - 20°C. Na prática, o vapor de água superaquecido é utilizado e introduzido na coluna a uma temperatura igual à temperatura da matéria-prima fornecida ou um pouco superior (geralmente vapor insaturado a uma temperatura de 350 - 450 ° C sob uma pressão de 2 - 3 atm) .
O efeito do vapor de água é o seguinte:
O líquido fervente é agitado intensamente, o que promove a evaporação de hidrocarbonetos de baixo ponto de ebulição;
Uma grande superfície de evaporação é criada pelo fato de que a evaporação dos hidrocarbonetos ocorre dentro de muitas bolhas de vapor d'água.
O consumo de vapor de água depende da quantidade de componentes a serem removidos, da sua natureza e das condições no fundo da coluna. Para uma boa retificação da fase líquida no fundo da coluna é necessário que aproximadamente 25% dela passe para o estado de vapor.
No caso da utilização de gás inerte como agente evaporador, há uma grande economia de calor gasto na produção de vapor superaquecido e uma redução no consumo de água utilizada para sua condensação. É muito racional usar gás inerte na destilação de matérias-primas sulfurosas, porque compostos de enxofre na presença de umidade causam corrosão intensa dos dispositivos. No entanto, o gás inerte não tem sido amplamente utilizado na destilação de petróleo devido ao volume dos aquecedores a gás e condensadores da mistura vapor-gás (baixo coeficiente de transferência de calor) e à dificuldade de separar o produto petrolífero destilado do fluxo de gás.
É conveniente usar frações de óleo leve como agente evaporador - fração nafta-querosene-gasóleo, porque isso elimina o uso de vapor de água aberta durante a destilação de matérias-primas sulfurosas, vácuo e equipamentos de criação de vácuo e, ao mesmo tempo, elimina as dificuldades acima mencionadas de trabalhar com gás inerte.
Quanto menor for o ponto de ebulição do agente vaporizador e maior a sua quantidade relativa, menor será a temperatura de destilação. Porém, quanto mais leve o agente vaporizador, mais ele é perdido durante o processo de destilação. Portanto, recomenda-se a utilização da fração nafta-querosene-gasóleo como agente evaporador.
Assim, o vapor d'água reduz a pressão parcial dos vapores de hidrocarbonetos, facilita sua evaporação e diminui a temperatura na coluna, mas, além disso, cria as condições necessárias para a retificação (gradiente de pressão dos vapores de hidrocarbonetos) e atua como motor.
É necessário apontar as seguintes desvantagens da utilização do vapor d'água como agente evaporativo:
Aumento dos custos de energia (calor e frio) para destilação e condensação;
Aumentar a carga dos pilares aos pares, o que leva ao aumento do diâmetro do pilar;
Aumento da resistência e aumento da pressão na coluna e outros aparelhos;
Rega de derivados de petróleo e necessidade de sua posterior secagem;
Aumento da corrosão de equipamentos na presença de sulfeto de hidrogênio e cloreto de hidrogênio e formação grandes quantidadesÁguas Residuais;
O calor de sua condensação não é aproveitado.
A este respeito, em últimos anos No refino global de petróleo, há uma tendência de limitar significativamente o uso de vapor de água e de transferir instalações para a tecnologia de destilação a seco ou de usar frações leves de petróleo como agente evaporativo. Porém, quanto menor o ponto de ebulição do agente vaporizador e maior a sua quantidade relativa, menor será a temperatura de destilação; mas quanto mais leve, mais se perde durante o processo de destilação, por isso recomenda-se a utilização da fração querosene-gasóleo como agente evaporante.
Conclusão
O petróleo, as frações petrolíferas e os produtos petrolíferos são, em regra, misturas de um grande número de componentes de ponto de ebulição próximo. O número de componentes nas frações da gasolina pode chegar a 500, e nas frações do óleo ainda mais. Normalmente, eles são separados por destilação em partes separadas, cada uma das quais é uma mistura menos complexa. As frações de petróleo, diferentemente dos compostos individuais, não têm ponto de ebulição constante. Eles fervem em determinadas faixas de temperatura, ou seja, possuem temperaturas de início e fim de ebulição (Tbk e Tkk). Tnc e Tcc dependem da composição química da fração. Assim, a composição fracionária do petróleo e dos produtos petrolíferos mostra o conteúdo neles (em volume ou porcentagem em peso) de várias frações que evaporam dentro de certos limites de temperatura. Este indicador é a característica mais importante das misturas de óleos e tem grande importância prática.
Dados completos sobre as características da composição do petróleo e derivados permitem solucionar as principais questões do refino: triagem de petróleo e derivados em bases de mistura, determinação de opções de refino de petróleo (combustível, óleo combustível ou petroquímico), escolha esquemas de refino, determinando a profundidade de seleção das frações de petróleo do potencial ( a relação entre a massa das frações isoladas na instalação e a massa contida no petróleo), o rendimento das frações individuais. O conhecimento da composição fracionária dos produtos petrolíferos permite calcular suas características de desempenho mais importantes. Devido às peculiaridades da composição química dos óleos de diferentes áreas, as características físico-químicas das frações idênticas em ponto de ebulição serão diferentes. Cada óleo possui sua própria curva de aceleração característica, devido à distribuição específica dos componentes individuais (hidrocarbonetos e compostos não hidrocarbonetos) nele, tanto em conteúdo quanto em ponto de ebulição.
Mudanças nas características físico-químicas estão mutuamente correlacionadas. Muitos métodos para determinar as características e composição do petróleo e dos produtos petrolíferos baseiam-se nisso, e uma quantidade significativa de informações sobre as relações de correlação já foi acumulada. No entanto, a maioria deles encontrou uso limitado devido ao seu volume e inadequação para uso em tecnologia da informação.
Lista de fontes usadas
1. Manovyan A.K. Tecnologia de processamento primário de petróleo e gás natural... - M.: Khimiya, 2001
2. Gurevich I.L. - Tecnologia de processamento de petróleo e gás Parte 1. - M.: Khimiya, 1972.-111 p.
3. M.V. Starodub, Yu.P. Yasyan, P.A. Purtov, Yu.V. Aristovich - Tecnologia do petróleo. Preparação de óleo para processamento, Krasnodar: Editora YUG, 2011.
4. Podvintsev I.B. Refinaria de oléo. Curso introdutório prático: Tutorial/ I.B. Podvintsev - Dolgoprudny: Editora "Inteligência", 2011.-31 p.
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...Destilação primária e secundária de petróleo. Características de destilação com evaporação gradual e repetida. O princípio de funcionamento de um condensador de refluxo. Destilação na presença de um agente evaporativo, que é introduzido no fundo da coluna para criar o refluxo de vapor necessário das frações.
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A separação de qualquer mistura (em particular óleo) em frações por destilação é baseada na diferença nos pontos de ebulição de seus componentes. Portanto, se uma mistura consiste em dois componentes, durante a evaporação o componente com ponto de ebulição mais baixo (ponto de ebulição baixo, LBC) se transforma em vapor, e o componente com ponto de ebulição mais alto (ponto de ebulição alto, HBO) permanece no líquido estado. O vapor resultante condensa para formar um destilado; o líquido não evaporado é chamado de resíduo. Assim, o NCC vai para o destilado e o VCC vai para o resíduo.
O processo descrito é denominado destilação simples. Para a separação mais completa dos componentes, mais de aparência complexa destilação - destilação com retificação. A retificação consiste no contato em contracorrente dos vapores gerados durante a destilação com o líquido resultante da condensação desses vapores. Para realizar a retificação na coluna, é necessário criar um fluxo ascendente de vapor e um fluxo descendente de líquido. O primeiro fluxo é formado devido ao calor introduzido na parte inferior (destilação) da coluna, o segundo - devido à irrigação fria fornecida à parte superior (concentração) da coluna (para outros tipos de irrigação, veja abaixo).
Arroz. 4.1 Esquema da placa tampa: 1 placa; 2- ralo de vidro; 3- - boné; 4- tubo para passagem de vapores; 5- ranhuras na tampa para passagem de vapores; 6- divisória de retenção para criar um nível de líquido na placa; Parede de 7 colunas; Espaço de 8 anéis
Existem duas fases nas bandejas da coluna: vapor; (com temperatura mais alta) e líquido (com temperatura mais baixa). Nesse caso, os vapores são resfriados e parte do componente de alto ponto de ebulição se condensa e se transforma em líquido. O líquido aquece e parte do componente de baixo ponto de ebulição evapora, passando para a fase de vapor. Este processo acontece várias vezes em cada placa. No processo de destilação e retificação de petróleo e derivados, a pressão de vapor saturado e o equilíbrio entre vapor e líquido desempenham um papel decisivo.
Este processo acontece várias vezes em cada placa. No processo de destilação e retificação de petróleo e derivados, a pressão de vapor saturado e o equilíbrio entre vapor e líquido desempenham um papel decisivo.
Pressão de vapor líquido.
A pressão de vapor saturado de um líquido é a pressão desenvolvida pelo seu vapor a uma determinada temperatura sob condições de equilíbrio com o líquido. Essa pressão aumenta com o aumento da temperatura e a diminuição do calor de vaporização do líquido. As curvas de pressão dos vapores saturados de hidrocarbonetos incluídos nos produtos petrolíferos leves, dependendo da temperatura, são mostradas na Fig.
A pressão de vapor saturado de misturas e frações de óleo depende não apenas da temperatura, mas também da composição das fases líquida e vapor. Parece que com muito Baixas temperaturas ou a uma pressão suficientemente alta, todos os gases devem passar ao estado líquido. Contudo, para cada gás existe uma temperatura acima da qual não pode ser convertido em líquido por qualquer aumento de pressão. Este é o chamado temperatura crítica T cr. A pressão de vapor correspondente à temperatura crítica é chamada pressão crítica P Kr - O volume específico de gás em temperatura e pressão críticas é chamado volume crítico. No ponto crítico, a descontinuidade entre os estados gasoso e líquido desaparece.
Destilação (destilação)é o processo de separação física de petróleo e gases em frações (componentes) que diferem entre si e da mistura original nos limites de temperatura (ou ponto de ebulição). De acordo com o método de execução do processo, distinguem-se destilações simples e complexas.
Existem dois métodos principais de destilação de óleo: com evaporação gradual ou múltipla (em alambiques); com evaporação única (em fornos tubulares). Com a evaporação gradual, os vapores resultantes são imediatamente removidos do sistema (por exemplo, frações durante a destilação de produtos petrolíferos em um aparelho padrão, bem como em um dos cubos de uma bateria destiladora). Durante a evaporação única, o produto é aquecido em forno tubular até uma determinada temperatura, garantindo a destilação desejada, e durante todo o tempo de aquecimento os vapores não se separam do líquido - a composição do sistema não muda. Ao atingir a temperatura desejada, as fases líquida e vapor formadas no sistema são separadas. Essa separação ocorre em uma coluna ou evaporador (evaporador), por onde o produto entra após ter sido aquecido em um forno tubular. Antes da separação, ambas as fases - vapor e líquido - estão em equilíbrio entre si, portanto a evaporação única também é chamada de equilíbrio. Assim, ao destilar o óleo com uma única evaporação, toda a mistura de vapores formada a uma determinada temperatura é imediatamente separada do resíduo líquido e depois dividida em uma fração
A destilação do óleo com evaporação única, ao contrário da evaporação gradual em cubos, que leva várias horas, ocorre em poucos minutos e em temperaturas mais baixas. Isto é explicado pelo fato de que as frações de baixo ponto de ebulição durante a evaporação única promovem a evaporação de componentes de alto ponto de ebulição em temperaturas mais baixas.
Fig.4.3 Curvas isobáricas
Para explicar o processo de evaporação, tomemos curvas isobáricas (Fig. 3.6). Suponhamos que exista um líquido com componente de baixo ponto de ebulição (LBC) Ao a uma temperatura t 0. Este estado do sistema é caracterizado pelo ponto Ao. Vamos começar a aquecer o líquido. Graficamente isso será representado por uma linha reta A 0 A 1 paralelo ao eixo das ordenadas. Líquido ao atingir a temperatura t 1 começa a ferver (isso decorre do próprio método de construção de isóbaras).
Levando em consideração o equilíbrio do líquido e do vapor, a composição do vapor resultante é determinada pela horizontal A 1 B 1, realizado até cruzar com a curva da fase de vapor em um ponto. Na verdade, se a temperatura dos vapores saturados for t 1, então sua composição é determinada pelo ponto B1, cuja abscissa é igual a t 1(presume-se que a quantidade de vapor liberado é insignificante e que a composição do líquido antes e depois da fervura permanece inalterada e igual a x o).
Consideremos agora outro caso. Suponhamos que a mesma mistura de composição xo seja aquecida a uma temperatura t mais elevada. Neste caso, os vapores que começaram a se formar já na temperatura t 1 não são separados do líquido, razão pela qual a composição de todo o sistema, incluindo vapor e líquido, permanece constante e igual a xo. Suponhamos ainda que , tendo atingido a temperatura t no ponto C, separamos os vapores do líquido. Qual é a composição desses vapores e líquidos? Para resolver este problema, basta traçar uma linha horizontal AB passando pelo ponto C, correspondente à temperatura t. Os pontos de intersecção A a B desta linha horizontal com as curvas isóbaras mostrarão a composição do líquido x e do vapor y, respectivamente. Quando o sistema é aquecido a uma temperatura mais elevada t 2, seu estado é caracterizado pelos pontos A 2 e B 2 com concentrações x 2 e y 2. Neste caso, y 2 coincide com x o, ou seja, y 2 = x o, o que só é possível com a evaporação completa de todo o líquido. Assim, t 2 é a temperatura de evaporação completa de um líquido de composição xo durante uma única evaporação; um aumento adicional na temperatura é acompanhado apenas pelo superaquecimento do vapor. Do exposto segue-se que qualquer ponto localizado na área limitada pela curva inferior caracteriza a presença apenas da fase líquida, e um ponto localizado na área limitada por isóbaras (área da lente) caracteriza a existência simultânea de ambas as fases vapor e líquida , localizado na área - existência apenas da fase vapor. (Ver S.V. Verzhichinskaya, Química e tecnologia de petróleo e gás, pp. 60-65).
Métodos para reduzir o ponto de ebulição do óleo e suas frações
Quando a temperatura de aquecimento do óleo aumenta e a duração do aquecimento aumenta, começa a decomposição dos hidrocarbonetos de alto peso molecular - o chamado craqueamento. Dependendo da composição do óleo, este momento ocorre em temperaturas de 320-360°C. Porém, em alguns casos, principalmente na obtenção de frações de alto ponto de ebulição para a produção de óleos destilados e matérias-primas para craqueamento catalítico, é necessário aquecer o óleo acima dos limites especificados. Para evitar a decomposição de hidrocarbonetos de alto peso molecular, é necessário reduzir o seu ponto de ebulição durante o processamento. Isto é conseguido por destilação a vácuo ou injeção de vapor (às vezes ambos).
O vácuo (rarefação) é obtido como resultado do bombeamento (sucção) da coluna de gases por meio de bombas de vácuo, ou de sua condensação. A pressão em tal dispositivo é chamada de residual.
Está sempre abaixo da atmosfera (101,3 mPa ou 760 mm Hg). O vácuo é definido como a diferença entre 101,3 mPa (760 mm Hg) e a pressão residual. Por exemplo, se a pressão residual for 13,3 mPa (100 mm Hg), então o vácuo será: 101,3 - 13,3 = 88 mPa (760 - 100 = 660 mm Hg). Na Fig. A Figura 3.8 mostra a dependência aproximada do ponto de ebulição da pressão para frações de alto peso molecular de óleo com temperatura média fervendo entre 350 e 500°C. Assim, quanto menor a pressão, mais rápido diminui o ponto de ebulição da fração. Por exemplo, para uma fração com ponto de ebulição médio de 450°C a uma pressão residual de 13,3 mPa (100 mm Hg), a diminuição do ponto de ebulição é de 110°C (ponto A), ou seja, a fração nessas condições ferve a 450 - 110 = = 340 ° C, e a uma pressão residual de 0,665 mPa (5 mm Hg) - a 236 ° C (450 -214 = 236 ° C, ponto B). Para uma fração com ponto de ebulição médio de 500°C, a diminuição do ponto de ebulição a uma pressão residual de 13,3 mPa (100 mm Hg) é de 117°C (ponto B), e para uma fração de 350°C - 350 - 94 = 256°C (ponto G)
A redução do ponto de ebulição por destilação a vapor também é amplamente utilizada na indústria de refino de petróleo, especialmente na destilação de óleo combustível. O efeito do vapor de água durante a destilação do óleo (o vapor é introduzido através de um licor-mãe localizado acima do fundo do aparelho) se resume ao seguinte: inúmeras bolhas de vapor formam uma enorme superfície livre dentro do óleo, a partir da qual o óleo evapora nessas bolhas . A pressão de vapor do óleo, por ser inferior à atmosférica, não é suficiente para superá-la, ou seja, para que ocorra a ebulição e a destilação, mas a pressão do vapor d'água é adicionada à pressão de vapor do óleo, de modo que o total (de acordo com a lei de Dalton ) resulta em uma pressão ligeiramente superior à atmosférica e suficiente para a ebulição e destilação do óleo.
A pressão do vapor deve ser mantida de forma que possa superar a pressão da coluna de líquido e a pressão no aparelho, bem como a resistência hidráulica das tubulações. Normalmente, o vapor é utilizado a uma pressão superior a 0,2 MPa (2 kgf/cm2); O vapor deve estar seco, por isso costuma superaquecer em uma das serpentinas do forno.
Uma redução significativa na temperatura de destilação utilizando apenas vácuo requer a criação de uma baixa pressão residual, o que aumenta o custo da instalação de vácuo e dificulta seu funcionamento, enquanto o uso de destilação a vapor sem vácuo provoca um grande consumo de vapor, o que também requer altos custos associados à produção de vapor (por exemplo, para destilação O consumo automático de vapor destilado chega a 75%). Portanto, a opção mais lucrativa para a destilação de produtos petrolíferos de alto peso molecular é a combinação do vácuo com o fornecimento de vapor vivo ao produto petrolífero destilado. Esta combinação é utilizada na destilação de óleo combustível para produzir destilados de petróleo, matérias-primas para craqueamento catalítico ou hidrocraqueamento.
Destilação de óleo com retificação
Informações gerais sobre o processo. Nas condições de fábrica, a destilação do óleo com evaporação única é realizada em instalações tubulares. O óleo, aquecido nas tubulações do forno até a temperatura desejada, entra na coluna de destilação. Aqui está dividido em duas fases. A primeira - a fase vapor - sobe e a segunda - líquida - desce para o fundo da coluna. Dependendo da necessidade, ao destilar o óleo ou outro produto, obtêm-se frações com determinados limites de ebulição. Esta separação do óleo, conseguida através de repetidas evaporações e condensações de hidrocarbonetos, conforme mencionado acima, é chamada de retificação.
Ao retificar uma mistura dupla (uma mistura composta por dois componentes), o componente de baixo ponto de ebulição sai pelo topo da coluna na forma de vapor, e o componente de alto ponto de ebulição sai pelo fundo da coluna na forma de líquido . Na Fig. A Figura 4.5 mostra um diagrama da retificação de uma mistura de benzeno e tolueno. Essa mistura, após aquecimento no forno, entra na coluna de destilação por meio de uma linha. No topo da coluna, o vapor de benzeno (um componente de baixo ponto de ebulição) entra no condensador 2 através de uma linha, de onde parte do benzeno condensado entra pela linha como refluxo, e o restante é descarregado através do refrigerador 3 ao longo da linha IV até o depósito de mercadorias. Na parte inferior da coluna existe um aquecedor, por onde o vapor entra pela linha VI. O tolueno (um componente de alto ponto de ebulição) é removido da coluna através da linha V (através do refrigerador) para o parque de commodities. Ao separar uma mistura de benzeno e tolueno, a temperatura no topo da coluna deve ser de 80,4°C, ou seja, corresponder ao ponto de ebulição do benzeno puro; no fundo da coluna a temperatura deve estar acima de 110°C. Para destilar uma mistura composta por três componentes, como benzeno, tolueno e xileno, são necessárias duas colunas. De
Figura 4.5 Esquema de retificação de mistura dupla
O xileno é retirado da parte inferior da primeira coluna, e uma mistura de benzeno e tolueno é retirada da parte superior, que é separada em benzeno e tolueno na segunda coluna da mesma forma mostrada na Fig.
Para retificar uma mistura complexa (que inclui óleo) para obter n componentes ou frações, são necessárias (n-1) colunas simples. Isto é muito complicado e requer grandes investimentos de capital e custos operacionais. Portanto, nas refinarias de petróleo eles constroem uma coluna complexa, como se consistisse em várias colunas simples com seções de extração internas ou externas (Fig. 4.6), nas quais é fornecido vapor d'água. Em instalações de alta capacidade, as seções de decapagem remotas são colocadas umas sobre as outras e formam uma coluna de decapagem (Fig. 4.7). O processo ocorre em cada placa. Além disso, para operação normal A coluna de destilação requer contato próximo entre o refluxo (líquido na placa) e o fluxo ascendente de vapor, bem como um regime de temperatura adequado.
O primeiro é garantido pelo desenho das tampas e bandejas, o segundo pelo fornecimento de refluxo, que garante a condensação dos componentes de alto ponto de ebulição (por meio da retirada de calor) no topo da coluna. A criação de um fluxo ascendente de vapor, conforme mencionado acima, é garantida pelo aquecimento em forno ou cubo, bem como pela evaporação parcial da fase líquida no fundo da coluna por meio de caldeiras ou vapor d'água.
O fornecimento de irrigação regula a temperatura no topo da coluna, cria um fluxo descendente de líquido e garante a necessária redução da temperatura do vapor à medida que passa pela coluna de baixo para cima.
Dependendo do método, a irrigação pode ser fria (aguda), quente (profunda) e circulante (Fig. 3.12).
Irrigação quente
O condensador parcial é um trocador de calor tipo casco e tubo (Fig. 4.8a), instalado horizontalmente ou verticalmente no topo da coluna. O agente de resfriamento é água, às vezes matéria-prima. Os vapores que entram no espaço entre tubos são parcialmente condensados e retornam à placa superior na forma de irrigação, e os vapores retificados são removidos do condensador. Devido à dificuldade de instalação e manutenção e à corrosão significativa do capacitor, este método tem uso limitado.
Irrigação fria (afiada)(Figura 4.8b). Este método de remoção de calor no topo da coluna é mais difundido na prática de refino de petróleo. O fluxo de vapor que sai do topo da coluna é completamente condensado em um condensador - refrigerador (água ou ar) e entra em um recipiente ou separador, de onde parte do produto retificado é bombeado de volta para a coluna de retificação como refluxo de evaporação a frio, e seu valor de saldo é removido como produto de destino.
Irrigação circulante não evaporativa (Figura 4.8c) Esta opção de remoção de calor na seção de concentração de uma coluna na tecnologia de refino de petróleo é amplamente utilizada não apenas para regular a temperatura no topo, mas também nas seções intermediárias de colunas complexas. Para criar o refluxo de circulação, parte do refluxo (ou destilado lateral) é retirada de uma determinada placa da coluna, resfriada em um trocador de calor, no qual libera calor para a matéria-prima, e depois retornada à placa sobrejacente por uma bomba .
Nas modernas instalações de destilação de petróleo, os esquemas de irrigação combinados são usados com mais frequência. Assim, uma coluna complexa para destilação atmosférica de petróleo geralmente apresenta um refluxo acentuado no topo e depois vários refluxos de circulação intermediária ao longo da altura. Das irrigações intermediárias, as irrigações de circulação são as mais utilizadas, geralmente localizadas sob a seleção de fluxo lateral ou usando a seleção de fluxo lateral para criar refluxo de circulação, sendo este último alimentado na coluna acima do ponto de retorno de vapor da seção de extração. Na seção de concentração de colunas complexas de destilação a vácuo de óleo combustível, a remoção de calor é realizada principalmente por meio de irrigação por circulação.
Ao fornecer calor ao fundo da coluna com caldeira (Fig. 4.8 d) O aquecimento adicional do produto de fundo é realizado em uma caldeira remota com espaço de vapor (reboiler), onde evapora parcialmente. Os vapores resultantes retornam sob a placa inferior da coluna. Característica Este método consiste na presença de um nível constante de líquido e vapor na caldeira acima desse líquido. Em termos de ação separadora, o refervedor equivale a uma placa teórica. Este método de fornecimento de calor ao fundo da coluna é mais amplamente utilizado em instalações de fracionamento de petróleo associado e gases de refinaria, na estabilização e reposição de óleos, na estabilização de gasolinas de destilação direta e em processos secundários de refino de petróleo.
Ao fornecer calor ao fundo da coluna com um forno tubular(Fig. 4.8e) parte do produto de fundo é bombeada através de um forno tubular, e a mistura vapor-líquido aquecida (jato quente) entra novamente no fundo da coluna. Este método é utilizado quando é necessário garantir uma temperatura relativamente elevada no fundo da coluna, quando o uso de refrigerantes convencionais (vapor d'água, etc.) é impossível ou impraticável (por exemplo, em colunas de cobertura de óleo).
O local onde as matérias-primas destiladas aquecidas são introduzidas na coluna de destilação é denominado seção nutricional (zona), onde ocorre evaporação única. A parte da coluna localizada acima da seção de alimentação serve para retificação do fluxo de vapor e é chamada concentração (fortalecimento), e a outra é a parte inferior onde o fluxo de líquido é retificado - decapagem ou seção exaustiva.
Clareza da divisão uniforme- o principal indicador da eficiência das colunas de destilação, caracterizando a sua capacidade de separação. Pode ser expresso no caso de misturas binárias pela concentração do componente alvo no produto.
Na prática, uma característica como a sobreposição dos pontos de ebulição das frações vizinhas no produto é frequentemente usada como um indicador indireto da clareza (pureza) da separação. Na prática industrial, eles geralmente não impõem requisitos extremamente elevados em relação à clareza da separação, uma vez que a obtenção de componentes ultrapuros ou frações ultraestreitas exigirá custos de capital e operacionais correspondentemente extremamente elevados. Na refinação de petróleo, por exemplo, a sobreposição dos pontos de ebulição das frações vizinhas entre 10-30°C é considerada como um critério para uma capacidade de separação suficientemente elevada das colunas de destilação de petróleo em frações de combustível.
Foi estabelecido que a capacidade de separação das colunas de destilação é significativamente influenciada pelo número de estágios de contato e pela proporção dos fluxos das fases líquida e vapor. Para obter produtos que atendam aos requisitos especificados, é necessário, juntamente com outros parâmetros da coluna de destilação (pressão, temperatura, local de entrada das matérias-primas, etc.), ter um número suficiente de placas (ou altura do bico) e as proporções correspondentes de refluxo e vapor.
Razão de refluxo (R) caracteriza a relação entre fluxos de líquido e vapor na parte de concentração da coluna e é calculada como R=L/D, onde L e D são as quantidades de refluxo e água retificada, respectivamente.
Número do vapor (P) caracteriza a razão entre fluxos de contato de vapor e líquido na seção de extração da coluna, calculada como P = G/W, onde G e W são as quantidades de vapor e produto de fundo, respectivamente.
Número de placas (N) A coluna (ou a altura do empacotamento) é determinada pelo número de placas teóricas (NT), proporcionando uma determinada clareza de separação no número de refluxo (e vapor) aceito, bem como pela eficiência dos dispositivos de contato (geralmente o eficiência das placas reais ou a altura específica do recheio correspondente a 1 placa teórica). O número real de placas N f é determinado a partir de dados experimentais levando em consideração a eficiência efetiva da placa n t
Os indicadores técnicos e econômicos e a clareza da separação da coluna de destilação, além de sua capacidade de separação, são significativamente influenciados pela propriedades físicas(peso molecular, densidade, ponto de ebulição, volatilidade, etc.), composição dos componentes, número (bi ou multicomponente) e natureza da distribuição (contínua, discreta) dos componentes da matéria-prima destilada. Na forma mais geral, as propriedades de separação da matéria-prima destilada são geralmente expressas pelo coeficiente de volatilidade relativa.
Quanto mais placas houver na coluna e mais perfeito for o seu desenho e quanto mais irrigação for fornecida, mais clara será a retificação. Porém, um grande número de placas aumenta o custo da coluna e complica seu funcionamento, e um abastecimento de irrigação excessivamente grande aumenta o consumo de combustível para sua posterior evaporação. Além disso, aumenta o consumo de água e energia para condensação de vapor e abastecimento de irrigação. Coeficiente ação útil placas, dependendo do seu design, é 0,4-0,8.
Para separar produtos petrolíferos leves (por exemplo, querosene e óleo diesel), são colocadas de 6 a 9 placas na parte de concentração das colunas e de 3 a 6 placas na parte de decapagem. Para separar destilados de petróleo, é permitida menos clareza de retificação, porém, o número de placas entre as saídas das frações e entre a entrada da matéria-prima e a saída do destilado inferior deve ser de no mínimo 6. Um defletor de peneira é montado sob o primeiro placa por baixo.
Além do número de placas e do abastecimento de irrigação, a clareza da retificação é influenciada pela velocidade de movimento do vapor na coluna e pela distância entre as placas. A velocidade normal do vapor em colunas operando à pressão atmosférica é de 0,6-0,8 m/s, no vácuo 1-3 m/s, e em colunas operando sob pressão - de 0,2 a 0,7 m/s Com. Aumentar a produtividade da instalação com matérias-primas da mesma composição e, assim, aumentar a velocidade de movimento dos vapores piora a retificação, pois os vapores carregam consigo gotículas de catarro, que são pulverizadas nas placas sobrepostas e deterioram a qualidade do produto resultante. A distância entre as placas é escolhida para que as gotas de refluxo, captadas pelos vapores das placas, não caiam nas placas seguintes, e para que possam ser reparadas e limpas. Normalmente a distância entre as placas é de 0,6-0,7 m, para placas de alguns designs novos é 2-3 vezes menor
A destilação primária do petróleo é o primeiro processo tecnológico de refino de petróleo. Unidades de processamento primário estão disponíveis em todas as refinarias.
A destilação direta é baseada na diferença nos pontos de ebulição de grupos de hidrocarbonetos semelhantes em propriedades físicas.
Destilação ou destilaçãoé o processo de separação de uma mistura de líquidos mutuamente solúveis em frações que diferem em pontos de ebulição entre si e com a mistura original. Durante a destilação, a mistura é aquecida até ferver e evapora parcialmente; obtém-se um destilado e um resíduo, que diferem em composição da mistura original. Nas instalações modernas, a destilação do óleo é realizada por evaporação flash. Durante a evaporação única, as frações de baixo ponto de ebulição, transformadas em vapor, permanecem no aparelho e reduzem a pressão parcial das frações de alto ponto de ebulição em evaporação, o que permite realizar a destilação em temperaturas mais baixas.
Com uma única evaporação e posterior condensação dos vapores, são obtidas duas frações: leve, que contém mais componentes de baixo ponto de ebulição, e pesada, que contém menos componentes de baixo ponto de ebulição do que na matéria-prima, ou seja, Durante a destilação, uma fase é enriquecida com componentes de baixo ponto de ebulição e a outra com componentes de alto ponto de ebulição. Ao mesmo tempo, é impossível conseguir a separação necessária dos componentes do óleo e obter produtos finais que fervem nas faixas de temperatura especificadas por meio da destilação. Nesse sentido, após uma única evaporação, os vapores do óleo estão sujeitos a retificação.
Retificação– processo de difusão de separação de líquidos que diferem em pontos de ebulição devido ao contato repetido em contracorrente de vapores e líquidos.
Nas instalações de destilação primária de óleo, a evaporação instantânea e a retificação são geralmente combinadas.
Atualmente, a destilação direta do petróleo é realizada em processo contínuo nas chamadas instalações tubulares de vácuo atmosférico (Fig. 4), cujo aparelho principal é um forno tubular e uma coluna de destilação.
Arroz. 4. Esquema de uma instalação de destilação a vácuo atmosférico
1.5 - fornos tubulares; 2.6 – colunas de destilação; 3 – trocadores de calor;
4 - capacitores
A base do processo se resume ao fato de que o óleo, aquecido a 350 0 C em um forno tubular, entra na parte central da seção inferior de uma coluna de destilação operando sob pressão atmosférica. Ao mesmo tempo, sua gasolina, querosene e outras frações, fervendo na faixa de temperatura de 40 a 300 0 C, ficam superaquecidas em relação ao óleo, que tem temperatura de 350 0 C, e portanto se transformam imediatamente em vapor . Na coluna de destilação, os vapores dessas frações de baixo ponto de ebulição sobem e o óleo combustível de alto ponto de ebulição desce. Isto leva a temperaturas irregulares ao longo da altura da coluna. Na parte inferior a temperatura é mais alta e na parte superior é mais baixa.
Os vapores ascendentes de hidrocarbonetos, quando em contato com um líquido mais frio que flui para baixo, esfriam e condensam parcialmente. Ao mesmo tempo, o líquido aquece e frações mais voláteis evaporam dele. Como resultado, a composição do líquido e do vapor muda, uma vez que o líquido é enriquecido com hidrocarbonetos altamente voláteis e o vapor com hidrocarbonetos altamente voláteis. Este processo de condensação e evaporação, devido à desigualdade de temperatura ao longo da altura da coluna, leva a uma espécie de estratificação das frações de hidrocarbonetos de acordo com os pontos de ebulição e, consequentemente, de acordo com a composição. Para intensificar essa delaminação, no interior da coluna são instaladas prateleiras separadoras especiais chamadas bandejas. As placas são chapas de aço perfuradas com 
aberturas para líquido e vapor. Em alguns projetos, os orifícios com saliências para liberação do vapor são cobertos com tampas e são fornecidos tubos de drenagem para o líquido (Fig. 5).
Arroz. 5. Diagrama do projeto e operação de uma coluna de disco de retificação:
1 – placas; 2 – tubos; 3 – bonés; 4 – copos de drenagem; 5 – paredes das colunas
Em tal placa, os vapores que sobem de cima borbulham no líquido por baixo das tampas, misturando-se intensamente e transformando-o em uma camada espumosa. Ao mesmo tempo, os hidrocarbonetos de alto ponto de ebulição são resfriados, condensando-se e permanecendo no líquido, enquanto os hidrocarbonetos de baixo ponto de ebulição dissolvidos no líquido, aquecendo, se transformam em vapor. O vapor sobe para a placa superior e o líquido flui para a parte inferior. Lá o processo de condensação e evaporação se repete novamente. Normalmente, até 40 placas são instaladas em uma coluna de destilação com altura de 35 a 45 m. O grau de separação alcançado neste caso permite condensar e selecionar frações ao longo da altura da coluna em uma faixa de temperatura estritamente definida. Assim, a 300-350 0 C, o óleo diesel é condensado e selecionado, a uma temperatura de 200-300 0 C - a fração querosene, a uma temperatura de 160-200 0 C - a fração nafta. Os vapores não condensados da fração gasolina com temperatura de 180 0 C são retirados pela parte superior da coluna, onde são resfriados e condensados em um trocador de calor especial. Parte da fração de gasolina resfriada é devolvida para irrigar a placa superior da coluna. Isso é feito para separar mais completamente os hidrocarbonetos altamente voláteis, entrando em contato com os vapores quentes com a fração de gasolina resfriada e condensando as impurezas dos menos voláteis que fluem para baixo. Esta medida permite obter gasolina mais limpa e de maior qualidade, com índice de octanas de 50 a 78.
Com uma destilação mais cuidadosa, a fração gasolina pode ser dividida em gasolina (éter de petróleo) - 40-70 0 C, gasolina propriamente dita - 70-120 0 C e nafta 120-180 0 C.
Bem no fundo da coluna de destilação, o óleo combustível é coletado. Dependendo do teor de compostos de enxofre, pode servir como combustível de caldeira ou matéria-prima para a produção de óleos lubrificantes ou quantidades adicionais de combustível para motores e gases de petróleo. Normalmente, quando o teor de enxofre no óleo combustível é superior a 1%, ele é utilizado como combustível de caldeira de alto teor calórico, e nesta etapa a destilação é interrompida, reduzindo o processo a uma única etapa. Caso seja necessária a obtenção de óleos lubrificantes a partir do óleo combustível, este é submetido a posterior destilação em uma segunda coluna de destilação operando sob vácuo. Este esquema é chamado de dois estágios. O processo de dois estágios difere do processo de um estágio pelo menor consumo de combustível e maior intensidade de operação do equipamento, o que é conseguido com o uso de vácuo ou mais alto grau recuperação de calor. O uso do vácuo na segunda etapa da destilação evita a divisão de hidrocarbonetos pesados, reduz o ponto de ebulição do óleo combustível e, assim, reduz o consumo de combustível para aquecê-lo.
A essência da segunda etapa se resume ao aquecimento do óleo combustível com gases quentes a 420 0 C em forno tubular e sua posterior destilação em coluna de destilação. Como resultado, formam-se até 30% de alcatrão e até 70% de componentes de óleo, que são matérias-primas para a produção de óleos lubrificantes. O rendimento aproximado e a temperatura de seleção das frações de óleo do óleo combustível são apresentados na tabela. 15.
Para obter maior economia de calor e melhorar o desempenho técnico e econômico das instalações de vácuo atmosférico, o óleo é aquecido a 350 0 C em duas etapas.
Tabela 15
Frações de destilação de óleo combustível
No início é pré-aquecido a 170-175 0 C com o calor dos produtos da destilação (estes últimos são resfriados), e depois em forno tubular com o calor dos gases quentes. Esta recuperação de calor permite reduzir o consumo de combustível do processo e reduzir o custo do processamento primário.
Destilação de óleo
A escolha da direção de refino do petróleo e a gama de produtos petrolíferos resultantes são determinadas pelas propriedades físicas e químicas do petróleo, pelo nível de tecnologia da refinaria de petróleo e pelas necessidades reais das famílias em produtos petrolíferos comerciais. Existem três opções principais para refino de petróleo:
Por opção de combustível o petróleo é processado principalmente em combustíveis para motores e caldeiras. A opção de processamento de combustível é caracterizada pelo menor número de instalações tecnológicas e baixos investimentos de capital. Existem processamento de combustível profundo e superficial. Durante o refino profundo de petróleo, eles se esforçam para obter o maior rendimento possível de gasolina para motores de alta qualidade, óleo diesel de inverno e verão e combustível para motores a jato de aeronaves. O rendimento do combustível da caldeira nesta opção é reduzido ao mínimo. Assim, tal conjunto de processos é fornecido reciclando, em que combustíveis leves de alta qualidade são obtidos a partir de frações pesadas de petróleo e do resíduo - alcatrão. Esta opção utiliza processos catalíticos - craqueamento catalítico, reforma catalítica, hidrocraqueamento e hidrotratamento, além de processos térmicos, como coqueamento. Nesse caso, o processamento dos gases de fábrica visa aumentar o rendimento da gasolina de alta qualidade. O refino superficial de petróleo requer um alto rendimento de combustível de caldeira.
Com opção de processamento de combustível e óleo Junto com os combustíveis, são obtidos óleos. Para a produção de óleos, geralmente são selecionados óleos com alto teor potencial de frações de óleo. Neste caso, é necessário um número mínimo de instalações tecnológicas para produzir óleos de alta qualidade. As frações de óleo (frações com ponto de ebulição acima de 350°C) isoladas do óleo são primeiro purificadas com solventes seletivos: fenol ou furfural para remover algumas das substâncias alcatroadas e hidrocarbonetos de baixo índice, depois desparafinadas usando misturas de metiletilcetona ou acetona com tolueno para reduzir o ponto de fluidez do óleo. O processamento das frações oleosas termina com purificação adicional com argilas branqueadoras. As tecnologias mais recentes utilizam processos de hidrotratamento para obtenção de óleos em vez de refino seletivo e tratamento com argilas branqueadoras. Desta forma, obtêm-se óleos destilados (industriais leves e médios, automotivos, etc.).Os óleos residuais (aviação, cilindro) são separados do alcatrão por desasfaltagem com propano líquido. Nesse caso, formam-se desasfaltos e asfalto. O desasfalto é posteriormente processado e o asfalto é processado em betume ou coque.
Opção petroquímica para refino de petróleo Em comparação com as opções anteriores, distingue-se por uma maior gama de produtos petroquímicos e, neste sentido, pelo maior número de instalações tecnológicas e elevados investimentos de capital. Refinarias de petróleo, cuja construção foi realizada nas últimas décadas, voltadas para o processamento petroquímico. A versão petroquímica do refino de petróleo é uma combinação complexa de empreendimentos que, além de produzir combustíveis e óleos para motores de alta qualidade, não apenas preparam matérias-primas (olefinas, hidrocarbonetos aromáticos, normais e isoparafínicos, etc.). Para síntese orgânica pesada, mas também processos físicos e químicos complexos são realizados associados à produção em larga escala de fertilizantes nitrogenados, borracha sintética, plásticos, fibras sintéticas, detergentes, ácidos graxos, fenol, acetona, álcoois, éteres e muitos outros produtos químicos . Atualmente, milhares de produtos são obtidos a partir do petróleo. Os principais grupos são combustível líquido, combustíveis gasosos, combustíveis sólidos (coque de petróleo), óleos lubrificantes e especiais, parafinas e ceresinas, betume, compostos aromáticos, fuligem, acetileno, etileno, ácidos de petróleo e seus sais, álcoois superiores.
DESTILAÇÃO PRIMÁRIA DE ÓLEO (Russo) destilação primária de óleo ; Inglês refino primário de petróleo ; Alemão prim?re Erd?ldestilação f ) - Separação do óleo em frações com base no ponto de ebulição em processamento primárioóleo para processamento posterior ou uso como produtos comerciais. É realizado em equipamentos tubulares atmosféricos e tubulares atmosféricos a vácuo, muitas vezes equipados com equipamentos para dessalinização de petróleo e destilação secundária de gasolina.
Produtos P.n.p. são:
2) facção 62-85? C - matéria-prima para reforma catalítica, a partir da qual é produzido o benzeno;
3) fração 85-105? C - matéria-prima para unidades de reforma catalítica, a partir das quais é produzido o tolueno;
4) fração 105-140? C - matéria-prima para reforma catalítica, a partir da qual são produzidos xilenos;
5) fração 140-180? C é um componente da gasolina e do querosene para motores comerciais, uma matéria-prima para reforma catalítica e plantas de hidrotratamento de querosene.
Tabela - Composições típicas de misturas obtidas durante o processamento destrutivo de óleos (% em peso)
| Componentes | Método de processamento | |||
| Pirólise de gasóleo | Pirólise da fração destilada | Gases de craqueamento | ||
| Térmico | Catalítico | |||
| Hidrogênio | 9,1 | 9,9 | 3,5 | 11,7 |
| Nitrogênio + monóxido de carbono | - | - | - | 15,3 |
| Metano | 21,9 | 24,3 | 36,8 | 12,2 |
| Etileno | 24,4 | 22,9 | 6,7 | 4,0 |
| Etano | 7,6 | 7,5 | 29,3 | 6,8 |
| Propileno | 15,2 | 13,6 | 6,5 | 16,0 |
| Propano | 1,0 | 1,4 | 10 | 8,3 |
| Butadieno | 2,0 | 2,6 | - | - |
| Isobutileno | 3,8 | 1,8 | 2,5 | 14,3 |
| Butileno-2 | 1,0 | 1,7 | - | - |
| Butano | 0,1 | 0,1 | 4,2 | 10,8 |
| Pentano e superior | 12,9 | 14,4 | 0,5 | 0,6 |
Mais frequentemente, o óleo é destilado nas seguintes frações: gasolina, que ferve a 170-200 o C; querosene, que ferve a 175-270 o C; gasóleo, que ferve a 270-350? C e o restante é óleo combustível.
Durante a destilação do petróleo, também se obtém o gás de destilação direta, que é a parte difícil dos gases associados que permanece dissolvida no petróleo. Via de regra, o rendimento do gás direto é pequeno.
São utilizadas unidades de destilação tubular de alto desempenho e operação contínua, que se diferenciam no projeto dos fornos nos quais o óleo é aquecido ou no projeto de outros dispositivos incluídos na instalação.
Na maioria dos casos, uma instalação tubular contínua consiste em um forno tubular, uma bomba que bombeia óleo através do forno tubular a uma pressão de 1,0 MPa ou mais, uma coluna de fracionamento por onde entra o óleo superaquecido e onde é dividido nas frações necessárias, que São retirados da coluna para diferentes alturas, um condensador, uma fonte de água e um superaquecedor de vapor, que serve para superaquecer o vapor.
A destilação do óleo na indústria é realizada em plantas tubulares de operação contínua. Eles incluem um forno tubular, grandes colunas de destilação são construídas para condensação e separação de vapores, e cidades-tanque inteiras são construídas para receber produtos de destilação.
Um forno tubular é uma sala revestida internamente com tijolos refratários. Dentro do forno há uma tubulação de aço multi-curvada. O comprimento dos tubos nos fornos chega a um quilômetro. Quando a planta está em operação, o óleo é bombeado continuamente através dessas tubulações por meio de uma bomba em altas velocidades - até dois metros por segundo. O forno é aquecido pelo óleo combustível fornecido por meio de bicos e queimado em uma tocha. No oleoduto, o óleo aquece rapidamente até 350-370°C. A esta temperatura, as substâncias mais voláteis do óleo transformam-se em vapor.
Como o petróleo é uma mistura de hidrocarbonetos de diferentes pesos moleculares, tendo temperaturas diferentes fervendo, então é separado por destilação em produtos petrolíferos separados. Na destilação do óleo, obtêm-se produtos petrolíferos leves: gasolina (ponto de ebulição 90-200? C), nafta (temperatura de ebulição 150-230? C), querosene (temperatura de ebulição -300? C), gasóleo leve - óleo diesel (ebulição temperatura 230-350 ? C), gasóleo pesado (pb 350-430 ? C), e o restante é um líquido preto viscoso - óleo combustível (pb acima de 430 ? C). O óleo combustível é submetido a processamento adicional. É destilado sob pressão reduzida (para evitar decomposição) e os óleos são separados.
Na destilação flash, o óleo é aquecido em uma serpentina aquecedora a uma temperatura predeterminada. À medida que a temperatura aumenta, mais e mais vapor é formado, fica em equilíbrio com a fase líquida e, a uma determinada temperatura, a mistura vapor-líquido sai do aquecedor e entra no evaporador adiabático. Este último é um cilindro oco no qual a fase vapor é separada do líquido. A temperatura das fases vapor e líquida neste caso é a mesma. A destilação flash envolve dois ou mais processos de destilação únicos, aumentando a temperatura operacional em cada etapa.
A precisão da separação do óleo em frações durante a destilação com evaporação única é menor em comparação com a destilação com evaporação múltipla e gradual. Mas se não for necessária alta precisão na separação das frações, então o método de evaporação única é mais barato: na temperatura máxima permitida de aquecimento do óleo de 350-370? C (a decomposição dos hidrocarbonetos começa em temperaturas mais altas) mais produtos entram na fase de vapor em comparação com a evaporação múltipla ou gradual. Para a seleção de frações de óleo com ebulição acima de 350-370? C, utiliza-se vácuo ou vapor. A utilização na indústria do princípio da destilação com evaporação única em combinação com a retificação das fases vapor e líquida permite alcançar alta precisão na separação do óleo em frações, continuidade do processo e consumo econômico de combustível para aquecimento de matérias-primas.
Durante a destilação primária, ocorrem apenas alterações físicas no óleo. Dele são destiladas frações leves que fervem em baixas temperaturas. Os próprios hidrocarbonetos permanecem inalterados. O rendimento da gasolina, neste caso, é de apenas 10-15%. Esta quantidade de gasolina não consegue satisfazer a procura cada vez maior da aviação e do transporte rodoviário. Durante o craqueamento, ocorrem alterações químicas no óleo. A estrutura dos hidrocarbonetos muda. No aparelho de usinas de craqueamento, complexos reações químicas. O rendimento da gasolina a partir do petróleo aumenta significativamente (até 65-70%) "pela divisão de hidrocarbonetos de cadeia longa contidos, por exemplo, no óleo combustível, em hidrocarbonetos com peso molecular relativamente mais baixo. Este processo é denominado craqueamento (do Crack inglês - para dividir).
O cracking foi inventado pelo engenheiro russo Shukhov em 1891. Em 1913, a invenção de Shukhov começou a ser usada na América. O craqueamento é o processo de divisão de hidrocarbonetos, que resulta na formação de hidrocarbonetos com menos átomos de carbono na molécula. O processo é realizado a mais temperaturas altas(até 600? C) frequentemente com pressão alta. Nessas temperaturas, grandes moléculas de hidrocarbonetos são “comprimidas” em moléculas menores.
O equipamento das plantas de craqueamento é basicamente o mesmo da destilação de petróleo. Estes são fornos e colunas. Mas o modo de processamento é diferente. A matéria-prima também é diferente - óleo combustível.
O óleo combustível - resíduo da destilação primária - é um líquido espesso e relativamente pesado, seu Gravidade Específica perto da unidade. Isso se deve ao fato de que o óleo combustível consiste em moléculas grandes e complexas de hidrocarbonetos. Quando o óleo combustível é reprocessado em uma planta de craqueamento, alguns de seus hidrocarbonetos constituintes são triturados em outros menores (ou seja, com moléculas mais curtas), que constituem produtos petrolíferos leves - gasolina, querosene, nafta.
Um ponto importante é o processo de classificação e mistura do óleo.
Vários óleos e as frações correspondentes deles isoladas diferem em propriedades físicas, químicas e comerciais. Assim, as frações de gasolina de alguns óleos são caracterizadas por uma alta concentração de hidrocarbonetos aromáticos, naftênicos ou isoparafínicos e, portanto, possuem índices de octanas elevados, enquanto as frações de gasolina de outros óleos contêm quantidades significativas de hidrocarbonetos parafínicos e possuem índices de octanas muito baixos. Importante no futuro processamento tecnológico o óleo possui pureza senhor, oleosidade (oleosidade), resinidade do óleo, etc. Assim, há necessidade de monitorar as características de qualidade do óleo durante o transporte, coleta e armazenamento, a fim de evitar a perda de propriedades valiosas dos componentes do óleo. No entanto, a recolha separada, o armazenamento e o bombeamento de petróleo num campo com um grande número de reservatórios de petróleo complica significativamente a indústria petrolífera e requer grandes investimentos de capital. Portanto, óleos com propriedades físicas, químicas e comerciais semelhantes são misturados no campo e encaminhados para processamento conjunto.
Os produtos petrolíferos são mais amplamente utilizados na indústria de combustíveis e energia. Por exemplo, o óleo combustível tem um poder calorífico quase uma vez e meia maior em comparação com o melhor carvão. Ocupa pouco espaço quando queimado e não produz resíduos sólidos. O óleo combustível é usado em usinas termelétricas, fábricas, ferrovias e transporte de água proporciona enormes economias de custos, promove desenvolvimento rápido principais indústrias e transportes.
A direção energética no uso do petróleo ainda continua sendo a principal em todo o mundo. A participação do petróleo no balanço energético global é superior a 46%.
No entanto, nos últimos anos, os produtos petrolíferos são cada vez mais utilizados como matéria-prima para a indústria química. Cerca de 8% do petróleo é consumido como matéria-prima para química moderna. Por exemplo, o álcool etílico é usado em aproximadamente 50 indústrias. Na indústria química, a fuligem é usada em revestimentos resistentes ao fogo em fornos. A indústria alimentícia utiliza embalagens plásticas, ácidos alimentares, conservantes, parafina e produz concentrados de proteínas e vitaminas, cujas matérias-primas são álcoois metílico e etílico e metano. Na indústria farmacêutica e de perfumaria, são produzidos a partir de derivados de petróleo amônia, clorofórmio, formaldeído, aspirina, vaselina, etc.. Os derivados de naftossíntese são amplamente utilizados nas indústrias de marcenaria, têxtil, couro, calçados e construção.
Por que deveríamos nos levantar se já amanheceu?
John Donne "Amanhecer"
Uma pessoa casual que passa por uma refinaria de petróleo e vê muitas colunas altas provavelmente presumirá que se trata de colunas quebradas. Este é um erro comum. A maioria dessas colunas altas são, na verdade, colunas de destilação de um tipo ou de outro. Colunas de fissuração, que normalmente são mais curtas e achatadas, serão discutidas em um capítulo posterior.
A destilação do petróleo é uma invenção notável dos tecnólogos do petróleo, baseada em uma importante característica do petróleo descrita no capítulo anterior, ou seja, na curva de aceleração. O mecanismo utilizado não é muito complexo e, portanto, não é particularmente interessante. No entanto, para sermos mais completos, consideraremos essas coisas elementares aqui.
Para começar, é útil fazer uma analogia. O moonshiner do Kentucky usa um destilador simples para separar o produto leve do resíduo ruim (veja a Figura 3.1). Após a fermentação do mosto ácido, ou seja, quando ocorre uma reação bioquímica lenta para formar álcool, a mistura é aquecida até que o álcool comece a ferver. O produto leve evapora. Na forma de vapor, é mais leve que o líquido. Portanto, ele sobe, separa-se do líquido e vai para a geladeira, onde esfria e volta a ser líquido (condensa). O que resta no cubo é jogado fora, caso contrário
O que sobe é engarrafado. O processo descrito é a destilação simples.
Se um moonshiner quisesse vender um produto de qualidade acima da média, ele poderia passar o líquido resultante por um segundo lote, que funcionava de forma semelhante ao primeiro. No segundo cubo, a parte mais leve do líquido se separaria de uma certa quantidade de impurezas não alcoólicas, que no primeiro cubo eram carregadas para cima junto com o caçador mais leve. Isso aconteceu porque o moonshiner não conseguiu manter com precisão o ponto de ebulição do mosto ácido. No entanto, talvez ele tenha aumentado deliberadamente a temperatura do primeiro cubo um pouco mais do que o necessário para obter o máximo de produto possível.
Este processo de duas etapas pode ser convertido em contínuo, conforme mostrado na Figura 3.2. Na verdade, muitas plantas de destilação industrial costumavam ter esta aparência.
É claro que a destilação descontínua descrita acima não é adequada para processar 100-200 mil barris (~16-32 mil m3) de petróleo bruto por dia, especialmente porque o petróleo deve ser dividido em 5-6 componentes. Uma coluna de destilação permite que esta operação seja realizada de forma contínua, utilizando muito menos mão de obra, equipamentos e energia na forma de combustível e calor.
O processo que ocorre na coluna de destilação é mostrado esquematicamente na Figura 3.3. Entra o petróleo bruto e saem gases hidrocarbonetos (butano e gases mais leves), gasolina, nafta (nafta), querosene, gasóleo leve, gasóleo pesado e fundos.
Para entender como tudo acontece dentro da coluna, é preciso considerar algumas sutilezas. O primeiro elemento necessário para operar a coluna é uma bomba de alimentação, que bombeia o petróleo bruto do tanque de armazenamento para o sistema (ver Figura 3.4). Primeiro, o óleo passa por um forno, no qual é aquecido a uma temperatura
Arroz. 3.3. Destilação de óleo
Os passeios ficam a cerca de 385°C (750°F). Do capítulo anterior você sabe que nessa temperatura, via de regra, mais da metade do óleo evapora.
A mistura de líquido e vapor assim obtida é alimentada por baixo na coluna de destilação.
Dentro da coluna de destilação existe um conjunto de placas nas quais são feitos furos. Graças a esses buracos, o óleo pode subir. Quando uma mistura de vapor e líquido sobe pela coluna, a parte mais densa e pesada se separa e desce para o fundo, e os vapores leves sobem, passando pelas placas (Fig. 3.5).
Os furos nas bandejas são equipados com dispositivos chamados tampas-bolha (Fig. 3.6). São necessários para que os casais, através disso
As bobinas foram borbulhadas através de uma camada de líquido com cerca de 10 cm de espessura localizada na placa. Este borbulhar de gás através de uma camada de líquido é a essência da retificação: vapores quentes (a uma temperatura não inferior a 400°C
Arroz. 3.5. O fluxo de óleo na coluna de destilação.
Arroz. 3.6. Tampas de borbulhador na placa de uma coluna de destilação
(750°F) passe pelo líquido. Neste caso, o calor é transferido do vapor para o líquido. Conseqüentemente, as bolhas de vapor esfriam um pouco e alguns dos hidrocarbonetos delas passam para o estado líquido. À medida que o calor é transferido do vapor para o líquido, a temperatura do vapor diminui. Como a temperatura do líquido é mais baixa, alguns compostos do vapor condensam (liquefazem).
Após os vapores terem passado pela camada líquida e perdido alguns dos hidrocarbonetos mais pesados, eles sobem para a próxima bandeja onde o mesmo processo é repetido.
Enquanto isso, a quantidade de líquido em cada placa aumenta devido à condensação de hidrocarbonetos do vapor. Portanto, um dispositivo denominado downcomer é instalado na coluna e permite que o excesso de líquido flua para a próxima bandeja. O número de bandejas deve ser tal que a quantidade total de produto que sai da coluna de destilação seja igual à quantidade de petróleo bruto que entra. Na verdade, algumas moléculas viajam para frente e para trás várias vezes - elas sobem por várias placas na forma de vapor, depois se condensam e fluem como um líquido por várias placas através de downcomers.
Arroz. 3.7. Downcomers e saídas laterais.
A lavagem do vapor com líquido devido ao contrafluxo garante uma separação clara das frações. Isso não seria possível de uma só vez.
Em vários níveis da coluna existem saídas laterais (Fig. 3.7) para seleção de frações - os produtos mais leves são selecionados no topo da coluna e os líquidos pesados saem na parte inferior.
Irrigação e reevaporação
Várias operações adicionais que ocorrem fora da coluna de destilação contribuem para um processo de destilação mais bem-sucedido. Para evitar que produtos pesados entrem acidentalmente na parte superior da coluna junto com frações leves, os vapores são enviados periodicamente para o refrigerador. As substâncias que condensam na geladeira retornam para uma das placas localizadas abaixo. Esta é uma espécie de irrigação da coluna de destilação (Fig. 3.8).
Arroz. 3.8. Irrigação e reevaporação.
Por outro lado, alguns hidrocarbonetos leves podem ser arrastados no fluxo líquido para o fundo da coluna juntamente com produtos pesados. Para evitar isso, o líquido que sai pela saída lateral passa novamente pelo aquecedor. Como resultado, os hidrocarbonetos leves restantes são separados e reintroduzidos na coluna de destilação na forma de vapor. Este processo é chamado de reevaporação. A vantagem deste arranjo é que apenas uma pequena porção do fluxo total de petróleo bruto precisa ser reprocessada para recuperação adicional do produto. Não há necessidade de aquecer novamente todo o óleo, o que economiza energia e.
A irrigação e a reevaporação também podem ser utilizadas na parte central da coluna, o que também contribui para uma separação eficiente. A fração reevaporada que entra na coluna introduz calor adicional, o que ajuda as moléculas de luz a viajarem para o topo da coluna. Da mesma forma, a irrigação dá às moléculas pesadas que estão mais altas do que deveriam ter uma última chance de se condensar em líquido.
A composição de alguns óleos brutos pode ser tal que algumas das bandejas da coluna não contenham uma quantidade suficiente de mistura vapor-líquido. Nestes casos, a irrigação e a reevaporação permitem ajustar os fluxos para que o processo de retificação (separação) possa continuar.
Ao analisar o processo de destilação do óleo, uma característica de fundamental importância são os limites de ebulição das frações. Este é o nome dado às temperaturas nas quais os produtos da destilação são separados uns dos outros. Em particular, a temperatura na qual o produto (fração, alça) começa a ferver é chamada de ponto de ebulição inicial (OBP). A temperatura na qual 100% de uma determinada fração evaporou é chamada de ponto de ebulição (PA) dessa fração. Assim, cada facção tem duas fronteiras - TNK e TV.
Se olharmos novamente para o diagrama mostrado na Figura 3.3, podemos facilmente ver que o ponto de ebulição da nafta (nafta) é o ponto de ebulição inicial da fração de querosene. Ou seja, a TNK e a TV de duas facções vizinhas coincidem, pelo menos nominalmente.
No entanto, TNCs e TV podem não coincidir - isso depende de quão boa é a separação proporcionada pelo processo de retificação. Talvez, ao olhar para todo esse sistema de placas e tampas-bolha, você tenha se perguntado quão bom é o resultado. Naturalmente, o processo de destilação é imperfeito e leva ao aparecimento, desculpem a expressão, das chamadas caudas.
Vamos supor que estamos analisando a nafta (nafta) e o querosene em laboratório e para cada uma dessas frações obtivemos curvas de aceleração como as mostradas na Figura 3.9. Observe-os com atenção e você notará que o ponto de ebulição da nafta é cerca de
O ponto de ebulição do querosene é cerca de 150°C (305°F).
A Figura 3.10 ilustra mais claramente o que são caudas. Esta figura mostra a dependência da temperatura, mas desta vez não da fração volumétrica total do óleo evaporado, mas da fração volumétrica do óleo evaporado nesta temperatura específica (para quem está familiarizado com a análise matemática, podemos dizer que esta é a primeira derivada da função inversa mostrada na Figura 3.9).
Os rejeitos quase sempre aparecem durante a destilação. É tão ocorrência comum, o que é dado como certo. Porém, para não complicar a vida, chegaram a um acordo. Os chamados limites efetivos são considerados os limites das frações durante a primeira destilação | ebulição, isto é, a temperatura na qual as frações são convencionalmente consideradas separadas. No futuro, ao usar o termo limites de ebulição, nos referiremos a limites efetivos.
Arroz. 3.10. Caudas de frações na curva de aceleração.
Estabelecendo limites de facção
Quando olhamos para os limites das facções no capítulo anterior, e também os discutimos acima, pode parecer que esses valores para cada facção são estabelecidos com precisão. Na verdade, quando aplicados a uma coluna de destilação específica, estes limites podem ser um pouco deslocados. Por exemplo, mudar a fronteira entre nafta (nafta) e querosene pode ter as seguintes consequências. Vamos supor que o limite de temperatura mudou de 157 (315) para 162°C (325°F). Em primeiro lugar, os volumes de produtos de retificação que saem da coluna vão mudar - você terá mais nafta e menos querosene. O fato é que a fração que ferve entre 157 e 162°C sairá agora pelo furo da nafta, e não pelo furo do querosene.
Ao mesmo tempo, a densidade da nafta (nafta) e do querosene aumentará. Como isso pode ser? A sobrecarga, que agora passou para a fração da nafta (nafta), é mais pesada que a nafta média. Ao mesmo tempo, é mais leve que o querosene médio. Foi assim que ambas as facções ficaram mais pesadas!
Algumas outras propriedades também mudarão, mas a densidade é a única coisa diferente. Eu desenterrei NÓS
Já considerei isso até agora. Ao discutir o futuro destino dos produtos de destilação nos capítulos subsequentes, mencionaremos outras possíveis consequências de mudanças nos limites de ebulição das frações.
Se agora você sabe para onde são enviados os produtos obtidos durante a destilação, será mais fácil entender a essência dos capítulos seguintes. As frações leves que saem do topo da coluna (acima) são fornecidas à unidade de fracionamento de gás. A gasolina pura é enviada para composição para produzir gasolina para motores. A nafta (nafta) é fornecida à unidade de reforma, o querosene é fornecido à unidade de hidrotratamento, o gasóleo leve é enviado para mistura para produzir combustível destilado (diesel), o gasóleo pesado serve como matéria-prima para o craqueamento catalítico e, por fim, o destilação direta o resíduo é enviado para destilação a vácuo.
EXERCÍCIOS
1. Preencha os espaços em branco escolhendo palavras da lista a seguir:
Forno a gasolina de funcionamento direto
Fracionamento de petróleo bruto
Periódico contínuo
Aumenta diminui
Tampa de bolha de geladeira com alça superior
A. Quando o luar sai do topo do alambique
Cuba, precisa ser atravessado primeiro
O que engarrafar.
B. o modo não é muito eficaz nos tempos modernos
Mudança de refino de petróleo. Atualmente, a retificação do petróleo bruto é realizada apenas na modalidade.
B. Um dispositivo que aumenta a eficiência da mistura em uma coluna de destilação é denominado
TOC \o "1-3" \h \z d. Os orifícios nas bandejas da coluna de destilação são equipados com qualquer um deles.
D. As caudas surgem porque uma
Facções se sobrepõem a outras
E. À medida que o vapor sobe na coluna, sua temperatura.
G. Quando o ponto de ebulição de uma fração em uma coluna de destilação diminui, o volume dessa fração é igual à densidade API.
2. O gerente de uma refinaria de petróleo foi encarregado de produzir 33 mil barris de combustível para caldeiras por dia no inverno. Ele sabe que receberá 200 mil barris por dia de petróleo bruto – 30 mil bar. da Louisiana e 170 mil bar. do oeste do Texas. As curvas de aceleração para estes óleos são fornecidas abaixo. Outra condição "é que você precisa obter o máximo possível de combustível de aviação. Ou seja, você precisa extrair o máximo possível do óleo. A faixa de ebulição do combustível de aviação é 300-525 ° F (150-275 ° C ), estes serão os limites das frações correspondentes na coluna de destilação.
Por fim, para garantir a produção de 33 mil bar/dia de combustível de caldeira, é necessária a obtenção de 20 mil bar/dia de gasóleo leve de destilação directa durante a destilação do petróleo bruto.
E direcione-o para obter combustível para caldeira.
Tarefa: Quais limites de temperatura devem ser definidos para a fração GLP para se obter 20 mil bar/dia?
Dados de overclock:
Dica: Calcule a curva de aceleração para óleo misto. O combustível de aviação TV é uma fração TNP do GLP. Resta calcular o TV da fração GLP para que seja de 20 mil bar/dia.
