Основы технологического процесса получения моторного топлива
Нефть содержит всевозможные углеводороды, которые при нагревании до определенной температуры начинают выкипать. Легкие углеводороды испаряются по достижении 30–40 °С, тяжелые — при более высоких температурах. В процессе данного физического способа перегонки нефть распадается на фракции, получаются дистилляты с разными пределами выкипания. Применяя их к транспорту, бензиновый дистиллят получают при предельной температуре закипания 30-205 °С, керосиновый – 120-315 °С; соляровый – 280-380 °С; масляный – 320-500 °С.
Перегонка сырой нефти в масла и топливо — это первичный, обязательный процесс. Нефть подается в трубчатые печи, нагревается до температуры 330-350 °С. Затем поступает в ректификационные колонны, где разлагается на фракции. Остатки жидкости стекают в нижнюю часть колонны, а пары углеводородов поднимаются вверх. На ректификационных тарелках, расположенных на разной высоте колонн, происходит конденсация углеводородных паров. В нижних тарелках конденсируются тяжелые углеводороды в виде дистиллятов, в верхних тарелках — самые легкие углеводороды в газообразном состоянии. Не всегда нефть полностью распадается на легкие фракции - бензиновые при достижении верхней части колонн. Для чего производят отбор парообразных частиц из тарелок, подвергают дальнейшему разделению на фракции, пропуская через конденсатор-холодильник.
На промышленных установках сначала нефть подвергают атмосферной перегонке, нагревая до 370°С. В результате выкипают фракции и остается мазут. Его можно применять в качестве топочного мазута или подвергать более высокой температуре для последующего расщепления на установках крекинга на мелкие частицы.
Чаще нефть содержит бензиновые дистилляты, на долю которых приходится не более 20% из общего числа всех топлив. В связи с чем в процессе прямой перегонки нефти получают топливные дистилляты в ограниченном количестве. Они не удовлетворяют спрос на моторные масла и бензины. Для увеличения их выхода нефть подвергают вторичной переработке, с помощью химических методов.
Крекинг — самый известный процесс, при котором подлежат расщеплению крупные молекулы углеводорода. Подвергая их высоким температурам, происходит термический крекинг, а под воздействием катализатора — каталитический крекинг. Молекулы преобразуются в углеводороды легкого кипения, которые входят в состав светлых нефтепродуктов, включая бензин.
Крекинг позволяет повысить выход бензина не только из нефти, но и из дизельного топлива, керосина, мазута, соляро-газойлевых частиц. Подвергая нефть нагреву до 520-550 °С и воздействию давления 0,20,6 МПа, происходит парофазный термический крекинг. При температуре 480-500 °С и под давлением 2,05,0 МП — жидкофазный крекинг, при котором выход бензина повышен, а непредельных углеводородов в нем — небольшое количество.
Жидкофазный крекинг считается совершенным, хотя после него продукты переработки продолжают содержать непредельные углеводороды до 40 %. Бензин при этом способе получения не отличается стабильностью, плохо хранится, быстро окисляется. За счет октанового числа порядка 66 – 74 единиц его лишь добавляют, как компонент при выгонке товарных бензинов.
Каталитический крекинг применяют для распада тяжелых молекул углеводорода нефти в присутствии катализатора — алюмосиликатов, подвергая температуре 430-530 °С и давлению 0,070,3 МПа. Благодаря каталитическому крекингу бензины выходят наиболее химически стойкие и с высокой детонационной стабильностью. Так, получают моторный бензин с октановым числом до 85, используют его для выработки бензина А-76 и керосиногазойлевых частиц, применяемых в качестве дизельного/реактивного топлива.
Гидрокрекинг — процесс перегонки средних и тяжелых дистиллятов нефти с применением водорода. Метод подходит для переработки дистиллятов, содержащих смолистые/ сернистые соединения в большом количестве. Осуществляется при давлении водорода 1517 МПа и температурах 350450 °С. Присутствие водорода позволяет более качественно подвергать высокомолекулярные соединения гидрированию на катализаторе и способствовать их полному распаду. В процессе гидрокрекинга получается светлая продукция с высоким выходом (порядка 70% в перерасчете на нефть) и малым содержанием серы/непредельных углеводородов. К тому же метод дает возможность получать дизельные/реактивные топлива и бензины из вакуумных дистиллятов и керосино-соляровых фракций с октановым числом 85–88 единиц.
Благодаря риформингу (каталитическому, термическому) повышается детонационная стойкость бензина прямой выгонки. Его получают в ходе процессов каталитического реформинга, как наиболее востребованного метода в промышленности. В состав такого бензина входит до 75% ценных углеводородов и их уже можно применять к товарным бензинам для усиления стойкости к детонации.
Катализатором каталитического риформинга служит платина на основе окиси алюминия, когда при температуре 500-540 °С,и под давлением 1,54,0 МПа начинаются процессы в водородной среде. Метод в промышленности называют платформингом. Выход катализата или высокооктанового компонента автомобильного бензина в данном процессе доходит до 85%, что и составляет основу продукции. Согласно исследовательскому методу октановое число бензина равняется 95 единицам.
При любом из вышеописанных методов автомобильный бензин не должен содержать сернистые и смолистые соединения, нафтеновые кислоты. Для чего он проходит этапы очистки. При этом топливо подвергается стабилизации, позволяющей усилить его физическую/химическую стойкость при перевозке, потреблении, хранении и повышающей тем самым эксплуатационные характеристики нефтепродуктов.
