15.
Способы переработки нефти
Теория
Первичная переработка нефти
Для получения ценных продуктов нефть подвергается первичной переработке, основанной на физических процессах. На начальном этапе сырую нефть очищают от воды, газообразных веществ и механических примесей (песок, глина, минеральные соли и др.), а затем подвергают перегонке.
Перегонка (ректификация) — это процесс разделения нефти на отдельные компоненты (фракции).
Входящие в состав нефти углеводороды имеют близкие температуры кипения, поэтому при перегонке получаются не индивидуальные вещества, а фракции с определёнными интервалами температур кипения.
Выделяют несколько фракций нефтепродуктов.
Фракции нефти | Состав углеводородов | Интервал температур кипения, | Применение |
| Ректификационные газы | до \(40\) | Топливо, химическое сырьё | |
| Бензин | \(40\)–\(200\) | Авиационное и автомобильное топливо, растворитель | |
| Лигроин | \(150\)–\(250\) | Горючее для тракторов, тепловозов и грузовых автомобилей; растворитель | |
| Керосин | \(180\)–\(300\) | Горючее для реактивных самолётов и ракет | |
| Газойль | Тяжёлые углеводороды | \(270\)–\(350\) | Дизельное топливо |
Ректификации подвергается вся добываемая нефть. Основным аппаратом для её перегонки является ректификационная колонна.
Остаток перегонки нефти — мазут — представляет собой тёмную вязкую жидкость. При дополнительной перегонке из мазута выделяют соляровое масло, смазочные масла (веретённое, машинное, цилиндровое и др.), вазелин и парафин. Также мазут используется в качестве топлива в котельных установках.
Остаток от перегонки мазута — гудрон — используют в производстве материалов для дорожного строительства (асфальт, битум).
Вторичная переработка нефти
Наиболее ценной фракцией нефти является бензин. Однако его выход при ректификации составляет не более \(20\) \(\%\). Для дополнительного получения бензина высококипящие фракции нефти (керосин, газойль и мазут) подвергаются вторичной переработке, основанной на химических процессах.
Выделяют несколько способов химической переработки нефтепродуктов.
1. Крекинг нефтепродуктов.
Керосин, газойль и мазут в своём составе содержат углеводороды, имеющие в среднем в два раз более длинные углеродные цепи, чем в бензине. Следовательно, для получения из них бензина длинные цепи углеводородов необходимо разорвать пополам.
Крекинг — процесс расщепления углеводородов с образованием углеводородов с меньшим числом атомов углерода в цепи.
Термический крекинг, предложенный В. Г. Шуховым в \(1891\) году, осуществляется при высокой температуре (\(500\)–\(600~\)), при этом молекула углеводорода разрывается примерно в центре углеродной цепи.
Каталитический крекинг сопровождается не только расщеплением молекул углеводородов, но и их изомеризацией. Этот процесс позволяет получить углеводороды разветвлённого строения, что повышает качество бензина.
Качество бензина определяется его детонационной стойкостью (устойчивостью) — способностью топлива противостоять самовоспламенению при сжатии.
Количественным показателем качества бензина является его октановое число. Чем оно больше, тем выше стойкость к детонации. Началом отсчёта в октановой шкале принято считать детонационную стойкость гептана неразветвлённого строения (октановое число равно \(0\)), который легко детонирует. Наиболее устойчивым к детонации является изооктан (\(2\),\(2\),\(4\)-триметилпентан), октановое число которого равно \(100\).
Обрати внимание!
Октановое число является количественным показателем стойкости бензина к детонации, численно равным содержанию изооктана в его смеси с гептаном неразветвлённого строения.
Пример:
Если октановое число бензина равно \(95\), то это означает, что данное топливо имеет такую же стойкость к детонации, как смесь \(95\) \(\%\) изооктана и \(5\) \(\%\) н-гептана.
2. Риформинг (ароматизация).
Ароматические углеводороды, содержащиеся в составе бензина, способны также повышать его октановое число.
Риформинг (ароматизация) — процесс превращения алканов и циклоалканов в ароматические соединения.
Ароматизация углеводородов осуществляется при нагревании бензина в присутствии катализатора при повышенном давлении.
Бензиновые фракции ароматических углеводородов, полученные в процессе риформинга, также используются в качестве сырья в химическом производстве.
3. Пиролиз нефтепродуктов.
Пиролиз — процесс термического разложения органических веществ без доступа кислорода.
Продуктами пиролиза нефтепродуктов являются непредельные газообразные (ацетилен, этилен) и ароматические (толуол, бензол) углеводороды.