Сущность методов разделения компонентов нефти - Химия нефти и газа
Методы разделения нефти используются для выделения из нее отдельных фракций или индивидуальных веществ, а также для проведения анализа нефти и нефтепродуктов. Существуют химические и физические методы разделения. В основе химических методов лежат специфические реакции определенного класса или группы веществ, в которые другие соединения нефти не вступают. Физические (или физико-химические) методы основаны на различии концентраций компонентов в сосуществующих равновесных фазах.
Основным физическим методом разделения и очистки нефти и ее компонентов является Перегонка. В общем случае перегонка заключается в нагревании жидкости до кипения и конденсации ее паров в виде дистиллята в холодильнике.
Существует два вида перегонки - Прямоточная перегонка и противоточная перегонка (ректификация).
Общий процесс перегонки заключается в том, что перегоняемое вещество (нефть или нефтяную фракцию) нагревают, по мере повышения температуры присутствующие в смеси индивидуальные соединения начинают испаряться, после чего закипают. Переход компонентов нефти из жидкого в парообразное состояние происходит последовательно, в соответствии с их температурами кипения. При прямоточной перегонке происходит перемещение только одной фазы, а именно пара. Если же часть сконденсированного пара (так называемая Флегма) стекает навстречу восходящему пару и постоянно возвращается в перегонную колбу, то это процесс противоточной перегонки. Противоточная перегонка осуществляется с помощью ректификационных колонок.
Схемы различных вариантов процесса перегонки: А - прямоточная перегонка, Б - ректификация:
Метод перегонки основан на том, что давление паров жидкости сильно возрастает с повышением температуры. Когда оно становится равным внешнему давлению, система приходит в состояние термодинамического равновесия (?G=0), и жидкость закипает, а при G< 0 начинается процесс перегонки.
График зависимости логарифма давления паров (ln p) от обратной температуры (1/T) изображается линиями, близкими к прямым:
Рисунок 4
Наклон прямой определяется величиной молярной энтальпии испарения (HИсп). Поэтому у веществ, сходных по своему химическому строению и имеющих близкие температуры кипения (например, углеводородов нефти), разница в наклоне прямых невелика. Для разделения таких веществ требуется применение ректификации.
По этим прямым можно определять величину внешнего давления паров при разных температурах кипения (например, в точках А, B, C), и наоборот. Для грубой оценки можно применять следующее эмпирическое правило: при уменьшении внешнего давления в 2 раза температура кипения понижается примерно на 15 0С.
Математически процесс перегонки описывается следующим уравнением:
Где xA И xB - мольные доли компонентов А и В в жидкой фазе; yA И yB - мольные доли компонентов А и В в паровой фазе; относительная летучесть, которая равна отношению упругостей паров чистых компонентов А и В: PA/PB.
И лишь в этом случае возможно разделение компонентов при перегонке. В общем случае простую прямоточную перегонку целесообразно применять для жидкостей с температурой кипения от 40 до 150 0С.
В этом случае испарение и конденсацию необходимо повторить многократно. Это можно осуществить в одном процессе с помощью ректификационных колонок, в которых пар и жидкость движутся противотоком.
Флегма - это часть перегоняемой жидкости, которая конденсируется на тарелках разделения и стекает обратно в куб. Дистиллят - это часть перегоняемой жидкости, которая испаряется с тарелок и поступает в приемник. Флегма состоит из более высококипящих фракций, чем дистиллят. Дистиллят представляет собой фракцию с узким интервалом температуры кипения, которая содержит только одно индивидуальное вещество или смесь небольшого числа индивидуальных веществ с близкими температурами кипения.
Эффективность ректификационной колонки оценивается по числу так называемых теоретических тарелок. Теоретической тарелкой, или теоретической ступенью разделения называют некоторую условную единицу колонки, где обогащение легколетучим компонентом соответствует термодинамическому равновесию между паром и жидкостью.
В обшем случае ректификационную перегонку следует применять, если температуры кипения разделяемых соединений отличаются менее чем на 80 0С.
В результате перегонки нефти получают отдельные Фракции - ее части, отличающиеся температурами кипения. Каждая из фракций характеризуется температурами начала и конца кипения. Фракционный состав нефти является важным показателем ее качества.
Обычно при атмосферной перегонке получают следующие фракции, которые называют по направлениям их использования:
- (30-60) - 140 0С - бензиновая фракция; 140 - 180 0С - бензиновая фракция (тяжелая нафта); 140 - 220 0С (180 - 240 0С) - керосиновая фракция; 180 - 350 0С (220 - 350 0С, 240 - 350 0С) - дизельная фракция (легкий или атмосферный газойль, соляровый дистиллят).
Продукты, выкипающие до 350 0С, называют светлыми. Остаток после отбора светлых фракций, выкипающий при температуре выше 350 0С, называется мазутом, который разгоняют на темные фракции под вакуумом (т. е. при пониженном давлении).
Светлые и темные фракции нефти практически полностью состоят из основных компонентов нефти - углеводородов различных классов (см. с. 12).
При переработке мазута в топливо получают следующие топливные фракции:
350 - 500 0С - вакуумный газойль (вакуумный дистиллят);
> 500 0С - вакуумный остаток (гудрон).
При переработке мазута в масла получают следующие масляные фракции:
- 300 - 400 0С (350 - 420 0С) - легкая масляная фракция (трансформаторный дистиллят); 400 - 450 0С (420 - 490 0С) - средняя масляная фракция (машинный дистиллят); 450 - 490 0С - тяжелая масляная фракция (цилиндровый дистиллят);
> 490 0С - гудрон.
Разновидностями противоточной перегонки являются Азеотропная и экстрактивная ректификация. Азеотропную ректификацию используют для выделения аренов из смесей с алканами. В этом случае в разделяемую смесь добавляют, в зависимости от температуры кипения аренов, соответствующий азеотропный растворитель (метанол, ацетон, эфиры гликолей. Этот растворитель образует с выделяемыми аренами так называемые Азеотропные смеси, для которых характерно равенство составов жидкой и паровой фаз. Поэтому при их перегонке образуется конденсат такого же состава, что и исходный раствор. При охлаждении азеотропной смеси в холодильнике растворимость аренов в азеотропном растворителе резко снижается, в результате чего смесь расслаивается, после чего слой аренов легко отделяют.
Экстрактивная ректификация основана на использовании высококипящих растворителей, не образующих азеотропных смесей с разделяемыми компонентами. Она широко используется для выделения и очистки алкенов, алкадиенов и аренов из продуктов пиролиза и каталитического риформинга нефтяных фракций.
Для разделения компонентов нефти используются и другие физические методы:
- 1. Возгонка. Отличается от перегонки тем, что при нагревании в парообразное состояние переходят не жидкие, а твердые компоненты нефти (например, некоторые фенолы). 2. Абсорбция и адсорбция. Эти методы основаны на избирательном поглощении растворенных в нефти газообразных углеводородов специально подобранными абсорбентами (в случае абсорбции) или газообразных и жидких веществ - твердыми адсорбентами (в случае адсорбции).
Абсорбция, в частности, используется для выделения ацетилена из продуктов окислительного пиролиза природного газа, а также для его очистки.
Адсорбция является очень эффективным методом разделения углеводородов и гетероатомных соединений, присутствующих в нефти и нефтепродуктах. В качестве адсорбентов наиболее часто используют силикагели, активированные угли, оксид алюминия, а также цеолиты (молекулярные сита), имеющие высокоразвитую пористую поверхность и состоящие из оксидов Na, K, Mg, Ca, Al, Si и воды.
- 3. Экстракция. Метод заключается в избирательном растворении твердых или жидких компонентов нефти подходящими растворителями. Экстракция применяется в нефтеперерабатывающей промышленности для выделения аренов из катализаторов риформинга нефтяных фракций, а также для селективной очистки смазочных масел. 4. Кристаллизация. Метод основан на охлаждении нефти или ее фракций, при этом углеводороды с достаточно высокой температурой плавления кристаллизуются и выпадают в осадок, после чего их отделяют фильтрацией. 5. Конденсация. Метод заключается в переводе газообразных веществ в жидкое состояние путем охлаждения. 6. Диффузия через мембрану. Метод основан на различии в форме разделяемых молекул и их разной растворимости в материале мембраны. На пути потока нефти ставится полупроницаемая полимерная мембрана с определенным диаметром пор, через которую избирательно проникают и тем самым отделяются от нефти газы, а также жидкие углеводороды с небольшой молекулярной массой. 7. Сепарация. Это разделение твердых частиц на фракции по скорости их осаждения (в зависимости от их размера) в восходящем потоке воздуха.
Химические методы разделения основаны на различной реакционной способности компонентов нефти в реакциях гидрирования, дегидрирования, сульфирования, изомеризации, галогенирования и др.(см. разд. 6 и 7).
Особое значение при переработке сернистых нефтей имеют химические методы удаления соединений серы (обессеривание нефти). Из летучих нефтепродуктов соединения серы удаляют с помощью каталитической гидроочистки (см. разд. 7). Однако в тяжелых нефтяных фракциях остается большое количество серосодержащих соединений, которые являются ядами для катализаторов переработки нефти. Примеси кислород - и азотсодержащих веществ также отрицательно влияют на процессы переработки нефти и ухудшают качество нефтепродуктов. Создание химических методов полного удаления из нефти гетероатомных соединений представляет собой важную технологическую задачу.
Горючие природные газы разделяют следующим образом. Предварительно из них удаляют водяные пары, механические примеси и кислые газы. Основные методы осушки газов от водяных паров - абсорбция, адсорбция или конденсация. Твердые механические примеси отделяют методами осаждения, пылеулавливания, а также в циклонных сепараторах. Сепарационные устройства применяют и для отделения частиц жидкости. Кислые газы удаляют методами физической или химической адсорбции или их комбинированием. После этого из природных газов методами абсорбции, низкотемпературной адсорбции и конденсации извлекают основные продукты их переработки - углеводороды. Углеводороды разделяют фракционной конденсацией, ректификацией сжиженного газа, избирательной абсорбцией или адсорбцией, а также с помощью полупроницаемых мембран [1].
Нефтяные попутные газы отделяют от нефти в сепараторах в две или три ступени под небольшим давлением или при разрежении. Однако даже при трехступенчатой сепарации полное отделение газа от нефти не достигается, поэтому при ее транспортировке или хранении возможны потери остатка легких углеводородов.
Похожие статьи
-
КРЕКИНГ-ГАЗ, БЕНЗИН - Химия и методы переработки нефти
Вторичные газообразные продукты получаются из нефти в результате различных процессов крекинга. Тяжелые фракции при крекинге дают бензин, а бензиновые...
-
ПЕРЕГОНКА - Химия и методы переработки нефти
Периодическая перегонка. На начальных этапах развития нефтехимической промышленности сырая нефть подвергалась так называемой периодической перегонке в...
-
ОЧИСТКА И ПЕРЕРАБОТКА НЕФТИ - Химия и методы переработки нефти
Обычная сырая нефть из скважины - это зеленовато-коричневая легко воспламеняющаяся маслянистая жидкость с резким запахом. На промыслах она хранится в...
-
Однородные (гомогенные) смеси - это смеси, в которых компоненты смешаны на молекулярном уровне (однофазный материал); их невозможно обнаружить при...
-
РИФОРМИНГ - Химия и методы переработки нефти
Риформинг - это процесс преобразования линейных и нециклических углеводородов в бензолоподобные ароматические молекулы. Ароматические углеводороды имеют...
-
ТЕРМИЧЕСКИЙ КРЕКИНГ - Химия и методы переработки нефти
Склонность к дополнительному разложению более тяжелых фракций сырых нефтей при нагреве выше определенной температуры привела к очень важному успеху в...
-
КАТАЛИТИЧЕСКИЙ КРЕКИНГ - Химия и методы переработки нефти
Катализатор - это вещество, которое ускоряет протекание химических реакций без изменения сути самих реакций. Каталитическими свойствами обладают многие...
-
Для всех индивидуальных веществ температура кипения при данном давлении является физической константой. Так как нефть представляет собой смесь большого...
-
ХИМИЧЕСКИЕ ПРОДУКТЫ ИЗ НЕФТИ - Химия и методы переработки нефти
Получение нефтепродуктов путем фракционирования. Нефтяная промышленность - это главный производитель химикатов. Ее первые успехи в разделении...
-
ДРУГИЕ ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА БЕНЗИНА - Химия и методы переработки нефти
Кроме крекинга и риформинга существует несколько других важных процессов производства бензина. Первым из них, который стал экономически выгодным в...
-
Первичная перегонка сырой нефти с получением шести довольно широких фракций, является лишь очень грубым разделением. Упрощенная схема такой первичной...
-
Типы классификации нефтей - Химия нефти и газа
Нефти классифицируют по Генетическим и технологическим признакам . Генетическая классификация учитывает состав исходного природного материала и условия...
-
Так как нефть представляет собой смесь большого числа органических продуктов, исследование ее химического состава -- весьма сложная задача. Сравнительно...
-
Нефть - это природная дисперсная система жидких органических соединений, главную часть которых составляют углеводороды различной молекулярной массы. С...
-
ОЧИСТКА ЛЕГКИХ ПРОДУКТОВ, МАСЛА И СМАЗКИ - Химия и методы переработки нефти
Гидроочистка в настоящее время - наиболее распространенный метод гидрогенизации олефинов и повышения качества легких продуктов за счет удаления серы и...
-
Гетероатомные, высокомолекулярные и минеральные соединения нефти - Химия нефти и газа
Гетероатомные соединения нефти и газа - это производные углеводородов или неорганические соединения, содержащие один или несколько атомов кислорода,...
-
Реакции замещения, Окисление - Химия нефти и газа
Наиболее важные реакции замещения алканов и циклоалканов - галогенирование, нитрование, сульфирование, сульфохлорирование и сульфоокисление - идут по...
-
Исследуемый раствор пропускают через колонку с катионитом. При последующем промывании колонки раствором едкой щелочи амфотерные металлы вымываются,...
-
Сорбция - Подготовка проб к анализу, разделение и концентрирование компонент природных вод
Сорбцию широко используют для разделения и концентрирования веществ. Сорбционные методы обычно обеспечивают хорошую селективность разделения, высокие...
-
Методы защиты бетона от коррозии - Основы химии
Для защиты бетона и повышения его долговечности вам следует применять первичную и вторичную защиту. К методам первичной защиты относится введение...
-
Стандартные методы, как правило, предусматривают использование количественного анализа, позволяющего установить точное содержание отдельных элементов и...
-
При анализе состава бензиновых фракций широко используют газожидкосую хроматографию. Для получения достоверных результатов хроматографического разделения...
-
Ректификация - Изучение методов жидких и газообразных и однородных неоднородных систем
РЕКТИФИКАЦИЯ (от позднелат. rectificatio - выпрямление, исправление), разделение жидких смесей на практически чистые компоненты, отличающиеся т-рами...
-
Нефть представляет собой сложную смесь парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов. Кроме того, в нефти содержаться сернистые, кислородные и...
-
ПЕРЕРАБОТКА НЕФТИ - Нефть и ее свойства
Нефть, получаемая непосредственно из скважин, называется сырой. В различных отраслях народного хозяйства применяются как сырая нефть, так и различные...
-
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТИ - Нефть и ее свойства
Главнейшим свойством нефти, принесшим им мировую славу исключительных энергоносителей, является их способность выделять при сгорании значительное...
-
Система лабораторного контроля - Свойства и состав нефти
Для проведения анализов и определения качественных характеристик нефти организуется система лабораторного контроля. Большинство методов оценки и анализа...
-
Легирование стали повышает ее антикоррозионные свойства. Например, совершенную стойкость к атмосферной коррозии показывают нержавеющие легированные...
-
Возможности подбора и синтеза неорганических сорбентов с заданными свойствами практически неисчерпаемы. Это обусловлено тем, что в качестве сорбентов...
-
Сущность метода экспертных оценок - Роль экспертной оценки в финансовой деятельности предприятия
Экспертные методы прогнозирования применяются, как правило, в случаях, когда отсутствуют какие-либо статистические данные, на которых мог бы базироваться...
-
Для получения аналитического сигнала используют: § химические Реакции различных типов (кислотно-основные, окислительно-восстановительные,...
-
Принцип определения химического состава вещества любым методом сводится к тому, что состав вещества определяется по его Свойствам . Свойства веществ...
-
Аналитическая химия, наука об определении химического состава веществ и, в некоторой степени, химическим строения соединений. Аналитическая химия...
-
Сущность и особенности вольтамперометрии - Электрохимические методы анализа
Вольтамперометрия это совокупность электрохимических методов анализа, основанных на использовании вольтамперных зависимостей I = F ( E ), которые...
-
Физические методы исследования нефти - Свойства и состав нефти
Всякое индивидуально химически чистое вещество характеризуется совокупностью физических свойств, называемых его константами. Такими константами являются...
-
СУЩНОСТЬ СТАТИСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ Динамический или временной ряд представляет собой совокупность численных данных, характеризующих...
-
Задачи и методы качественного анализа - Основы аналитической химии
Обнаружение или, как иногда говорят, "открытие" отдельных элементов или ионов, входящих в состав веществ - это задачи качественного анализа. Качественный...
-
Органические и неорганические соединения нефти имеют различную растворимость в воде, органических соединениях и по отношению друг к другу. Подавляющая...
-
Предмет, задачи и методы аналитической химии - Основы аналитической химии
Аналитическая химия-это наука, которая разрабатывает теоретические основы и методы химического анализа. С помощью нее определяют химический состав...
-
Полимерами называют вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из одного или большего числа составных звеньев. Молекулярная масса (число атомов)...
Сущность методов разделения компонентов нефти - Химия нефти и газа