+7 (499) 45-500-45

+7 (499) 673-30-20

+7 (926) 986-09-18

+7 (800) 350-35-39
звонок бесплатный

+7 (495) 474-93-01
Магазин м. Медведково

В корзине 0 товаров

на сумму 0

Перегонка нефти

Эта статья из рубрики «Химия для жизни» посвящена альфе и омеге органической химии.
Процессу, без которого немыслимо существование цивилизации не то, что в нашем современном виде, а вообще как таковой Перегонке нефти.

Что такое цивилизация без нефти? Возврат назад, «к кизякам».
На улицах – конная тяга. Железная дорога – паровая, со всеми вытекающими.
Вершина технического прогресса – электрический трамвай, самое массовое и по сути единственно возможное средство для перемещения людей между точками «А» и «Б» в городах.
Ах да, ещё метро, которое по сути тот же трамвай, только подземный. Но это – всё.

Трактора, комбайны на полях? Нет, не слышали. Паровой трактор и паровой комбайн? Очень смешно!
То есть, сельское хозяйство с текущей урожайности уйдёт назад, в девятнадцатый век… А значит, несколько миллиардов людей на планете определённо лишние. И не помогут ни удобрения, ни селекция с генетикой.

Асфальт? Нет, тоже не слышали. Бетон, утрамбованный грунт, брусчатка… Да, пожалуй, и всё на этом. Да и зачем асфальт лошади?
А на дальние перевозки - паровозы есть. А ещё надо поставить крест на всех полимерах и пластмассах, начиная от пакетика в супермаркете и заканчивая строительными материалами и платами для микроэлектроники.
Просто обернитесь вокруг и попробуйте посчитать, сколько предметов сделаны из пластмассы или с её использованием? И как без этого всего жить?

Да, кстати, количество угля в мире со времён паровой эпохи подсократилось.
Дешёвого и на поверхности уже нет, есть уголь только дорогой и глубоко. То есть, и паровозная экономика в наши дни, не изобрети мы нефть,  была бы не совсем тем, что мы помним по сказкам и зарисовкам писателей прошлого.

 

Итак, нефть важна. Второй вопрос – а что же она такое, эта нефть?

Не очень умные люди скажут, что это – останки динозавров, живших в седые времена, каким-то боком погребённые под слоем пепла без доступа воздуха и перегнившие в эту субстанцию. И, само собой, ушедшие глубже под землю. К сожалению, таких людей много. Однако наука подсказывает, что это в корне неверно. Это справедливо для угля – он так и образовался, из «похороненой» в болотах органики. Нефть же… Выделяется самой земной корой в результате сложных химических процессов на границе литосферы и мантии. Процессы там идут сложные, реакции разнообразные, зависящие от множества факторов, а потому и состав нефтей в разных частях земной коры разный. Плюс, образовавшиеся субстанции, поднимаясь к поверхности, проходят определённые горные породы, которые так же оказывают влияние на то, что качают в итоге наши вышки.

Потому состав нефтей в различных нефтеносных регионах может быть самым различным. И даже цвет. И даже запах. И всё это объединяется одним словом «нефть». Хотя общего у них только то, что это маслянистая жидкость тёмного цвета. В одних нефтях много непредельных углеводородов, в других – ароматических, в третьих – циклических, в четвёртых – линейных предельных. У одних цепочки углеводородов длиннее, нефти эти тяжелее, тягучее. Другие – легче, «воздушнее»; менее вязкие и плотные. Из одних получается больше бензина и лёгких фракций, из других – соляры и мазута. А нефть, например, Венесуэлы – практически чистый битум, плотный и тяжёлый. И хоть энергетически более выгодный, чем лёгкий бензин, его сначала надо сделать пригодным к использованию.

Перегонка нефти – самый первый и, наверное, главный этап нефтепереработки. Ибо он позволяет окинуть взглядом то, что получается из нефти и решить, а что собственно требуется «с этим» делать дальше?

Что из себя процесс перегонки представляет… Ну вот для сравнения возьмём самогонный аппарат. Его действие основано на том, что спирт – легкокипящий, и кипеть начинает раньше воды, то есть в парах спирта больше, чем остаётся в жидкости. Если пары охладить и сконденсировать, получим смесь, где спирта много, а воды – мало;  в оставшейся же жидкости воды, наоборот, будет много, а спирта – с гулькин нос. А теперь представьте, что вместо воды используются органические вещества, углеводороды. Разные углеводороды ведь тоже имеют разные температуры кипения, и их также можно разделить простым кипячением.

К примеру, налили мы в бочку нефти и поставили на огонь. И сразу получили пар из очень легкокипящих веществ с короткой углеводородной цепью. Это будет не какое-то определённое вещество; в нефти их множество, и все, соответствующие определённым параметрам (углеводородной цепочкой определённой длинны) начнут выкипать одновременно. Нагрели мы бочку до 100 градусов, собрали пары, охладили… И получили из них смесь под названием «фракция». А именно, «петролейная» фракция. Она богата пентаном и гексаном, хорошими растворителями, но пока ещё не годными для залития в бак.

Продолжаем кипятить, градусов до 140, и через время начнёт интенсивно испаряться следующая фракция, с более длинными цепочками молекул и более сложная по составу – «бензин», или «бензиновая фракция». Это то, что мы заливаем в баки наших машин. Фракция легкокипящая, как говорилось выше, неоднородная, не самая энергетически выгодная. Однако самая востребованная; бензиновый двигатель прост в конструкции и эксплуатации, дёшев; сам бензин так же недорог и прост в получении. Из бензиновой фракции выделяют некоторые ароматические и другие ценные углеводороды, но подавляющее большинство её используется именно для налива в «пищеварительную систему» легковушек.

Нагревая дальше, до 180 градусов, получим следующую фракцию – лигроин. Это уже не бензин, в бак легковушки его в чистом виде уже нельзя, но и для более же тяжёлых видов топлива он «легковат». То есть не очень из лигроина топливо. Потому практически весь он идёт на растворители и оргсинтез.

Со 180 до 240 градусов - получим керосин. Который также идёт на производство различного рода растворителей, и при этом сам по себе является топливом для ракет и самолётов.

От 220 до 350 градусов идут газойлевая и соляровая фракции. Это – его величество дизель, топливо для «больших» машин, тепловозов и кораблей. Топливо энергетически выгодное не особо легкокипящее и в целом гораздо более безопасное, чем бензин, но двигатели для него нужны… Более сложные и дорогие.

Далее, до 500 градусов, идёт фракция мазута. Та вязкая-превязкая субстанция, которой топят в зимние пики на котельных и ТЭС. Используется по назначению – для топки, а так же как источник некоторых ценных масел.

Всё, что выше 500 градусов – гудрон. Вещь энергетически очень выгодная, но невероятно сложная в организации получения оной выгоды, а потому дешёвая и бесполезная. Он даже не горит на воздухе! Только в специальных печах со специальными условиями. Напрямую его можно использовать только в качестве смолы для асфальта; в любом ином случае гудрон нужно перерабатывать – расщеплять длинные-длинные молекулы углеводородов, в него входящих, на более лёгкие. Это тоже целое дело, целая наука, и именно расщепление тяжёлых фракций даёт нам то баснословное количество бензина, которое используется по всему миру (далеко не пропорционально «чистому» бензину из бензиновой фракции), но это тема для отдельного разговора.

 

Итак, в общих чертах процесс понятен. Перегонка нефти – это бочка, которую надо нагревать. Чем? Как правило, на «кипячение» на НПЗ идут «некачественные» фракции, не имеющие экономических перспектив. На перегонку уходит примерно 10% сырой перерабатываемой нефти по массе, но вот стоимость этих 10% гораздо ниже остальных 90%, если взять их в пропорции. Вот только как сделать так, чтобы не перезаливать бочку после каждого цикла выпарки? И не стоять над нею с термометром, отлавливая ту или иную фракцию, крутя вентили, чтоб направить пар в тот или иной холодильник? Как сделать, так, чтобы процесс шёл постоянно, не останавливаясь ни на секунду? Кстати, и расход тепла на нагрев тогда тоже будет гораздо ниже!

«Вы всё ещё кипятите? Тогда мы идём к вам!»

Всё просто. Надо просто поставить нашу бочку… На другую бочку, точно такую же. И ещё на одну. И ещё. По числу требуемых фракций. И зашить их всех в одном огромном кожухе. Так, чтобы пары из первой бочки грели вторую, пары второй – третью, и так далее. И сделать переливы из одной бочки в другую, чтоб жидкая фракция после конденсации стекала вниз, в следующую бочку.

Как это будет работать? Ну, давайте представим. Самая нижняя бочка греется источником тепла. Нефть в ней нагревается, испаряется, и пары её поднимаются вверх. Часть их отдаёт тепло вершней бочке, конденсируется и возвращается назад, в родную бочку, часть через щели в едином кожухе поднимается выше. Выше будут подниматься более легкокипящие вещества – их сложно так просто осадить, трудно же кипящие наоборот, будут стремиться по максимуму отдать своё тепло и вернуться назад. Таким образом, в бочке будет повышаться концентрация тяжелокипящих, и уменьшаться – легкокипящих компонентов.

А что во второй бочке? А то же самое. Пары из бочки снизу её будут подогревать, и теперь уже из неё будут испаряться легкокипящие компоненты, нагревая более верхнюю бочку. В ней также будет скапливаться тяжёлая нефть, отправляя «в полёт» к верхним бочкам лёгкую. И эта тяжёлая, накапливаясь, будет переливаться в нижнюю бочку, подпитывая её, не давая прекращаться процессу.

То же самое будет и в третьей бочке. И в четвёртой. Вот только температура от бочки к бочке будет падать, и, соответственно, конденсирующиеся пары будут чем выше, тем более обогащены легкокипящими компанентами (тяжёлые уйдут по преливу вниз). Таким образом мы получим колонну, в нижней бочке которой будет плескаться гудрон или мазут, а в верхних, чем выше, тем более и более легкокипящие фракции. И если врезать в эти бочки отводные трубы, можем смело качать в приёмники чистые лигроин, керосин, соляру и далее по списку. Ну, естественно, компенсируя их врезанной в колонну трубой с постоянно поступающей сырой нефтью.

Этот процесс научно называется «ректификация», а колонна – «ректификационной колонной». Вместо бочек в ней используют тарелки с отверстиями-клапанами, закрытыми колпачками. Через клапаны вверх идут пары, нагревая находящуюся на тарелке жидкость, обогащая её тяжёлым компонентом из пара, заставляя выкипать и лететь дальше лёгкий. И так далее, всё выше и выше. Тарелка – не бочка, их можно поставить в колонне много, десятки. А значит, гораздо тоньше регулировать  химический состав получаемых фракций, собирая их не с той, например, тарелки, а с более высокой или более низкой.

 

Что происходит с фракциями дальше… Это уже следующая стадия, не менее интересная, но не укладывающаяся в тему данной статьи. Этим занимаются НИИ и огромные заводы, причём для каждой нефти, для каждого её вида, нужен собственный завод. Да-да, не собственная установка, а собственный завод, ибо «чужую» нефть очень трудно переработать на не предназначенных для этого технологиях. Но началом всего, основой нефтепереработки и оргсинтеза, является перегонка – разделение, сложной нефти на относительно однородные и более простые по составу фракции.