Нефтепродукт представляет собой химическую смесь, в составе которой содержатся легкие углеводороды. Бензин делают с помощью соединения продуктов первичной перегонки нефти, некоторых ее присадок, фракций и продуктов крекинга. Зажигающая смесь используется для работы автомобильных и авиационных двигателей.
Свойства нефтепродукта
Российские производители вырабатывают бензин из газоконденсатов и нефти. Нефть разделяется на фракции в результате первичной переработки. Жидкие углеводороды отличатся температурой испарения и кипения, показатели которой становятся выше с увеличением молекулярного количества атомов углерода.
Газовый бензин получается на газоперерабатывающих предприятиях методом выделения жидких углеводородных соединений из газообразных веществ. Эти продукты подходят для запуска двигателя и в небольшой концентрации добавляются в товарные бензины для повышения эксплуатационных показателей.
Свойства бензина определяются следующими характеристиками:
- Состав фракции. Бензин образует топливно-аэробную смесь и полностью сгорает на всех стадиях работы мотора. Горючая масса отличается определенной концентрацией бензиновых паров и воздуха. Пробное количество нефтепродукта нагревается в испытательном приборе, при этом исследуются выделяющиеся пары. После конденсации они собираются в мерную емкость. В паспорт бензина заносятся показатели начала кипения, время испарения до 10, 50, 90% и окончания парообразования.
- Давление насыщенных паров. Показатель представляет собой значение, которое возникает при испарении нефтепродукта в замкнутом баке. Давление определяется фракционным и химическим составом бензина. Повышение числа углеводородов влияет на упругость (размер давления) образовывающегося пара. Нефтепродукт выдерживается 20 минут в закрытой емкости при температуре 38 °C и фиксируется значение давления.
- Стойкость к детонации. Показатель характеризуется октановым числом, которое определяет детонационное сопротивление. Сравнивается стойкость эталонной смеси углеводородов изооктана (ОЧ — 100), гептана (ОЧ — 0) и работу испытываемого состава в равных условиях. Значение выражается в процентной концентрации изооктана и называется октановым числом нефтепродукта.
Способы получения
Качество сырьевых компонентов различается в зависимости от технологических особенностей перерабатывающих предприятий. Товарные нефтепродукты одинаковой марки отличаются фракционным составом, если они производятся на разных нефтяных заводах. Промышленное производство включает следующие этапы:
- подготовка с обезвоживанием и обессоливанием;
- начальная переработка;
- компаундирование (смешивание).
Методы перегонки
Перегонка нефти осуществляется двумя способами. При первом способе нефть постепенно нагревается, в процессе из нее выделяются низкокипящие углеводороды, затем — лигроины, напоследок выходят тяжелые мазутные, керосиновые и дизельные группы. Нагревание ведется до температуры 350 °C, после этого показателя нефть осмоляется за счет нестабильных соединений и закоксовывает производственный агрегат.
При втором способе происходит процесс фракционной конденсации. Нефть нагревается быстро до начала кипения тяжелых керосиновых групп, в результате происходит испарение конденсата и ректификация. Жидкость разделяется на чистые компоненты с разной температурой кипения после конденсации паров. Затем нефтепродукт стабилизируется и очищается от кислородных, непредельных и сернистых компонентов.
После первой перегонки получается небольшое количество низкокачественных фракций бензина (около 12−24%) с малым ОЧ. Деструктивные технологии используются для повышения выхода и улучшения качественных показателей. Вторичная перегонка используется для изменения состава и углеводородной структуры смеси. Процессы вторичного преобразования увеличивают производство товарных продуктов, но являются дорогостоящими и технологически сложными.
Завершением является смешение групп прямой перегонки с фракциями вторичного процесса. Компаундирование позволяет получить требуемые параметры продукта, при этом рационально используются свойства составляющих компонентов.
Технологические процессы подразделяются такие основные виды:
- каталитический риформинг;
- каталитический крекинг.
Первая технология остается главным направлением бензинового производства, несмотря на ограничительные запреты в части содержания углеводородов ароматической группы. В результате высвобождается большое число высокооктановых составляющих и водорода. Ужесточаются нормы концентрации серы в топливе, поэтому водород требуется для процесса избавления от серы. Доля риформинга в производственном процессе снижается из-за неравномерного распределения октановых показателей по каталитическим фракциям.
Каталитический риформинг
Технология применяется для производства ароматических углеводородных соединений и простого водородного вещества. Процесс осуществляется в присутствии катализаторов алюмосиликатного порядка. Продукт содержит большое количество железа в результате реакции с сульфатом алюминия на этапе влажной обработки. Железо в активной форме располагается на катализаторе и ухудшает показатели риформинга.
Каталитический риформинг бывает двух видов:
- ароматизация — выделяются индивидуальные углеводородные соединения;
- облагораживание нефтепродукта — производится бензин с большой концентрацией углеводородов и высоким октановым числом.
Сырье в теплообменнике смешивается с гидроочистительным воздухом и водосодержащим газом, затем нагревается в начальной части печи. Масса поступает в очистительный реактор, где освобождается от кислородных, серных и азотных примесей. После охлаждения смесь газов и паров попадает в очистительный сепаратор, где под давлением расщепляется на очищенный бензин и циркуляционный газ.
Очищенный продукт проходит несколько аппаратов для разделения, которые работают под низким и высоким давлением. В них из массы выделяются реакционные водяные пары и летучая органика. Газ очищается от сероводорода и водорода в абсорбирующем агрегате при взаимодействии с этанолом, затем смешивается с сырьем. Бензин из сепаратора поступает в емкость для отпаривания, из продукта выходят остатки примесей.
Стабильный очищенный нефтепродукт выводится из нижней части емкости, проходит через теплообменник. Затем смешивается с газом после риформинга, который содержит сероводород. После прохождения второго отсека нагревательной печи попадает в тройную реакторную батарею платформинга. Масса охлаждается до 30 °C и в разделительном аппарате высокого давления разделяется на жидкий катализатор и газ. Последний возвращается в очистительную систему, а бензин выводится, охлаждается и фракционируется.
Технологический крекинг
Крекинг заключается в расщеплении молекул на мелкие части. Вторичная нефтепереработка проводится для повышения общего количества получаемого бензина. Выход светлых моторных топлив увеличивается на треть, при этом повышается стойкость к детонации и температурная стабильность, расширяется диапазон химического сырья от переработки.
Крекинг проводится способами:
- термический процесс при высоких температурах без катализатора;
- каталитическое взаимодействие;
- гидрокрекинг в присутствии водорода и катализатора.
Дизельное топливо, которое содержит тяжелые фракционные группы, проходит емкость для отпаривания. Полученные товарные продукты охлаждаются в холодильниках или теплообменниках и выводятся для дальнейшей переработки. Одна часть тяжелых компонентов подаются в реактор после смешивания сырьевыми составляющими, остаток используется для орошения нижнего отдела колонны.
Тяжелые массы в соединении с катализаторной пылью подаются в секцию для отделения шламов. На выходе шлам направляется обратно в реактор, а обогащенная углеводородными соединениями жидкость собирается. Катализатор из кипящего реактора опускается в зону отпаривания после снижения его активации и смешивается с воздухом в смесительном узле. Воздушная масса переносит катализатор в преобразователь для получения кипящего слоя.
Газы, которые испаряются на этапе выжигания кокса, подаются в утилизирующий котел, пропускаются через электрический фильтр для улавливания пыли и выводятся в атмосферу. Преобразованный катализатор из нижней области восстановителя поднимается в катализаторопровод, смешивается с сырьем и направляется в реактор.
Основные агрегаты для каталитического крекинга:
- реактор крекинга;
- преобразователь кипящего слоя катализатора.
Устройство для реакций кипящего слоя представляет собой цилиндрический агрегат диаметром 4 м, его высота достигает 40 м. Предусматривается верхний штуцер для вывода пара. Нижний патрубок служит для сбора использованного катализатора. Внутри реактор содержит 3 зоны:
- для отпаривания;
- реакционную;
- отстойник.
В отпарной зоне водяной пар освобождается от углеводородов, которые выделяются с помощью катализирующих веществ. В реакционной области находится кипящий слой катализатора, который поддерживается сырьевыми парами на высоте до 6 м. Плотность прослойки составляет 420 кг/м3. Реакторы производят до 750−850 т продукта в сутки.
Особенности производства
Светлые продукты, которые выводятся из рефтикационных емкостей нефтеперерабатывающего оборудования, каталитического крекинга, не признаются готовым топливом для различных типов двигателей. Масса содержит ухудшающие компоненты, которые снижают качественные показатели. Требуется удаление нефтяных кислот, сероводорода, металлических и органических примесей, азотистых и кислородных соединений.
К авиационным видам топлива предъявляются более высокие требования, чем к автомобильным бензинам, поэтому вид технологических составляющих строго ограничиваются:
- продукты прямой обработки нефти;
- компоненты каталитического риформинга;
- добавки для алкилирования.
Компоненты от изомеризации прямогонных групп допускаются для содержания в топливе. Продукция, которая получается на этапе вторичной перегонки, для авиационных бензинов не применяется, как и фракции с олефиновыми углеводородами.
Обработка щелочами и кислотами
Эти вещества используются для выведения нежелательных примесей, химических и физических способов очистки, абсорбции светлых продуктов после перегонки нефти. Серная кислота удаляет ароматические и непредельные органические соединения, смолу, серу и азот. Щелочь выводит из раствора сероводород, нефтяные кислоты, меркаптаны низшего порядка, кислотные продукты после очистки с помощью серы.
Каталитическое и абсорбционное очищение избавляет топливо от асфальтовых, смолистых и других примесей. В качестве активатора процесса используется алюмосиликат искусственного получения, глина, активированный уголь.
На завершающем этапе производится компаундирование (смешивание) добавочных компонентов и подмешивание улучшающих присадок. Компаундирование позволяет:
- рационально и полностью пользоваться химическими и физическими свойствами бензиновых групп, полученных на бензиновом предприятии;
- задействовать в работу все ресурсы продукции после различных перерабатывающих процессов;
- получить топливо, отвечающее требуемым показателям для применения.
В качестве базового сырья для получения топлива применяются бензины после процесса каталитического риформинга. Используются высокооктановые составляющие:
- изооктан;
- толуол;
- алкилбензол;
- изопентан.
Для улучшения качества применяются базовые компоненты с основными характеристиками товарной продукции. Присадки обладают свойствами, которые превышают требуемые параметры.
Алкилирование смеси
Процесс снижает содержание ароматических молекул водорода и углерода, уменьшает испарение вещества. Алкилирование повышает октановое число бензина, уменьшает давление насыщенных паров. В процессе производства ароматические углеводороды и бензол заменяются эфирами МТАЭ и МТБЭ и алкилатами.
Этот процесс снижает требования к жесткости каталитического риформинга. Мягкие условия продлевают срок использования катализатора и период эксплуатации агрегата между регенерациями вещества. В результате алкилирования увеличивается количество катализатора на выходе, в нем отмечается сниженное число углеводородов, улучшается качество очистительного водорода.