Как разделяют сырую нефть: Основные методы сепарации

Введение в сепарацию сырой нефти

Нефть, или "черное золото", - это горючая жидкость, сложная смесь углеводородов, содержащаяся в земной коре и добываемая из нефтяных скважин так же, как золото из золотого рудника. Из нее получают множество необходимых продуктов, используемых в повседневной жизни, таких как бензин, дизельное топливо, пластмассы и т. д. Но сырая нефть в непереработанном виде малопригодна для использования, поэтому она подвергается различным сепарациям в соответствии с различными точками кипения и молекулярным весом входящих в нее компонентов. Такое разделение очень важно, поскольку оно позволяет концентрировать и очищать отдельные части сырой нефти, представляющие интерес для различных отраслей промышленности.

Процесс разделения сырой нефти на различные компоненты называется нефтепереработкой. Существуют различные процессы разделения, которые могут быть использованы в нефтепереработке, и каждый из них имеет свои сильные стороны и области применения. К ним относятся экстракция растворителями, которая разделяет компоненты в соответствии с их химическими характеристиками; мембранное разделение, которое в настоящее время является более совершенным методом селективного разделения молекул; фильтрация, которая удаляет твердые частицы из сырой нефти; молекулярные сита в матрице адсорбционного разделения; и основной процесс, фракционная дистилляция, который отвечает за разделение углеводородов на основе их точек кипения. Кроме того, существуют процессы конверсии, такие как крекинг и риформинг, которые приводят к дальнейшему улучшению разделения и повышению качества конечных продуктов.

Обзор основных методов разделения сырой нефти

Экстракция растворителем: Разделение компонентов благодаря химическому сродству

Это метод, при котором компоненты сырой нефти различаются на основе их химического сродства к другим соединениям. При этом в смесь сырой нефти добавляется растворитель с расчетом на то, что некоторые компоненты растворятся, а другие - нет. Компоненты, которые растворяются в растворителе, могут быть отделены в процессе дистилляции или выпаривания. Этот метод подходит для удаления ароматических соединений, таких как бензол и толуол, которые присутствуют в смесях углеводородов в сырой нефти.

Мембранное разделение: Современные методы селективного разделения молекул

Мембранное разделение - это современный метод, получивший широкое распространение благодаря способности разделять молекулы разного геометрического размера и их химической структуры. В этом процессе смесь сырой нефти пропускается через полупроницаемую мембрану с порами меньше определенного размера, которая препятствует прохождению других молекул. Этот метод чрезвычайно эффективен и имеет широкое применение, поскольку может использоваться для выделения компонентов самых разных размеров - от небольших молекул газа до крупных органических соединений. Мембранное разделение особенно эффективно при удалении загрязняющих веществ, включая серосодержащие соединения и тяжелые металлы из сырой нефти.

Роль фильтрации в удалении твердых частиц из сырой нефти

Фильтрацию можно отнести к важнейшим технологическим операциям для отделения сырой нефти от твердых компонентов и загрязнений. В этом методе сырая нефть пропускается через фильтрующий материал, такой как песок или ткань, который задерживает твердые частицы, позволяя жидкости проходить через него. Этот процесс также можно рассматривать как процесс предварительной обработки, чтобы обезопасить насос, используемый в дальнейших процессах разделения, таких как фракционная дистилляция, которая может обрабатывать жидкую нефть.

Адсорбционное разделение: Молекулярные сита и их применение

Адсорбция и молекулярные сита

Адсорбция может быть описана как процесс разделения, при котором определенные материалы обладают способностью притягивать и связывать определенные молекулы. В данном случае, когда речь идет о разделении сырой нефти, молекулярные сита также называются адсорбентами. Это материалы, обладающие взаимосвязанными порами почти одинакового диаметра, которые позволяют адсорбировать молекулы избирательно, в зависимости от их размера и формы. Например, молекулярные сита очень полезны для удаления воды и других мелких примесей из сырой нефти, поскольку эти молекулы достаточно малы, чтобы оказаться в порах сита, в то время как более крупные молекулы углеводородов могут быть исключены.

Как молекулярные сита помогают удалять воду и примеси из углеводородных потоков

Сырая нефть не является чистым веществом и часто содержит воду и другие примеси. Это особенно важно, поскольку такие примеси могут привести к коррозии, отравлению катализатора и низкому выходу продукта на этапе переработки. Молекулярные сита решают эту проблему легко и эффективно. В этом случае сырая нефть сначала деполяризуется, а затем высушивается, после чего проходит через колонну, заполненную молекулярными ситами, которые обладают относительно высокой адсорбирующей способностью по отношению к нефти. Благодаря этому мелкие частицы поглощаются в порах материала, оставляя лишь чистый углеводородный продукт. Этот метод называется обезвоживанием и является одним из важнейших этапов подготовки сырой нефти к дальнейшей переработке. Международная ассоциация производителей нефти и газа отмечает, что использование фильтров из молекулярных сит позволяет снизить содержание воды в сырой нефти с 1000 до менее чем 1 ppm (бар); таким образом, повышается безопасность всех последующих процессов.

Фракционная дистилляция: Основной метод разделения сырой нефти

Основы фракционной дистилляции

Сырая нефть, состоящая из неоднородной смеси углеводородов, может быть физически разделена на несколько фракций с помощью процесса, называемого фракционной дистилляцией. В своей простейшей форме дистилляция использует разницу в точках кипения между различными углеводородами в смеси сырой нефти. Смесь сырой нефти обычно находится в колонне для фракционной перегонки, также известной как фракционирующая колонна. Чтобы получить желаемые фракции, сырую нефть сначала нужно нагреть до состояния, когда она превращается в пар. Поднимаясь по колонне, пары охлаждаются и конденсируются на разной высоте, в зависимости от точки кипения. Пары самых мягких фракций, таких как бензин и сжиженный нефтяной газ (LPG), будут подниматься к вершине колонны. Другие, такие как дизельное топливо и фракции смазочных масел, собираются в нижней части колонны.

Как фракционная дистилляция разделяет углеводородные фракции по точкам кипения

Практика дистилляции сырой нефти основана на принципе, согласно которому различные углеводороды имеют разные точки кипения. При постепенном повышении температуры во фракционирующей колонне самые легкие углеводороды и углеводороды с самой низкой температурой кипения начинают испаряться и поднимаются в верхнюю часть перегонной колонны. По мере подъема они охлаждаются и конденсируются на лотках или упаковочных материалах, которые обеспечивают большую площадь поверхности для взаимодействия различных компонентов. Конденсированная жидкость движется вниз по колонне, а остальные пары продолжают подниматься вверх. Это происходит на разных уровнях колонны, причем каждый лоток или упаковочный материал имеет свою температуру и диапазон температур кипения. К тому времени, когда пары выходят из верхней части колонны, остаются только самые легкие углеводороды, а остальные уже сконденсировались и отделились в нижних частях колонны, причем компоненты с самыми высокими температурами кипения остаются в нижней части дистилляционной колонны.

Роль фракционной дистилляции в переработке легких, средних и тяжелых фракций

Значение фракционной дистилляции в нефтяной промышленности очень велико, так как этот процесс помогает разделить сырую нефть на составляющие - легкую, среднюю, тяжелую, а ее фракции характеризуются как полезные в различных отраслях. Бензин и нафта - это легкие фракции, которые имеют очень низкую температуру кипения и в основном используются в качестве топлива для двигателей и других нефтехимических процессов. Керосин и дизельное топливо - средние фракции с промежуточным уровнем летучести, которые находят применение в отоплении, в качестве реактивного топлива и в автомобильном транспорте. Тяжелые газойли и остатки - самые тяжелые фракции с наименьшей летучестью, и чаще всего они перерабатываются под землей для получения смазочных масел, восков и асфальта. По данным Управления энергетической информации США, из одного барреля сырой нефти можно получить примерно 20% бензина и 15% дизельного топлива, при этом 5 % приходится на тяжелый мазут, а остальные 60 % используются для производства других продуктов или дальнейшей перегонки.

Повышение эффективности фракционной дистилляции с помощью молекулярных сит

Молекулярные сита также могут быть использованы для повышения эффективности и качества продукции процесса фракционной дистилляции. Хотя в процессе дистилляции углеводороды разделяются на основе их точек кипения, некоторые из полученных фракций могут содержать примеси, которые могут негативно повлиять на качество конечных продуктов. Включение в систему дистилляции молекулярных сит с определенным размером пор позволяет избирательно удалять эти примеси, обеспечивая соответствие каждой фракции требуемым стандартам чистоты. Например, молекулярные сита можно использовать для удаления сернистых соединений, азотистых соединений и других загрязнений из дистиллятных фракций, тем самым улучшая качество продукции и защищая катализаторы и оборудование, находящееся ниже по потоку, от повреждения. Интеграция технологии молекулярных сит в процесс фракционной дистилляции демонстрирует, как различные методы разделения могут работать вместе для оптимизации всего процесса переработки сырой нефти.

Конверсионные процессы: Повышение эффективности разделения после первичной дистилляции

Крекинг: Разложение тяжелых фракций на более легкие и ценные продукты

После первоначальной фракционной перегонки более высокие фракции сырой нефти остаются в виде несгораемого состояния или сырья для нефтехимии. Для повышения выхода легких и высокоценных продуктов эти тяжелые фракции могут быть подвергнуты процессу, известному как крекинг. Под крекингом понимается разрыв тяжелых фракций, связанных с большими сложными молекулами углеводородов, на более простые молекулярные части, которые могут выступать в качестве топлива или химических промежуточных продуктов. Существует два основных способа проведения крекинга: первый заключается в использовании высокой температуры для нагрева углеродных связей - термический крекинг, а второй предполагает использование катализатора, который снижает энергию реакции - каталитический крекинг. Крекинг - это неотъемлемый этап, который позволяет максимально повысить ценность сырой нефти и, кроме того, гарантирует, что большая часть ресурсов будет использована с пользой.

Риформинг: Реорганизация молекул углеводородов для улучшения качества топлива

Риформинг - это процесс переработки со структурными изменениями в химическом составе для улучшения качества бензина и других видов топлива, которые используются на транспорте через нефтеперерабатывающую промышленность. Перегруппировка углеводородов в этом процессе осуществляется с целью увеличения молекулярной массы и октанового числа, которое является показателем способности топлива противостоять стуку в двигателе. Для проведения химических реакций используется катализатор, например платиновый или рениевый. В связи с повышением октанового числа бензина риформинг делает его удобным для высокопроизводительных двигателей, чтобы убедиться, что используемое топливо сгорает эффективно и чисто. Этот процесс очень важен сегодня, когда качеству топлива уделяется больше внимания, чем когда-либо прежде.

Важность вторичного лечения после разлуки

Десульфуризация: Удаление сернистых соединений для соблюдения экологических стандартов

Присутствие соединений серы в качестве примесей в сырой нефти вызывает озабоченность, поскольку в процессе использования нефти в качестве топлива сжигание этих соединений приводит к ряду экологических проблем, а также проблем со здоровьем. Чтобы смягчить эту проблему, на нефтеперерабатывающих заводах применяются методы десульфуризации, при которых такие соединения удаляются из различных фракций, полученных в результате процесса сепарации. Десульфуризация часто осуществляется с добавлением смесей катализаторов, таких как кобальт и молибден, которые преобразуют серосодержащие соединения в сероводородный газ, который можно легко подвергнуть дальнейшей очистке, превратив его в серу. Этот процесс необходим, поскольку национальные и международные нормы требуют минимального содержания серы в нефти и ее производных, направленные на защиту окружающей среды. Например, в США Агентство по охране окружающей среды ограничило содержание серы в дизельном топливе, предназначенном для использования на дорогах, до 15 частей на миллион по сравнению с прежней нормой в 500 частей на миллион.

Обработка тяжелых остатков: Вакуумная дистилляция и коксование для дальнейшей переработки тяжелых фракций

Нижняя часть нефти не используется в качестве топлива или нефтехимического сырья даже после процессов фракционной перегонки и конверсии. Нефтеперерабатывающие заводы, пытаясь извлечь больше пользы из этих остатков, применяют такие процессы вторичной обработки, как вакуумная дистилляция и коксование. При вакуумной дистилляции тяжелые остатки отгоняются при более низком давлении, что позволяет повысить температуру кипения различных компонентов для более эффективного разделения. С другой стороны, коксование - это термический крекинг, разновидность термического крекинга, но вместо того, чтобы изолировать фракции друг от друга, коксование разлагает тяжелые остатки, превращая их в легкие углеводороды и твердый, богатый углеродом остаток, называемый коксом. Топливный кокс имеет множество других промышленных применений, таких как сталелитейные заводы и энергетика. Таким образом, благодаря таким дополнительным процессам, проводимым с остатками, нефтепереработчикам удается извлечь максимальную пользу из каждого барреля сырой нефти и гарантировать, что ни один отход не останется бесполезным.

Экологические аспекты и эффективность при сепарации сырой нефти

Устойчивое развитие и защита окружающей среды являются важными принципами современного общества, поэтому перед нефтеперерабатывающей промышленностью стоит множество задач по достижению большей эффективности своих процессов, которые также наносят меньший вред окружающей среде. Одной из отраслей, представляющих интерес, является сокращение выбросов энергии и парниковых газов в процессе сепарации сырой нефти. Среди нескольких вариантов - внедрение рекуперации отработанного тепла путем интеграции различных процессов, замена оборудования на более энергоэффективное, а также потенциальное использование возобновляемой энергии для процессов нефтепереработки. Также все большее внимание уделяется практическому применению методов снижения воздействия выбросов НПЗ на окружающую среду, таких как контроль загрязнения дымовых газов с помощью современных систем очистки и очистка промышленных отходов перед их сбросом. Поэтому такой же подход может быть применен и к эффективности процесса сепарации сырой нефти и поможет продвинуться к цели создания более чистой и зеленой планеты. Положительный эффект от усовершенствования процесса сепарации сырой нефти вносит существенный вклад в общую стоимость конкретной нефтеперерабатывающей установки.

Повышение эффективности нефтеперерабатывающих заводов с помощью опыта Jalon

Если вам нужны молекулярные сита для процессов разделения и переработки сырой нефти, сотрудничество с квалифицированным производителем, таким как Jalon, будет рациональным решением. Работая в этой сфере на протяжении значительного периода времени, компания Jalon имеет возможность разрабатывать различные типы индивидуальных решений на основе молекулярных сит для нефтяной промышленности. Сотрудничая с Jalon, вы воспользуетесь их опытом и современными технологиями, чтобы добиться наилучших результатов в нефтепереработке.

Заключение

В заключение следует отметить, что разложение сырой нефти на составные части различается по жанрам: фракционная дистилляция, экстракция растворителями, мембранное разделение, фильтрация и адсорбция. Эти стратегии помогают отделить сложный набор углеводородов от сырой нефти и превратить их в полезные продукты, которые практически незаменимы в современной цивилизации. Основным методом разделения сырой нефти является фракционная дистилляция, которая классифицирует углеводороды в зависимости от их кипения; другие методы, такие как экстракция растворителями и мембранное разделение, улучшают и очищают конечные продукты. Поскольку мировые потребности в энергии и нефтепродуктах постоянно растут, для нефтеперерабатывающей промышленности становится необходимым постоянно совершенствовать процессы разделения, чтобы они были более эффективными и при этом минимизировали потенциальную опасность для окружающей среды.