Загальні поняття про нафту 1 страница

Нафта, яку добувають з надр землі – в’язка, масляниста рідина з характерним запахом. Колір її залежить від кількості розчинених у ній смол. Нафта буває темно-бурого і буро-зеленого кольору, а іноді майже безкольорова. Густина нафти коливається в межах 7,5-9,5 кН/м³ (густина нафти підвищується в міру збільшення вмісту смолисто-асфальтових та твердих вуглеводів). Зустрічаються нафти з густиною 10,3 кН/м³.

Питання походження нафти залишається до теперішнього часу відкритим. Існують ряд гіпотез походження нафти, які базуються на різних теоріях.

Нафта – складна за хімічним складом і структурою рідина. Розрізняють елементарний і груповий хімічний склад нафти.

Елементним хімічним складом нафти називають вміст в ній окремих хімічних елементів, виражених в процентах за масою. Аналіз нафт різних родовищ показує, що зміни в елемен­тному складі є незначними.

Нафта є складною сумішшю різних сполук вуглецю з воднем. За елементним складом вона містить 83-87% вуглецю, 11-14% водню, 0,1-1,3% кисню, 0,1-5,8% сірки, 0,02-1,7% азоту та сліди металів (заліза, нікелю, ванадію та ін). Кисень і азот знаходяться найчастіше у зв’язаному стані. Сірка може бути як у зв’язаному, так і у вільному стані.

Груповим хімічним складом нафти називають вміст у ній окремих хімічних груп, які характеризуються співвідношенням та структурою сполук вуглецю і водню. Хімічні групи (гомоло­гічні ряди) вуглеводнів характеризу-ються перш за все кіль­кісним співвідношенням атомів вуглецю і водню. Це співвідно­шення виражається емпіричною формулою групи.

Парафінові вуглеводні (алкани). Загальна емпірична формула цієї групи – C_nH_2n+2, де n – число атомів вуглецю. Найпростішим представником цієї групи є метан – СН₄. Вони є сполученням вуглецевих і водневих атомів у вигляді незамкненого ланцюга (рис. 1.2).

а) б)

Рис. 1.2. Структури молекул парафінових вуглеводів:

а – нормальна будова; б – ізобудова

Кожен атом вуглецю (окрім кінцевих) у такому ланцюзі ма­ють два приєднаних атоми водню, утворюючи разом з ним мети­ленову групу СН₂. Кінцевий атом вуглецю має три приєднаних атоми водню, утворюючи з ним метильну групу СН₃. За своєю структурою парафінові вуглеводні бувають нормальної та ізомерної будови.

Структура нормальних парафінових вуглеводнів (рис. 1.2, а) є прямим нерозгалуженим ланцюгом атомів вуглецю, з’єднаних між собою одинарними зв’язками. Якщо ланцюг атомів вуглецю має одну або кілька розгалужених груп, структура називається ізомерною (рис. 1.2, б), а алкани з такою структурою називаються ізоалканами. Ізомерні вуглеводні, маючи туж хімічну формулу, що і вуглеводні нормальної будови, але іншу структуру розташування атомів, відрізняються за фізичними і хімічними властивостями. Зі збільшенням молекулярної маси температура кипіння, густина, в’язкість парафінових вуглеводнів підвищується. Нормальні парафінові вуглеводні за низьких і помірних температур і за нормального тиску слабо взаємодіють з киснем та іншими речовинами. Тому нафтопродукти, які містять парафінові вуглеводні, є стабільними в умовах транспортування і збері­гання. З підвищенням температури до 250-300°С швидкість взаємодії з окислювачем у нормальних алканів є значно вищою, ніж у ізопарафінових вуглеводнів з такою ж молекулярною масою. Нормальні парафінові вуглеводні, внаслідок низької антиокислювальної стабільності за високих температур, знижують детонаційну стійкість бензину. І навпаки, висока стійкість ізоалканів до окислювання за високих температур робить їх бажаними у складі високоякісних бензинів. Разом з тим, наявність у дизельних паливах нормальних парафінових вуглеводнів сприяє поліпшенню їхньої самозаймистості й тим самим забезпечує м’яку роботу двигуна. Однак, парафінові вуглеводні, маючи високу температуру застигання, погіршують низькотемпературні властивості дизельних палив і мастильних матеріалів. Тому для забезпечення потрібних в’язкісно-температурних властивостей нафтопродуктів їхній вміст обмежують шляхом депарафінізації вихідного матеріалу.

Залежно від числа атомів вуглецю парафінові вугле­водні різняться агрегатним станом. Алкани з числом атомів від 1 до 4 у нормальних умовах є газами, від 5 до 15 – рідкими вуглеводнями та від 16 і вище – твердими речовинами, які знаходяться у розчиненому стані в нафті та продуктах її переробки.

Загальна кількість парафінових вуглеводнів у нафтах складає 30-35%. У нафтах деяких родовищ вміст алканів може досягати 40-50%. У різних фракціях однієї і тієї ж нафти вміст алканів зменшується в міру збільшення молекулярної маси фракції і температури кінця її кипіння.

Нафтенові вуглеводні (рис. 1.3) також є насиченими хімічними сполуками. Вони мають замкнуту хімічну структуру з загальною формулою С_nН_2n, що складається з молекул у вигляді кілець (циклів).

а) б)

Рис. 1.3. Структура молекул нафтенових вуглеводнів:

а – моноциклічна будова; б – поліциклічна будова

Поряд зі складеними з одного кільця моноциклічними нафтеновими вуглеводнями (рис. 1.3, а), значна частина цикланів є поліциклічними (рис. 1.3. б), тобто складається з двох чи трьох, рідше чотирьох, зазвичай, злитих (сконденсованих) кілець. У структурі молекул нафтенових вуглеводнів можливі комбінації з кілець з однаковим числом атомів вуглецю і змішані комбінації з кілець із 5 і 6 атомами. Деякі моноциклани і поліциклани мають гібридну структуру, у якій до кілець приєднані ланцюжки алканових структур.

За хімічними властивостями і особливо за окислювальною стабільністю нафтенові вуглеводні за нормальних темпера­тур практично мають такі ж характеристики, як і нормальні алкани. За високих температур (400°С і вище) нафтенові вуглеводні мають значно більшу хімічну стабільність, наближаю-чись за стійкістю до ізопарафінових вуглеводнів. На відміну від алканів вони мають низьку температуру плавлення, тому є бажаними компонентами у зимових видах нафтових палив і олив. Нафтенові вуглеводні є основною складовою частиною базових олив, забезпечуючи їхню прийняту в’язкісно-температурну характеристику. У разі однакової кількості атомів вуглецю у молекулі нафтенові вуглеводні, на відміну від алканів, мають більшу густину і меншу температуру застигання.

У середньому у нафтах різних типів міститься від 25 до 75% нафтено-вих вуглеводнів. В оливних фракціях їхня кількість може досягати 70%.

Ароматичні вуглеводні (рис. 1.4) характеризуються цик­лічною будовою, як і нафтенові.

а) б)

Рис. 1.4. Структура молекул ароматичних вуглеводнів:

а – моноциклічна будова; б – поліциклічна будова

Вони мають у кожному кільці 6 атомів вуглецю, але складаються не з метиленових груп СН₂, а з груп СН. Тому ко­жен атом вуглецю має одну подвійну і одну одинарну зв’язки, а молекула виявляється ненасиченою. Цим пояснюються деякі осо­бливості ароматичних вуглеводнів. Арени мають високу стійкість до окислювання, тому їхня присутність у автомобільних бензинах забезпечує підвищення детонаційної стійкості палива. Разом з тим ароматичні вуглеводні небажані у дизельному паливі, тому що вони викликають збільшення періоду затримки запалювання, а це призводить до жорсткої роботи дизеля. Вони значно бідніші на водень, співвідношення вуглець/водень у аренах значно вище, ніж у нафті в цілому. Тому з усіх видів вуглеводнів ароматичні вуглеводні мають найнижчу теплоту згоряння. Складні поліциклічні сполуки в ароматичних кільцях з ненасиченими зв’язками вуглець-вуглець складають основу смол, асфальтенів та інших попередників коксу, і будучи вкрай нестабільними, мають підвищену схильність до нагароутворення.

Арени мають високу розчинювальну здатність та найбіль­шу густину. При коротких бокових ланцюгах вони відрізня­ються незадовільною в’язкісно-температурною характеристи­кою. Загальний вміст аренів у нафтах становить 10-20%, і тільки в особливо ароматизованих нафтах може досягати 35%.

Поряд з розглянутими вище індивідуальними вуглеводнями до складу нафти і продуктів її переробки входить значна, навіть переважаюча, кількість вуглеводнів змішаної будови, які є різними комбінаціями парафінових, нафтенових і ароматичних вуглеводнів. Схеми молекул основних видів таких “гібридних” вуглеводнів подано на рис. 1.5.

У продуктах переробки нафти, особливо у бензинах терміч­ного крекінгу, утворюються ненасичені вуглеводні.

а) б)

в)

Рис. 1.5. Структура молекул вуглеводнів змішаної будови:

а – нафтено-парафінові вуглеводні; б – ароматико-парафінові вуглеводні;

в – нафтеново-ароматичні вуглеводні

Ненасичені вуглеводні характеризуються наявністю подвійних і потрійних зв’язків між атомами вуглецю. Вони є парафіновими ланцюгами різної довжини. Найчастіше у нафтопродуктах присутні олефірові вуглеводні (алкени) із загальною хімічною формулою СnH2n, наприклад, бутен С4H8, який має один подвійний зв’язок, або бутадієн С4H6 – із двома подвійними зв’язками (рис. 1.6).

а) б)

Рис. 1.6. Структура молекул ненасичених вуглеводнів:

а – з одним подвійним зв’язком; б – з двома подвійними зв’язками

Специфіка хімічних властивостей ненасичених вуглеводнів визначаєть-ся наявністю подвійних зв’язків у їхніх молекулах. Подвійний зв’язок, з його здатністю до легкого розриву, обумов­лює низьку хімічну стабільність алкенів. Вони легко вступають в реакцію приєднання, що є причиною їхнього швидкого окислю­вання і окислювальної полімеризації. У результаті таких реакцій у нафтопродуктах, особливо у паливі, накопичуються високомо- лекулярні смолисто-асфальтові речовини, які різко погіршують їхні власти-вості. Присутність ненасичених вуглеводнів у нафто­продуктах небажана.

Поряд з розглянутими вуглеводнями у нафтопродуктах міститься деяка кількість похідних вуглеводнів. У паливо і мастильні матеріали вони переходять із сирої нафти у вигляді сірчистих і кисневих сполук.

Сірчисті сполуки містяться практично у всіх нафтах, які добуваються у даний час. Вміст сірки у фракціях нафти залежить від температури її кипіння. Найбільша кількість сірчистих спо­лук (70-90%) концентрується у залишкових фракціях – мазуті та гудроні.

Сірка негативно впливає на експлуатаційні властивості нафтопродуктів, тому її вміст є важливим критерієм для оцінки якості нафти. Характер сірчистих сполук, що зустрічаються у різних нафтах і навіть у одній нафті, дуже різноманітний. Звичайно ці сполуки тісно пов’язані з ароматичними вуглевод­нями.

У складі палив і змащувальних матеріалів сірчисті сполуки можуть знаходитися у вигляді активних і неактивних сполук. До активних відносяться вільна сірка і сірчисті сполуки (сірководень Н₂S, меркаптани RSH, де R – вуглеводневий радикал), які викликають корозію металів у нормальних умовах.

Неактивні сірчисті сполуки (сульфіди, дисульфіди, полісульфіди, тіофани та ін.), які також можуть знаходитися у нафтових паливах, самі не впливають на корозійну агресивність матеріалів, однак продукти їхнього згоряння, в основному діоксид сірки, викликають корозійне зношування деталей двигуна.

Негативна дія неактивних сірчистих сполук проявляється у паливах при їхньому згорянні, коли сірчані та сірчисті ангідриди утворюють з водяною парою корозійно-агресивні продукти – сірчану і сірчисті кислоти. Сірчисті сполуки знижу­ють детонаційну стійкість бензинових фракцій і ефективність дії антидетонаторів. Зі збільшенням вмісту сірчистих сполук збіль­шується схильність палив до нагароутворення.

Кисневі сполуки у нафті та продуктах її переробки можуть бути двох основних категорій: органічні кислоти та асфальто-смолисті речовини. Основну частину кисневих сполук скла­дають органічні кислоти (головним чином нафтенові кислоти). Ці речовини є складними органічними сполуками з великою молярною масою, до складу яких можуть входити сірка й азот.

Нафтенові кислоти (С_nН_2n-1 і СООН – карбонові кислоти нафтенового ряду) є похідними нафтенових вуглеводнів. Вони вилучаються при переробці нафти, але у незначній кількості можуть переходити у кінцеві продукти. Основна кількість наф­тенових кислот міститься у висококиплячих (понад 200°С) фракціях нафти.

Органічні кислоти мають меншу корозійну агресивність, ніж мінераль-ні. Найефективніше вони взаємодіють з кольоровими металами. З підвищен-ням температури, особливо за наявності води, їхня агресивність зростає.

Асфальто-смолисті речовини містяться в різних кілько­стях у всіх нафтах. У паливно-змащувальні матеріали може пере­йти із сирої нафти незначна кількість смол, асфальтени ж, як правило, вилучаються повністю у процесі виробництва олив. Однак, внаслідок окислювання нафтопродуктів під час їхнього транспортування, зберігання та використання, вміст асфальто-смолистих речовин може значно зрости. Смоли, і особливо асфальтени, мають високу барвну здатність. Вони утворюють в оливах справжній розчин і додають йому темного забарвлення.

Смоли є тягучими, напіврідкими речовинами темно-жовтого або коричневого кольору. Вони добре розчиняються в оливі, петролейному ефірі, легкому бензині, бензолі та хлоро­формі. Ці речовини відрізняються низькою хімічною стабіль­ністю, окислюючись у процесі роботи двигуна, загущуються і перетворюються у асфальтени.

Асфальтени є продуктами полімеризації смол. Це тверді, крихкі речови-ни, які не плавляться за підвищених темпера­тур. Асфальтени розчиняються у нафтових смолах, бензолі та хлороформі, але не розчиняються у петролейному ефірі й легкому бензині.

2.2. Основні способи отримання палив і масел з нафти

Виробництво палив і масел – складний процес, який включає отримання первинних компонентів, їх змішування та покращення присадками до товарних показників.

Розрізняють три основних варіанти переробки нафти: паливний, палив-но-масляний та комплексний (нафтохімічний). Вибір варіанту переробки нафти визначається її властивостями, потребами в нафтопродуктах і рівнем розвитку нафтопереробної промисловості. Якщо паливний та паливно-масля-ний варіанти спрямовані на отримання з нафти палив та палив і масел, то при нафтохімічному, крім того, ще отримують і нафтохімічну сировину (індиві-дуальні парафінові вуглеводні, олефіни, ароматичні вуглеводні, рідкий і твердий парафіни). З нафтохімічної сировини в свою чергу виробляють велику кількість цінних продуктів, що знаходять широке застосування в промисловості, сільському господарстві, медицині та побуті: пластмаси, синтетичні волокна, миючі засоби, білково-вітамінні концентрати, спирти, кислоти тощо. Цей варіант переробки нафти є найперспективнішим.

Незалежно від варіанту розрізняють способи переробки нафти: фізичні (первинні) і хімічні (вторинні). При фізичних способах переробки нафти структура молекул вуглеводнів, що входять до її складу не змінюється. При хімічних – вуглеводний склад нафтопродуктів відрізняється від складу нафти.

До фізичних способів переробки нафти відносять: електрознесолюючі установки (ЕЛОУ) і пряму перегонку на атмосферно-вакуумних трубчастих установках (АВТУ).

ЕЛОУ призначені для видалення залишків води і розчиненої в ній солі, а також мінеральних (водорозчинних) кислот. Знесолювання заключається в тому що нафту змішують з водою і деемульгаторами, а також з лугами за умови, що в ній є кислоти. Потім суміш нагрівають до t = 80-120°С і подають в електродегідратор, де під дією електричного поля і температури вода та розчинені в нафті неорганічні сполуки відділяються. Після цього нафта надходить на первинну переробку.

Первинна переробка нафти, яку проводять на АВТУ (рис. 1.7), дозволяє в одному технологічному процесі здійсню­вати випаровування і розділення її на окремі складові частини – фракції (дистиляти), що відрізняються темпера-турою кипіння.

Рис. 1.7. Схема нафтоперегонної установки:

1 – трубчаста піч; 2 і 5 – ректифікаційні колони; 3 – холодильники;

4 – конденсатор-газовідділювач; 6 – теплообмінник; 7 – помпа;

8 – випарювальна колона; 9 – вакуумна трубчаста піч

Процес розділення нафти на паливні, а мазуту на масляні дистиляти відбувається так. Нафта, що подається помпою 7, під тиском приблизно 1 МПа проходить через теплообмінники ди­стилятів 6 і далі у невелику випарювальну колону 8, звідки лег­кокипляча (газоподібна) частина нафти надходить у ректи­фікаційну колону, а головна маса – у трубчасту піч 1. У печі, проходячи змійовиком нафта нагрівається до температури 330-350°С і частково випаровується. Суміш випаруваної нафти та її частина, що не випарувалася, надходить в ректифікаційну колону 2.

У ректифікаційній колоні відбувається розділення пари нафти на фракції, причому, можна відбирати в одну групу фракції, у яких температура кипіння відрізняється лише на 5-8°С. Найпоширенішими фракціями прямої перегонки є дистиляти: бензиновий 35-200°С, лігроїновий 110-230°С, гасо-вий 140-300°С, газойлевий 230-330°С і соляровий 280-380°С. Але з точки зору затрат, чим важчі фракції тим дорожчою є їх перегонка, нафту спочатку переганяють на широкі фракції. Продуктами такої переробки є: вуглеводне-вий газ, бензинова, гасова, дизельна фракції та залишок (мазут), який вико-ристовується як сировина для отримання масляних дистилятів. Для цього мазут нагрівають у вакуумній трубчастій печі 9, що дозволяє знизити темпе-ратуру кипіння та повніше з нього випаровувати (без розщеплення) масляні фракції до температури 420-430°С. У ректифікаційній колоні 5, залежно від варіанту переробки нафти одержують широку масляну фракцію – вакуумний газойль, або вузькі масляні дистиляти для виробництва різних масел. Зали-шок – гудрон, а у разі менш глибокої перегонки – напівгудрон, після відповідної очистки використовують для виготовлення високов’язких (залишкових) масел. Принципові схеми отримання палив і масел з нафти наведено на рис. 1.8 та 1.9.

Рис. 1.8. Принципова схема одержання нафтового палива

Рис. 1.9. Принципова схема одержання нафтових масел

З метою збільшення виходу з нафти паливних фракцій здійснюють хімічні деструктивні (вторинні) способи її перероб­ки – розщеплення важких вуглеводневих молекул на легші. Такий процес перетворення вуглеводнів називають крекінг-процесом.

Розроблені та знайшли застосування кілька видів крекінгу: термічний, каталітичний, гідрокрекінг, каталітичний риформінг.

Термічний крекінг – такий вид деструктивної переробки нафтової сировини, за якого розщеплення та зміна структури вуглеводнів відбувається під дією температури і тиску.

Сировиною для термічного крекінгу (температура 470-540°С, тиск 2-7 МПа) є вуглеводні великої молекулярної маси (мазут, гудрон, важкі газойлі каталітичного крекінгу). Вуглеводні розщеплюються із утворенням більш легких фракцій (газ, бензин, гас, газойль) і крекінг-залишку. Вихід продукції залежить від виду сировини та режиму процесу: під час крекінгу (мазуту отримують 25-30% бензину, до 10% вуглеводневого газу, до 30% гасово-газойлевих фракцій та крекінг-залишок; а під час крекінгу газойля – до 60% бензину.

Різновидом термічного крекінгу є вісбкрекінг (легкий крекінг) – процес перетворення гудрону в котельне паливо з низькою в’язкістю і температурою застигання.

Другим різновидом термічного крекінгу є коксування – процес одержання дистиляту широкого фракційного складу і нафтового коксу з мазуту, гудрону тощо. Коксування відбува­ється за температури 505-515°С і тиску 0,2-0,3 МПа.

У даний час термічний крекінг через низьку якість палив, одержаних цим способом (вони не забезпечують вимоги сучасних двигунів), майже повністю витіснений іншими сучасними способами вторинної переробки нафти.

Каталітичний крекінг – основний сучасний спосіб одер­жання високо-якісного бензину з важких фракцій. Від термічного він відрізняється режимом (температура 450-550°С, тиск 0,1-0,3 МПа) і наявністю каталізаторів, в присутності яких процеси деструкції ідуть у напрямку утворення ізомерних, насичених, найцінніших для бензину вуглеводнів. Каталізато­рами служать алюмосилікати, цеоліти тощо, які відзначаються пористою структурою (1 г каталізатора має активну поверхню до 400-500 м²), що забезпечує їм високу активність. Основною сировиною каталітичного крекінгу є вакуумні дистиляти, іноді гасово-газойлеві фракції прямої перегонки. В результаті каталі­тичного крекінгу одержують продукти, у яких вміст ізопарафінових і ароматичних вуглеводнів доходить до 55 %, нафтенів – до 20-25%.

Загальний вихід бензинових фракцій досягає 50% і більше, їх октанове число 78-85 (за моторним методом) або 87-91 (за дослідним).

Каталітичний риформінг призначений для підвищення детонаційної стійкості бензинів і одержання ароматичних вуглеводнів. Це основний спосіб виробництва високооктанових бензинів (АИ-95, АИ-98). Основною сировиною установок каталітичного риформінга є бензинові фракції прямої перегон­ки. У перспективі планується використовувати як сировину бензин гідрогенізації вугілля та сланців, а також бензин із синтез-газу. Риформінг здійснюють за температури 470-530°С і тиску 2-4 МПа у присутності молібденового (гідроформінг) або платинового (платформінг) каталізаторів у середовищі водню. Платформінг, як більш зручний і безпечний процес, суттєво витіснив гідроформінг.

Гідрокрекінг -процес, призначений для одержання світ­лих нафтопродуктів – бензину, гасу, дизельного палива, а також зріджених газів під час перероблення нафтової сировини, яка має вищу молекулярну масу (газойль, нафтовий залишок) під тиском водню.

Гідрокрекінг є різновидом каталітичного крекінгу в присутності водню (температура 360-440°С, тиск 15-17 МПа) і алюмокобальто-молібденового або алюмонікель-молібденового каталізаторів. Октанове число бензинових фракцій гідрокрекінгу – 85-88 (за дослідним методом).

Серед способів виробництва палив і їх компонентів заслуговує на увагу переробка нафтових газів (супутніх та газів нафтопереробки): алкілування, полімеризація, ізомеризація.

Алкілування – процес одержання алкілбензину, високооктанових компонентів бензину каталітичним приєднанням алкільних радикалів (алкілуванням) з ізобутану, бутилену і пропілену. Каталізаторами служать концентрована сірчана кислота або безводний фтористий водень. Процес відбувається під тиском 0,35-0,60 МПа і за температури 5-15°С. В результаті цього одержують легкий алкілат – високооктановий компонент бензину (октанове число 91-95 за моторним методом) і важкий алкілат – (використовують як розчинник або компонент дизельного палива).

Полімеризація – процес одержання низькомолекулярних полімерів, які застосовуються для виробництва моторних палив. Сировиною для полімери-зації є пропан-пропиленова і бутан-бутиленова фракції. Процес здійснюється за температури 190-230°С і тиску 1,7-8,0 МПа у присутності каталізаторів. Продукція – полімербензин (октанове число 82-97 за моторним методом), а також високооктанові його компоненти (ізогексани) з октановими числами 81-85 за моторним методом. Недоліком полімербензинів є низька їх хімічна стабільність.

Ізомеризація парафінових вуглеводнів – процес призначе­ний для підвищення октанового числа пентан-гексанових фракцій бензинів і відбувається за температури 360-440°С і тиску 2-4 МПа у присутності водню та каталізаторів. Продук­цією ізомеризації є ізопарафінові вуглеводні, як високооктанові компоненти автомобільних бензинів та індивідуальні вуглеводні – ізобутан та ізопентан, як сировина для нафтохімії.

2.3. Короткі відомості про одержання палив і масел

з ненафтової сировини

Інтенсивний розвиток техніки викликав необхідність розширення сировинної бази для виготовлення палив і масел, оскільки запаси нафти обмежені. Тому ведуться роботи з дослідження технологій виготовлення альтернативних палив і масел (так називають паливно-змащувальні матеріали виготов-лені з ненафтової сировини). На даний час промисловість освоїла такі способи одержання альтернативних палив і масел: з твердих горючих копалин і газів.

Хімічний склад горючої частини твердих горючих копалин (вугілля, сланці, торф тощо) – це ті ж елементи, з яких складається і нафта: вуглець, водень, сірка, кисень і азот. Наявність вуглецю і водню у твердих горючих копалинах дає змогу використати їх як сировину для одержання рідких палив. Для цього застосовують різні процеси.

Перегонка смол на рідке паливо – це процес фракційної переробки, аналогічний процесу перегонки нафти. Смоли одержують у результаті термічної переробки і нагрівання твердого пального копалин без доступу повітря. У процесі нагрівання, що протікає за температури 500-550°С та зветься напівкоксуванням, утворюються гази, напівкокс і смола напівкоксу-вання. Наприклад, вихід цієї смоли з бурих вугіль складає за масою приблизно 12-22%.

При фракційній перегонці з такої смоли напівкоксуванням одержують 18-22% бензину, 20-25% гасу і 50-60% мазуту, що, у свою чергу, може використовуватися як сировина для крекінг-процесу і цим додатково підвищити вихід світлих палив.

Деструктивна гідрогенізація поєднує процеси розщепле­ння з’єднань вихідної сировини (вугілля, нафтового залишку та ін.) і гідрування їх шляхом приєднання водню для одержання суміші вуглеводнів. Під час вибору вихідної сировини важливим є співвідношення вмісту вуглецю і водню.

Гідрогенізація вугілля дає вихід бензину до 60%, залишків нафти до 73-79%, при цьому газоподібних продуктів виходить відповідно 30 і 20-24%.

Синтез газів заснований на одержанні різних вуглеводнів у результаті взаємодії окису вуглецю С і водню Н за підвищеного тиску та у присутності каталізаторів. Цей процес називають синтін-процессом.

Під час синтезу газів утворяться бензин, газоподібна фракція і конден-сована олія. Вихід бензину складає 40-45%, дизельного палива 15-20%, важкої фракції 10-17%. Синтезоване паливо використовується в суміші з паливними фракціями, отриманими прямою перегонкою нафти.

Одержання синтетичних масел. Синтезування визначених груп вугле-водів з введенням ряду інших з’єднань дає змогу одержувати високоякісні масла із заздалегідь заданими експлуа­таційними властивостями. Такі масла називають синтетичними. Вони однорідні за складом і містять переважно парафінові вуглеводні.

Полесилоктанові масла (силікони), що одержали пере­важаюче поши-рення, – це полімерні кремнійорганічні з’єднання, основу яких складають атоми кремнію, що чергуються, і кисню з приєднаними до атомів кремнію вуглеводних радикалів різної будови. Такі масла не втрачають своїх власти-востей у широкому діапазоні температур і характерризуються низькою тем-перату­рою застигання, у порівнянні з нафтовими маслами, володіють висо-кою протикорозійною стійкістю. Разом з тим вони макють гіршу змащувальну здатність.

Поліанкиленгліколеві масла не схильні до утво­рення відкладень на дета-лях, володіють хорошою змащувальною здатністю і необхідними в’язкісними властивостями. У них дуже низька температура застигання (до –65°С) та ін.

Фторевуглеродні і хлорефтовуглеродні масла призначені для роботи в агресивних середовищах, а також в умовах високих температур. Їх викорис-товують для виготовлення спеціальних пластичних мастил і рідин для гідросистем.

На реторті горючий сланець піддається піролізу за температури 480-540°С. Кероген сланця розкладається з утворенням газу і пари сланцевої смоли. Процеси сухої перегонки сланців можуть бути розділені на два типи – з прямим і непрямим обігрівачем. Процес, у якому газ, що утворюється, згорає, є типовим процесом з прямим нагрівом (наприклад, процес Paraho). Процес компанії TOSCO є єдиним процесом з непрямим обігрівом. Він був випробуваний на напівпромисловій установці продуктивністю 1000 т сланців на добу.

Реторта для сухої перегонки горючого сланця із спалюванням газу (рис. 1.10) є вертикальною фанерованою зсередини вогнетривкою цеглою каме-рою, у якій подрібнений сланець безперервно рухається вниз і нагрівається до температури сухої перегонки гарячими газами, що піднімаються вгору, контактуючи з твердою речовиною. Рециркулюючи гази, що подаються вниз реактора, охолоджують відходи сухої перегонки сланця і при цьому самі нагріваються майже до температури перегонки. У точці, на відстані приблиз-но однієї третини від низу, горючі сланці змішуються з повітрям, що нагніта-ється, що й призводить до їх регульованого згоряння.

Рис. 1.10. Схема установки для сухої перегонки горючого сланця