Процеси дистиляції та ректифікації. Атмосферно-вакуумна перегонка нафти

Нафта, як вже було сказано, представляє собою надзвичайно складну суміш взаємно розчинних органічних речовин. Розділити її повністю на складові компоненти практично неможливо, але цього для промислового застосування нафтопродуктів і не вимагається. На практиці нафту ділять на фракції, які відрізняються по межах википання. Такий розділ проводиться на установках первинної перегонки нафти з застосуванням процесів дистиляції та ректифікації.

Первинна перегонка – перший технологічний процесс переробки нафти. Установки первинної перегонки є на кожному НПЗ.

До первинної переробки відносяться пряма (атмосферна) та вторинна (атмосферно-вакумна) перегонка.

Суть прямої перегонки нафти полягає в розділенні нафти на складові елементи (фракції), які в подальшому використовують як сировину для подальшої переробки або в якості товарних нафтопродуктів. При прямій та вторинній перегонці первісний хімічний склад нафти не змінюється, тому первинну переробку ще називають не деструктивною.

Первинну перегонки нафти здійснюють на трубчастих установках при атмосферному тиску та під вакуумом. При перегонці нафти на трубчастих установках, які працюють при атмосферному тиску, з нафти виділяють світлі дистиляти – бензиновий, гасовий, дизельний. Залишком від перегонки при атмосферному тиску є мазут ­– фракція, яка переганяється за температури 330^оС і вище.

Рисунок 1. – Принципова схема прямої перегонки нафти із застосуванням рактифікації.

Основними процесами первинної перегонки нафти є дистиляція та ректифікація.

Дистиляція. Дистиляцією або перегонкою називається процес розділення суміші взаємно розчинних рідин на фракції, які відрізняються по температурах кипіння як одна від одної, так і від вихідної суміші. При перегонці суміш нагрівається до кипіння і частково випаровується. Пари, які отримуються при кипінні, відбираються і конденсуються. Перегонкою отримують дистилят (сконденсовані фракції, що випаровуються) та залишок, які відрізняються за складом від вихідної суміші.

Перегонка може бути здійснена однократним, багатокрптним або поступовим випаровуванням.

При однократному випаровуванні, протягом всього періоду нагрівання суміші продуктів, утворені пари не відводяться з системи а залишаються в контакті з рідиною. Після того, як подача тепла припиняється, вся парорідинна суміш відводиться в сепаратор. Тут пари, що утворились, в один прийом (одноразово) відділяються від рідини.

При багатократній перегонці процес розділення фаз проводиться в декілька прийомів. Багатократне випаровування складається з одноразових випаровувань, які повторюються декілька раз. Спочатку проводиться відділення парів від рідини, а потім на другому ступені, рідка фаза, яка залишилась при відділені парів в першій ступені знову випаровується.

При поступовому випаровуванні, пари по мірі їх утворення, неперервно відводяться з перегінного апарату. Поступове випаровування застосовується при лабораторній перегонці нафти з колби.

Сучасна промислова перегонка нафти базується на схемах з однократним випаровуванням і подальшою ректифікацією.

Ректифікація. При однократному випаровуванні взаєморозчинних рідин і наступній конденсації парів одержують дві фракції – легку і важку. Легка фракція збагачена низькокиплячими, а важка високо киплячими компонентами відповідно. Для досягнення більш чіткого розділення компонентів нафти та одержання кінцевих продуктів, які киплять у заданих температурних інтервалах, після однократного випаровування нафтові пари піддають ректифікації.

Ректифікацією називається дифузійний процес розділення рідин, які розрізняються за температурами кипіння, за рахунок протиточного багатократного контактування парів і рідини.

Контактування парів і рідини здійснюється у вертикальних циліндричних апаратах- ректифікаційних колонах, оснащених спеціальними пристроями – ректифікаційними тарілками або насадкою, - які дозволяють створити тісний контакт між парою, яка піднімається догори по колоні, та рідини, яка стікає вниз (рисунок 2).

Рисунок 1 – Схема ректифікаційної колони

І.- холодне зрошування; ІІ.- ректифікатор; ІІІ.- церкулюючий гарячий потік; ІV.- залишок; V.- сировина

В середню частину у вигляді пари, рідини або парорідинної суміші подається сировина, яку необхідно розділити на дві частини - висококиплячу і низькокиплячу. В цій зоні відбувається – однократне випаровування нагрітої у печі або теплообміннику суміші на парову і рідинну фази.

В працюючій ректифікаційній колоні, через тарілку кожну проходять чотири потоки:

1. рідина – яка стікає з тарілки, що лежить вище;

2. пара – яка поступає з тарілки, що лежить нижче,

3. рідина – яка піднімається з тарілки, що лежить нижче,

4. пара, яка піднімається на тарілку, що лежить вище.