Промышленные метода разделения фракций нефти

еткости разделения углеводородов непрерывная ректификация близка к периодической, но с помощью ее определяют не фракционный состав нефти, а разделяют нефть на две фракции с целью накопления их для последующих анализов или иного использования.

Непрерывной ректификацией возможно одновременное разделение нефти на 3 или даже 4 фракции.

Мембранное разделение.

В то же время явление гидратообразования может быть использовано при опреснении морской воды, хранении газа, разделении газовых смесей.

Такое резкое отличие их свойств часто используют для разделения этих углеводородов физическими методами.

Рассмотрены физико-химические свойства нефти и ее фракций, методы разделения смесей и характеристика получаемых из них товарных продуктов.

Под разделением нефти понимают выделение из нее отдельных фракций по температурам кипения, отдельных химических групп углеводородов, а также диспергированных компонентов.

Необходимость такого разделения обусловлена как проведением анализа состава нефти как вещества, так и технологиями ее промышленной переработки.

Весь комплекс методов разделения нефти или ее фрагментов с некоторой долей условности можно сгруппировать по принципам, которые приведены ниже:

Разделение нефти как истинного раствора с изменением агрегатного состояния

Мембранное разделение

Разделение нефти как дисперсной системы

Условность этой классификации заключается в том, что методы разделения с изменением агрегатного состояния в процессе реализации проходят стадию образования дисперсной фазы (пузырьков пара в жидкости при перегонке и абсорбции, кристаллов парафина в жидкости при кристаллизации).

Однако разделение истинных растворов этими методами включает дисперсное состояние как промежуточную стадию, в то время как для четвертой группы методов это состояние исходное.

Поэтому, в частности, разделение кристаллизацией и комплексообра-зование до выделения кристаллических фаз относят к первой группе методов, а на стадии выделения твердой фазы - к четвертой группе.

В промышленной технологии методы ректификационного разделения используются в следующих пяти группах технологических процессов.

Первичная дистилляция нефти - разделение нефти на фракции топ-лив и масел с последующим направлением их на облагораживание (очистку от примесей) или термокаталитическую переработку (подробно изложены в гл.

Термокаталитические и термодеструктивные вторичные процессы, в которых продукты реакции подвергаются разделению на газовую головку, фракции топлив или масел и тяжелого остатка.

Разделение углеводородных газов четкой ректификацией (газофракционирующие установки) с получением фракций с высокой (85 - 98%) концентрацией отдельных углеводородов или смесей нескольких углеводородов.

В каждой из этих групп существует много вариантов ректификационного разделения как по месту их в конкретной технологии, так и по принципу действия (азеотропная или экстрактивная ректификация и др.

Такое разделение возможно осуществить благодаря тому, что процесс абсорбции неразрывно связан с процессом десорбции, т.

Абсорбционное разделение используется и в случаях очистки технологических инертных газов от углеводородных или других примесей, попадающих в них в основном технологическом процессе.

Кристаллизационное разделение - это процесс разделения растворов, при котором в определенных условиях (температура, концентрация растворенного вещества) один из компонентов раствора выпадает в осадок, образуя твердую (кристаллическую) фазу, с последующим отделением последней из суспензии.

кристаллизационное разделение позволяет получить один из компонентов смеси в достаточно чистом виде.

Выпавшие при этом кристаллы (парафиновые углеводороды нормального и частично изострое-ния от С2оНЦ2 до СзоНюз) отделяются от суспензии на матерчатых барабанных вакуумных фильтрах в виде твердой лепешки (концентрат парафина - гач, в смеси с небольшим количеством растворителя), а отфильтрованный раствор масла идет на разделение масла от растворителя.

Разделение ксилолов.

В связи с этим для разделения этих изомеров непригодна ректификация и более выгодна технология кристаллизационного разделения.

Явление комплексообразования в нефтепереработке используется главным образом для выделения и-алканов от CgHjg до С2оН42- Сущность такого избирательного разделения (выделения) состоит в том, что карбамид (H2N-CO-NH2) образует с н-алканами твердое комплексное соединение, выпадающее в осадок (см.

При экстрактивном разделении такой сложной углеводородной смеси, как нефтяные фракции, используемые селективные растворители проявляют практически весь комплекс межмолекулярных взаимодействий - ориентационные, индукционные, дисперсионные, водородные связи и взаимодействия с переносом заряда.

При использовании растворителей для разделения нефтепродуктов на группы углеводородов или их соединений часто оказывается, что сочетание их растворяющей способности и избирательности не обеспечивает требований разделения (большая растворяющая способность при малой избирательности, и наоборот).

Экстракционное разделение в нефтепереработке - основной процесс, используемый при очистке нефтепродуктов и при извлечении ароматических углеводородов для нефтехимии.

Это разделение используется в следующих технологиях.

Экстракционное разделение используют также для деарома-тизации ряда специальных нефтепродуктов (жидкие парафины, керосины для ПАВ и др.

Мембранное разделение

Разделение с помощью мембран относится к новейшему и перспективному направлению химической технологии.

Такое разделение отличается относительной простотой, проведением процесса при обычных температурах, достаточно высокой четкостью разделения и малыми энергозатратами.

технологическая перегородка, обеспечивающая за счет своей селективной проницаемости разделение веществ без их химических превращений.

Мембранное разделение следует четко отличать от фильтрационного разделения (рис.

Для разделения смесей газов применяют обычно пористые мембраны или сплошные мембраны из полимеров, стекол или металлокерамических сплавов.

), обогащения воздуха кислородом, разделения изотопов и т.

Схема фильтрации (а) и мембранного разделения (б) смесей: / - фильтр; 2 - мембрана; 3 - пористая подложка; / - исходная смесь; // - фильтрат; ///- прошедший через мембрану продукт; IV'- концентрированный остаток смеси

Подбором пористых мембран можно осуществить разделение так, чтобы сквозь мембрану прошли молекулы малых размеров (например, растворителя) и не проходили (концентрировались) макромолекулы.

Следует также упомянуть еще один распространенный вариант мембранного разделения - диализ.

Величину // можно вычислить, если для данного процесса мембранного разделения известны концентрации диффундирующего вещества у поверхности мембраны (с]1 и с!

Аппараты мембранного разделения могут быть нескольких типов - с трубчатыми элементами, рулонного типа и пластинчатые.

В технологии переработки нефти мембранное разделение находит применение в следующих областях.

В сочетании с последующим хроматографическим разделением термодиффузионных концентратов этот метод особенно незаменим при изучении химического состава нефтяных фракций.

На четкость термодиффузионного разделения оказывают влияние молекулярная масса разделяемых веществ, их молекулярный объем, поверхность молекул и температура кипения.

Разделения ароматических и нафтеновых углеводородов при термодиффузии практически не происходит.

Для ускорения процесса разделения и повышения его эффективности в рабочий зазор помещают спираль с шагом 70 - 100 мм из проволоки диаметром, равным ширине зазора.

Термодиффузионное разделение нефтяных фракций нашло сейчас широкое применение в исследовательских работах по детализированному анализу химического состава нефтей, особенно их тяжелых фракций, кипящих от 350 - 400 °С и выше (до 600 °С).

Этот процесс является также эффективным средством разделения углеводородных газов и жидкостей, содержащих молекулы разных структурных групп.

Адсорбционное разделение непосредственно связано с адсорбционной активностью веществ (их адсорбируемостью), которая зависит от природы веществ, строения молекул, полярности, температуры, а также от природы и структуры адсорбента (размеров микропор, удельной поверхности и т.

Неотъемлемой частью процесса адсорбционного разделения является стадия десорбции, т.

Все, кроме последнего, способы адсорбционного разделения реализованы в промышленности.

Учитывая периодичность процесса адсорбционного разделения (адсорбция с последующей десорбцией, затем снова адсорб

А-1 и А-2 - адсорберы; С - сепаратор; / - исходная смесь; // - очищенный продукт; ///- десорбент; IV - воздух для осушки и охлаждения адсорбента; V - адсорбент после адсорбции; VI - вода; стадии цикла работы: / - адсорбция; 2 - десорбция; 3 и 4 - сушка и охлаждение адсорбента ция), на практике число аппаратов, заполненных адсорбентом, должно быть не менее 2-х (обычно 3 - 4), переключение их с одной стадии на другую создает эффект псевдонепрерывности процесса разделения.

14 показаны упрощенная схема 2-адсорбер-ного блока разделения и циклограмма работы этих адсорберов.

В нефтепереработке адсорбционное разделение применяется очень широко для решения самых разных задач, основные из которых будут рассмотрены ниже.

Процесс такого адсорбционного разделения используют главным образом на потоке рафината каталитического ри-форминга (фр.

Разделение масляных фракций нефти (выше 350 °С) на сили-кагеле в лабораторных условиях на парафинонафтеновую часть и несколько групп высокомолекулярных ароматических углеводородов с целью определения потенциального содержания базовых масел в нефти.

Хроматографическое разделение [18], начало которого было положено в работах русского ботаника М.

В основе хроматографиче-ского разделения лежат процессы адсорбции - десорбции, совмещенные в одной колонке большой длины.

Примером хемоэкстракционного разделения может служить очистка некоторых фракций нефти жидким SO2, который легко вступает в химические взаимодействия с высокомолекулярными ароматическими углеводородами (сульфирование) и удаляет их.

Степень ионного обмена (разделения) можно определить по концентрации (титрованием) выделенных при этом ионов Н+ или ОН" (поскольку ионный обмен - реакция стехиометриче-ская).

Аппараты, в которых происходит такое разделение, называют газосепараторами, а чаще - просто сепараторами.

Применяют следующие методы отделения мелких твердых частиц от газа (разделения дисперсных систем "газ-твердое тело").

Наиболее распространенным аппаратом для центробежного разделения запыленного газа является циклон (рис.

Скрубберная и пенная очистки позволяют достичь высокой (до 100%) степени очистки газа от пыли, однако наличие в них промежуточной жидкости и необходимость повторного разделения новой дисперсной системы делает такую очистку сложной и неудобной.

Разделение дисперсных систем жидкость-твердое тело во многом аналогично разделению систем газ-твердое тело, различие обусловлено лишь тем, что дисперсной средой служит жидкость, а не газ.

Для разделения систем жидкость-твердое тело под действием центробежных сил используют гидроциклоны и центрифуги.

Такие фильтры широко используют для отделения кристаллов парафина и церезина при депарафинизации нефтяных фракций, при карбамидной депарафинизации топлив, а также в производстве катализаторов и цеолитов для разделения водных суспензий.

Разделение дисперсной системы газ-жидкость, в которой дисперсной фазой являются капли жидкости, называют каплеулав-ливанием, а соответствующие устройства - каплеуловителями.

) и их разделение является часто важнейшим элементом технологии (подробно см.

Разделение систем жидкость-жидкость также основано на явлениях отстаивания (гравитационного или центробежного) с наложением внешних условий, способствующих интенсификации разделения (добавка деэмульгаторов, наложение переменного электрического поля и др.

Разделение эмульсий нефть - вода возможно также с помощью насадочных фильтров, заполненных материалами с избирательной смачиваемостью водой (песок, древесная стружка и др.

Эти сведения призваны дать общие представления о процессах разделения и облегчить усвоение последующего материала по всем разделам технологии нефти и газа.

Здесь же даются сведения о материальном балансе переработки нефти на АВТ, характеристиках качества получаемых дистиллятов, четкости их разделения и о путях дальнейшего использования.

Извлеченная сумма тяжелых углеводородов Ci - GS называется обычно газовым бензином и направляется на установки ЦГФУ для разделения на отдельные углеводороды и стабильный бензин.

Сущность такого способа разделения газовых смесей была рассмотрена в гл.

Попутный газ (ПГ() отделяют в сепараторах высокого и низкого давления гравитационным разделением.

Полного разделения при этом достичь не удается, и в нефти остается в растворенном состоянии 0,5 - 1,5% углеводородов до бутана включительно.

Вода и нефть, как известно, взаимно нерастворимы (лиофобны) и при интенсивном перемешивании образуют водонефтяную дисперсную смесь (эмульсию "вода в нефти"), разделение которой в обычных отстойниках не происходит из-за малого размера частиц диспергированной воды.

Важным свойством лиофобных эмульсий является их устойчивость к расслоению, под которой понимается время, необходимое для полного разделения эмульсии отстоем, либо количество диспергированной фазы (воды), выделившееся отстоем за определенное время.

Эффективность механического разделения эмульсии можно существенно повысить, если вместо сил гравитации использовать центробежную силу, т.

Эффективность разделения эмульсии в центрифугах поэтому очень высока, однако из-за сложности аппаратурного оформления такой метод для промышленного разделения эмульсии применения не нашел.

Разделение этих эмульсий представляет крайне сложную задачу и обычными технологическими приемами ЭЛОУ невозможно, даже при подаче деэмулыатора в 20 -30 раз большей, чем для обычных нефтей.

Чем меньше это налегание, тем четче разделение фаз.

Все рассмотренные варианты простой перегонки касались случая разделения нефти на две фракции - легкую (П) и остаток

Принципы такого разделения показаны на рис.

Задачей первичной перегонки нефти является не только разделение ее на фракции, но и обеспечение заданных свойств этих фракций (по фракционному составу и другим физико-химическим свойствам).

Схема ректификационного разделения нефти на две фракции - структурная (а) и совмещенная в одной колонне (б):

Для ректификационного разделения нефти на несколько фракций должно быть использовано несколько ректификационных колонн, по принципу действия аналогичных описанной (рис, 8.

7 схематично показаны три варианта такого разделения (а, б и в).

В третьей колонне К-3 происходит ректификационное разделение этих паров на бензин (сверху колонны) и керосин -снизу.

Такое устройство позволяет значительно упростить схему разделения и иметь всего одну колонну вместо трех самостоятельных.

Если учитывать указанное ограничение по верхнему температурному пределу нагрева нефти и мазута в ректификационных колоннах для их разделения на фракции, поток сырья является единственным источником тепла, определяющим параметры ректификации.

После разделения этого конденсата во втором сепараторе на легкую газойлевую фракцию (100 -250 °С) и конденсат водяного пара они отдельными насосами выводятся из этого сепаратора (XIV и KB).

6) уже упоминалось о том, что при разделении на фракции таких сложных смесей, как нефть, часть компонентов распределяется между смежными дистиллятами, образуя так называемую область температурного "налегания".

В одних случаях (например, при разделении газовых смесей на отдельные углеводороды или при стабилизации и вторичной перегонке бензина на узкие фракции) эта четкость должна быть максимальной, т.

Она может заключаться в их повторной (вторичной) перегонке с целью разделения на более узкие фракции, очистке от вредных примесей или нежелательных групп углеводородов либо в облагораживании химического

Видно, что для разделения диг^у-О зельного топлива на указанные

В другом варианте установки каталитического риформинга стабильный концентрат ароматики VI подвергается дальнейшему разделению по химическому составу.

Для этого используют процесс экстракционного разделения (см.

Контактными называют внутренние устройства колонны, на которых происходит контакт паровой и жидкой фаз, в результате которого реализуется процесс тепло- и массообмена и в итоге процесс ректификационного разделения сложной смеси.

Седловидные насадки (7-9) из керамики или металла используют в промышленных колоннах разделения углеводородов или легких бензиновых фракций, причем эти насадочные элементы могут быть загружены в колонну "навалом" или уложены отдельными рядами, что повышает их эффективность.

систему, которая может быть подвергнута разделению.

Тарелка рассчитана на колонны малого диаметра и применяется в колоннах стабилизации бензина и разделения углеводородных газов.

в данном случае понимают отношение числа теоретических ступеней контакта паровой и жидкой фаз к числу реальных тарелок, на которых достигается одинаковое разделение компонентов сложной смеси).