Перегонка нефти разделяет сырьё на газ, бензиновые, керосиновые и дизельные фракции и тяжёлый остаток. Это физическое разделение по летучести, после которого фракциям часто нужны очистка и переработка. Тот же принцип ректификации используют для разделения охлаждённого воздуха на азот, кислород и аргон, но подготовка сырья и устройство установки отличаются.
Какие продукты получают при перегонке нефти?
Атмосферная перегонка даёт углеводородный газ, бензиновые, керосиновые и дизельные фракции, а также мазут. Последующая вакуумная перегонка мазута позволяет выделить вакуумные дистилляты и получить остаток — гудрон. При топливном направлении переработки целевой дистиллят — вакуумный газойль; при масляном выделяют масляные фракции. Набор потоков зависит от схемы нефтеперерабатывающего завода, поэтому перечень возможных продуктов шире перечня отборов отдельной установки.
Фракция — смесь компонентов с определёнными пределами выкипания. Бензиновая фракция относится к нефтяным фракциям и содержит множество углеводородов: название отбора не означает, что колонна выделила одно вещество.
Факт Мазут — остаток атмосферной перегонки нефти после отбора светлых дистиллятов.
Атмосферно-вакуумная перегонка разделяет нефть на фракции в ректификационных колоннах. Крекинг и другие процессы последующей переработки меняют молекулярный состав сырья. Технологические схемы обоих типов описывает ИТС НДТ 30-2021 «Переработка нефти».
Между промышленным отбором и товарным продуктом остаются очистка, подбор состава и испытания. Даже подходящий интервал выкипания ещё не подтверждает пригодность фракции для двигателя.
Зачем нефть обезвоживают и обессоливают
Вода увеличивает нагрузку на нагрев и конденсацию, а соли и механические примеси способствуют коррозии, загрязнению оборудования и образованию отложений. Поэтому нефть перед атмосферно-вакуумной перегонкой обезвоживают и обессоливают. На электрообессоливающей установке, или ЭЛОУ, соли переводят в водную фазу, после чего отделяют эту фазу от нефти. Электрическое поле помогает укрупнять капли воды, удерживаемые нефтяной эмульсией.
Последовательность подготовки включает следующие операции:
- Принимают сырьё и смешивают потоки для получения состава питания, предусмотренного производственным заданием.
- Отделяют свободную воду, механические примеси и газ там, где такие узлы предусмотрены схемой.
- Подогревают нефть и смешивают с промывной водой; деэмульгатор помогает разрушать эмульсию.
- В электродегидраторе укрупняют и отделяют капли водной фазы с растворёнными солями.
- Направляют подготовленную нефть на дальнейший теплообмен и нагрев.
Нефть и солесодержащая вода покидают электродегидратор раздельными потоками. Смешение перед аппаратом нужно для переноса солей, а отстой после него — для удаления воды.
Плотность характеризует сырьё, но не позволяет отдельно вычислить выход бензина. Для оценки нужны фракционный состав, содержание серы, металлов и характеристика остатка. Эти показатели также определяют нагрузку на последующие процессы очистки и конверсии.
Для пределов содержания воды и солей на входе конкретной установки здесь нет данных. Числа из другой схемы ЭЛОУ нельзя использовать как её приёмочные нормы.
Как колонна разделяет смесь по летучести
При контакте пара и жидкости пар обогащается более летучими компонентами, а жидкость — менее летучими. Ректификационная колонна многократно повторяет этот обмен по высоте аппарата: пар движется вверх, жидкость стекает вниз. Тарелки или насадка создают поверхность контакта фаз. Разделение зависит от состава смеси, давления, теплового режима и работы контактных устройств, поэтому каждому промышленному отбору нельзя назначить единственную температуру кипения.
На тарелке пар проходит через слой жидкости. В насадочной колонне жидкость распределяется по поверхности насадки, навстречу ей движется паровой поток. В обоих случаях контакт должен обеспечивать перенос компонентов между фазами; простого прохождения потоков через корпус недостаточно.
Часть сконденсированного верхнего продукта возвращают в колонну как флегму. Она поддерживает нисходящий поток жидкости в укрепляющей части аппарата.
Теплообменники, печь и колонна работают совместно. Горячие продукты предварительно нагревают сырьё, печь подводит недостающую теплоту, а конденсаторы и циркуляционные орошения отводят её из системы. Изменение теплообмена сказывается на доле испарившегося питания и нагрузке колонны.
В сравнении способов перегонки и выбора установки разобрано, чем ректификация отличается от простого испарения с конденсацией.
Для понимания устройства полезно проследить отдельно пар, стекающую жидкость и возврат флегмы. Тогда видно, почему тарелки не служат «полками» для чистых веществ: состав обеих фаз меняется при каждом контакте, а нефтяные отборы сохраняют широкий набор компонентов.
Как проходит атмосферная перегонка?
Подготовленная нефть проходит теплообменники и трубчатую печь, частично испаряется и поступает в зону питания атмосферной колонны. Паровая часть движется вверх, жидкая — вниз. Сверху выводят наиболее летучие компоненты, с промежуточных уровней — боковые погоны, снизу — мазут. В зависимости от схемы перед основной колонной работает отбензинивающая колонна, которая снимает часть лёгких компонентов и разгружает основной аппарат.
Верхний пар поступает в конденсационную систему. После охлаждения поток разделяют на газ, углеводородный конденсат и водную фазу. Часть углеводородного конденсата возвращают как орошение; балансовую часть направляют на дальнейшую обработку.
Керосиновый и дизельный погоны выводят сбоку. В боковых отпарных колоннах из них удаляют захваченные лёгкие компоненты. Отпаренные пары возвращают в основную колонну, а жидкие продукты охлаждают и выводят с установки.
Мазут собирается внизу.
Температура после печи, температура зоны питания и температура бокового потока описывают разные состояния сырья. Между точками измерения происходят испарение, изменение давления и теплообмен. Подстановка одной температуры вместо другой искажает представление о режиме.
Численного примера с подтверждёнными параметрами выбранной установки здесь нет. При чтении технологической схемы проверяют также обозначение давления: абсолютное или избыточное, вверху колонны или в зоне питания. Эти различия принципиальны для расчёта фазового равновесия. Слово «атмосферная» обозначает тип перегонки, но не заменяет показание прибора в конкретной точке аппарата.
От чего зависят границы фракций и их выход
Границы нефтяных фракций задают с учётом состава нефти, требований к потокам последующей переработки и возможностей разделения. Выход зависит одновременно от потенциального содержания нужных компонентов в сырье и выбранной границы отбора. Единого стандарта на все промышленные фракции нет, показатели задаёт документ на конкретный продукт. Сравнивать выходы разных установок можно только при одинаковой базе расчёта и сопоставимых границах фракций.
| Фракция или поток | Как устанавливают пределы выкипания | Место получения | Дальнейшее направление |
|---|---|---|---|
| Бензиновая фракция | По принятой методике разгонки и спецификации потока | Верх атмосферного блока | Разделение на узкие погоны, очистка, получение компонентов бензина |
| Керосиновая фракция | По протоколу испытания с указанием метода | Боковой отбор атмосферной колонны | Очистка и подготовка компонентов топлива |
| Дизельная фракция | По результатам определения фракционного состава | Боковой отбор атмосферной колонны | Гидроочистка и смешение |
| Мазут | По границе отделения дистиллятов и характеристике остатка | Низ атмосферной колонны | Вакуумная перегонка или переработка остатка |
| Вакуумные дистилляты | По методике, применимой к тяжёлому продукту | Вакуумная колонна | Конверсия либо производство базовых масел |
| Гудрон | По характеристике вакуумного остатка | Низ вакуумной колонны | Производство битумов, коксование и другие процессы |
Лабораторный интервал выкипания и температура промышленного потока — разные характеристики. В протоколе нужны метод, основание доли отгона и условия приведения температур. Без них численные границы нельзя корректно сопоставить.
Для материального баланса конкретной нефти нет данных для численного примера. Символическая запись для установившегося режима:
Масса сырья = сумма масс продуктов + учтённые потери.
Если граница расчёта включает воду и отпарной пар, учитывают и эти потоки. При изменении запасов в аппаратах добавляют накопление. Массовые выходы нельзя складывать с объёмными: даже совпадение итоговой суммы не исправляет смешение баз расчёта.
Зачем мазут перегоняют под вакуумом
Снижение давления позволяет испарять тяжёлые компоненты мазута при меньшей температуре. Это ограничивает нежелательное термическое разложение при выделении дистиллятов. Вакуумная перегонка продолжает физическое разделение атмосферного остатка: молекулы распределяются между потоками по летучести. Получение дополнительных лёгких углеводородов за счёт разрушения тяжёлых молекул относится уже к процессам конверсии и требует другого оборудования и режима.
Мазут подогревают и направляют в вакуумную колонну. Вакуумсоздающая система удаляет неконденсируемые газы и поддерживает пониженное давление. В схемах с подачей водяного пара пар дополнительно уменьшает парциальное давление углеводородов.
При топливном варианте получают вакуумный газойль и тяжёлый остаток. При масляном варианте выделяют несколько масляных дистиллятов. Обещать одновременно весь этот набор для любой установки неверно: отборы определяет её схема.
Вакуум помогает выделить тяжёлые дистилляты при меньшей температуре. Для превращения остатка в лёгкие продукты нужна химическая переработка.
Углубление отбора ограничивают термическая устойчивость сырья и требования к дистилляту. Попадание тяжёлых капель в паровой поток способно ухудшить состав продукта даже при сохранении температуры отбора.
Вакуумный газойль направляют на каталитический крекинг или гидрокрекинг. Масляные дистилляты проходят дальнейшую обработку для получения базовых масел. Гудрон используют в производстве битумов либо направляют на переработку остатка, включая коксование и висбрекинг. Выбор маршрута зависит от состава потока и производственной схемы.
Что такое перегонка бензина?
Запрос «перегонка бензина» объединяет три задачи: разделение бензиновой фракции на узкие погоны, лабораторное испытание фракционного состава и получение компонентов автомобильного бензина. Результаты различаются. Прямогонный бензин получают при первичном разделении нефти; кривая разгонки описывает фракционный состав пробы. Товарный бензин получают смешением компонентов и проверяют по требованиям к готовому топливу. По результату разгонки нельзя решить, соответствует ли продукт всем требованиям к автомобильному бензину.
| Задача | Объект операции | Результат | Что результат отдельно не подтверждает |
|---|---|---|---|
| Промышленное фракционирование | Бензиновая фракция | Узкие погоны для дальнейшей переработки | Соответствие автомобильному топливу |
| Лабораторная разгонка | Проба нефтепродукта | Фракционный состав по выбранному методу | Октановое число и содержание серы |
| Производство товарного бензина | Компоненты смешения | Топливо заданной марки после контроля | Соответствие без испытаний готовой смеси |
ГОСТ 2177-99 «Нефтепродукты. Методы определения фракционного состава» описывает лабораторное испытание. Карточка Росстандарта в источниках подтверждает действие документа и перечисляет изменения и поправки. Для испытания нужен текст с их учётом.
Кривая разгонки характеризует испаряемость в условиях метода. Октановое число характеризует детонационную стойкость. Его нельзя определить по одним температурам отгона.
Гидроочистка снижает содержание нежелательных примесей с использованием водорода. Риформинг и изомеризация меняют строение углеводородов; алкилирование позволяет получать компоненты бензина из лёгкого углеводородного сырья. Эти процессы не составляют обязательную последовательность обработки каждой бензиновой фракции.
Мнение Если вы принимаете автомобильный бензин, основанием для решения должен быть контроль готовой смеси по документу на топливо. Протокол разгонки отвечает только на вопрос о фракционном составе.
Как лаборатория проверяет фракционный состав
Для контроля продукта лаборатория применяет метод, указанный в документе на него. Стандартная разгонка характеризует испаряемость в заданных условиях; ректификационное разделение используют для построения кривой истинных температур кипения. Имитированная дистилляция определяет распределение по температурам кипения на основе газохроматографического анализа. Выбор зависит от объекта и назначения испытания. Совпадение единиц измерения не делает результаты этих методов взаимозаменяемыми.
Для стандартной разгонки применяют ГОСТ 2177-99 с учётом области применения выбранного метода. В протоколе различают отгон, остаток и потери. Потери нельзя прибавлять к измеренному объёму дистиллята.
ГОСТ 11011-85 на метод в аппарате АРН-2 описывает ректификационное определение фракционного состава нефти и нефтепродуктов. Такой результат используют для характеристики распределения фракций по истинным температурам кипения, или ИТК.
ГОСТ Р 56720-2015 устанавливает газохроматографические методы определения фракционного состава. Метод А предназначен для нефтепродуктов с температурами кипения от 55 до 545 °C; метод Б — для стабильного газового конденсата с учётом нелетучего остатка.
Факт Область применения метода А по ГОСТ Р 56720-2015 ограничена диапазоном температур кипения от 55 до 545 °C.
Для гудрона применимость метода А из этого диапазона не следует.
Связь времени удерживания с температурой кипения устанавливают по градуировочной смеси. Различия аналитических подходов раскрывает разбор газовой и жидкостной хроматографии.
При выборе стандартных образцов и растворов для лабораторного контроля сопоставляют аттестованные характеристики с требованиями метода. Образец для градуировки и материал для контроля результата могут решать разные задачи. Общей надписи «для нефтепродуктов» для выбора недостаточно.
Сравнение кривых разных методов требует общей основы расчёта и установленного способа сопоставления результатов.
Как воздух готовят к криогенному разделению
Для криогенного разделения воздух сжимают, очищают, осушают и охлаждают. Воду и углекислый газ удаляют, чтобы предотвратить образование твёрдых отложений в холодном оборудовании. Затем создают условия для контакта жидкой и паровой фаз в колоннах. Холодильный цикл обеспечивает холод и компенсирует теплопритоки. Само охлаждение воздуха не обеспечивает разделения на продуктовые потоки: для этого нужна ректификация.
Подготовка включает следующие операции:
- Фильтрация задерживает частицы из атмосферного воздуха.
- Компрессор повышает давление; последующее охлаждение позволяет отделить конденсат.
- Блок очистки удаляет остаточную влагу, CO₂ и предусмотренные проектом загрязнения.
- Основной теплообменник охлаждает воздух обратными потоками продуктов разделения.
- Расширение части потока и работа холодильного цикла обеспечивают холод для ректификации.
Российский разработчик описывает принцип на странице криогенной технологии разделения воздуха. Конкретный состав оборудования и распределение потоков зависят от цикла установки.
Осушка не подтверждает удаление углеводородных загрязнений.
Удаление замерзающих примесей поддерживает проходимость холодных каналов. Контроль углеводородов решает другую задачу — предупреждает их опасное накопление в кислородсодержащих жидких потоках. Один результат измерения влажности не подтверждает выполнение обеих задач.
Для допустимых концентраций загрязнений конкретной установки нет данных. Пределы и точки контроля задаёт её документация. Значения для другой установки нельзя переносить без проверки условий их применения.
Как из воздуха получают азот, кислород и аргон?
При криогенной ректификации пар обогащается азотом, а жидкость — кислородом. Многократный контакт фаз позволяет получать раздельные потоки. В двухколонной схеме колонны повышенного и пониженного давления связаны конденсатором-испарителем. Для получения аргона нужен отдельный контур разделения и очистки. Боковой отбор аргонсодержащего потока из основной колонны сам по себе не даёт продукционного аргона.
Назначение аппаратов определяет ГОСТ Р 71142-2023. Нижняя колонна предварительно разделяет воздух на азот и кубовую жидкость, обогащённую кислородом. Эти потоки после подготовки поступают в верхнюю колонну.
В конденсаторе-испарителе азот со стороны повышенного давления конденсируется. Выделяющаяся теплота передаётся кипящей кислородсодержащей жидкости со стороны пониженного давления. Разность давлений обеспечивает нужное соотношение температур. Потоки обмениваются теплотой через стенку аппарата.
Верхняя колонна служит для получения азота, кислорода и, при соответствующем оснащении, аргоновой фракции. Дальнейшее получение продукционного аргона требует отделения кислорода и азотной примеси.
Без аргонового контура выпуск аргона эта схема не обеспечивает.
Описание передаёт функции узлов, но не заменяет схему соединений конкретной установки. Для чистоты, давления выдачи и агрегатного состояния её продуктов здесь нет данных. Справочные температуры кипения чистых веществ не заменяют рабочие температуры смесей под давлением.
Что общее у двух процессов и почему ухудшается разделение
Нефтеперегонка и криогенное разделение воздуха используют различия в летучести компонентов и контакт пара с жидкостью. Разделение ухудшается при нарушении теплового баланса, давления, распределения жидкости или допустимой нагрузки колонны. Однако изменение состава продукта ещё не указывает на причину. До изменения режима нужно отделить нарушение работы установки от ошибки пробоотбора или испытания: одинаковый результат анализа допускает разные объяснения.
| Критерий | Перегонка нефти | Разделение воздуха |
|---|---|---|
| Сырьё | Сложная углеводородная смесь | Газовая смесь атмосферного воздуха |
| Подготовка | Обезвоживание и обессоливание | Очистка, осушка, удаление CO₂ |
| Тепловой режим | Нагрев с рекуперацией теплоты | Глубокое охлаждение с обратным теплообменом |
| Давление | Атмосферный и вакуумный блоки | Давления, связанные выбранным циклом |
| Продукты | Многокомпонентные фракции и остатки | Азот, кислород, при оснащении — аргон |
| Контроль | Фракционный состав и показатели потоков | Содержание основного газа и примесей |
Недостаточное отпаривание оставляет лёгкие компоненты в тяжёлом погоне. Унос капель переносит тяжёлые компоненты в лёгкий продукт. Загрязнение насадки, повреждение тарелок и неравномерное орошение ухудшают контакт фаз.
При захлёбывании дополнительное орошение усугубляет нарушение.
Поэтому увеличение флегмы подходит только при запасе допустимой нагрузки. Если колонна уже захлёбывается, такой способ восстановления разделения неприменим.
Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям ИТС НДТ 30-2021 описывает процессы нефтепереработки. Стандарты испытаний задают измерительные процедуры, а страница разработчика объясняет принцип технологии. Ни один из этих источников не заменяет регламент конкретной установки.
Для первичной проверки сопоставьте точку отбора, метод анализа и режим установки за один период.
Частые вопросы
Как происходит перегонка нефти?
Подготовленную нефть нагревают и разделяют в колоннах на фракции за счёт различий в летучести компонентов. Промышленная установка непрерывно принимает сырьё и выводит продукты. Лабораторная разгонка отдельной порции характеризует пробу в условиях испытания. Для переноса её результатов на промышленную установку нужны характеристика сырья, границы отборов и материальный баланс.
Какие фракции нефти получают при перегонке?
При атмосферной перегонке получают бензиновые, керосиновые и дизельные фракции, а также остаток — мазут. При вакуумной перегонке мазута выделяют газойлевые фракции и тяжёлый остаток. Названия и границы отборов зависят от схемы завода. Одинаковое название фракции не подтверждает одинаковый состав: для сравнения нужны показатели продукта и метод их определения.
Что означает перегонка бензина?
Так называют разделение бензиновой фракции на погоны либо лабораторное определение её фракционного состава. Иногда выражение используют и применительно к получению компонентов бензина. В заявке на испытание однозначная формулировка — «определение фракционного состава» с указанием метода. Для производственной операции нужны название исходной фракции и требования к получаемым погонам.
Как происходит перегонка воздуха?
В криогенной установке очищенный воздух охлаждают и разделяют ректификацией с участием жидкой и паровой фаз. Азот преимущественно переходит в пар, жидкость обогащается кислородом. Для мембранных и адсорбционных установок эта схема неприменима. Название выходного газа не определяет технологию: азот и кислород получают разными способами.
Химические реактивы, стандарт-титры и ГСО — каталог с ценами, отгрузка в регионы.
Источники
- ИТС НДТ 30-2021 «Переработка нефти» — технологические процессы нефтепереработки.
- ГОСТ 2177-99 «Нефтепродукты. Методы определения фракционного состава» — область применения и сведения об изменениях.
- ГОСТ Р 56720-2015 «Нефтепродукты и конденсат газовый стабильный. Определение фракционного состава методом газовой хроматографии» — методы имитированной дистилляции.
- ГОСТ Р 71142-2023 «Техника криогенная. Установки разделения воздуха криогенные и смежное оборудование отрасли криогенной техники. Термины и определения» — назначение узлов воздухоразделения.
