ТЕХНОЛОГІЇ ХІМІЧНИХ ВИРОБНИЦТВ ТА НАФТОПЕРЕРОБЛЕННЯ
2. Технології продуктів нафтоперероблення (дистиляція, термічна переробка, каталітичний крекінг та ін.). Фракційна переробка нафти
Перший нафтопереробний завод в Україні був побудований у 1816 р. у м. Дрогобичі (Львівська обл.). Цим був розпочатий процес переробки нафти не тільки в Україні, а й у всій Європі.
Органічна частина нафти складається в основному з вуглеводнів трьох рядів: парафінового (алкани), нафтенового (циклани) і ароматичного (арени).
З нафтенового ряду в нафті присутні моноциклічні похідні (ряди циклогексану і циклопентану) і поліциклічні нафтени з двома, трьома і великою кількістю кілець. Їхній вміст у нафті складає 25—75 %. Арени (бензол, толуол, етилбензол, ксилол) — їхній вміст у нафті значно в меншій кількості порівняно з алканами і цикланами. Крім того, у нафті присутній ряд сполук, що містять кисень і сірку. До їхнього числа відносяться, наприклад, смолисті й асфальтенові речовини, звичайно їхній вміст — 10...20 %, але іноді може бути і 50...60 %.
Сірчисті та речовини, що містять кисень, є небажаними домішками нафти. Як правило, вони погіршують якість нафтопродуктів і ускладнюють їхню переробку.
Існують кілька класифікацій нафти, в основу яких покладені такі ознаки:
густина; Густина нафти, як уже вказувалося, перебуває в межах 780... 1040 кг/м3. Нафту густиною нижче 900 кг/м3 називають легкою, вище 900 кг/м3 — важкою.
груповий склад фракцій, що відділяються при температурі кипіння до 250—300°С; В основу хімічної класифікації нафти покладений груповий склад фракцій. Нафту відносять до класу парафінових, нафтенових або ароматичних, якщо в ній має перевагу відповідний ряд вуглеводнів.
Якщо груповий склад фракцій характеризується вмістом вуглеводнів різних рядів не менш 25 %, то нафту відносять до одного зі змішаних класів: парафінонафтенових, нафтеноароматичних або парафінонафтеноароматичних.
технологічна класифікація за потенційним вмістом основних компонентів.
Технологічна класифікація, передбачена стандартом, будується з урахуванням складу нафти і потенційного вмісту в ній основних компонентів. Відповідно до цієї класифікації, за потенційним вмістом палива (45...30 % і менш) розрізняють нафту трьох типів Т1, Т2, Т3; за потенційним вмістом мастил (25...15 % і менш) — груп М1, М2, М3 і М4; за вмістом сірки (0,5...2 %) — трьох класів; за вмістом парафіну (1,5...6 %) — трьох видів П1, П2, П3.
Класифікація та властивості нафтопродуктів
Після переробки нафти отриману продукцію можна умовно розділити на три групи:
палива, що одержують з нафти, за призначенням поділяються на зріджені та стиснуті паливні гази, рідкі палива для карбюраторних двигунів (бензин, гас), для двигунів із запаленням від стиску (дизельне паливо), для реактивних двигунів (реактивне паливо), для котельних установок (котельне паливо);
мастила розділяються на моторні, індустріальні мастила, мастила для роботи при підвищеній температурі, консистентні мастильні матеріали та спеціальні мастила;
інші продукти - це всі продукти нафтопереробки, за винятком тих, котрі використовуються як сировина для подальшої хімічної переробки. Це розчинники, керосини для освітлення, парафін, вазелін, бітуми нафтові, пек, просочувальні матеріали, електродний кокс та сажа і т. п.
Особливу групу складають продукти, що є сировиною для органічного або нафтохімічного синтезу. До них належать низькомолекулярні насичені вуглеводні (метан, етан, пропан, бутан), низькомолекулярні ненасичені вуглеводні — олефіни (етилен, пропілен, бутилен і ін.), ароматичні вуглеводні і їхні похідні (бензол, толуол, ксилол, нафталін і ін.), сірчисті та сполуки, що містять кисень.
Для бензину найбільш важлива властивість - антидетонаційна стійкість, що визначається октановим числом. Октанове число визначається відсотковим вмістом малосхильного до детонації ізооктану (С8Н18) у порівнянні з присутнім у паливі нормальним гептаном (С7Н16), що згоряє з вибухом і викликає передчасний знос двигуна. Оскільки детонаційна стійкість ізооктану умовно прийнята за 100 одиниць, а н-гептана за 0, якість палива тим краща, чим більше в ньому ізооктану і, отже, чим вище октанове число. Автомобільні бензини мають октанові числа 66, 72, 76, 93, 95 та 98, авіаційні — 70, 91, 95, 100, тракторний бензин — 40 і 45.
Експлуатаційні властивості бензину також залежать від його хімічної і фізичної стабільності, теплоти згоряння, температури кристалізації розчинених речовин, вмісту домішок. Ці показники нормовані за видами і марками палива.
Однією з найважливіших властивостей дизельного палива є його здатність займатись при впирскуванні в камеру згоряння, де знаходиться стиснуте повітря. Займистість дизельного палива оцінюється цетановим числом, що дорівнює об’ємному вмістові цетану (С16H34) у такій його суміші з метилнафталіном, що при стандартних умовах випробовувань має однакову займистість з досліджуваним паливом. Найбільше цетанове число (до 70—80) характерне для парафінових вуглеводнів нормального ряду, найменше — для ароматичних вуглеводнів. Таким чином, чим більше цетанове число, тобто чим більше в паливі парафінів і менше ароматичних сполук, тим вища якість дизельного палива. Для тихохідних двигунів (з числом обертів менше 1000 за хвилину) використовуються солярові масла з цетановим числом від 40 до 50.
Для дизельного палива, як і для бензину, найважливішою характеристикою є випаровуваність палива. Особливо строго регламентуються для дизельного і карбюраторного палива всіх марок кислотність, лужність, а також вміст сірки і вологи, оскільки вони скорочують термін служби двигуна.
Реактивне паливо застосовують у реактивних і газотурбінних двигунах. В основному це керосини, що містять бензинові й важкі фракції і різні присадки, призначення яких збільшити термічну стабільність палива, підсилити мастильні і послабити абразивні властивості продуктів згоряння.
Мастила застосовуються у всіх двигунах, що рухаються, для зменшення тертя і відводу тепла, що досягається завдяки утворенню на поверхні тіл, що труться, масляної плівки.