Нефть - это черное золото, без которого невозможно представить современную цивилизацию. От того, насколько эффективно мы умеем ее перерабатывать, зависит топливная безопасность всего мира. Давайте разберемся, как устроена прямая перегонка нефти - основа производства жидкого топлива.
Сущность процесса прямой перегонки нефти
Прямая перегонка нефти - это процесс разделения нефти на отдельные фракции, отличающиеся температурой кипения. Цель процесса - получение топливных дистиллятов (бензин, керосин, дизельное топливо) и остатка - мазута, который можно использовать для производства масел или подвергнуть дальнейшей переработке.
Основные этапы прямой перегонки нефти:
- Нагрев нефти в трубчатых печах до температуры 300-350°С.
- Подача парожидкостной смеси в ректификационные колонны.
- Разделение смеси на фракции в зависимости от температуры кипения.
- Вывод фракций, конденсация и охлаждение.
Важнейшее оборудование установок прямой перегонки нефти:
- Трубчатые печи - для нагрева нефти.
- Ректификационные колонны - для разделения фракций.
- Теплообменники и холодильники - для охлаждения продуктов.
Рассмотрим подробнее принцип работы колонн. Они представляют собой вертикальные цилиндры высотой до 45 метров, разделенные горизонтальными тарелками. Нефть поступает снизу, а ее пары поднимаются вверх, последовательно конденсируясь на тарелках. Так происходит разделение на фракции.
Типы установок для прямой перегонки
Различают два основных типа установок прямой перегонки нефти:
- Атмосферно-вакуумная трубчатая установка (АВТ)
- Атмосферно-трубчатая установка (АТ)
Особенностью АВТ является наличие двух ректификационных колонн:
- Первая работает при атмосферном давлении, выделяет топливные фракции.
- Вторая работает при пониженном давлении, выделяет из оставшегося мазута масляные фракции.
В установках АТ есть только одна колонна, работающая при атмосферном давлении. Поэтому глубина переработки на АВТ выше, чем на АТ. Но АТ проще и дешевле в эксплуатации.
Получаемые фракции и продукты
В результате прямой перегонки нефти получают следующие фракции:
| Бензин | Керосин | Дизельное топливо |
| Лигроин | Мазут | Масляные дистилляты |
Конкретный выход зависит от типа нефти и оборудования. Например, для западносибирской нефти на установке по топливно-масляному варианту:
- бензин - 15%
- лигроин - 8%
- керосин - 18%
- дизтопливо - 5%
- мазут - 55%
Полученные фракции подвергают очистке от серы и других примесей, после чего используют как готовые нефтепродукты. Например, бензин и дизельное топливо - в качестве моторного топлива, керосин - как реактивное или осветительное, а масляные дистилляты - для производства смазочных масел.
Мазут можно либо реализовывать для нужд энергетики, либо отправлять на дальнейшую переработку - например, для производства битумов или нефтяного кокса.
Вторичная переработка фракций
Полученные в результате прямой перегонки фракции обычно требуют дополнительной обработки для улучшения качества и повышения выхода целевых продуктов. Эти процессы называются вторичной переработкой.
Основные процессы вторичной переработки:
- Каталитический риформинг бензиновых фракций. Повышает октановое число за счет увеличения содержания ароматических углеводородов.
- Гидроочистка дистиллятов. Удаляет сераорганические соединения, улучшает экологические характеристики топлив.
- Каталитический крекинг газойлей. Разрушает тяжелые молекулы с образованием дополнительного объема бензина и газа.
- Гидрокрекинг вакуумного газойля также позволяет увеличить выход целевых фракций за счет «раскалывания» молекул.
Новые технологии прямой перегонки нефти
Несмотря на кажущуюся простоту, процесс прямой перегонки постоянно совершенствуется. Это позволяет повысить эффективность производства, качество получаемых продуктов, а также снизить негативное воздействие на окружающую среду.
Перспективные направления развития:
- Применение катализаторов в колоннах для более эффективного разделения.
- Использование тепловых насосов для утилизации низкопотенциального тепла.
- Внедрение более компактного теплообменного оборудования.
- Разработка технологий по переработке тяжелых остатков с минимальным образованием отходов.
Альтернативы прямой перегонке нефти
Несмотря на широкое распространение, прямая перегонка имеет ряд недостатков, таких как высокое энергопотребление, большие потери ценных фракций и значительный выход тяжелых остатков.
В качестве альтернативы в последнее время рассматриваются различные способы, позволяющие миновать стадию высокотемпературного нагрева, например:
- Экстракция растворителями при обычных температурах.
- Фильтрационные и сорбционные методы разделения.
- Каталитическое крекирование без нагрева.
Однако пока эти технологии не получили широкого промышленного применения.
Экономические аспекты прямой перегонки нефти
Процесс прямой перегонки требует значительных капитальных вложений. Стоимость строительства установки комплексной переработки нефти мощностью 6 млн тонн в год может составлять около 2 миллиардов долларов.
Основные статьи затрат при эксплуатации:
- Сырье - нефть.
- Вспомогательные материалы - катализаторы, химреагенты.
- Энергоресурсы - электроэнергия, тепло.
- Заработная плата персонала.
- Техническое обслуживание и ремонт оборудования.
Доходы формируются за счет реализации произведенных нефтепродуктов. Для рентабельности важно обеспечить максимально возможную глубину переработки сырья.
Прямая перегонка нефти в России
В России первый нефтеперерабатывающий завод был построен еще в 1878 году под Баку. С тех пор отрасль активно развивалась. Сегодня в РФ действует около 30 крупных НПЗ с суммарной мощностью более 250 млн тонн в год.
Крупнейшие российские НПЗ:
- Омский НПЗ - 22 млн тонн в год.
- Рязанская НПК - 15 млн тонн в год.
- Московский НПЗ - 12 млн тонн в год.
Объем переработки нефти в России с 1990 г. вырос почти в 2 раза. Это стало возможным благодаря модернизации действующих и строительству новых установок прямой перегонки по самым современным технологиям.
Прямая перегонка нефти за рубежом
Крупнейшие центры нефтепереработки располагаются также в США, Китае и Индии.
Самые большие НПЗ мира:
- Джамнагар (Индия) - 68,2 млн тонн в год.
- Порт-Артур (США) - 59,5 млн тонн в год.
- Рас Танура (Саудовская Аравия) - 46,9 млн тонн в год.
В этих странах также активно внедряются современные технологии для повышения эффективности процесса прямой перегонки нефти.
