|
Реферат: Нефтехимия и безотходная технология (Химия)
Сегодня понятно всем, что кладовая Земли не бездонна. И если
необходимые (необходимое используется, а остальное идёт в отходы!) и легко
доступные (доступное сегодня!) полезные ископаемые извлекать так же, как и
это делалось и в начале века, то они быстро иссякнут. Конечно, мы знаем,
что ничто из ничего не возникает и не исчезает бесследно, т. е.
использованные вещества, материалы, отслужив свой век, разлагаются,
распадаются, но ведь химические элементы, из которых они состоят,
рассеиваются в биосфере. Задача состоят в том, чтобы устранить эти потери.
Научно-технический прогресс, дающий человеку много благ,
одновременно оказывает и отрицательное влияние на окружающую природу. В
результате сжигания топлива и других промышленных процессов за последние
100 лет в атмосферу выделено около 400 млрд. т оксида углерода (IV); его
концентрация в атмосфере возросла на 18%. За год в атмосферу выбрасывается
более 200 млн.т оксида углерода (II), более 50 млн.т оксидов азота.
Вредное воздействие на гидросферу оказывают продукты
нефтехимических предприятий.
Какой же выход видит наука, в частности химия, из создавшегося
экологического кризиса? Прежде всего это создание технологий, по которым
большая часть природных ресурсов, вовлекаемых в хозяйственный оборот,
должна будет преобразовываться в полезную продукцию. Ту часть, которую на
современном уровне развития науки и техники нельзя использовать, необходимо
обезвредить. Уже сегодня промышленные объекты имеют очистные сооружения
для сточных вод, газо- и пылеулавливающие устройства, внедряются замкнутые
системы водоснабжения, малоотходные технологические системы.
Для очистки воздуха и жидкостей от вредных примесей химики-
технологи применяют абсорбционные, адсорбционные и каталитические методы.
При абсорбации вредных веществ происходит их растворение во всём объёме
поглотителя или химическое взаимодействие в абсорбационной жидкости ( чаще
всего в воде) с реагентом. Процесс адсорбации основан на способности
некоторых мелкопористых веществ (уголь, силикагель) поглощать
растворённые или газообразные вещества своей поверхностью. Например, если
в камеру, где образуется нежелательный оксид серы (IV), ввести известняк,
негашёную известь или доломит CaCO3, MgCO3, то произойдёт реакция:
2CaO+2SO2+O2=2CaSO4
Сульфат кальция находит применение в сернокислотном производстве и
строительстве.
Известняк, а вернее, раствор карбоната кальция для улавливания
оксида серы (IV) применяется на ТЭС. К сожалению, это не решает
экологической проблемы полностью, так как образуются отходы в виде
сульфита кальция, идущего просто в отвал. Кроме того, затраты на
строительство сероулавливающих установок ныне действующих ТЭС составляют
50% стоимости всей станции.
Разработана комплексная схема переработки смолы пиролиза
этиленового производства. Схема включает процессы термополиконденсации,
фракционирования дистиллята, приготовления сажевого сырья с высоким
значением индекса корреляции и синтеза суперпластификатора - эффективной
добавки к бетонным смесям. На стадии термополиконденсации целевым продуктом
является высококачественный нефтяной пиролизный пек, обладающий низким
содержанием серы и мезогенными свойствами.
Из 1т. смолы пиролиза и реагентов, требуемых на стадии синтеза
суперпластификатора (серной кислоты, формалина, едкого натра), может быть
получено 370 кг нефтяного пека, 276 кг сырья для сажи, 1130 кг
суперпластификатора (в виде водного раствора с концентрацией 36%) и 32 кг
ароматической углеводородной фракции 70-180°С . Таким образом, по
применяемой технологии практически вся смола пиролиза превращается в ценные
товарные продукты. Углеводородные газы, получаемые на стадии
термополиконденсации (выход 2-3%), могут быть утилизированы путем дожига в
трубчатой печи. Сточная вода процесса термополиконденсации используется при
синтезе суперпластификатора. Для основных продуктов процесса выполнены
токсикологические испытания и технологические испытания в производстве
бетона, искусственного графита и технического углерода (сажи).
Сейчас создана технология термокаталитической переработки тяжелых
нефтяных остатков (мазутов, гудронов) с получением низкомолекулярных
олефинов, легких дистиллятных продуктов и остатка с низким содержанием
асфальтенов и металлов. В качестве катализаторов используются доступные и
недорогие материалы. Преимуществом технологии по сравнению с известными
способами переработки нефтяных остатков является низкий выход кокса при
высокой степени конверсии; технология гидрооблагораживания широкой
газойлевой фракции термокаталитической переработки нефтяных остатков с
высоким выходом (до 70 % на сырье) дизельной фракции;
Кроме того созданы технологии комплексной безостаточной переработки
гудрона с выпуском высококачественного дорожного битума (компаунды асфальта
с tразм. = 70о С с сырьем), сырья каталитического крекинга (деасфальтизат с
содержанием тяжелых металлов не более 10-15 ppm), высоковязкого масла для
редукторов, трансмиссии и связующего для брикетирования углей.
Экологической химией разрабатываются отдельные промышленные
производства по схеме биоценозов, в которых виды живых организмов связаны
между собой так, что не происходит "выпадения" из круговорота химических
элементов или веществ: отходы одного предприятия служат сырьём для другого.
Создаются системы комплексного производства путём территориального и
функционального объединения производств, использующих разные стороны
используемого сырья.
Вся история развития цивилизации - поиск источников энергии. Это
весьма актуально и сегодня. Ведь энергия - это возможность дальнейшего
развития индустрии, получение устойчивых урожаев, благоустройство городов и
оказание помощи природе в залечивании ран, нанесённых ей цивилизацией.
Поэтому решение энергетической проблемы требует глобальных усилий. Свой
немалый вклад делает химия как связующее звено между современным
естествознанием и современной техникой.
В течение 80 лет одни основные источники энергии сменялись
другими: дерево заменили на уголь, уголь - на нефть, нефть - на газ,
углеводородное топливо - на ядерное. К началу 80-х годов в мире около 70%
потребности в энергии удовлетворялось за счёт нефти и природного газа, 25%
- каменного и бурого угля и лишь около 5% - других источников энергии.
Сейчас наиболее крупными потребителями органического топлива
являются промышленность и тепловые электростанции. Из всего используемого
топлива около 20% идёт на производство электроэнергии, 30% - на получение
так называемой низкопотенциальной теплоты (отопление помещений, горячая
вода и т.д.), 30% - на автономный транспорт (авиация, морской и
автотранспорт). Около 20% топлива потребляет химическая и металлургическая
промышленность.
В век научно-технического прогресса проблема нехватки
энергетических ресурсов особенно обострилась, так как растущая техника
требует всё больше и больше "питания" в виде электроэнергии, органического
топлива и пр. Но кому же решать эту проблему как не самому НТП. И для этого
есть все данные сегодня и в перспективе.
Поскольку среди видов горючего наиболее дефицитным является жидкое,
во многих странах выделены крупные средства для создания рентабельной
технологии переработки угля в жидкое (а также газообразное) топливо. В этой
области сотрудничают учёные России и Германии. Суть современного процесса
переработки угля в синтез-газ заключается в следующем. В плазменный
генератор подаётся смесь водяного пара и кислорода, которая разогревается
до 3000оС. А затем в раскалённый газовый факел поступает угольная пыль, и в
результате химической реакции образуется смесь оксида углерода (II) и
водорода, т.е. синтез-газ. Из него получают метанол: CO+2H2=СH3OH.
Метанол может заменить бензин в двигателях внутреннего сгорания.
В плане решения экологической проблемы он выгодно отличается от нефти,
газа, угля, но, к сожалению, теплота его сгорания в 2 раза ниже, чем у
бензина, и, кроме того, он агрессивен по отношению к некоторым металлам,
пластическим массам.
История развития нефтяной индустрии короче, чем угольной. Хотя
нефть использовалась с античных времён для освещения и как топливо,
неудержимые темпы роста её добычи и использования тесно связаны с
созданием авто- и авиатранспорта. Начиная с 1854 г. простой перегонкой
нефти стали получать керосин. Низкокипящие фракции не использовалисяь. В
1913 г. американец У. Бартон разработал термический крекинг-процесс,
который дал возможность не только производить до 50% бензина из нефти, но и
осуществлять гидрогенизацию ненасыщенных углеводородов, образующихся во
время крекинга. Например, в 1928 г. по крекинг-процессу из 195 млн. м3
нефти было полученно 62 млн. м3 бензина,18 млн. м3 керосина, 7 млн .м 3
смазочных масел, остальное - газойль, мазут, парафин, асфальт и др.
А нельзя ли бензин заменить газом? Впервые исседования по
применению сжатого природного газа в транспорте велись в 30-х годах, а в 50-
х на дорогах только нашей страны было 20000 автомобилей, работающих на
таком горючем. Появившийся дешёвый бензин оказался вне конкуренции. Но в
связи с повышение цен на нефтепродукты учёные снова обратились к старым
проектам: бензин можно заменить сжиженой пропан-бутановой смесью, которую
хранят при обычной температуре. Она дешевле бензина, менее токсична,
продлевает срок службы двигателя. Но вся беда в том, что природные запасы
газа также небезграничны, как и нефти.
В "Таинственном острове", опубликованном в 1874 г., Жюль Верн
говорит о том, что уголь и другие ископаемые будут заменены новым топливом
- водой, состоящей из водорода и кислорода, которые и станут неиссякаемыми
источниками теплоты и света. Обнаружил горючесть водорода Я.ван Гельмонт.
Это свойство делает водород основным претендентом на звание топлива
будущего. При его сгорании в чистом кислороде достигается температура до
2800оС. Такое пламя легко плавит кварц и большинство металлов. Теплота
сгорания водорода в кислороде равна 142650 кДж/кг.
Химическое производство сейчас основной поставщик водорода, но
бесперспективный, так как цена сырья, а им чаще всего являются
углеводороды, неумолимо растёт. Электролиз наиболее прямой метод получения
чистого водорода. Конкурентоспособность электролиза определяется наличием
дешёвой электроэнергии. Существует ещё множество разработанных технических
предложений получения водорода, но наибольшие надежды возлагаются на
энергию ядерных электростанций.
Если сравнить энергию, полученную химическим путём, с энергией,
полученной от эквивалентниго количества вещества в ходе цепных реакций
деления тяжёлых элементов (плутония, урана). Энергия сгорания 1 г древесины
достаточна для того, чтобы электрическая лампочка в 100 Вт горела 1 мин,а
энергии сгорания 1 г угля хватит для двух таких лампочек. Для освещения в
течение часа города с 60 000 жителей хватит энергии 1г урана-235. Энергия,
заключается в 1 г тяжелого водорода - компонента топлива реакции
термоядерного синтеза, в 7,5 раза больше, чем в 1 г урана-235. На год
работы АЭС мощностью 1 млн.кВт необходимо 30 - 50 т уранового топлива, а
для теплоэлектростанции такой же мощности требуется 1,6 млн.т мазута или
2,5 млн.т угля.
Сейчас ядерная энергетика развивается по пути широкого внедрения
реакторов на быстрых нейтронах. В таких реакторах используется уран,
обогащённый изотопом 235U ( не менее чем на 20%), а замедлителя нейтронов
не требуется. Ядерная реакция - деление 235U - высвобождает нейтроны,
которые вступают в реакцию с 238U :
238U+ 1n ? 239U+?
92 0 92
Изотоп урана, являющийся продуктом этой реакции, быстро
распадается (Т1/2= 23 с), превращаясь в изотоп нептуния (Т1/2= 50 ч), а
тот, в свою очередь, в изотоп плутония:
239 239 0 -
92U ? 93 Np + 1 e
239 239 0 -
93Np ? 94Pu + 1e
239Pu гораздо более стабильный изотоп, чем два его предшественника.
Его, как и некоторые другие изотопы плутония, образующиеся в реакторе,
можно использовать в качестве ядерного горючего, в том числе в реакторах на
быстрых нейтронах.
В настоящее время ядерная энергетика и реакторостроение - это
мощная индустрия с большим объёмом капиталовложений. Для многих стран она
важная статья экспорта. Для реакторов и вспомогательного оборудования
требуются особые материалы, в том числе высокой частоты. Задача химиков,
металлургов и других специалистов - создание таких материалов. Над
обогащением урана тоже работают химики и представители других смежных
профессий.
Сейчас перед атомной энергетикой стоит задача вытеснить
органическое топливо не только из сферы производства электроэнергии, но так
же из теплоснабжения и в какой-то мере из металлургической и химической
промышленности путём создания реакторов энерготехнологического значения.
АЭС в перспективе найдут ещё одно применение - для производства
водорода. Часть полученного водорода будут потреблятся химической
промышленностью, другая часть послужит для питания газотурбинных установок,
включаемых при пиковых нагрузках.
Важнейший воспроизводимый источник энергии на планете - энергия
Солнца. Роль химиков в освоении этой энергии - это и создание материалов
для солнечных батарей и преобразователей, и разработка способов
консервации энергии, в том числе термохимических способов её накопления в
виде горючего с высокой калорийностью, например водорода, а также
разработка солевых систем - накопителей энергии.
Ядерная и солнечная энергетика тесно смыкаются с водородной
энергетикой, под которой понимают использование водородного горючего,
например не транспорте.
Возможно, что в дальнейшем все углеводородное сырьё пойдёт на синтез
разнообразных материалов. Топливом же будет служить ядерное горючее или
какой-либо другой вид топлива.Это одно из решений сырьевой и энергетической
проблем.
Помоему, любой способ извлечения энергии ( в любом виде) из недр
Земли представляет собой совокупность положительных и отрицательных черт, и
как мне кажется, преобладают далеко не положительные. На мой взгляд,
существует только один практически безопасный способ добычи энергии:
активное использование энергии Солнца и ветра, исключая использование
энергии вод Мирового Океана.
Список используемое литературы:
1. Журналы «Нефть России» 2000г. №№ 5,9.
2. Журналы «Нефтепереработка и нефтехимия» 2000г. №№ 1,2.
3. «Большая Энциклопедия 2000».
4. «Химия и научно-технический прогресс» И.Н.Семёнов,
А.С. Максимов, А.А.Макареня.
-----------------------
Реферат по химии на тему:
«Нефтехимия и безотходная технология,
совместимы ли они.
Какие перспективы нефтехимии, учитывая,
что запасы нефти не безграничны.
Что может прийти на смену нефтехимии».
Реферат на тему: Нефть
“Нефть”
(реферат по химии )
Краснов Иван 10”Б” класс
План:
1. Происхождение нефти
2. Переработка нефти
1. Перегонка нефти
2. Крекинг
3.
Происхождение нефти
Вопросы об исходном веществе, из которого образовалась нефть, о процессах
нефтеобразования и формирования нефти в концентрированную залежь, а
отдельных залежей в месторождения до сего времени ещё не являются
окончательно решёнными. Существует ряд мнений как об исходных для нефти
веществах, так и о причинах и процессах, обусловливающих её образование. В
последние годы благодаря трудам главным образом советских геологов,
химиков, биологов, физиков и исследователей других специальностей удалось
выяснить основные закономерности в процессах нефтеобразования. В настоящее
время установили, что нефть органического происхождения, т.е. она, как и
уголь, возникла в результате преобразования органических веществ.
Ранее выдвигались и другие теории образования нефти.
В конце XIX в., когда в астрономии и физике получило развитие применение
спектральных методов исследования и в спектрах различных космических тел
были обнаружены не только углерод и водород, но и углеводороды, русский
геолог Н. А. Соколов выдвинул космическую гипотезу образования нефти. Он
предполагал, что когда земля была в огненно-жидком состоянии, то
углеводороды из газовой оболочки проникли в массу земного шара, а
впоследствии при остывании выделились на его поверхности. Эта гипотеза не
объясняет ни географического, ни геологического распределения нефтяных
месторождений…
В конце XIX в. Д. И. Менделеевым, обратившим внимание на приуроченность
известных тогда месторождений нефти к краевым частям гор, была выдвинута
теория неорганического происхождения нефти. Предполагалось, что
углеводороды, образующиеся при действии воды на раскалённые карбиды
металлов, проходили по трещинам из глубоких слоёв в зону осадочной
оболочки земного шара, где путём их конденсации и гидрогенизации
образовались нефтяные месторождения.
Эта теория образования нефти не получила признания среди геологов и
химиков. Трудно представить себе образование нефти путём действия на
карбиды металлов воды океанов, просочившейся в глубину земли по трещинам
земной коры, так как эти трещины не могут идти так глубоко.
Кроме того, наличие в земной коре больших залежей карбидов железа, до
которых может проникнуть вода океанов, очень сомнительно.
Количество металлического железа (а не его окислов), которое может попасть
из очень глубоких зон на поверхность твёрдой коры, ничтожно. Окислы железа
содержать карбиды металлов не могут. Вероятность же наличия карбидов
металлов в самом металлическом железе также крайне незначительна.
Все приведённые выше соображения говорят о том, что в наружной оболочке
космического типа при наличии окислительной обстановки не приходится
ожидать образования и сохранения карбидов железа и других металлов в
сколько-нибудь значительных количествах…
М. В. Ломоносов первый указал на связь между горючими полезными
ископаемыми - углём и нефтью и выдвинул впервые в мире в середине XVIII в.
гипотезу о происхождении нефти из растительных остатков.
Академик В. И. Вернадский обратил внимание на наличие в нефти азотистых
соединений, встречающихся в органическом мире.
Предшественники академика И. М. Губкина, русские геологи Андрусов и
Михайловский также считали, что на Кавказе нефть образовалась из
органического материала. По мнению И. М. Губкина, родина нефти находится в
области древних мелководных морей, лагун и заливов. Он считал, что уголь и
нефть – члены одного и того же генетического ряда горючих ископаемых.
Уголь образуется в болотах и пресноводных водоёмах, как правило, из высших
растений. Нефть получается главным образом из низших растений и животных,
но в других условиях.
Нефть постепенно образовывалась в толще различных по возрасту осадочных
пород, начиная от наиболее древних осадочных пород – кембрийских, возникших
600 млн. лет назад, до сравнительно молодых – третичных слоёв, сложившихся
50 млн. лет назад.
Накопление органического материала для будущего образования нефти
происходило в прибрежной полосе, в зоне борьбы между сушей и морем…
По вопросу об исходном материале существовали разные мнения. Некоторые
учёные полагали, что нефть возникла из жиров погибших животных (рыбы,
планктон и др.), другие считали, что главную роль играли белки, третьи
придавали большое значение углеводам. Теперь доказано, что нефть может
образоваться из жиров, белков и углеводов, т.е. из всей суммы органических
веществ.
И. М. Губкин дал критический анализ проблемы происхождения нефти и
разделил органические теории на три группы: теории, где преобладающая роль
в образовании нефти отводится погибшим животным; теории, где преобладающая
роль отводится погибшим растениям, и, наконец, теории смешанного животно-
растительного происхождения нефти.
Последняя теория, детально разработанная И. М. Губкиным, носит название
сапропелитовой от слова “сапропель” – глинистый ил – и является
господствующей. В природе широко распространены различные виды
сапропелитов.
Различие в исходном органическом веществе является одной из причин
существующего разнообразия нефтей. Другими причинами являются различие
температурных условий вмещающих пород, присутствие катализаторов и др., а
также последующие преобразования пород, в которых заключена нефть…
В СССР были проведены исследования, в результате которых удалось
установить роль микроорганизмов в образовании нефти. Т. Л. Гинзбург-
Карагичева, открывшая присутствие в нефти разнообразнейших микроорганизмов,
привела в своих исследованиях много новых, интересных сведений.
Она установила, что в нефтях, ранее считавшихся ядом для бактерий, на
больших глубинах идёт кипучая жизнь, не прекращавшаяся миллионы лет подряд.
Целый ряд бактерий живёт в нефти и питается ею, меняя, таким образом,
химический состав нефти. Академик И. М. Губкин в своей теории
нефтеобразования придавал этому открытию большое значение. Гинзбург-
Карагичевой установлено, что бактерии нефтяных пластов превращают различные
органические продукты в битуминозные.
Под действием ряда бактерий происходит разложение органических веществ и
выделяется водород, необходимый для превращения органического материала в
нефть…
Академиком Н. Д. Зелинским, профессором В. А. Соколовым и рядом других
исследователей большое значение в процессе нефтеобразования придавалось
радиоактивным элементам. Действительно, доказано, что органические вещества
под действием альфа-лучей распадаются быстрее и при этом образуются метан и
ряд нефтяных углеводородов.
Академик Н. Д. Зелинский и его ученики установили, что большую роль в
процессе нефтеобразования играют катализаторы.
В более поздних работах академик Зелинский доказал, что входящие в состав
животных и растительных остатков пальмитовая, стеариновая и другие кислоты
при воздействии хлористого алюминия в условиях сравнительно невысоких
температур (150-400о) образуют продукты, по химическому составу,
физическим свойствам и внешнему виду похожие на нефть. Профессор А. В.
Фрост установил, что вместо хлористого алюминия – катализатора,
отсутствующего в природе, - его роль в процессе нефтеобразования играют
обыкновенные глины, глинистые известняки и другие породы, содержащие
глинистые минералы.
Переработка нефти
Перегонка нефти
Как только вода в чайнике закипит, из чайника со свистом начнёт вылетать
пар. Если теперь подставить чайник к окну, то пар тотчас же начнёт
конденсироваться на стекле и со стекла станут падать капли
дистиллированной, или перегнанной воды. Перегонка нефти основана на том же
принципе – сначала нефть испаряется, а затем пары её конденсируют с
разделением на погоны – бензиновые, керосиновые и т.д.
Секрет получения светлых продуктов из чёрной нефти человек разгадал очень
давно. Ещё при Петре Первом пользовались очищенной нефтью.
Первый завод для очистки нефти был построен в России на Ухтинском нефтяном
промысле. Это было в 1745г., в период царствования Елизаветы Петровны. В
Петербурге и в Москве тогда для освещения пользовались свечами, а в малых
городах и деревнях – лучинами. Но уже и тогда во многих церквях горели
“неугасимые” лампады. В лампады наливалось гарное масло, которое было не
чем иным, как смесью очищенной нефти с растительным маслом.
Купец Набатов был единственным поставщиком очищенной нефти для соборов и
монастырей.
В конце XVIII столетия была изобретена лампа.
С появлением ламп увеличился спрос на керосин.
Когда братья Дубины построили в Моздоке нефтеперегонный завод, свой
керосин, называющийся тогда фотогеном, они отправляли в Россию.
И первый, и второй, и все последующие нефтеперегонные заводы получали
бензин, керосин и другие продукты выпариванием нефти.
Завод Дубининых был очень прост. Котёл в печке, из котла идёт труба через
бочку с водой в пустую бочку. Бочка с водой – холодильник, пустая бочка –
приёмник для керосина.
На современном заводе вместо котла устраивается ложная трубчатая печь.
Вместо трубки для конденсации и разделения паров сооружаются огромные
ректификационные колонны. А для приёма продуктов перегонки выстраиваются
целые городки резервуаров.
Нефть состоит из смеси различных веществ (главным образом углеводородов) и
потому не имеет определённой точки кипения. На трубчатках нефть подогревают
до 300-325о. При такой температуре более летучие вещества нефти
превращаются в пар.
Печи на нефтеперегонных заводах особые. С виду они похожи на дома без
окон. Выкладываются печи из лучшего огнеупорного кирпича. Внутри, вдоль и
поперёк, тянутся трубы. Длина труб в печах достигает километра.
Когда завод работает, по этим трубам с большой скоростью – до двух метров
в секунду – движется нефть. В это время из мощной форсунки в печь
устремляется пламя. Длина языков пламени достигает нескольких метров.
При температуре 300-325о нефть перегоняется не полностью. Если температуру
перегонки увеличить, углеводороды начинают разлагаться.
Нефтяники нашли способ перегонки нефти без разложения углеводородов.
Вода кипит при 100о тогда, когда давление равно атмосфере, или 760 мм. рт.
ст. Но она может кипеть, например, и при 60о. Для этого надо лишь понизить
давление. При давлении в 150 мм термометр покажет всего 60о.
Чем меньше давление, тем скорее закипает вода. То же самое происходит с
нефтью. Многие углеводороды в условиях атмосферного давления кипят только
при 500о. Следовательно, при 325о эти углеводороды не кипят.
А если снизить давление, то они закипят и при более низкой температуре.
На этом законе основана перегонка в вакууме, т. е. при пониженном
давлении. На современных заводах нефть перегоняется или под атмосферным
давлением, или под вакуумом, чаще всего заводы состоят из двух частей –
атмосферной и вакуумной. Такие заводы так и называются атмосферно-
вакуумные. На этих заводах получаются одновременно все продукты: бензин,
лигроин, керосин, газойль, смазочные масла и нефтяной битум. Неиспарившихся
частей при такой перегонки остаётся гораздо меньше, чем при атмосферной.
Дружнее происходит испарение нефти, когда в установку вводится пар.
Сложна и интересна работа ректификационной колонны. В этой колонне
происходит не только разделение веществ по их температурам кипения, но
одновременно производится дополнительное многократное кипячение
конденсирующейся жидкости.
Колонны делаются очень высокими – до 40 м. Внутри они разделяются
горизонтальными перегородками – тарелками – с отверстиями. Над отверстиями
устанавливаются колпачки.
Смесь углеводородных паров из печи поступает в нижнюю часть колонны.
Навстречу неиспарившемуся остатку нефти снизу колонны подаётся перегретый
пар. Этот пар прогревает неиспарившийся остаток и увлекает с собой все
лёгкие углеводороды вверх колонны. В нижнюю часть колонны стекает
освобождённый от лёгких углеводородов тяжёлый остаток – мазут, а пары
одолевают тарелку за тарелкой, стремясь к верху колонны.
Сначала превращаются в жидкость пары с высокими температурами кипения. Это
будет соляровая фракция, которая кипит при температуре выше 300о. Жидкий
соляр заливает тарелку до отверстий. Парам, идущим из печи, теперь
приходится пробулькивать через слой соляра.
Температура паров выше температуры соляра, и соляр снова кипит.
Углеводороды, кипящие при температуре ниже 300о, отрываются от него и
летят вверх колонны, на секцию керосиновых тарелок.
В соляре, выходящем из колонны, поэтому нет бензина или керосина.
В колоннах бывает 30-40 тарелок, разделённых на секции. Через все тарелки
проходят пары, на каждой они пробулькивают через слой сконденсировавшихся
паров и в промежутках между ними встречают падающие с верхней тарелки капли
лишнего, не убравшегося на верхнюю тарелку конденсата.
В колонне непрерывно идёт сложная, кропотливая работа. Углеводороды
собираются в секциях по температурам кипения. Для каждой группы
углеводородов в колонне имеются свои секции и свой выход.
Углеводороды сгруппируются в своей секции только тогда, когда в них не
будет углеводородов других температур кипения.
Когда они соберутся вместе, они из колонны выходят в холодильник, а из
холодильника – в приёмник.
Из самых верхних секций колонны идёт не бензин, а пары бензина, так как
температура вверху колонны выше температуры легко кипящих частей бензина.
Пары бензина идут сначала в конденсатор.
Здесь они превращаются в бензин, который направляется также в холодильник,
а затем в приёмник.
Крекинг
Крекинг изобрёл русский инженер Шухов в 1891 г. В 1913 г. изобретение
Шухова начали применять в Америке. В настоящее время в США 65% всех
бензинов получается на крекинг-заводах.
Наши нефтяники часто рассказывают о судебной тяжбе двух американских фирм.
Около двадцати пяти лет назад американская фирма Кросса обратилась в суд с
жалобой на то, что фирма Даббса присвоила её изобретение – крекинг. Фирма
Кросса требовала с фирмы Даббса большую сумму денег за “незаконное”
использование изобретения.
Суд встал на сторону Кросса. Даббсу приходилось совсем плохо.
Выручил Даббса адвокат. На суде адвокат заявил:
- Крекинг изобретён не Кроссом, а русским инженером Шуховым.
Шухов тогда был жив. Приехали к нему в Москву американцы и спрашивают:
- Чем вы докажете, что крекинг изобретён вами?
Шухов вынул из стола документы и предъявил американцам. Из документов было
ясно, что Шухов свой крекинг запатентовал за тридцать лет до тяжбы Кросса с
Даббсом.
Аппаратура крекинг-заводов в основном та же, что и заводов для перегонки
нефти. Это – печи, колонны. Но режим переработки другой. Другое и сырё.
Слово “крекинг” означает расщепление. На крекинг-заводах углеводороды не
перегоняются, а расщепляются. Процесс ведётся при более высоких
температурах (до 600о), часто при повышенном давлении.
При таких температурах крупные молекулы углеводородов раздробляются на
более мелкие.
Мазут густ и тяжёл, его удельный вес близок к единице. Это потому, что он
состоит из сложных и крупных молекул углеводородов.
Когда мазут подвергается крекингу, часть составляющих его углеводородов
раздробляется на более мелкие. А из мелких углеводородов как раз и
составляются лёгкие нефтяные продукты - бензин, керосин.
Мазут – остаток первичной перегонки. На крекинг-заводе он снова
подвергается переработке, и из него, так же как из нефти на заводе
первичной перегонки, получают бензин, лигроин керосин.
При первичной перегонки нефть подвергается только физическим изменениям.
От неё отгоняются лёгкие фракции, т. е. отбираются части её, кипящие при
низких температурах и состоящие из разных по величине углеводородов. Сами
углеводороды остаются при этом неизменёнными.
При крекинге нефть подвергается химическим изменениям. Меняется строение
углеводородов. В аппаратах крекинг-заводов происходят сложные химические
реакции. Эти реакции усиливаются, когда в аппаратуру вводят катализаторы.
Одним из таких катализаторов является специально обработанная глина. Эта
глина в мелком раздробленном состоянии – в виде пыли – вводится в
аппаратуру завода. Углеводороды, находящиеся в парообразном и газообразном
состоянии, соединяются с пылинками глины и раздробляются на их поверхности.
Такой крекинг называется крекингом с пылевидным катализатором. Этот вид
крекинга теперь широко распространяется.
Катализатор потом отделяется от углеводородов. Углеводороды идут своим
путём на ректификацию и в холодильники, а катализатор – в свои резервуары,
где его свойства восстанавливаются.
Катализаторы – крупнейшее достижение нефтепереработки.
На крекинг-установках всех систем получают бензин, лигроин, керосин, соляр
и мазут.
Главное внимание уделяют бензину. Его стараются получить больше и
обязательно лучшего качества. Каталитический крекинг появился именно в
результате долголетней, упорной борьбы нефтяников за повышение качества
бензина.
Список используемой литературы: “Книга для чтения по химии (часть вторая)”
Авторы: К. Я. Парменов, Л. М. Сморгонский, Л. А. Цветков.
| |
