Бензин

Ароматические ув

Лаки

Керосин

Газолин

Бензол

Соляро-

вое масло

Толуол

Нафталин

Битум

Мазут

Асфальт

Анилин

МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ НЕФТИ

С необходимостью разделения смеси веществ на составляющие ее компоненты приходится сталкиваться как химику-синтетику, химику-аналитику, так и технологу, геологу, физику, биологу и многим другим специалистам. Особое значение разделение смеси веществ приобрело в последние десятилетия в связи с проблемой получения сверхчистых веществ.

Разделение смеси не вызывает особых трудностей, если ее компоненты находятся в различных фазах. Оно существенно осложняется, если компоненты смеси образуют одну фазу. В этом случае приходится изменять агрегатное состояние отдельных компонентов (например, добиться их выпадения в осадок), либо применять химические или физические методы разделения. В основе последних лежат кинетические явления или фазовые равновесия.

Такие широко известные методы разделения, как дистилляция, кристаллизация, экстракция и адсорбция основаны на изменении фазовых равновесии. В этих процессах молекулы веществ, образующих смесь, переходят через границу раздела, стремясь к такому распределению между фазами, при котором в каждой из них устанавливается постоянная равновесная концентрация.

Если свойства компонентов исследуемой смеси близки, то достаточная степень разделения достигается лишь многократным повторением элементарного акта разделения. Такой процесс, например, осуществляется в насадочных или тарельчатых ректификационных колоннах. Следует отметить, что в таких случаях полное разделение возможно только для простых (не более чем трехкомпонентных) систем.

Более полного разделения можно достичь, если на эффект, вызываемый многократным установлением фазовых равновесий, наложить действие кинетического фактора. В тех случаях, когда используются кинетические явления (например, при молекулярной дистилляции), через поверхность раздела фаз и лишь в одном направлении переносятся молекулы только одного вещества. Если разделение смеси производить в таких системах, в которых одна из фаз (подвижная) перемещается относительно другой (неподвижной), то улавливание и удаление молекул, покидающих поверхность раздела фаз, осуществляется благодаря постоянному перемещению подвижной фазы. Как и при фазовом равновесии, молекулы, выходящие из подвижной фазы, возвращаются в нее, попадая, однако, не в прежний элемент ее объема, а в новый.

Если в процессе разделения фазовые переходы повторять многократно, то можно получить высокую эффективность разделения. Так как фазовые переходы связаны с поверхностью раздела, подвижная и неподвижная фазы должны обладать большой поверхностью соприкосновения. Кроме того, вследствие наличия диффузионных процессов, снижающих эффективность разделения, обе фазы должны иметь относительно небольшую толщину взаимодействующего слоя.

В виду сложности химического состава нефти для разделения ее на более или менее однородные группы и фракции применяются самые разнообразные методы: перегонка (дистилляция) и ректификация, адсорбция – десорбция, экстракция, кристаллизация, получение твердых комплексных соединений и некоторые другие.

ДИСТИЛЛЯЦИОННЫЕ МЕТОДЫ

Братья Дубинины впервые создали устройство для перегонки нефти. С 1823 г. Дубинины стали вывозить фотоген (керосин) многими тысячами пудов из Моздока внутрь России. Завод Дубининых был очень прост: котел в печке, из котла идет труба через бочку с водой в пустую бочку. Бочка с водой – холодильник, пустая – приемник для керосина.

В Америке впервые опыты по перегонке нефти осуществил в 1833 г. Силлиман.

Нефть - как уже было указано, представляет собой чрезвычайно сложную смесь, взаимнорастворимых углеводородов. Разделить ее нацело на составляющие компоненты практически невозможно, но этого для промышленного применения нефтепродуктов и не требуется. В промышленной практике нефть делиться на фракции, различающиеся температурными коэффициентами. Это разделение проводиться на установках первичной перегонки нефти с применением дистилляции и ректификации.

Получение фракции служит дальнейшим сырьем для переработки или используется как товарные продукты. Первичная перегонка – первый технологических процесс перегонки нефти. Установки первичной перегонки имеются на каждом нефтеперерабатывающем заводе.

Перегонка под давлением и под вакуумом. Простая перегонка не может дать удовлетворительного разделения жидкостей с близкими температурами кипения. Поэтому она применяется только для грубого разделения на широкие фракции. Так, например, при химическом групповом анализе бензины и керосины разделяются на стандартные фракции 60-95 ⁰С, 95-122⁰С, 122-150⁰С и т.д. перегонкой с дефлегматором. Разгонка при температурах выше 300⁰С проводится под вакуумом во избежание термического разложения высокомолекулярных углеводородов. С этой целью применяют разгонку с водяным паром или в струе инертного газа, чаще всего азота.

РЕКТИФИКАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ

Перегонка с ректификацией - самый распространенный способ точного фракционирования по температурам кипения. Принцип работы лабораторных ректификационных установок заключается в том, что пары жидкости из колбы или куба отводятся не в конденсатор, как при простой перегонке, а поступают в ректификационную колонку, чаще всего насадочного типа. Поднимаясь по колонке, пары достигают верха и оттуда поступают в дефлегматор-конденсатор, где они конденсируются. Полученный конденсат частично отбирается через холодильник в приемник, но большая его часть вновь попадает в колонку, стекая по насадке сверху вниз. Эта часть конденсата называется флегмой. Таким образом, в колонке образуются два потока: нагретые пары движутся снизу вверх, а охлажденная жидкая флегма – сверху вниз. Между жидкой и паровой фазами по всей высоте колонки происходит интенсивный теплообмен. В результате нагретые пары испаряют из жидкой фазы наиболее летучие компоненты, а более холодная флегма конденсирует из паров наименее летучие составные части. При этом теплота конденсации нижележащего слоя используется для испарения жидкости вышележащего слоя. Следовательно, жидкость и пар в результате многократного повторения процессов испарения и конденсации все время обмениваются компонентами. Этот процесс можно уподобить последовательному повторению процесса простой перегонки с загрузкой в колбу каждый раз отгона от предыдущей перегонки. Очевидно, что при разгонке бинарной смеси в результате ректификации пар наверху колонки, а следовательно, и отбираемый конденсат, будет сильно обогащен низкокипящим компонентом, а пар внизу колонки, а следовательно, и жидкость в колбе, наоборот, - высококипящим. При ректификации многокомпонентной смеси, например бензина, отбор можно производить через любые интервалы температуры и получать, таким образом, узкие фракции с небольшим количеством компонентов. Четкость погоноразделения лабораторных ректификационных колонок зависит от многих факторов. Большое значение имеют материал и форма насадки, которая должно обладать сильно развитой поверхностью, на ней и происходит соприкосновение паров с флегмой. Чем лучше качество насадки, тем меньше высота, эквивалентная одной теоретической тарелке (ВЭТТ). С этой величиной, понятно, связана и высота колонки. Не менее важное значение имеет правильно выбранное флегмовое число, т.е. отношение объема флегмы к объему отбора за одинаковый промежуток времени, а также скорость отбора дистиллята. Четкость ректификации зависит, кроме того, от диаметра колонки и других конструктивных особенностей, а также от соблюдения адиабатичности по всей высоте колонки, т.е. иначе говоря, от тщательности тепловой изоляции.

Эффективность лабораторных колонок принято оценивать числом теоретических тарелок в рабочих условиях (ЧТТ). В зависимости от состава перегоняемых смесей на практике используются колонки с ЧТТ от 20 до 150 и выше. Так, например, подсчитано, что для получения 40% дистиллята от загрузки с содержанием в нем 95 % низкокипящего компонента для смеси гептан - толуол с разницей температур кипения, равной 12,4 ⁰С, необходима колонка, эквивалентная только 10 теоретическим тарелкам, а для смеси гептан – изооктан с температурой кипения, равной 0,8 ⁰С, уже – 150 теоретическим тарелкам.

Лабораторные ректификационные установки применяются для самых различных целей. На них можно разгонять при низких температурах с помощью жидкого азота или твердой углекислоты смеси газообразных углеводородов. При атмосферном давлении ректифицируются смеси, выкипающие в интервале 30-200 ⁰С. И, наконец, под вакуумом разгоняют на узкие фракции высококипящие погоны нефти