Как происходит очистка нефти
Как уже было сказано, в барреле сырой нефти содержатся все виды углеводородов. Во время перерабатывания нефти происходит разделения всех этих видов углеводорода, в результате чего получаются сырьевые продукты, используемые для дальнейшего производства полезных веществ. Процесс очистки нефти включает следующие этапы:
1. Самый старинный и наиболее используемым считается способ разделения продуктов на различные компоненты (называемые фракциями) при помощи температуры. За счет разницы температуры кипения компонентов одного вещества, можно получить необходимый вам продукт из этого вещества. Этот процесс называется фракционной перегонкой. Вначале, сырую нефть нагревают до определенной температуры, в результате чего она начинает испаряться, а затем конденсируют пар, т.е. превращают пар в жидкость.
2. Более новые методы позволяют с помощью химической обработки из одних фракций получать другие. Этот процесс переработки нефти называют конверсией. При помощи химической обработки можно, например, более длинные цепи разбить на несколько коротких цепей. Благодаря такому процессу нефтеперерабатывающий завод превращает дизельное топливо в бензин. То на сколько частей будут разбиты длинные цепи, определяет качество бензина.
3. Нефтеперерабатывающие заводы должны пересмотреть каждую фракцию и удалить оставшиеся в ней примеси.
4. Нефтеперерабатывающие заводы комбинируют различные фракции (обработанные и необработанные) в смеси, из которых в дальнейшем изготавливают желаемые продукты. Например, из комбинации нескольких различных цепей можно изготовить разные виды бензина с различным уровнем содержания в нем октана.
Обработанные продукты хранятся на месте эксплуатации до тех пор, пока их не поставят на различные рынки, например, на бензоколонки, в аэропорты и на химические заводы. Помимо производства нефтепродуктов, нефтеперерабатывающие заводы должны позаботится о ликвидации оставшихся после переработки нефти отходов, позаботится о том, чтобы эти отходы как можно меньше загрязняли воздух и воду.
Различные компоненты сырой нефти имеют различные размеры, вес и температуру кипения. Фракционная перегонка в первую очередь заключается в том, чтобы разделить все эти компоненты. Поскольку каждый компонент сырой нефти обладает своей температурой кипения, то их можно разделить при помощи фракционной перегонки или дистилляции. Фракционная перегонка заключается в следующем:
1. Смесь из двух или более компонентов (в данном случае жидкостей) с разной точкой кипения необходимо нагреть до высокой температуры. Обычно нагревание производится паром высокого давления до температуры приблизительно 1112 градусов Фаренгейта / 600 градусов Цельсия.
2. Смесь начинает кипеть, в результате чего образуются пары (газы).
3. Затем пар попадает на дно длинной колонны (ректификационная колонна) с маслосборниками и тарелками.
• В маслосборниках имеются специальные отверстия или колпачки барботажной ректификационной колонны через которые выходит пар.
• Масляные лотки (маслосборники) накапливают жидкости, которые формируются на различных уровнях высоты колонны.
• Температура по всей длине колонны не одинакова (самая горячая точка – у основания, наверху температура гораздо меньше).
4. Затем пар поднимается вверх по колонне.
5. Когда пар проходит через подносы (маслосборники) в колонне, он постепенно охлаждается.
6. Когда вещества, содержащиеся в паре, достигают определенной высоты, на которой температура в колонне равняется точке кипения этого вещества, происходит конденсация пара, т.е. превращение пара в жидкость. При чем вещества с самой низкой точкой кипения начинают конденсироваться на самой высокой точке колонны; и соответственно, вещества с более высокими точками кипения конденсируются на нижнем уровне колонны.
7. Подносы собирают различные фракции жидкости.
8. Собранные фракции жидкости могут:
— дальше перейти на конденсаторы, где они еще раз будут охлаждены, а затем залиты в резервуары для хранения
— перейти на следующий уровень химической обработки.
Фракционная дистилляция помогает разделить компоненты веществ даже с небольшой разницей температуры кипения и играет очень важную роль в процессе переработки сырой нефти.
Однако, после фракционной переработки лишь не многие получившиеся продукты идут прямо на рынок. Многие из них еще подлежат дальнейшей химической обработке, в результате которой получаться новые фракции. Например, только 40 % дистиллированной сырой нефти – бензин; однако, бензин – один из главных продуктов, производимых нефтяными компаниями. Вместо того, чтобы непрерывно дистиллировать большие количества сырой нефти, нефтяные компании химически обрабатывают некоторые фракции, полученные в результате дистилляции в ректификационной колонне, для получения бензина; благодаря химической обработке из одного барреля сырой нефти получается больше бензина, чем если получать бензин при помощи дистилляции.
Превратить одну фракцию в другую можно тремя способами: — за счет дробления больших углеводородов на мелкие части (крекинг) — за счет объединения мелких частей для создания одного большого углеводорода (унификация или объединение) — за счет изменения различных частей для создания желаемых углеводородов (деформация или изменение)
Крекинг – это переработка нефти и тяжелых нефтепродуктов с целью получения моторных топлив и сырья для химической промышленности, которая заключается в дробление больших углеводородов на мелкие части. В результате крекинга большие цепи раскалываются на несколько небольших цепей.
Различают несколько типов крекинга:
Тепловой – когда большие углеводороды нагревают при высоких температурах (иногда также при высоком давление) до тех пор, пока не происходит их раскол.
— Паровой – когда используется пар при температуре кипения не менее 1500 градусов Фаренгейта / 816 градусов Цельсия, который используют для превращения таких газов как этан, бутан и напта в этилен и бензол, необходимые для производства химических реагентов.
— Лёгкий крекинг – остаточные продукты после процесса дистилляции нагревают до температуры 900 градусов Фаренгейта / 482 градуса Цельсия, охлаждают газовым маслом и быстро погружают в ректификационную колонну. Легкий крекинг понижает вязкость нефтепродуктов и производит смолу.
— Коксование – полученные в ректификационной колонне продукты нагревают до температуры свыше 900 градусов Фаренгейта / 482 градуса Цельсия до тех по, пока не начинается процесс «раскалывания» продуктов на тяжелую нефть, бензин и керосин. Таким образом получают почти чистый углеродистый остаток (кокс); затем кокс счищают с коксовика и продают. Каталитический – когда для ускорения протекания химической реакции применяют катализатор. К катализаторам относится цеолит, алюминиевый гидросиликат, боксит (алюминиевая руда) и др.
— Крекинг с флюидизированным катализатором – горячий, жидкий катализатор (1000 градусов Фаренгейта / 538 градусов Цельсия) превращает тяжелое газовое масло в дизельное топливо и бензин.
— гидрокрекинг подобен крекингу с флюидизированным катализатором, но в отличие от первого способа гидрокрекинг использует другой катализатор, протекает при более низкой температуре и более высоком давлении, а также использует водородный газ. Во время гидрокрекинга необработанная тяжелая нефть превращается в бензин и керосин (топливо для реактивных самолетов).
После того, как различные углеводороды были раздроблены на более мелкие, полученные продукты поступают в другую фракционную колонну дистилляции, где происходит их дальнейшее деление.
Унификация
В некоторых случаях необходимо, наоборот, из нескольких мелких частей создать один целый углеводород, такой процесс обработки нефти называется унификацией. В свою очередь в процессе унификации большую роль играет еще один процесс – каталитический реформинг с использованием специальных катализатор (например, платина, смесь платины и рения). Под действием катализаторов происходит смешение легкого керосина с ароматическими углеводородами. В результате этой реакции образуется не менее важный побочный продукт – водородный газ, который используют для гидрокрекинга или просто поставляют на рынок и продают.
Деформация
В некоторых случаях структуры молекул в одной фракции деформируются для создания другой молекулярной структуры. Такой процесс деформации структуры молекулы называется алкилированием. При алкилировании, соединения с низкой молекулярной массой, типа пропилена и бутилена, смешиваются под действием катализатора, например, гидрофтористой или серной кислоты (побочный продукт, оставшийся после очищения примесей во многих нефтяных продуктах). Продуктами алкилирования являются углеводороды октана, которые используются в бензиновых смесях для уменьшения стука, например, двигателя.
Рассмотрев, как происходит обработка и изменение фракций, перейдем к тому, что же дальше происходит с полученными продуктами и как из них изготовляют бытовую и другую продукцию.
Технологическая обработка и смешивание фракций
Фракции, прошедшие процесс дистилляции и химической обработки, подвергаются технологической очистке, необходимой для удаления примесей вроде органических соединений, содержащих серу, азот, кислород, воду, растворенные металлы и неорганические соли. Во время технологической обработки фракции проходят следующие стадии:
— колонна серной кислоты – когда происходит удаление ненасыщенных углеводородов (как правило, это углеводороды с двойными углеродистыми связями), смесей с содержанием азота, кислорода и остаточных твердых частиц (смолы, асфальт).
–в абсорбционной колонне осушители удаляют оставшуюся воду
— серная обработка и сероводородный газоочиститель (скруббер) удаляют серу
После технологической очистки фракции охлаждают и начинают смешивать. Из полученных смесей в последствие изготавливают различную продукцию, например, различные сорта бензина с добавками и без смазочные масла различных весов и сортов (например 10W-40, 5W-30) разные сорта керосина реактивное топливо дизельное топливо печное топливо; топливо коммунально-бытового назначения разные сорта химических реагентов для изготовления пластмассы и другие полимеры
Вторичная перегонка
Вторичная переработка проводится для повышения выхода нефтепродуктов. Существует два метода – термический и каталитический, они в свою очередь имеют массу ответвлений.
Термические методы
Крекинг. Разделение полученных ранее полупродуктов на фракции с меньшей молекулярной массой. Проводится при температурах 470-550 °С под давлением 2-7 МПа. В качестве оборудования применяются трубчатые печи – именно в них происходит нагрев с различными химическими превращениями, меняющими состав углеводородов.
На выходе получают: легкие фракции крекинг-бензин, керосино-газойлевую фракцию, термагазойль, газ с высоким содержанием непредельных углеводородов и крекинг-остаток.
Пиролиз. Нефтяное сырьё подвергается обработке в специальных аппаратах или газогенераторах при температурах 700-1000 °С. Там углеводороды превращаются в газообразную форму, после чего их закаливают с помощью впрыскивания воды. На конечном этапе газы проходят очистку и последующее разделение на фракции в ректификационных колоннах.
Пиролизом получают этилен, пропилен и другие углеводородные газы с высоким содержанием непредельных углеводородов.
Коксование. Является самой жёсткой формой термического крекинга нефтяных остатков. Прямогонные углеводороды проходят термическую обработку при 480-550°С с последующим расщеплением на различные фракции.
Процесс может проходить по-разному: в зависимости от
требований к конечному продукту разделяют замедленное коксование в камерах,
периодическое коксование в коксовых кубах либо непрерывное коксование в слое
кокса-носителя.
Данным методом НПЗ получают нефтяной кокс, углеводородные газы, бензины и керосины.
Каталитические методы
Каталитический крекинг. Проводится при нормальном атмосферном давлении под действием температур 450-500 °С. Этот способ подразумевает применение катализаторов (смесь оксида алюминия и оксида кремния). Они серьёзно ускоряют реакцию разделения сырья на фракции, на выходе получаются нефтепродукты более высокого качества.
Каталитический метод получил наибольшее распространение, поскольку позволяет расщеплять углеводороды практически без потерь (менее 1,5%). Кроме того, он легко сочетается с другими методами вторичной перегонки – гидроочисткой, алкированием, деасфальтизацией и пр.
Методом каталитического крекинга производят высокооктановые бензины, лёгкий газойль, газы с 80-90% содержанием непредельных углеводородов.
Гидрокрекинг: От каталитического крекинга отличается тем, что расщепление углеводородов производится под давлением водорода при температурах 420-500 °С. Также используются катализаторы с гидрирующими и кислотными свойствами.
Гидрокрекинг делится на лёгкий (давление 5-10 МПа, степень превращения 50-60%) и глубокий (давление10-20 МПа, степень конверсии 90%).
Гидроочистка нефтяных фракций повышает качество продуктов за счёт снижения смол, сернистых и кислородсодержащих соединений. На выходе получаются малосернистые бензины, реактивное, дизельное и котельное топлива.
Риформинг. Проводится при температурах 480-520 °С и давлением 1,2-4 Мпа. Катализатором выступает окись алюминия с вкраплениями кристаллов платины.
Данный метод имеет разные вариации. Иногда риформинг проводится непрерывно сразу в 3-4 реакторах, при этом катализатор полностью вырабатывает свой потенциал, а аппараты останавливаются в момент его полного восстановления.
Другой способ – обеспечение периодического восстановления в каждом реакторе по мере выработки без остановки процесса.
Главное назначение каталитического риформинга – получение лёгких
ароматических углеводородов и высокооктановых компонентов бензина.
На начальных этапах развития нефтехимической промышленности сырая нефть подвергалась так называемой периодической перегонке в вертикальном цилиндрическом перегонном аппарате.
Процессы дистилляции были неэффективны, потому что отсутствовали ректификационные колонны и не получалось чистого разделения продуктов перегонки.
Трубчатые перегонные аппараты.
Развитие процесса периодической перегонки привело к использованию общей ректификационной колонны, из которой с различных уровней отбирались дистилляты с разной температурой кипения.
Эта система используется и сегодня.
Поступающая нефть нагревается в змеевике примерно до 320° С, и разогретые продукты подаются на промежуточные уровни в ректификационной колонне.
Такая колонна может иметь от 30 до 60 расположенных с определенным интервалом поддонов и желобов, каждый из которых имеет ванну с жидкостью.
Через эту жидкость проходят поднимающиеся пары, которые омываются стекающим вниз конденсатом.
При надлежащем регулировании скорости обратного стекания (т.е. количества дистиллятов, откачиваемых назад в колонну для повторного фракционирования) возможно получение бензина наверху колонны, керосина и светлых горючих дистиллятов, точно определенных интервалов кипения на последовательно снижающихся уровнях.
Обычно для того, чтобы улучшить дальнейшее разделение, остаток от перегонки из ректификационной колонны подвергают вакуумной дистилляции.
Конструкция ректификационных колонн в нефтеперерабатывающей промышленности становится произведением искусства, в котором ни одна деталь не остается без внимания.
Путем очень точного контроля температуры, давления, а также потоков жидкостей и паров разработаны методы сверхтонкого фракционирования.
Эти колонны достигают высоты 60 м и выше и позволяют разделять химические соединения, точка кипения которых отличается менее чем на 6° С. Они изолированы от внешних атмосферных воздействий, а все этапы дистилляции автоматически контролируются.
Процессы в некоторых таких колоннах происходят в условиях высоких давлений, в других – при давлениях, близких к атмосферному; аналогично температуры изменяются от экстремально высоких до значений ниже –18° С.
Очистка и переработка нефти
Обычная сырая нефть из скважины – это зеленовато-коричневая легко воспламеняющаяся маслянистая жидкость с резким запахом.
На промыслах она хранится в крупных резервуарах, откуда транспортируется танкерами или по трубопроводам в резервуары перерабатывающих заводов.
На многих заводах различные типы сырой нефти разделяются по их свойствам согласно результатам предварительной лабораторной переработки.
Она указывает приблизительное количество бензина, керосина, смазочных масел, парафина и мазута, которое можно выработать из данной нефти.
Химически нефть различна и изменяется от парафиновой, которая состоит большей частью из парафиновых углеводородов, до нафтеновой или асфальтеновой, которая содержат в основном циклопарафиновые углеводороды; существует много промежуточных или смешанных типов.
Парафиновая нефть по сравнению с нафтеновой или асфальтеновой содержит больше бензина и меньше серы и является главным сырьем для получения смазочных масел и парафинов.
Нафтеновые типы сырой нефти содержат меньше бензина, но больше серы и мазута, а также асфальта.
Сырая нефть содержит некоторое количество растворенного газа, который соответствует по составу и строению природным газам и состоит из легких парафиновых углеводородов.
Жидкая фаза сырой нефти содержит сотни углеводородов и других соединений, имеющих точку кипения от 38° С до примерно 430° С, причем процентное содержание каждого из углеводородов невелико.
Например, бензиновая фракция может содержать до 200 индивидуальных углеводородов, однако в типичном бензине присутствует лишь около 60 углеводородов – от метана с точкой кипения –161° С до мезитилена (ароматического углеводорода), с точкой кипения 165° С.
Они включают парафины, циклопарафины и ароматические соединения, но олефины отсутствуют. Огромный труд, необходимый для анализа состава углеводородов бензинов, делает практически невозможным проведение этих исследований при обычных шаблонных определениях.
Что касается соединений, кипящих при температурах выше 165° С, присутствующих в керосине и высококипящих дистиллятах и остатках, трудности идентификации отдельных компонентов возрастают из-за большого количества соединений, перекрывания их температур кипения и возрастающей тенденции высококипящих соединений к разрушению при нагревании.
Поэтому все горючие нефтяные продукты подразделяются на фракции по температурным пределам их кипения и по плотности, а не по химическому составу.
Соединения, присутствующие в асфальтах и подобных им тяжелых остаточных продуктах, чрезвычайно сложны.
Анализы показывают, что они представляют собой полициклические соединения.
Девять экологически опасных ингредиентов
Об акватории Японского моря рассказал Николай Бортин, руководитель ДальНИИВХ (Владивосток):
— Одной из самых загрязненных бухт на Дальнем Востоке является бухта Золотой Рог: она объект комплексного водопользования и потому подвержена значительному антропогенному воздействию. Бухта и впадающие в нее река Объяснения и ручей Буяковка стали приемниками сточных вод предприятий и ливневых вод с урбанизированной территории. Это привело к значительному загрязнению вод и донных отложений бухты. Забор воды из Уссурийского залива для охлаждения агрегатов Владивостокской ТЭЦ-2 и отведение ее в реку Объяснения в объеме 206,6 млн куб. м в год увеличил водообмен бухты Золотой Рог с 0,3:1 до 3,2:1. Нами выявлен перечень приоритетных ингредиентов, влияющих на экологическое состояние бухты, приносимых со сточными водами предприятий, с ливневыми и талыми сточными водами. Их девять: легко окисляемые органические вещества, взвешенные вещества, нефтепродукты, фосфаты, аммонийный азот, фенолы, поверхностно-активные вещества, железо, жиры. Для реки Объяснения кроме перечисленных выше веществ добавляются еще и нитриты. Наибольшее негативное воздействие на качество вод и гидробионты бухты в ливневом стоке оказывают пять ингредиентов: легко окисляемые органические и взвешенные вещества, нефтепродукты, фенолы и железо.
О загрязнении Азовского моря тяжелыми металлами нам рассказала доцент кафедры экологии и природопользования МГРИ Марина Буфетова:
— Азовское море относится к морским экосистемам повышенного экологического риска с интенсивной антропогенной деятельностью. Тяжелые металлы являются консервативными загрязнителями. Поэтому основные механизмы самоочищения морской среды связаны только со снижением их концентраций в воде за счет миграции в смежные акватории и с седиментационной элиминацией в донные отложения. В штормовых условиях периодически наблюдается некоторая ремобилизация загрязняющих веществ в водную толщу за счет взмучивания донных осадков. Но исследования их содержания в колонках донных отложений показали, что основная часть загрязняющих веществ достаточно прочно депонируется в грунтах. Поэтому оценки депонирования загрязняющих веществ в донные отложения могут с достаточной степенью адекватности характеризовать седиментационное очищение вод. Показатели свинца, кадмия, меди и цинка в различные годы превышали предельно допустимую концентрацию в воде Азовского моря, что указывает на неблагоприятную экологическую обстановку в водоеме. Анализ скорости осадконакопления и содержания тяжелых металлов в донных осадках показал, что седиментационные процессы протекают на сезонных и годовых масштабах времени, а потоки депонирования тяжелых металлов являются значимым фактором седиментационного самоочищения вод
Основные методы очистки от нефтепродуктов:
— Механический сбор.
Механический сбор загрязнений ведется лопатами, ведрами, бочками, бульдозерами, самосвалами, земснарядами, скиммерами, тралами, сетями.
В мире известно около двух сотен различных поглотителей (сорбентов), которые используются для ликвидации разливов «плавающих» химикатов, в первую очередь нефти и нефтепродуктов — начиная от вылущенных початков кукурузы, соломы, опилок и заканчивая многофазными бионеорганическими нанокомпозициями. При ликвидации разливов (утечек) нефти российские специалисты руководствуются постановлением правительства 2000 года №613 «О неотложных мерах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов».
Гендиректор аналитической группы «Инфомайн» Игорь Петров объясняет, что сорбенты разделяются по принципу действия: адсорбенты и абсорбенты.
Адсорбенты — материалы, для которых характерен процесс поглощения, или «связывания», нефти путем физической поверхностной адсорбции. Явление адсорбции возникает из-за наличия взаимного притяжения между молекулами адсорбента и нефти на границе раздела соприкасающихся фаз. В связи с этим количество поглощаемого этими материалами вещества прежде всего зависит от их свободной площади и свойств поверхности.
Процесс адсорбции в реальных условиях доминирует лишь в случаях поверхностной очистки водоемов от тонких молекулярных пленок нефти и нефтепродуктов. В случае применения порошковых адсорбентов для очистки сильно загрязненной нефтью поверхности воды наряду с процессом адсорбции протекает процесс сгущения нефти вследствие образования суспензии гидрофобных частиц в жидкой фазе (порошковые гидрофобные материалы выступают как вещества-сгустители). При контакте твердых олеофильных частиц с большим количеством нефти вокруг них образуются мицеллы, взаимодействующие между собой с образованием своеобразной сетчатой структуры, что значительно увеличивает вязкость суспензии в целом, приводя при достижении больших концентраций порошковых адсорбентов в нефти к образованию достаточно плотных конгломератов.
Абсорбенты — материалы, для которых характерен диффузионный процесс поглощения нефти и нефтепродуктов всем своим объемом. Эффективность процесса зависит от химического родства материалов сорбентов и впитываемой жидкости, а также от структуры вещества абсорбента. Впитываясь, нефть сперва смачивает поверхность абсорбента, а затем более медленно проникает в пористую структуру материала и заполняет все имеющиеся пустоты под действием в основном капиллярных сил.
Общим для всех структурообразующих материалов абсорбентов являются гидрофобность и олеофильность их поверхности. Абсорбция нефтепродуктов представляет собой два процесса с различными направлениями действия. В капиллярах с гидрофобными поверхностями неполярная жидкость под действием атмосферного давления может подниматься выше их начального уровня за счет так называемого капиллярного эффекта. Чем меньше диаметр капилляра, тем выше уровень подъема. На этом принципе построено явление, получившее название капиллярного насоса, при котором в контакт с нефтью в первый наибольший по диаметру капилляр последовательно входят капилляры меньших диаметров, что обеспечивает максимальный подъем нефти по высоте. Капиллярное перемещение жидкости по горизонтали также определяется атмосферным давлением; при этом, для того чтобы происходил этот процесс, толщина слоя нефтепродукта, контактирующего с абсорбентом, должна быть больше, чем молекулярный слой. Атмосферное давление и давление слоя нефти суммируют вне зоны сорбента и в сорбенте. Разница этих давлений обуславливает появление горизонтальной составляющей, под действием которой происходит начальное заполнение структурных пустот абсорбента. Макропоры и микропоры в структуре этого материала выступают в качестве дополнительных капилляров, имеющих меньший диаметр, вследствие чего суммарная капиллярная структура абсорбента осуществляет впитывание нефти по принципу капиллярного насоса.
В ликвидации утечек нефти и нефтепродуктов неорганические сорбенты на основе вермикулита и активированных углей традиционно занимают существенную долю.
К основным преимуществам активных углей относятся их низкая стоимость и хорошая кинетика сорбции. Исходным сырьем для производства активных углей может служить практически любой углеродсодержащий материал: каменный уголь, древесина, полимеры, отходы шинной, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности.
Одним из широко используемых направлений в практике создания и использования сорбентов являются сорбенты на основе торфа, запасы которого на территории России составляют около 200 млрд тонн — это 62% мировых запасов.
Под понятием «биологические сорбенты» подразумеваются твердые сорбенты, иммобилизированные (зараженные) культурами микроорганизмов, обеспечивающих биологическое разложение нефти и нефтепродуктов. В настоящее время разработано несколько десятков биосорбентов, отличительной особенностью которых является разнообразие используемых носителей (сорбентов) и иммобилизированных на них культур микроорганизмов.
Известен, например, способ очистки воды от нефтяных загрязнений с помощью сорбента на основе гидрофобизированного силикагеля, иммобилизированного культурой Candida Intermedia. Другой сорбент на основе алюмосиликатных носителей, выбранных из ряда: каолин, перлит, цеолит,— предусматривает нанесение микроорганизмов из ряда Pseudomonas Aerugenosa, Methamonomas Vetharia, Basterium Aliphaticum, Basillus Totulicum, Mycobocterium Iagicola и др.
Большой популярностью среди микроорганизмов пользуются различные виды штаммов бактериальной культуры Rhodococcus. Для повышения эффективности размножения и роста бактерий указанную культуру вносят совместно с источниками азота и фосфора.
Более сложные сорбенты содержат инертный пористый носитель на основе алюмосиликатного сырья (глины) и консорциума микроорганизмов-штаммов Rhodococcus SP 367-2, Rhodococcus Maris 367-5, Rhodococcus 367-6, Pseudomonas Stutzeri 367-1, Yarrowiaipolytica 367-3. Однако этот носитель на глинистой основе не обладает развитой поверхностью пор, поэтому его эффективность не может быть высокой.
— Комплексный подход
При ЛАРН применяют комплексный подход, включая контролируемое сжигание на воде.
Член-корреспондент РАН Александр Кучин, директор Института химии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН:
— В нашем институте созданы сорбенты нефти и нефтепродуктов на основе растительных полимеров, источником которых является любое лигноцеллюлозное сырье (древесного и травянистого происхождения, включая полуфабрикаты целлюлозно-бумажной промышленности и отходы переработки древесины, макулатуру). Химическая модификация основы экологически безопасными (микробиологически утилизируемыми) компонентами по малозатратной технологии (невысокая температура, атмосферное давление, отсутствие конечной стадии промывки продукта) приводит к получению сорбента адсорбционного и абсорбционного действия. Благодаря чему сорбент селективно и быстро (за 30–60 сек.) поглощает с водной поверхности нефть, нефтепродукты и другие органические загрязнения (9–12 г на 1 г сорбента) со степенью очистки воды 90–95%, сохраняя длительное время (до 30 суток) плавучесть в насыщенном виде. Нефтенасыщенный сорбент может быть использован для иммобилизации углеводородокисляющими и древоразрушающими микробными культурами для биоразложения.
В Институте биологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН получен комплексный биогеосорбент для очистки нефтезагрязненных почв и биоремедиации нефтезагрязненных объектов на основе минеральной матрицы (глауконита) и биопрепарата «Биотрина» (альго-бактериально-дрожжевой консорциум). Состав биогеосорбента обеспечивает необходимую эффективность очистки при малых нормах расхода, сорбционная нефтеемкость составляет 5–8 г на 1 г сорбента. Хозяйственные субъекты обязаны планировать мероприятия по ЛАРН, в том числе надледные и подледные. Аварийная очистка морей осуществляется по факту загрязнений.
Вы, должно быть, видели в кино или смотрели передачу по телевизору, где показывали как добывают нефть, когда толстый, черный поток неочищенной нефти бьет фонтаном из под земли через скважину. Но почему-то когда мы заливаем в машину бензин, который изготовляют из нефти, жидкость совершенно прозрачна. Из нефти также изготовляют и другие продукты, например, топливо для реактивных двигателей, пластмассу, керосин, синтетическое волокно и шины. Но как из черной сырой нефти изготовить прозрачный бензин и другую продукцию?
В этой статье мы расскажем Вам, как происходит очищение нефти, какие при этом происходят химические реакции, и какое используют оборудование для производства другой продукции из нефти.
Неочищенная (сырая) нефть
Стандартное соотношение компонентов в сырой нефти:
Углерод – 84%
Водород – 14%
Сера – от 1 до 3% (сульфид водорода, сульфиды, бисульфиды, простая сера)
Азот – менее 1%
Водород – менее 1% (содержится в органических веществах, например,
углекислом газе, феноле, кетоне, карбоновых кислотах) Металлы – менее 1% (никель, железо, ванадий, медь, мышьяк)
Соли – менее 1% (хлорид натрия, хлорид магния, хлорид кальция)
Термин «сырая нефть» означает нефть, не подвергшуюся обработке, которая только что была получена из земли. Сырая нефть считается ископаемым топливом, это означает, что она образуется природным путем из растений и остатков животных в течение миллионов лет. Поэтому самыми большими местонахождениями нефти считаются бывшие моря. Сырая нефть бывает нескольких цветов – от чистой и до темной смолистой, а также различается по вязкости – от водянистой до практически твердой.
Разные виды сырой нефти используют для производства большинства других продуктов, поскольку в ней содержится углеводороды. Углеводороды – это класс органических соединений, состоящих из молекул углерода и водорода разной длины и разного строения.
Химики используют углеводороды по двум причинам: 1. Углеводороды содержат много энергии. Многие продукты, полученные из сырой нефти, например, бензин, дизельное топливо, твердый парафин и т.д. обеспечивают нас энергией.
2. Углеводороды могут принимать множество различных форм.
Наименьшим углеводородом считается метан (CH4) – газ, легче воздуха. Углеводороды с более длинными цепочками с пятью или более углеродами являются жидкостью. Очень длинные цепи – твердые вещества, например, воск и смола
Из углеводорода химическим путем можно получить практически любой материал, начиная от синтетического каучука до нейлона и вплоть до пластмассы.
Основные классы углеводородов в сырой нефти:
Керосины(Парафин}
— общая формула: CnH2n+2 (n – целое число, обычно от 1 до 20),
— молекула с разветвленной цепью
— может находится в жидком и газообразном состоянии при комнатной температуре в зависимости от молекулы
— примеры: метан, этан, пропан, бутан, изобутан, пентан, гексан
Ароматические углеводороды
— общая формула: C6H5 – Y (Y – более длинная, прямая молекула, связанная с кольцом бензола),
— имеет кольцевую структуру с одним или более кольцами
— кольца содержат по шесть углеродистых атомов, с чередованием двойных и единичных связей между углеродом
— обычно жидкость
— примеры: бензол, нафталин
Нафины или Циклоалканы
— общая формула: CnH2n (n – целое число обычно от 1 до 20),
— кольцевая структура с одним или более кольцами
— кольца имеют только одну связь между атомами углерода
— при комнатной температуре обычно находятся в жидком состоянии
— примеры: циклогексан, метил циклопентан
Другие углеводороды
Алкены
— общая формула: CnH2n (n – целое число обычно от 1 до 20),
— линейная молекула или молекула с разветвленной цепью с одной
углеродистой двойной связью — может быть как жидкостью, так и газом
— примеры: этилен, бутен, изобутен
Диены и алкины
— общая формула: CnH2n-2 (n – целое число обычно от 1 до 20),
— линейная молекула или молекула с разветвленной цепью с двумя углеродистыми двойными связями
— может быть жидкостью или газом
–например: ацетилен, бутадиены
Теперь, когда мы разобрались в том, из чего состоит сырая нефть, давайте взглянем на продукты, которые можно из нее изготовить.
Продукты из сырой нефти
Первая трудность, с которой сталкиваются производители, состоит в том, что сырая нефть состоит из сотен нескольких типов углеводородов, смешанных воедино. Прежде чем, получить хоть что-то стоящее, необходимо разделить все эти типы углеводородов. К счастью в этом человеку помогает химия. Разъединить цепи можно с помощью химической реакции, вся эта процедура называется очищением нефти.
Процесс очистки нефти начинается с фракционирующей дистилляционной колонны.
Независимо от длины цепи углеводорода, все цепи имеют высокие точки кипения, поэтому их всех можно разделить при помощи процесса дистилляции (перегонки нефти). За счет нагревания цепи начинают размыкаться при их температурах испарения. Каждая длина цепи имеет свою особенность, что делает ее неповторимой и благодаря чему ее можно использовать в других целях.
Для того чтобы понять все компоненты сырой нефти, и понять, почему очистка сырой нефти настолько важна для нас, следует рассмотреть список продуктов, которые можно изготовить из сырой нефти:
Нефтяной газ – газ, используемый для отопления помещений, приготовления пищи, и производства различных изделий.
— небольшие алканы (1 – 4 атома углерода)
— самый известные нефтяные газы – метан, этан, пропан, бутан
— точка кипения = меньше чем 104 градуса Фаренгейта / 40 градусов Цельсия
— способен под давлением превращаться в жидкость, например, сжиженный нефтяной газ
Керосин или лигроин – промежуточный продукт, используемый для производства бензина
— соединение из 5 – 9 углеродистых алканов атома
— точка кипения = 140 – 212 градусов Фаренгейта / 60 – 100 градусов Цельсия
Бензин – моторное топливо
— жидкость
— соединение из алканов и циклоалканов (5 – 12 атомов углерода)
— точка кипения = 104 – 401 градусов Фаренгейта / 40 – 205 градусов Цельсия
Керосин – топливо, используемое в реактивных самолетах и тракторах; начальный материал для производства других продуктов
— жидкость
— соединение из алканов (10 – 18 углеродов) и ароматических углеводородов
— интервал кипения = 350 – 617 градусов Фаренгейта / 175 – 325 градусов Цельсия
Газовое масло или дизельный продукт перегонки – используется для получения дизельного топлива и печного топлива, а также исходный материал для производства других продуктов.
— жидкость
— алканы содержат 12 или больше атомов углерода
— интервал кипения = 482 – 662 градусов Фаренгейта / 250 – 350 градусов Цельсия
Смазочные материалы – используют для производства моторного масла, жира и других смазок
— жидкость
— длинные цепи (20 – 50 атомов углерода) алканов, циклоалканов, ароматических углеводов
— точка кипения = 572 – 700 градусов Фаренгейта / 300 – 370 градусов Цельсия
Тяжелый газ или нефтяное топливо – используют в качестве индустриального топлива; сырьевой материал для изготовления других продуктов
— жидкость
— длинные цепи (20 – 70 атомов углерода) алканов, циклоалканов, ароматических углеводов
— интервал кипения = 700 – 1112 градусов Фаренгейта / 370 – 600 градусов Цельсия
Остаточный продукт – кокс, асфальт, смола, воск; сырьевой материал для производства других продуктов
— твердое вещество
— многокольцевые компоненты с 70 или более атомами углерода
— точка кипения = более 1112 градусов Фаренгейта / 600 градусов Цельсия
Как видно из спецификации этих продуктов, каждый продукт имеет свой отличительный размер и точку кипения. Во время процесса очистки нефти химики учитывают все эти свойства продуктов и используют их по своему усмотрению.
Очистка нефти от воды и других примесей
Добываемое нефтяное сырье представляет собой смесь, состоящую из разных компонентов. В нее входит нефть, вода, углеводороды, смолистые и сернистые соединения, и многое другое. Информацию о том, как очищают нефть, можно найти в свободном доступе в интернете. Чтобы понять, как очищают нефть от примесей, рассмотрим наиболее популярные для этого процесса методы.
- Химический – предусматривает применение различных реагентов.
- Физико-химический – используют растворители, а также метод кристаллизации и депарафинизации.
- Каталитический – путем деструкции твердых углеводородов.
Выбор метода зависит от многих факторов, в том числе от того, как в дальнейшем будет использоваться сырье, и в каких условиях происходит добыча и хранение нефти. Добываемая из скважины нефть называется сырой. Она подвергается очистке и выделению из состава других полезных компонентов, используемых в разных производствах и промышленностях. Все они называются нефтепродуктами. Очищенная нефть называется просто нефтью, или чистой нефтью.
Первичная перегонка
Вся сырая нефть, поступившая на НПЗ, перед процессом переработки очищается от примесей – будь то газы, неорганические соединения, или подземные воды.
Для этого углеводороды отправляются на установки ЭЛОУ. Сырьё прогоняют на электродегидраторах для обезвоживания и обессоливания: данная процедура обеспечивает улучшение качество будущих нефтепродуктов, а также защищает технологическое оборудование от коррозии.
После очистки НПЗ приступают к первичной перегонке нефти. Она состоит из 2 ключевых процессов:
С ЭЛОУ очищенная нефть для атмосферной перегонки направляется на установку АВТ. По пути нагреваясь, углеводороды поступают в ректификационные колонны. Внутри них расположены перегородки или по-другому тарелки, выступающие в роли фильтров.
-800xx600.jpg)
В нижней части ректификационной колонны установки АВТ размещён подвод тепла, в верхней части – отвод тепла. За счёт этого температура внутри установки постепенно снижается от нижней части к верхней. Проходя через тарелки колонн, пары лёгких фракций поднимаются наверх, а тяжёлые углеводороды опускаются вниз.
Температура при атмосферной перегонке не должна превышать 360 °С, иначе ряд углеводородных соединений может потерять свои полезные свойства.
На этапе атмосферной перегонки нефти заводы получают бензин, керосин, лёгкое и тяжёлое дизельное топливо. С верхней части установки АВТ отводят бензиновые фракции, а керосин и дизель конденсируются и выводятся в других частях колонны.
В нижней части ректификационной колонны скапливается остаточный продукт мазут, поскольку температура его кипения превышает 360 °С. Именно для него предусмотрена вакуумная дистилляция.
Дело в том, что в вакууме любая жидкость кипит при более низких температурах, поэтому мазут можно разделить ещё на несколько фракций: вакуумный газойль широкого фракционирования (350-500 °С), гудрон или узкие масляные дистиллянты.
Практически все НПЗ для первичной перегонки используют комплексные установки ЭЛОУ-АВТ. Они одновременно производят все процессы: обезвоживание и обессоливание, а также атмосферную и вакуумную перегонку.
Итак, после первичной перегонки нефтеперерабатывающие заводы получают нефтепродукты, которые ещё не в полной мере соответствуют товарной продукции. Для улучшения своих качественных свойств фракции отправляются на дальнейшую переработку.