При добыче нефти, т. е. извлечении ее из залежи на поверхность, и снижении дав­ления до близкого к атмосферному происходит выделение из пефти большей части рас — творенвых в ней легких углеводородов — СН4, С2Нв, С3Н„ и частично С4Н10 и Струю нефти и сопутствующие ей газообразные углеводороды направляют в трап (цилин­дрический аппарат большого диаметра), в котором происходит разделение нефти и со­путствующего ей нефтепромыслового газа.

Нефтепромысловый газ поступает по системе газосборных трубопроводов на газо­бензиновые заводы или передается другим предприятиям. Состав и теплотехнические ха­рактеристики нефтепромысловых газов рассмотрены в гл. XXVI.

Сырую нефть, отделенную на промыслах от большей части растворенных в ней га­зов, а также от механических примесей и влаги, направляют на нефтеперерабатывающие

Заводы.

Разделение нефти на фракции. Простейшую переработку сырой нефти осуществляют путем ее разделения на ряд фракций, состоящих из углеводородов и сопутствующих им других органических соединений различного молекулярного веса.

Процесс основан на том, что с увеличением молекулярного веса углеводородов су­щественно повышаются их температуры кипения.

В начальный период развития нефтяной промышленности разгонку нефти осущест­вляли с целью получения только одного товарного продукта — осветительного керосина. Отгоняемые легкокипящие углеводороды, т. е. бензин, долгое время не использовались и рассматривались каккрайне огнеопасный отброс. Его сжигали в «бакинских полях» [122]. Нефтяные остатки, получаемые после отгонки керосиновых дистиллятов, также не на­ходили сбыта и загрязняли заводскую территорию. Само наименование нефтяных остат­ков — мазут, принятое в русской, французской и английской технической терминологии, произошло, как указывает Д. И. Менделеев, от местного слова «грязь» [12]. Мазут уни­чтожали — ЖГЛИ в поло.

Однако выход керосина из бакинской нефти составлял всего лишь около 30%. Сле­довательно, две трети перерабатываемой нефти не использовались. Такой способ перера­ботки нефти Д. И. Менделеев называл «почти истребительным» [102] и обосновывал воз­можность и настоятельную необходимость полного использования нефти. Он предлагал использовать бензин для экстракции растительных масел из семян, для газификации, для карбюрации газа, для производства сажи.

Нефтяные остатки Д. И. Менделеев считал необходимым использовать для отгонки дистиллятов, более тяжелых, чем керосин, и пригодных для использования в качестве безопасного осветительного масла с специальных лампах, а также для производства минеральных смазочных масел взамен растительных и для других целей.

Д. И. Менделеев неоднократно отмечал также ценность нефтяных остатков как топ­лива с высокой теплотой сгорания и жаропроизводительностью.

Вместе с тем он указывал на особую целесообразность сжигания нефтяного топлива в «малых, уютных и дешевых двигателях». «Уютность, ненадобность воды и присмотра| легкость и малость потребного воздуха делают эти машины незаменимыми, например, ля таких исключительных случаев, как движение малых судов, аэростатов или для домашних мелких двигателей, где расход ценной нефти или керосина с избытком окупится отсутствием присмотра, который требуется при паровой машине. Для подвод­ного плавании, по моему мнению, удобнее всего иметь именно такие машины» [104].

Сут1> современной переработки нефти состоит о следующем. Сырую нефть и про­дукты ее переработки нагревают п трубчатых печах или иных установках: в про­цессе отделении нефти от влаги; ири разгонке сырой нефти на фракции; при раз­гонке мазута; в процессе крекинга и др.

При переработке пофтп ряд технологических процессов осуществляют с исполь­зованием пара.

В результате многократного нагрева нефти и продуктов ее переработк боль­шого расхода пара и энергии и значительных потерь нефтепродуктов суммарный расход энергии па собственные нужды нефтеперерабатывающих заводов (включая потери) эквивалентен 13% добываемой нефти. Так, если в 1969 г. в СССР было до­быто 328 млп. нефти, то из этого количества ira собственные ну/ ;ды нефтеперера­батывающей промышленности израсходовано около АО млн. т, т. е. примерно в че­тыре раза больгие, чем было добыто нефти в России в 1913 г.

Увеличение эффективности использования топлива в нефтеперерабатывающей пюмышленпости можно осуществить путем:

Повышения к. п.д. трубчатых печен н других установок, в которых осуществляют

Сжигание топлива;

Б) псеморного использовании тепла горячих нефтепродуктов н комбинирования ря.1

Технологических II энергетических процессов.

Длл разработки путей повышения эффективности применения топлива и повсе­дневного контроля ого использования, необходимо располагать простой методикой составления тепловых балансов.

Этот вопрос рассмотрел в гл. XXII.

Прежде в перегонных кубах н батареях производилась последовательная отгонка фракций нефтепродуктов в порядке возрастающей температуры их кипения. В отличие

От этого в современных трубчатых нефтеперерабатывающих установках осуществляется совместный отгон паров нагреваемого нефтепродукта, а разделение отгопяемых паров на фракции по их температуре кипения осуществляется в ректификационных колоннах.

Разгонку нефти можно вести в одноступенчатых или d двухступенчатых установках. Во втором случае в первой установке, работающей под атмосферным давлением, из сырой обезвоженной нефти отгоняют легкие фракции — бензин, лигроин, керосин и газойль, остаток после отогонки указанных дистиллятов — мазут — передают во вторую установку, работающую под вакуумом. В вакуумной установке из мазута отгоняют ряд фракций, используемых после очистки в качестве смазочных масел и для других целей.

Остаток после отгонки — тя; >лый мазут—применяют в качестве топлива для печей и котлов.

Для удобства эксплуатации и использования тепла нагретых нефтепродуктов обе установки обычно объединяют в общий комплекс — атмосферно-вакуумную установку, состоящую из двух секций — атмосферной и вакуумной.

Крекинг. При разгонке сырой нефти получают примерно 20—30% бензина, 30—45“’- лигроина, керосина, газойля, 25—50% нефтяных остатков (мазута).

Выход легких углеводородов, пригодных для использования в качестве моторного топлива, можно значительно повысить путем расщепления тяжелых углеводородов на более легкие низкокипящие углеводороды, т. е. путем осуществления процесса крекинг: (от английского слова cracking — расщеплять, раскалывать).

В процессе крекинга насыщенных углеводородов — алканов

TOC o "1-5" h z Н II Н Н НИ И П II

I! I I II I I I I

Н_с—С—С—С———————— С—С — С—С—G—С—II

I I I I II I I I I

Н Н 11 Н Н II И Н II II

две группы СН2 по месту разрыва углеводородной цепочки должны трансформироваться в группы СНЭ, замыкающие цепочки углеводородных молекул, образующихся в резуль­тате крекинга. Для этого необходимо подвести к месту разрыва углеводородной цепочки два атома водорода.

Этот процесс может осуществляться тремя путями:

1) за счет высвобождения атомов водорода путем перегруппировки атомов в расщепляе­мой молекуле с образованием двойной этиленовой связи между атомами углерода, характерной для непредельных углеводородов;

2) путем дополнительного увеличения содержания водорода в легких фракциях углево­дородов за счет образования в процессе крекинга также и более тяжелых фракций с пониженным содержанием водорода и повышенным содержанием углерода, вплоть до смолистых веществ и нефтяного кокса, т. е. путем перераспределения водорода между легкими и тяжелыми продуктами, образующимися в процессе крекинга:

3) путем проведения процесса крекинга в атмосфере водорода, генерируемого д. чн это цели в специальных установках.

В процессе крекинга алканов происходит не только разрыв молекул, но и глубокое изменение характера углеводородного состава топлива, обусловленное образованней на­ряду с алканами меньшего молекулярного веса ненасыщенных углеводородов — алк нов, а также тяжелых углеводородов с большим молекулярным весом.

Академик С. С. Наметкин приводит следующую схему крекинга алканов 1118].

CaiHso — СиНа,

* . 1211 ‘J i

Из алкана С24Н60 образуются алкай C121I26 и алкеп С12Н24.

Алкан С12Нг6 в свою очередь крекируется с образованием алкана Г. СН14 и алкена С6Н12

С12Н2, CjHi 2

1

С ни

А в результате последующего крекинга СвНи образуются алкан С3Н8 и алкен С3Нв

С ЛІ1 —> Г. ЗІІ 1

СэН н

Таким образом, в результате процесса крекинга из нефти, не содержащей ненасыщен­ных углеводородов, образуются нефтепродукты, состоящие из сложной гаммы насыщен­ных и ненасыщенных углеводородов различного молекулярного веса.