Как перерабатывают нефть: от сырой нефти до бензина, дизеля и пластика
Переработка нефти превращает сырую нефть в десятки полезных продуктов: моторные топлива, авиационный керосин, мазут, битум, сжиженный газ и сырьё для нефтехимии. Ключевой процесс называется фракционной перегонкой: нефть нагревают в трубчатой печи до 350-360 градусов Цельсия, пары поднимаются в ректификационную колонну и конденсируются на разных высотах в зависимости от температуры кипения каждой фракции. Дальше большинство фракций проходят вторичную обработку, потому что прямой перегонкой получить бензин нужного качества невозможно.
Подготовка и первичная перегонка
Прежде чем попасть в колонну, нефть нужно обезвожить и обессолить. Соли в воде разъедают оборудование, а вода при испарении создаёт резкие перепады давления. На электрообессоливающих установках нефть смешивают с промывной водой и пропускают через сильное электрическое поле, которое укрупняет капли воды с растворёнными солями, и они оседают. После этого очищенная нефть идёт в атмосферную ректификационную колонну высотой 30-60 м.
В колонне устроены тарелки или насадки, на которых пары соприкасаются с флегмой (стекающей вниз жидкостью) и обмениваются компонентами. Самые лёгкие фракции уходят с верха колонны: сжиженные газы (пропан, бутан) при температуре до 40 градусов, прямогонный бензин (40-180 градусов), керосин (150-250 градусов), дизельная фракция (180-350 градусов). Внизу остаётся мазут, который затем либо сжигают как котельное топливо, либо направляют на вакуумную перегонку для получения масел и сырья для каталитического крекинга.
Вторичные процессы: крекинг и риформинг
Прямогонный бензин имеет октановое число около 50-60 и в автомобильный двигатель не годится. Его направляют на каталитический риформинг: при температуре 480-520 градусов и давлении 10-35 атмосфер над платиново-рениевым катализатором линейные молекулы перестраиваются в разветвлённые и ароматические. Октановое число продукта вырастает до 95-100. Попутно образуется водород, который используется на других установках.
Тяжёлые фракции перерабатывают на каталитическом крекинге: длинные углеводородные цепочки разрывают при 500-530 градусах над цеолитовым катализатором, получая более лёгкие молекулы бензинового диапазона. Из каждой тонны вакуумного газойля таким способом можно получить до 45-50% высокооктанового бензина. Гидрокрекинг работает при более высоком давлении водорода (70-200 атмосфер) и даёт продукты с очень низким содержанием серы.
Очистка: убрать серу и другие примеси
Российская нефть нередко содержит от 1 до 3,5% серы, а современные стандарты топлива Евро-5 допускают не более 10 мг серы на килограмм. Для глубокой очистки применяют гидроочистку: фракцию смешивают с водородом и пропускают над кобальт-молибденовым катализатором при 300-400 градусах, сера переходит в сероводород, который улавливают и превращают на установке Клауса в товарную серу. Российские заводы производят миллионы тонн технической серы в год.
Нефтехимия: от нефти к пластику и синтетическому волокну
Часть прямогонной нафты не становится топливом, а идёт на пиролиз: при 800-900 градусах без катализатора молекулы распадаются с образованием этилена, пропилена, бутадиена. Этилен полимеризуется в полиэтилен, из пропилена получают полипропилен, из бутадиена делают синтетический каучук. Такие заводы называют нефтехимическими комплексами и нередко строят рядом с нефтеперерабатывающими, чтобы сразу использовать нафту без транспортировки. В России нефтехимические производства сосредоточены главным образом в Поволжье и Западной Сибири.
