Kā Darbojas Naftas Pārstrāde

{h1}

Neskatoties uz briesmām, naftas pārstrādes rūpnīcas ir būtiskas sabiedrībai pašreizējā formā. Uzziniet, kā jēlnafta tiek pārveidota par visu, sākot no butāna līdz benzīnam.

-I-n filmas un televīzijas šovi - Milzu, Neapstrādāta Oklahoma, Armagedona, Beverly Hillbillies - mēs esam redzējuši attēlus ar biezu, melnu jēlnaftu, kas izplūst no zemes vai urbšanas platformas.

Bet, sūknējot benzīnu automašīnai, jūs droši vien pamanījāt, ka tas ir skaidrs.

Un ir tik daudz citu produktu, kas nāk no naftas, ieskaitot krītiņus, plastmasu, mazutu, reaktīvo degvielu, petroleju, sintētiskās šķiedras un riepas.

-Kā ir iespējams sākt ar jēlnaftu un beidzot ar benzīnu un visiem šiem citiem produktiem?

Šajā rakstā mēs apskatīsim ķīmiju un tehnoloģijas, kas saistītas ar jēlnaftas rafinēšanu, lai iegūtu visas šīs dažādās lietas.

Jēlnafta

-Jēlnafta ir termins "neapstrādātai" eļļai, sīkumiem, kas iznāk no zemes. To sauc arī par nafta. Jēlnafta ir a fosilā degviela, kas nozīmē, ka tas tika dabiski izgatavots no pūdošiem augiem un dzīvniekiem, kas dzīvoja senās jūrās pirms miljoniem gadu - lielākā daļa jēlnaftas atradumu vietu kādreiz bija jūras gultne. Neapstrādātām eļļām ir atšķirīga krāsano skaidras līdz darvas melnai, un viskozitāte, no ūdens līdz gandrīz cietam.

Neapstrādātas eļļas ir tik noderīgs sākumpunkts tik daudzām dažādām vielām, jo ​​tās satur ogļūdeņraži. Ogļūdeņraži ir molekulas, kas satur ūdeņradi un oglekli un ir dažāda garuma un struktūras, sākot no taisnām ķēdēm līdz atzarojuma ķēdēm un beidzot ar gredzeniem.

Ir divas lietas, kas padara ogļūdeņražus aizraujošus ķīmiķiem:

  • Ogļūdeņraži satur daudz enerģija. Šīs enerģijas priekšrocības izmanto daudzas lietas, kas iegūtas no jēlnaftas, piemēram, benzīns, dīzeļdegviela, parafīna vasks utt.
  • Ogļūdeņraži var būt dažādos veidos. Mazākais ogļūdeņražu daudzums ir metāns (CH4), kas ir gāze, kas ir vieglāka par gaisu. Garākas ķēdes ar 5 vai vairāk oglekļiem ir šķidrumi. Ļoti garas ķēdes ir cietas vielas, piemēram, vasks vai darva. Ķīmiski savienojot ogļūdeņražu ķēdes, jūs varat iegūt visu, sākot no sintētiskā kaučuka līdz neilonam un beidzot ar plastmasas izstrādājumiem, kas izgatavoti no pamata izstrādājumiem. Ogļūdeņražu ķēdes ir ļoti universālas!

Galvenās klases ogļūdeņraži jēlnaftā ietver:

  • Parafīni vispārējā formula: CnH2n + 2 (n ir vesels skaitlis, parasti no 1 līdz 20) taisnas vai sazarotas ķēdes molekulas istabas temperatūrā var būt gāzes vai šķidrumi atkarībā no molekulu piemēriem: metāns, etāns, propāns, butāns, izobutāns, pentāns, heksāns
  • Aromātika vispārējā formula: C6H5 - Jā (Y ir garāka, taisna molekula, kas savienojas ar benzola gredzenu) gredzenotās struktūras ar vienu vai vairākiem gredzenu gredzeniem satur sešus oglekļa atomus ar mainīgām divkāršām un vienām saitēm starp oglekļa atomu veidiem, kas parasti ir šķidrumi: benzols, naftalīns
  • Napthenes vai Cikloalkāni vispārējā formula: CnH2n (n ir vesels skaitlis, parasti no 1 līdz 20), gredzenotas struktūras ar vienu vai vairākiem gredzenu gredzeniem satur tikai vienas saites starp oglekļa atomiem, kas istabas temperatūrā parasti ir šķidrumi: cikloheksāns, metilciklopentāns
  • Citi ogļūdeņraži Alkenes vispārējā formula: CnH2n (n ir vesels skaitlis, parasti no 1 līdz 20) lineāras vai sazarotas ķēdes molekulas, kas satur vienu oglekļa-oglekļa dubultā saiti, var būt šķidras vai gāzes piemēri: etilēns, butēns, izobutēns Dienes un Alkīni vispārējā formula: CnH2n-2 (n ir vesels skaitlis, parasti no 1 līdz 20) lineāras vai sazarotas ķēdes molekulas, kas satur divas oglekļa-oglekļa dubultā saites, var būt šķidras vai gāzes piemēri: acetilēns, butadiēni

-Lai redzētu šāda veida ogļūdeņražu struktūru piemērus, skatiet OSHA tehnisko rokasgrāmatu un šo lapu naftas rafinēšanā.

Tagad, kad mēs zinām, kas atrodas jēlnaftā, redzēsim, ko no tā varam izgatavot.

Jēlnaftas komponenti

Kopumā jēlnaftas ir izgatavotas no šādiem elementiem vai savienojumiem:

  • Ogleklis - 84%
  • Ūdeņradis - 14%
  • Sērs - no 1 līdz 3% (sērūdeņradis, sulfīdi, disulfīdi, elementārais sērs)
  • Slāpeklis - mazāk nekā 1% (pamata savienojumi ar amīnu grupām)
  • Skābeklis - mazāk nekā 1% (atrodami organiskos savienojumos, piemēram, oglekļa dioksīdā, fenolos, ketonos, karbonskābēs)
  • Metāli - mazāk nekā 1% (niķelis, dzelzs, vanādijs, varš, arsēns)
  • Sāļi - mazāk nekā 1% (nātrija hlorīds, magnija hlorīds, kalcija hlorīds)

No jēlnaftas

Šis saturs nav saderīgs ar šo ierīci.

Eļļas rafinēšanas process sākas ar frakcionētas destilācijas kolonnu.

Jēlnaftas problēma ir tā, ka tajā ir simtiem dažādu veidu ogļūdeņražu, kas visi sajaukti. Lai būtu kaut kas noderīgs, jums ir jānošķir dažādi ogļūdeņražu veidi. Par laimi ir vienkāršs veids, kā nodalīt lietas, un tas ir tas naftas rafinēšana ir par visu.

Dažādiem ogļūdeņražu virkņu garumiem ir pakāpeniski augstāki viršanas punkti, tāpēc tos visus var atdalīt, destilējot. Tas notiek naftas pārstrādes rūpnīcā - vienā procesa daļā jēlnaftu uzkarsē un dažādas ķēdes izvelk to iztvaikošanas temperatūra. Katram atšķirīgam ķēdes garumam ir atšķirīgs īpašums, kas padara to noderīgu atšķirīgā veidā.

Lai saprastu jēlnaftas dažādību un lai saprastu, kāpēc jēlnaftas rafinēšana ir tik svarīga mūsu sabiedrībā, iepazīstieties ar šo no jēlnaftas iegūto produktu sarakstu:

Naftas gāze - izmanto sildīšanai, ēdiena gatavošanai, plastmasas ražošanai

  • mazie alkāni (no 1 līdz 4 oglekļa atomiem)
  • plaši pazīstams ar nosaukumiem metāns, etāns, propāns, butāns
  • viršanas diapazons = mazāk nekā 104 grādi pēc Fārenheita / 40 grādi pēc Celsija
  • bieži šķidrina zem spiediena, lai iegūtu sašķidrinātu naftas gāzi (sašķidrināta naftas gāze)

Ligroīns vai Ligroin - starpprodukts, kas tiks tālāk apstrādāts, lai iegūtu benzīnu

  • 5 līdz 9 oglekļa atomu alkānu sajaukums
  • viršanas diapazons = no 140 līdz 212 grādiem pēc Fārenheita / 60 līdz 100 grādi pēc Celsija

Benzīns - motora degviela

  • šķidrums
  • alkānu un cikloalkānu sajaukums (no 5 līdz 12 oglekļa atomiem)
  • viršanas diapazons = no 104 līdz 401 grādiem pēc Fārenheita / no 40 līdz 205 grādiem pēc Celsija

Petroleja - degviela reaktīvajiem motoriem un traktoriem; izejmateriāls citu produktu izgatavošanai

  • šķidrums
  • alkānu (10 līdz 18 oglekļa) un aromātisko savienojumu sajaukums
  • viršanas diapazons = 350 līdz 617 grādi pēc Fārenheita / 175 līdz 325 grādi pēc Celsija

Gāzeļļa vai Dīzeļdegvielas destilāts - izmanto dīzeļdegvielai un mazutam; izejmateriāls citu produktu izgatavošanai

  • šķidrums
  • alkāni, kas satur 12 vai vairāk oglekļa atomus
  • viršanas diapazons = 482 līdz 662 grādi pēc Fārenheita / 250 līdz 350 grādi pēc Celsija

Smēreļļa - izmanto motoreļļai, smērvielām un citām smērvielām

  • šķidrums
  • garas ķēdes (no 20 līdz 50 oglekļa atomiem) alkāni, cikloalkāni, aromātiskie savienojumi
  • viršanas diapazons = 572 līdz 700 grādi pēc Fārenheita / 300 līdz 370 grādi pēc Celsija

Smagā gāze vai Mazuts - izmanto rūpnieciskajai degvielai; izejmateriāls citu produktu izgatavošanai

  • šķidrums
  • garas ķēdes (no 20 līdz 70 oglekļa atomiem) alkāni, cikloalkāni, aromātiskie savienojumi
  • viršanas diapazons = 700 līdz 1112 grādi pēc Fārenheita / 370 līdz 600 grādi pēc Celsija

Atlikumi - kokss, asfalts, darva, vaski; izejmateriāls citu produktu izgatavošanai

  • ciets
  • vairāku gredzenu savienojumi ar 70 vai vairāk oglekļa atomiem
  • viršanas diapazons = lielāks par 1112 grādiem pēc Fārenheita / 600 grādi pēc Celsija

Jūs, iespējams, pamanījāt, ka visiem šiem produktiem ir dažādi izmēri un viršanas diapazoni. Ražojot eļļu, ķīmiķi izmanto šīs īpašības. Apskatiet nākamo sadaļu, lai uzzinātu sīkāku informāciju par šo aizraujošo procesu.

Viktorīnas stūrītis

Pārbaudiet savas zināšanas par naftas un naftas ieguvi, izmantojot mūsu -Eļļas slānekļa viktorīna.

Rafinēšanas process

Naftas pārstrādes rūpnīca krēslā

Naftas pārstrādes rūpnīca krēslā

Kā minēts iepriekš, jēlnaftas mucā ir visu veidu ogļūdeņražu maisījums. Naftas rafinēšana visu sadala lietderīgās vielās. Ķīmiķi veic šādas darbības:

  1. Vecākais un visizplatītākais veids, kā sadalīt lietas dažādās sastāvdaļās (sauktas par frakcijas), ir jādara, izmantojot viršanas temperatūras atšķirības. Šis process tiek saukts frakcionētā destilācija. Jūs galvenokārt uzkarsējat jēlnaftu, ļaujiet tai iztvaikot un pēc tam kondensējiet tvaikus.
  2. Izmanto jaunākas tehnikas Ķīmiskā apstrāde uz dažām frakcijām, lai citas izveidotu procesā, ko sauc par konversija. Piemēram, ķīmiskā apstrāde var sadalīt garākas ķēdes īsākajās. Tas ļauj pārstrādes rūpnīcai pārvērst dīzeļdegvielu par benzīnu atkarībā no benzīna pieprasījuma.
  3. Rafinēšanas uzņēmumiem ir jābūt ārstēt frakcijas piemaisījumu noņemšanai.
  4. Rafinēšanas rūpnīcas apvienot dažādas frakcijas (pārstrādātas, nepārstrādātas) maisījumos, lai iegūtu vēlamos produktus. Piemēram, dažādi ķēžu maisījumi var radīt benzīnus ar atšķirīgu oktānskaitli.

Produktus uzglabā uz vietas, līdz tos var nogādāt dažādos tirgos, piemēram, degvielas uzpildes stacijās, lidostās un ķīmiskās rūpnīcās. Papildus naftas produktu ražošanai pārstrādes rūpnīcām jāapstrādā arī atkritumi, kas iesaistīti procesos, lai samazinātu gaisa un ūdens piesārņojumu.

Nākamajā sadaļā mēs apskatīsim, kā mēs sadalām jēlnaftu tās komponentos.

Frakcionētā destilācija

Destilācijas kolonnas naftas pārstrādes rūpnīcā

Destilācijas kolonnas naftas pārstrādes rūpnīcā

Dažādām jēlnaftas sastāvdaļām ir dažādi izmēri, svars un viršanas temperatūra; Tātad, pirmais solis ir šo komponentu atdalīšana. Tā kā tiem ir atšķirīga viršanas temperatūra, tos var viegli atdalīt, izmantojot procesu frakcionētā destilācija. Frakcionētās destilācijas posmi ir šādi:

  1. Jūs karstums divu vai vairāku vielu (šķidrumu) maisījums ar dažādu viršanas temperatūru augstā temperatūrā. Sildīšanu parasti veic ar augstspiediena tvaiku līdz temperatūrai aptuveni 1112 grādi pēc Fārenheita / 600 grādiem pēc Celsija.
  2. Maisījums vārās, veidojot tvaikus (gāzes); vairums vielu nonāk tvaika fāzē.
  3. tvaiki ievada garās kolonnas apakšā (frakcionētās destilācijas kolonna), kas ir piepildīta ar paplātēm vai plāksnēm. Paplātēs ir daudz caurumu vai burbuļu vāciņi (piemēram, atslābināts vāciņš uz sodas pudeles), lai tvaiki varētu iziet cauri. Tie palielina kontakta laiku starp tvaikiem un šķidrumiem kolonnā un palīdz savākt šķidrumus, kas kolonnā veidojas dažādos augstumos. Visā kolonnā ir temperatūras starpība (apakšā karsts, augšpusē vēss).
  4. tvaiki paceļas kolonnā.
  5. Kad tvaiki paceļas caur kolonnā esošajām paplātēm, tas atdziest.
  6. Kad viela tvaikos sasniegs tādu augstumu, kurā kolonnas temperatūra ir vienāda ar šīs vielas viršanas temperatūru, tā būs kondensēties lai izveidotu šķidrumu. (Viela ar zemāko viršanas temperatūru kondensējas kolonas augstākajā punktā; vielas ar augstāku viršanas temperatūru kolonnā kondensējas zemāk.)
  7. Paplātes savākt dažādas šķidrās frakcijas.
  8. Savāktās šķidrās frakcijas var nonākt kondensatoros, kas tos tālāk atdzesē, un pēc tam aiziet uz glabāšanas tvertnēm vai arī doties uz citām vietām turpmākai ķīmiskai pārstrādei.

Frakcionētā destilācija ir noderīga, lai atdalītu vielu maisījumu ar nelielām viršanas punktu atšķirībām, un tas ir vissvarīgākais posms rafinēšanas procesā.

Šis saturs nav saderīgs ar šo ierīci.

Eļļas rafinēšanas process sākas ar frakcionētas destilācijas kolonnu. Labajā pusē var redzēt vairākus ķīmiskos procesorus, kas aprakstīti nākamajā sadaļā.

Tikai daži komponenti iznāk no frakcionētās destilācijas kolonnas, kas ir gatava tirdzniecībai. Daudzi no tiem ir ķīmiski jāapstrādā, lai iegūtu citas frakcijas. Piemēram, tikai 40% destilētas jēlnaftas ir benzīns; tomēr benzīns ir viens no galvenajiem naftas kompāniju ražotajiem produktiem. Tā vietā, lai nepārtraukti destilētu jēlnaftas daudzumus, naftas uzņēmumi ķīmiski apstrādā dažas citas frakcijas no destilācijas kolonnas, lai iegūtu benzīnu; šī apstrāde palielina benzīna daudzumu katrā jēlnaftas mucā.

Nākamajā sadaļā mēs apskatīsim, kā mēs ķīmiski apstrādājam vienu frakciju citā.

Ķīmiskā apstrāde

Plaisāšana sadala lielas ķēdes mazākās ķēdēs.

Plaisāšana sadala lielas ķēdes mazākās ķēdēs.

Vienu frakciju var mainīt ar vienu no trim metodēm:

  • lielu ogļūdeņražu sadalīšana mazākos gabalos (plaisāšana)
  • apvienojot mazākus gabalus, lai izveidotu lielākus (apvienošana)
  • dažādu gabalu pārkārtošana, lai iegūtu vēlamos ogļūdeņražus (pārveidošana)

Krekinga

Plaisāšana prasa lielus ogļūdeņražus un sadala tos mazākos.

Ir vairāki plaisāšanas veidi:

  • Termiskā - Jūs karsējat lielus ogļūdeņražus augstā temperatūrā (dažreiz arī ar augstu spiedienu), līdz tie sadalās. tvaiks - augstas temperatūras tvaiks (1500 grādi pēc Fārenheita / 816 grādi pēc Celsija) tiek izmantots etāna, butāna un naftas sadalīšanai etilēnā un benzolā, ko izmanto ķīmisku vielu ražošanai. visbreaking - atlikums no destilācijas torņa tiek uzkarsēts (900 grādi pēc Fārenheita / 482 grādi pēc Celsija), atdzesēts ar gāzeļļu un ātri sadedzināts (aizdedzināts) destilācijas tornī. Šis process samazina smago eļļu viskozitāti un rada darvu. koksēšana - atlikums no destilācijas torņa tiek uzkarsēts līdz temperatūrai virs 900 grādiem pēc Fārenheita / 482 grādiem pēc Celsija, līdz tas saplīst smagajā eļļā, benzīnā un ligroīnā. Kad process ir pabeigts, tiek atstāts smags, gandrīz tīrs oglekļa atlikums (kokss); koksu notīra no kokseriem un pārdod. Fotoattēlu pieklājība Phillips Petroleum Company Katalizatori, ko izmanto katalītiskā plaisāšanā vai pārveidošanā
  • Katalītiskā - izmanto katalizatoru, lai paātrinātu plaisāšanas reakciju. Katalizatoros ietilpst ceolīts, alumīnija hidrosilikāts, boksīts un silīcija-alumīnija oksīds. šķidrā katalītiskā krekinga - karsts, šķidrs katalizators (1000 grādi pēc Fārenheita / 538 grādi pēc Celsija) sašķeļ smago gāzeļļu dīzeļdegvielās un benzīnā. hidrokrekinga - līdzīgs šķidruma katalītiskajam krekingam, bet izmanto citu katalizatoru, zemāku temperatūru, augstāku spiedienu un gāzūdeņu. Tas ņem smago eļļu un sašķeļ to benzīnā un petrolejā (reaktīvo degvielu).

Pēc tam, kad dažādi ogļūdeņraži ir sašķelti mazākos ogļūdeņražos, produkti iziet caur citu frakcionētas destilācijas kolonnu, lai tos atdalītu.

Unifikācija

Dažreiz, lai izveidotu lielākus, jums jāapvieno mazāki ogļūdeņraži - šo procesu sauc apvienošana. Tiek saukts galvenais apvienošanās process katalītiskā reformēšana un izmanto katalizatoru (platīns, platīna un rēnija maisījums), lai apvienotu vieglo ligroīnu aromātiskajās vielās, kuras izmanto ķīmisku vielu ražošanā un benzīna sajaukšanā. Nozīmīgs šīs reakcijas blakusprodukts ir gāzūdeņradis, ko pēc tam izmanto hidrokrekingā vai pārdod.

Kā darbojas naftas pārstrāde: grādi

Reformators apvieno ķēdes.

Pārveidošana

Dažreiz vienas frakcijas molekulu struktūras tiek pārkārtotas, lai iegūtu citu. Parasti tas tiek darīts, izmantojot procesu ar nosaukumu alkilēšana. Alkilējot, mazmolekulārus savienojumus, piemēram, propilēnu un butilēnu, sajauc katalizatora, piemēram, fluorūdeņražskābes vai sērskābes, klātbūtnē (blakusprodukts daudzu naftas produktu piemaisījumu noņemšanai). Alkilēšanas produkti ir ogļūdeņraži ar augstu oktānskaitli, kas tiek izmantoti benzīna maisījumos, lai samazinātu klauvē (sīkāku informāciju sk. "Ko nozīmē oktānskaitlis?").

Kā darbojas naftas pārstrāde: pārstrāde

Ķēžu pārkārtošana

Tagad, kad esam redzējuši, kā tiek mainītas dažādas frakcijas, mēs diskutēsim par to, kā frakcijas tiek apstrādātas un sajauktas, lai iegūtu komerciālus produktus.

Kā darbojas naftas pārstrāde: līdz

Naftas pārstrādes rūpnīca ir visu šo vienību kombinācija.

Frakciju apstrāde un sajaukšana

Plastmasas, kas ražotas no rafinētām eļļas frakcijām

Plastmasas, kas ražotas no rafinētām eļļas frakcijām

Destilētas un ķīmiski apstrādātas frakcijas apstrādā, lai noņemtu piemaisījumus, piemēram, organiskos savienojumus, kas satur sēru, slāpekli, skābekli, ūdeni, izšķīdušus metālus un neorganiskos sāļus. Ārstēšanu parasti veic, frakcijas izlaižot caur:

  • sērskābes kolonna - noņem nepiesātinātos ogļūdeņražus (tos, kuriem ir oglekļa-oglekļa dubultsaites), slāpekļa savienojumus, skābekļa savienojumus un cietās vielas (darvas, asfalts)
  • absorbcijas kolonna, kas piepildīta ar žāvēšanas līdzekļiem, lai noņemtu ūdeni
  • sēra apstrāde un sērūdeņraža tīrītāji, lai noņemtu sēru un sēra savienojumus

Pēc frakciju apstrādes tās atdzesē un pēc tam sajauc kopā, lai iegūtu dažādus produktus, piemēram:

  • dažādu marku benzīns, ar vai bez piedevām
  • dažāda svara un pakāpes smēreļļas (piemēram, 10W-40, 5W-30)
  • petroleja, dažādu kategoriju
  • reaktīvā degviela
  • dīzeļdegviela
  • apkures eļļa
  • dažādu klašu ķīmiskas vielas plastmasas un citu polimēru ražošanai

Lai iegūtu papildinformāciju par aizraujošo naftas pārstrādes un naftas ķīmijas pasauli, apskatiet saites nākamajā lapā.


Video Papildinājums: Naftas produktu izmantošana.




Pētniecība


Attēlos: Satriecoši Ziedu Lauki Atacama Tuksnesī
Attēlos: Satriecoši Ziedu Lauki Atacama Tuksnesī

Ko Gaidīt No Super Asiņu Vilka Mēness Aptumsuma
Ko Gaidīt No Super Asiņu Vilka Mēness Aptumsuma

Zinātne Ziņas


Slavenu Zinātnieku Agrīnie Darbi, Kas Nozagti Par 2,5 Miljoniem Asv Dolāru Reto Grāmatu
Slavenu Zinātnieku Agrīnie Darbi, Kas Nozagti Par 2,5 Miljoniem Asv Dolāru Reto Grāmatu

Vienkārši Dīvaini: Stāsts Par Niecīgu Parazītu
Vienkārši Dīvaini: Stāsts Par Niecīgu Parazītu

'Sandy', Atvaļināts No Viesuļvētras Vārdu Saraksta
'Sandy', Atvaļināts No Viesuļvētras Vārdu Saraksta

Grumbu Pūšamas Lāzera Procedūras Planēt
Grumbu Pūšamas Lāzera Procedūras Planēt

Amnēzija Nav Nekas Tāds, Kā Šķiet Filmās (Podcast)
Amnēzija Nav Nekas Tāds, Kā Šķiet Filmās (Podcast)


LV.WordsSideKick.com
Visas Tiesības Aizsargātas!
Pavairošana Materiālu Atļauts Tikai Prostanovkoy Aktīvu Saiti Uz Vietni LV.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LV.WordsSideKick.com