Краткая история развития нефтепереработки

Перегонка нефти была известна еще в начале нашей эры. Этот способ применяли для уменьшения неприятного запаха нефти при ее использовании в лечебных целях. В небольшом количестве нефть перегоняли в колбах, а в большем - в кубах.

В1745 г. архангельский купец Федор Прядунов построил на реке Ухте первый в мире нефтеперегонный завод. Для этого он использовал кубовую установку, применявшуюся ранее для получения дегтя, скипидара, канифоли из древесной смолы (ее перегонка - смолокурение - в России известна с XII...XIII веков).

В 1823 г. завод по перегонке нефти соорудили вблизи Моздока крепостные крестьяне, мастера смолокурения братья Дубинины. Нефтеперегонная установка представляла собой железный куб с медной крышкой, вмазанный в печь. Из крышки куба выходила трубка, проходящая через бочку с водой. Пары нефти, выделяющиеся при ее нагреве, охлаждались водой и конденсировались. Как только эта жидкость начинала темнеть топку тушили, а густой остаток в кубе - мазут -выбрасывали. Из 40 ведер нефти получали 16 ведер фотогена (аналога керосина). Двадцать ведер оставалось в кубе в виде мазута, а 4 «угорали» - терялись в процессе перегонки.

В 40-х годах XIX в. нефтеперегонные заводы появляются в других странах. В 1848 г. Дж. Юнг начал перегонку нефти на заводе в Великобритании, в 1849 г. С. Кир построил завод по перегонке нефти в Пенсильвании (США). Во Франции первый нефтеперегонный завод был построен А. Гирном в Эльзасе в 1854 г. В 50-е годы XIX в. зарождается промышленная переработка нефти в Германии, Польше и Румынии.

Первые крупные нефтеперегонные заводы в России появились в районе Баку: завод В. А. Кокорева и П.И. Губонина (1860), Д. Меликова (1863). Кроме того, множились мелкие заводы - в 60-е годы в Баку их было около 30, а в 70-е годы - более 70.

Развивалась нефтепереработка и в других районах. В 1865 г. в Грозном был построен завод И.М. Мирзоева, а в 1868 г. на Таманском полуострове начал действовать крупный нефтеперегонный завод А.Н. Новосильцева, который полностью обеспечивая керосином свой регион.

К началу 70-х годов XIX в. в России функционировали и другие фотогеновые (керосиновые) заводы: в Одессе - 4, в Херсоне — 1, в Керчи - 3. Они перерабатывали кавказскую и молдавскую нефти.

Совершенствовалась техника перегонки нефти. Если первоначально она производилась в кубах периодического действия, аналогичных тем, что использовали братья Дубинины. Однако такая технология перегонки не обеспечивала надежного разделения нефти на фракции, поскольку температурные границы отбираемых фракций определялись «на глазок».

Со временем кубовые установки превратились в кубовые батареи - набор соединявшихся друг с другом кубов, каждый из которых служил для получения определенной нефтяной фракции. К концу XIX в. были разработаны кубовые батареи непрерывного действия. В них использовался принцип регенерации тепла: получаемые горячие нефтяные фракции отдавали свое тепло нефти, поступающей на переработку. Это позволило резко увеличить производительность установок. Так, установка, предложенная в 1886 г. В.Г. Шуховым и Ф.А. Инчиком, позволяла ежесуточно перегонять количество нефти, в 27 раз превышающее объем аппарата, тогда как аналогичный показатель для куба периодического действия равен 1,5, а для кубовой батареи - 4.

На протяжении почти всего XIX в. целью перегонки нефти было, в основном, получение керосина. Его качество и выход зависели от природы нефти, технологии ее перегонки и других факторов.

Основными характеристиками товарного керосина в начальный период были удельный вес (0,79...0,85 т/м³), температурный интервал кипения (170...320 °С) и цвет. Поскольку выход керосиновой фракции был относительно невелик (из бакинской нефти - 25...30 %) нефтепромышленники пытались «делать» дополнительные объемы похожей на керосин по удельному весу жидкости, смешивая легкие и тяжелые фракции. Такой продукт при употреблении в лампах часто взрывался. Поэтому годность керосина для безопасного освещения стали определять по температуре вспышки (воспламенения паров над поверхностью жидкости) и температуре воспламенения (возгорания жидкости).

В начале XX в. российская нефтепромышленники вели переработку так, чтобы наибольшая часть легких фракций оставалась в мазуте, который использовался как котельное топливо и давал львиную долю доходов. На долю мазута приходилось 58% от всех нефтепродуктов.

Наряду с перегонкой развивались и другие способы нефтепереработки. В 1879 г. при консультации Д.И. Менделеева недалеко от Ярославля был построен первый в мире завод для производства смазочных масел из мазута. А в 1891 г. В.Г. Шухов и С. Гаврилов изобрели способ получения легких углеводородов расщеплением тяжелых углеводородов при высоких температуре и давлении. Данный процесс получил название крекинга. Авторство этого изобретения пытался присвоить себе американский химик Ум. Бартон. Судебное дело по крекинг-процессу возникло в результате скандала двух американских фирм, затеявших между собой патентную тяжбу. Однако международный суд установил, что изобретателями крекинг-процесса являются российские ученые, а все изобретенное впоследствии - это просто усовершенствование.

В 1926 г. В.Г. Шуховым в содружестве с инженером М.А. Капе-люшниковым, изобретателем турбобура, была создана крекинговая установка.

Продукты переработки нефти

При переработке нефти в настоящее время получают: ^топлива; 2) нефтяные масла; 3) парафины, церезины, вазелины; 4) нефтяные битумы; 5) осветительные керосины; 6) растворители; 7) прочие нефтепродукты (нефтяной кокс, сажу, консистентные смазки и др.).

Топлива

К числу получаемых из нефти топлив относятся автомобильные и авиационные бензины, а также реактивные, дизельные, газотурбинные и котельные топлива. Рассмотрим основные из них.

Автомобильные бензины применяются в карбюраторных двигателях. Все автомобильные бензины делятся на следующие виды:

- летние, предназначенные для применения во всех районах, кроме северных и северо-восточных, в период с 1 апреля по 1 октября; в южных районах - в течение всех сезонов;

- зимние, предназначенные для применения в течение всех сезонов в северных и северо-восточных районах, и с 1 октября по 1 апреля - в остальных районах.

Одной из важнейших эксплуатационных характеристик бензинов является их детонационная стойкость. Чем она больше, тем выше может быть степень сжатия двигателя и соответственно будут больше его удельная мощность и ниже расход топлива.

Детонационная стойкость бензинов выражается в октановых числах, определяемых на специальных установках моторным (ГОСТ 511-82) или исследовательским (ГОСТ 8226-82) методами. Октановое число равно количеству изооктана в смеси с н-гептаном, эквивалентной по детонационной стойкости испытуемому бензину.

Для повышения детонационной стойкости бензинов и соответственного повышения октанового числа в них вводят тетраэтилсвинец в количестве до 3,3 г на 1 кг бензина. Тетраэтилсвинец является ядовитым веществом. Поэтому при работе с этилированными бензинами необходимо соблюдать меры предосторожности. В настоящее время от него постепенно отказываются.

Промышленностью выпускаются автомобильные бензины марок А-72, А-76, А-80, А-92, АИ-91, АИ-93, АИ-95 (А - автомобильный; цифры - октановое число; буква И указывает, что октановое число определено по исследовательскому методу).

Авиационные бензины предназначены для применения в поршневых авиационных двигателях. Их марки - Б-91/115, Б-95/130, Б-92 и Б-70 (Б - бензин; цифра в числителе - октановое число; цифра в знаменателе - сортность на богатой смеси).

В настоящее время производство и потребление авиационных бензинов резко снизилось в связи с переходом авиации от поршневых двигателей к реактивным. Доля авиационных бензинов составляет около 2 % от общего производства бензинов.

Дизельные топлива используются в двигателях с воспламенением от сжатия и в некоторых типах газотурбинных двигателей.

Для различных условий применения отечественная промышленность вырабатывает топливо трех марок (ГОСТ 305-82):

Л (летнее) - для использования при положительной температуре окружающего воздуха;

3 (зимнее) - /для эксплуатации при температуре окружающего воздуха до -20 "С (температура застывания топлива не выше -35 °С) и до -30 °С (температура застывания топлива не выше -45 °С);

А (арктическое) - для эксплуатации при температуре окружающего воздуха до -50 °С.

Основными характеристиками дизельных топлив являются температура вспышки, температура застывания и содержание серы.

Температура, при которой пары топлива в смеси с воздухом вспыхивают при поднесении огня, называется температурой вспышки. Она характеризует испаряемость и огнеопасность дизельного топлива. Для топлива марки Л температура вспышки должна быть не ниже 40 °С, а для марки 3 - не ниже 35 °С.

По содержанию серы различают дизельные топлива, в которых ее не более 0,2 % по массе и в которых ее больше 0,2, но не более 0,5 % по массе.

Сведения о температуре вспышки или застывания, а также о содержании серы содержатся в условном обозначении дизельных топлив. Так, запись Л-0,2-40 означает, что это дизельное топливо летнее с массовой долей серы до 0,2 % и температурой вспышки 40 "С. А запись 3-0,2-35 означает, что это дизельное топливо зимнее с массовой долей серы до 0,2 % и температурой застывания -35 °С.

Реактивные топлива используются в газотурбинных двигателях самолетов и вертолетов. Чтобы получать от бортового запаса топлива, ограниченного емкостью баков и начальным полетным весом самолета, возможно больше энергии, необходимо, чтобы это топливо имело высокую теплоту сгорания. Из массовых и дешевых видов нефтяных топлив этим требованиям лучше всего удовлетворяют керосины.

На заре развития реактивной авиации ее потребность в топливе полностью удовлетворялась топливом Т-1, получаемым из малосернистых нефтей. Однако уже в 50-е годы возникла необходимость расширения производства реактивных топлив, что было сделано за счет переработки восточных сернистых нефтей. В результате было разработано топливо ТС-1, ставшее наиболее массовым типом реактивных топлив.

Кроме того, производятся реактивные топлива марок Т-2, Т-6, Т-8.

В качестве тракторного топлива используются керосины и лигроины. Для газовых турбин, используемых в промышленности, энергетике, водном и наземном транспорте, топливом служат мазуты и газойли. В качестве котельных топлив применяются флотский мазут марок Ф5 и Ф12 (цифра - условная вязкость при 40 °С), а также топочный мазут марок М40, М100, М200.

Нефтяные масла

Ассортимент выпускаемых нефтяных масел очень многообразен: моторные, индустриальные, цилиндровые, турбинные, компрессорные, трансмиссионные, осевые, электроизоляционные и др.

Моторные масла применяются для смазки авиационных, автомобильных и дизельных двигателей; индустриальные - для смазки промышленного оборудования (машин и механизмов); цилиндровые - для смазки золотников и цилиндров поршневых паровых машин; турбинные - для смазки и охлаждения подшипников различных турбоагрегатов и генераторов электрического тока; компрессорные - для смазки цилиндров, штоков и клапанов компрессоров, воздуходувок и холодильных машин; трансмиссионные - для смазки зубчатых передач в большинстве машин и механизмов; осевые - для смазки шеек осей железнодорожных вагонов, колесных пар тепловозов, паровозов и других узлов трения подвижного состава железнодорожного транспорта; электроизоляционные (трансформаторные, конденсаторные и кабельные) - для использования в качестве диэлектрика и охлаждающей жидкости в электроустановках.

Другие нефтепродукты

Товарные парафины используют в качестве сырья для производства синтетических кислот и спиртов, являющихся основой для производства моющих веществ. Парафин применяют в медицине, пищевой промышленности (тара и обертки из парафинированной бумаги и картона), производстве спичек, свечей, древесноволокнистых плит и других изделий.

Церезин применяют при производстве смазок, вазелинов, кремов и в качестве электроизоляционного материала.

Вазелины бывают естественные, искусственные, технические и медицинские. Естественный вазелин получают из парафинистых мазутов. Искусственный вазелин - это смесь минерального масла и парафина, технический - смесь парафина с индустриальным маслом, а медицинский - смесь белого церезина и парафина с парфюмерным маслом.

Нефтяные битумы применяют при изготовлении гидроизоляционных и кровельных материалов, в дорожном строительстве.

Осветительные керосины применяют для бытовых нужд.

К растворителям, вырабатываемым из нефти, относятся:

а) бензин-растворитель БР-1, применяемый в резиновой промышленности;

б) уайт-спирит, применяемый в лакокрасочной промышленности;

в) экстракционный бензин, применяемый в процессах экстракции.

Нефтяной кокс применяют для изготовления электродов в электрометаллургической промышленности, сажу - в резиновой промышленности, а также для изготовления карандашей, изоляционных материалов, копировальной бумаги, красок и т.д. К консистентным смазкам относятся солидолы, технические вазелины и др.