Raffinage du pétrole, raffinage primaire et secondaire du pétrole. Composition fractionnaire du pétrole et des produits pétroliers

Pour les personnes éloignées de la chimie, le mot "hydrocarbure" est très probablement associé au pétrole et au gaz. Il n'y a là rien d'étonnant, puisque le pétrole et gaz naturel en ce début de XXIe siècle, ils restent les principaux vecteurs énergétiques et matières premières de l'industrie chimique dans le monde. Si vous entendez l'expression « hydrocarbures naturels » sur l'écran du téléviseur, vous pouvez dire avec une probabilité de 99 % que nous parlons de pétrole ou de gaz.

Il se trouve qu'au cours de son histoire géologique, qui est d'environ 4,5 milliards d'années, notre planète a accumulé dans ses entrailles des volumes colossaux de pétrole, que l'on appelait « l'or noir », car le pétrole est la matière première d'un nombre colossal de produits, sans dont la vie moderne est tout simplement impensable - une variété d'alcools synthétiques, de détergents, de caoutchouc et de plastiques, de solvants, de fibres chimiques, etc. (la liste peut être continuée indéfiniment). Dans cette liste, nous n'avons pas mentionné l'essence, qui alimente les milliards de moteurs à combustion interne installés dans les voitures, les avions, les navires et autres mécanismes.

C'est grâce aux grands gisements de pétrole que certains États d'Asie centrale sont passés en peu de temps des pays du "tiers monde" à de véritables oasis florissantes de la civilisation moderne.

À la base, le pétrole est un matériau sédimentaire d'origine animale et végétale, présent dans la croûte terrestre depuis des centaines de millions d'années. D'un point de vue chimique, le pétrole est un mélange complexe d'hydrocarbures ayant diverses significations poids moléculaire - les hydrocarbures légers et lourds sont dissous dans un mélange liquide.

Pour que le pétrole devienne de l'"or noir", il est nécessaire d'isoler ses précieux composants du lisier noir ou, en termes scientifiques, de produire raffinage (nettoyage) huile brute. Ce processus est effectué dans des raffineries de pétrole spéciales ou des raffineries (raffineries), où la purification industrielle du mélange d'huile et de ses composés individuels est effectuée, à partir de laquelle le carburant et les matières premières pour l'industrie chimique sont ensuite obtenus. Un tel nettoyage consiste en plusieurs processus, dont le premier est distillation fractionnée huile brute.

La distillation fractionnée du pétrole est basée sur le processus de condensation de la vapeur chauffée sur des surfaces plus froides. Par exemple, l'exemple le plus simple de distillation est le processus Moonshine.

Le processus de distillation peut être utilisé pour séparer et purifier le mélange, car le composant du mélange liquide qui a le point d'ébullition le plus bas bouillira en premier - les vapeurs de ce composant se condenseront en un liquide, qui pourra ensuite être collecté, obtenant un déjà composant pur. Ensuite, le composant avec le point d'ébullition le plus élevé va bouillir, et ainsi de suite.

Une méthode similaire est utilisée dans le raffinage du pétrole (distillation fractionnée), lorsque le mélange d'huile est chauffé, après quoi la séparation et la collecte de divers factions huile brute. Une fraction est un groupe d'hydrocarbures qui ont le même point d'ébullition.

Le schéma de distillation fractionnée du pétrole brut est illustré dans la figure ci-dessous.

Le pétrole brut est préchauffé dans un four spécial, ce qui conduit à son évaporation - les vapeurs d'huile chaudes sont envoyées dans une énorme colonne de distillation fractionnée, où, en fait, elle est séparée en fractions. Les hydrocarbures les plus légers (ayant un faible poids moléculaire) montent en haut de la colonne, respectivement, les hydrocarbures les plus lourds (ayant un poids moléculaire élevé) sont collectés en pied de colonne. Lorsque chaque fraction atteint son point d'ébullition, elle est collectée et retirée de la colonne de distillation fractionnée.

Tous les hydrocarbures inclus dans une fraction sont de taille et de complexité similaires, ils sont donc utilisés dans l'industrie chimique aux mêmes fins.

Il est d'usage de distinguer 6 fractions :

1. Première faction ( des gaz) a un point d'ébullition jusqu'à 40°C. Le composant principal de la première fraction est le gaz méthane CH4. De plus, les produits de la première fraction sont des gaz propane C3H8 et butane C4H10. Ces gaz sont largement utilisés comme carburant. De plus, les produits pétroliers de la première fraction sont utilisés dans la production de divers plastiques.
2. Deuxième faction ( essences) a un point d'ébullition de 40-180°C. La deuxième faction commence pentane C 5 H 12 et se termine doyen C 10 H 22 . L'éther de pétrole (40-70°C), l'essence aviation (70-100°C), l'essence moteur (100-120°C) sont obtenus à partir des produits pétroliers de la deuxième fraction par redistillation.
3. Troisième faction ( kérosènes) a un point d'ébullition de 180-270°C. La troisième fraction comprend des hydrocarbures dans la gamme de C 10 H 22 à C 16 H 34 . Les produits pétroliers de la troisième fraction sont utilisés comme carburant de fusée.
4. Quatrième faction ( huiles solaires) a un point d'ébullition de 270-360°C. C12H26-C20H42. Les produits pétroliers de la quatrième fraction sont utilisés comme matières premières pour la production d'huiles lubrifiantes et de carburant diesel.
5. Cinquième faction ( essence) a un point d'ébullition de 360-550°C. La cinquième fraction comprend les hydrocarbures de C 20 à C 36 , qui sont des matières premières pour la production d'huiles lubrifiantes lourdes et d'huiles minérales, de vaseline et de paraffine.
6. Sixième faction ( asphalte) a un point d'ébullition supérieur à 550°C. Cette fraction comprend les matières semi-solides et solides résiduelles.

Le raffinage du pétrole est un processus assez compliqué, qui nécessite une implication. De nombreux produits sont obtenus à partir des matières premières naturelles extraites - divers types de carburant, bitume, kérosène, solvants, lubrifiants, huiles de pétrole et autres. Le raffinage du pétrole commence par le transport des hydrocarbures jusqu'à l'usine. Processus de fabrication se déroule en plusieurs étapes dont chacune est très importante d'un point de vue technologique.

Processus de recyclage

Le processus de raffinage du pétrole commence par sa préparation spécialisée. Cela est dû à la présence de nombreuses impuretés dans les matières premières naturelles. Un gisement de pétrole contient du sable, des sels, de l'eau, du sol et des particules gazeuses. Pour la proie un grand nombre les produits et la conservation des gisements de ressources énergétiques utilisent de l'eau. Cela a ses avantages, mais réduit considérablement la qualité du matériau obtenu.

La présence d'impuretés dans la composition des produits pétroliers rend impossible leur transport jusqu'à l'usine. Ils provoquent la formation de plaque sur les échangeurs de chaleur et autres récipients, ce qui réduit considérablement leur durée de vie.

Par conséquent, les matériaux extraits sont soumis à un nettoyage complexe - mécanique et fin. À ce stade du processus de production, la matière première résultante est séparée en huile et. Cela se produit à l'aide de séparateurs d'huile spéciaux.

Pour purifier la matière première, celle-ci est principalement déposée dans des cuves hermétiques. Pour activer le processus de séparation, le matériau est exposé au froid ou haute température. Les usines de dessalement électriques sont utilisées pour éliminer les sels contenus dans les matières premières.

Comment se déroule le processus de séparation de l'huile et de l'eau ?

Après purification primaire, une émulsion peu soluble est obtenue. C'est un mélange dans lequel les particules d'un liquide sont uniformément réparties dans le second. Sur cette base, on distingue 2 types d'émulsions :

• hydrophile. C'est un mélange où les particules d'huile sont dans l'eau ;
• hydrophobe. L'émulsion se compose principalement d'huile, où il y a des particules d'eau.

Le processus de rupture de l'émulsion peut se produire mécaniquement, électriquement ou chimiquement. La première méthode consiste à décanter le liquide. Cela se produit dans certaines conditions - chauffage à une température de 120 à 160 degrés, augmentation de la pression à 8 à 15 atmosphères. La stratification du mélange se produit généralement dans les 2-3 heures.

Pour que le processus de séparation de l'émulsion réussisse, il est nécessaire d'empêcher l'évaporation de l'eau. De plus, l'extraction de l'huile pure est réalisée à l'aide de puissantes centrifugeuses. L'émulsion est divisée en fractions lorsqu'elle atteint 3,5 à 50 000 tours par minute.

L'utilisation d'une méthode chimique implique l'utilisation de tensioactifs spéciaux appelés désémulsifiants. Ils aident à dissoudre le film d'adsorption, à la suite de quoi l'huile est nettoyée des particules d'eau. méthode chimique souvent utilisé en conjonction avec l'électricité. La dernière méthode de nettoyage consiste à exposer l'émulsion à un courant électrique. Il provoque l'association de particules d'eau. En conséquence, il est plus facilement éliminé du mélange, ce qui donne une huile de la plus haute qualité.

Traitement primaire

L'extraction et le traitement du pétrole se déroulent en plusieurs étapes. Une caractéristique de la production de divers produits à partir de matières premières naturelles est que même après une purification de haute qualité, le produit résultant ne peut pas être utilisé aux fins prévues.

Le matériau de départ est caractérisé par la teneur en divers hydrocarbures, qui diffèrent considérablement par leur poids moléculaire et leur point d'ébullition. Il contient des substances de nature naphténique, aromatique, paraffinique. De plus, la charge contient des composés soufrés, azotés et oxygénés de type organique, qui doivent également être éliminés.

Toutes les méthodes existantes de raffinage du pétrole visent à le diviser en groupes. Au cours du processus de fabrication, large éventail produits aux caractéristiques différentes.

La première transformation des matières premières naturelles est réalisée sur la base de différentes températuresébullition de ses éléments constitutifs. Pour la mise en œuvre de ce procédé, des installations spécialisées sont impliquées, qui permettent d'obtenir divers produits pétroliers - du mazout au goudron.

Si les matières premières naturelles sont traitées de cette manière, il ne sera pas possible d'obtenir un matériau prêt à être usage ultérieur. La distillation primaire vise uniquement à déterminer les propriétés physiques et chimiques de l'huile. Après son exécution, il est possible de déterminer la nécessité d'un traitement ultérieur. Ils définissent également le type d'équipement qui doit être impliqué pour effectuer les processus nécessaires.

Raffinage primaire du pétrole

Méthodes de distillation d'huile

Il existe les méthodes suivantes de raffinage du pétrole (distillation):

• évaporation unique;
• évaporation répétée;
• distillation avec évaporation progressive.

La méthode flash implique le traitement de l'huile sous l'influence d'une température élevée avec une valeur donnée. En conséquence, des vapeurs se forment qui pénètrent dans un appareil spécial. C'est ce qu'on appelle un évaporateur. Dans ce dispositif cylindrique, les vapeurs sont séparées de la fraction liquide.

Avec une évaporation répétée, la matière première est soumise à un traitement dans lequel la température est augmentée plusieurs fois selon un algorithme donné. La dernière méthode de distillation est plus complexe. Le traitement de l'huile avec évaporation progressive implique un changement en douceur des principaux paramètres de fonctionnement.

Équipement de distillation

Le raffinage industriel du pétrole est réalisé à l'aide de plusieurs appareils.

Fours tubulaires. À leur tour, ils sont également divisés en plusieurs types. Ce sont des fours atmosphériques, sous vide, sous vide atmosphérique. À l'aide d'équipements du premier type, un traitement peu profond des produits pétroliers est effectué, ce qui permet d'obtenir des fractions de mazout, d'essence, de kérosène et de diesel. Dans les fours sous vide, en raison de plus travail efficace les matières premières sont divisées en:

• le goudron;
• particules d'huile;
• particules de gazole.

Les produits obtenus conviennent parfaitement à la production de coke, de bitume, de lubrifiants.

colonnes de distillation. Le processus de traitement du pétrole brut à l'aide de cet équipement consiste à le chauffer dans un serpentin à une température de 320 degrés. Après cela, le mélange entre dans les niveaux intermédiaires de la colonne de distillation. En moyenne, il dispose de 30 à 60 goulottes, chacune espacée à un certain intervalle et équipée d'un bain de liquide. De ce fait, les vapeurs s'écoulent sous forme de gouttelettes, à mesure que la condensation se forme.

Il existe également un traitement utilisant des échangeurs de chaleur.

Recyclage

Après avoir déterminé les propriétés de l'huile, en fonction du besoin d'un produit final particulier, le type de distillation secondaire est sélectionné. Il s'agit essentiellement d'un effet thermocatalytique sur la charge. traitement en profondeur l'huile peut se produire par plusieurs méthodes.

Le carburant. L'utilisation de cette méthode de distillation secondaire permet d'obtenir un certain nombre de produits de haute qualité - essence moteur, diesel, carburéacteur et carburants pour chaudières. Le recyclage ne nécessite pas beaucoup de matériel. Grâce à l'application de cette méthode, un produit fini est obtenu à partir des fractions lourdes de matières premières et de sédiments. La méthode de distillation du carburant comprend :

• fissuration;
• réformer;
• hydrotraitement;
• hydrocraquage.

Essence. Grâce à cette méthode de distillation, non seulement divers carburants mais aussi l'asphalte, les huiles lubrifiantes. Ceci est fait en utilisant la méthode d'extraction, le désasphaltage.

Pétrochimique. Grâce à l'application de cette méthode avec l'implication d'équipements de haute technologie, un grand nombre de produits sont obtenus. Il ne s'agit pas seulement de carburant, d'huiles, mais aussi de plastiques, de caoutchouc, d'engrais, d'acétone, d'alcool et bien plus encore.

Comment les objets qui nous entourent sont obtenus à partir du pétrole et du gaz - accessibles et compréhensibles

Cette méthode est considérée comme la plus courante. Avec son aide, le traitement de l'huile acide ou acide est effectué. L'hydrotraitement peut améliorer considérablement la qualité des carburants obtenus. Divers additifs en sont retirés - soufre, azote, composés oxygénés. Le matériau est traité sur des catalyseurs spéciaux dans un environnement d'hydrogène. Dans le même temps, la température dans l'équipement atteint 300-400 degrés et la pression - 2-4 MPa.

À la suite de la distillation, contenue dans les matières premières, composés organiques se décomposer en interagissant avec l'hydrogène circulant à l'intérieur de l'appareil. En conséquence, de l'ammoniac et du sulfure d'hydrogène sont formés, qui sont éliminés du catalyseur. L'hydrotraitement permet de recycler 95 à 99 % des matières premières.

craquage catalytique

La distillation est effectuée à l'aide de catalyseurs contenant de la zéolite à une température de 550 degrés. La fissuration est considérée comme très méthode efficace traitement des matières premières préparées. Avec son aide, de l'essence à moteur à indice d'octane élevé peut être obtenue à partir de fractions de mazout. Le rendement en produit pur dans ce cas est de 40 à 60 %. Du gaz liquide est également obtenu (10-15% du volume d'origine).

reformage catalytique

Le reformage est effectué à l'aide d'un catalyseur aluminium-platine à une température de 500 degrés et une pression de 1 à 4 MPa. Dans le même temps, un environnement d'hydrogène est présent à l'intérieur de l'équipement. Cette méthode est utilisée pour convertir les hydrocarbures naphténiques et paraffiniques en aromatiques. Cela vous permet d'augmenter considérablement l'indice d'octane des produits. Lors de l'utilisation du reformage catalytique, le rendement en matière pure est de 73 à 90 % de la charge d'alimentation.

Hydrocraquage

Vous permet d'obtenir du carburant liquide lorsqu'il est exposé à une pression élevée (280 atmosphères) et à une température élevée (450 degrés). En outre, ce processus se produit avec l'utilisation de catalyseurs puissants - les oxydes de molybdène.

Si l'hydrocraquage est combiné à d'autres méthodes de traitement des matières premières naturelles, le rendement en produits purs sous forme d'essence et de carburéacteur est de 75 à 80 %. Lors de l'utilisation de catalyseurs de haute qualité, leur régénération peut ne pas être effectuée avant 2-3 ans.

Extraction et désasphaltage

L'extraction implique la séparation des matières premières préparées en fractions souhaitées à l'aide de solvants. Ensuite, un déparaffinage est effectué. Il vous permet de réduire considérablement le point d'écoulement de l'huile. De plus, pour obtenir des produits de haute qualité, il est soumis à un hydrotraitement. À la suite de l'extraction, du carburant diesel distillé peut être obtenu. De plus, en utilisant cette technique, les hydrocarbures aromatiques sont extraits des matières premières préparées.

Le désasphaltage est nécessaire pour obtenir des composés goudron-asphaltène à partir des produits finaux de la distillation de la charge pétrolière. Les substances résultantes sont activement utilisées pour la production de bitume, en tant que catalyseurs pour d'autres méthodes de traitement.

Autres méthodes de traitement

Transformation des matières premières naturelles après distillation primaire peut se faire d'autres manières.

Alkylation. Après traitement des matériaux préparés, des composants de haute qualité pour l'essence sont obtenus. Le procédé est basé sur l'interaction chimique des hydrocarbures oléfiniques et paraffiniques, résultant en un hydrocarbure paraffinique à haut point d'ébullition.

Isomérisation. L'application de cette méthode permet d'obtenir une substance à indice d'octane plus élevé à partir d'hydrocarbures paraffiniques à faible indice d'octane.

Polymérisation. Permet la conversion des butylènes et du propylène en composés oligomères. En conséquence, des matériaux sont obtenus pour la production d'essence et pour divers procédés pétrochimiques.

Cokéfaction. Il est utilisé pour la production de coke de pétrole à partir des fractions lourdes obtenues après la distillation du pétrole.

L'industrie du raffinage du pétrole est prometteuse et en développement. Le processus de production est constamment amélioré grâce à l'introduction de nouveaux équipements et techniques.

Vidéo : Raffinage du pétrole

Le pétrole se compose de nombreux composants - fractions - dont les propriétés, la portée et les technologies de traitement sont différentes. Les processus primaires de l'industrie du raffinage du pétrole permettent d'isoler des fractions individuelles, préparant ainsi les matières premières pour la production ultérieure de produits commercialisables bien connus de nous tous - essence, diesel, kérosène et bien d'autres.

La stabilité d'abord

Avant d'arriver à la production, le pétrole encore dans le champ subit une préparation initiale. À l'aide de séparateurs gaz-huile, les composants gazeux les plus légers en sont retirés. Il s'agit de gaz de pétrole associé (GAP), constitué principalement de méthane, d'éthane, de propane, de butane et d'isobutane, c'est-à-dire d'hydrocarbures dont les molécules contiennent de un à quatre atomes de carbone (de CH4 à C4H10). Ce processus est appelé stabilisation de l'huile - il est entendu qu'après cela, l'huile conservera sa composition d'hydrocarbures et sa base caractéristiques physico-chimiques pendant le transport et le stockage.

Objectivement parlant, le dégazage du pétrole du réservoir commence même dans le puits à mesure qu'il monte: en raison de la chute de pression dans le liquide, du gaz en est progressivement libéré. Ainsi, au sommet on a affaire à un écoulement diphasique - pétrole / gaz associé. Leur stockage et leur transport en commun s'avèrent économiquement non rentables et difficiles d'un point de vue technologique. Pour déplacer un écoulement diphasique à travers un pipeline, il est nécessaire de créer des conditions de mélange constantes dans celui-ci afin que le gaz ne se sépare pas du pétrole et ne crée pas de sas à gaz dans le tuyau. Tout cela nécessite des frais supplémentaires. Il s'avère beaucoup plus facile de faire passer le flux de gazole à travers le séparateur et de séparer autant que possible l'APG de l'huile. Il est presque impossible d'obtenir une huile absolument stable, dont les composants ne s'évaporent pas du tout dans l'atmosphère. Une partie du gaz restera et sera extraite lors du processus de raffinage.

Soit dit en passant, le gaz de pétrole associé lui-même est une matière première précieuse qui peut être utilisée pour produire de l'électricité et de la chaleur, ainsi qu'une matière première pour les industries pétrochimiques. Dans les usines de traitement de gaz, des hydrocarbures individuels commercialement purs et leurs mélanges sont obtenus à partir d'APG, gaz liquéfiés, soufre.

De l'histoire de la distillation

La distillation, ou distillation, est le processus de séparation des liquides par évaporation et condensation ultérieure. On pense que ce processus a été maîtrisé pour la première fois en L'Egypte ancienne, où elle servait à obtenir de l'huile de résine de cèdre pour embaumer les corps des morts. Plus tard, les Romains se sont également livrés au fumage de goudron pour obtenir de l'huile de cèdre. Pour ce faire, un pot de résine a été mis au feu et recouvert d'un drap de laine, sur lequel de l'huile a été recueillie.

Aristote a décrit le processus de distillation dans son ouvrage Météorologie et a également mentionné le vin, dont les vapeurs peuvent s'enflammer - confirmant indirectement qu'il aurait pu être distillé au préalable pour agrandir la forteresse. D'autres sources, on sait que le vin a été distillé au IIIe siècle av. e. dans Rome antique, cependant, pas pour l'eau-de-vie, mais pour la fabrication de peinture.

Les références suivantes à la distillation remontent au 1er siècle après JC. e. et sont associés aux travaux des alchimistes d'Alexandrie. Plus tard, cette méthode a été adoptée par les Grecs par les Arabes, qui l'ont activement utilisée dans leurs expériences. On sait également de manière fiable qu'au XIIe siècle, ils étaient engagés dans la distillation d'alcool à la faculté de médecine de Salerne. À cette époque, cependant, les distillats d'alcool n'étaient pas utilisés comme boisson, mais comme médicament. Au XIIIe siècle, le médecin florentin Tadeo Alderotti fut le premier à effectuer le fractionnement (séparation) d'un mélange de liquides. Le premier livre entièrement consacré à la distillation est publié en 1500. médecin allemand Jérôme Brunschwig.

Pendant longtemps, des appareils assez simples ont été utilisés pour la distillation - un alambik (un récipient en cuivre avec un tube pour évacuer la vapeur) et une cornue (un flacon en verre avec un nez étroit et long incliné). La technique a commencé à se perfectionner au XVe siècle. Cependant, les précurseurs des colonnes de distillation modernes pour la distillation de l'huile, dans lesquelles un échange de chaleur se produit entre des flux à contre-courant de liquide et de vapeur, ne sont apparus qu'au milieu du XIXe siècle. Ils permettaient d'obtenir un alcool titrant à 96% avec un degré élevé nettoyage.

Toujours sur le terrain, l'eau et les impuretés mécaniques sont séparées de l'huile. Après cela, il entre dans l'oléoduc principal et est envoyé dans une raffinerie de pétrole (raffinerie). Avant de procéder au traitement, l'huile doit être nettoyée des sels qu'elle contient (chlorures et sulfates de sodium, de calcium et de magnésium), qui provoquent la corrosion de l'équipement, se déposent sur les parois des tuyaux et contaminent les pompes et les vannes. Pour cela, des usines électriques de dessalement (ELOU) sont utilisées. L'huile est mélangée à de l'eau, ce qui donne une émulsion - des gouttelettes microscopiques d'eau dans l'huile, dans lesquelles le sel se dissout. Le mélange résultant est soumis à un champ électrique, qui provoque la fusion des gouttelettes d'eau salée les unes avec les autres, puis leur séparation de l'huile.

Le pétrole est un mélange complexe d'hydrocarbures et de composés non-hydrocarbures. à l'aide de la distillation primaire, il ne peut être séparé qu'en parties - des distillats contenant un mélange moins complexe. en raison de la composition complexe, les fractions d'huile s'évaporent dans certaines plages de température.

Composition fractionnaire

De nombreux processus de raffinage nécessitent du mazout ou des produits pétroliers. Pour cela, des fours tubulaires sont utilisés. Les matières premières sont chauffées à la température requise dans des serpentins constitués de tuyaux d'un diamètre de 100 à 200 mm.

Le pétrole est composé de nombreux hydrocarbures différents. Leurs molécules diffèrent en masse, qui, à son tour, est déterminée par le nombre de leurs atomes de carbone et d'hydrogène constitutifs. Pour obtenir l'un ou l'autre produit pétrolier, des substances aux caractéristiques très spécifiques sont nécessaires. Le raffinage du pétrole dans une raffinerie commence donc par sa séparation en fractions.

Selon une étude des industries de raffinage et de pétrochimie du pétrole menée par l'American Petroleum Institute, la gamme de produits pétroliers fabriqués dans les raffineries modernes et ayant des spécifications individuelles comprend plus de 2 000 articles.

Une fraction peut contenir des molécules d'hydrocarbures différents, mais les propriétés de la plupart d'entre eux sont proches et le poids moléculaire varie dans certaines limites. La séparation des fractions se produit par distillation et est basée sur le fait que différents hydrocarbures ont des points d'ébullition différents : pour les plus légers, il est plus bas, pour les plus lourds, il est plus élevé. Ce processus est appelé distillation (distillation).

Les principales fractions d'huile sont déterminées par les plages de température d'ébullition des hydrocarbures qu'elles contiennent: fraction essence - 28–150 ° C, fraction kérosène - 150–250 ° C, fraction diesel ou gazole, - 250–360 ° C, mazout - au-dessus de 360°C. Par exemple, à une température de 120°C, la majeure partie de l'essence s'est déjà évaporée, mais le kérosène et le carburant diesel sont à l'état liquide. Lorsque la température monte à 150°C, le kérosène commence à bouillir et à s'évaporer, après 250°C - le diesel.

Il existe un certain nombre de noms spécifiques pour les fractions utilisées dans le raffinage du pétrole. Ainsi, par exemple, la vapeur de tête est la fraction la plus légère obtenue lors du traitement primaire. Ils sont divisés en un composant gazeux et une large fraction d'essence. Les bandes latérales sont constituées de fraction de kérosène, de gazole léger et lourd.

De colonne en colonne

Colonne de distillation

Une colonne de distillation est un cylindre vertical à l'intérieur duquel se trouvent des cloisons spéciales (plaques ou buses). Les vapeurs d'huile chauffée sont introduites dans la colonne et montent. Plus les fractions légères s'évaporent, plus elles montent haut dans la colonne. Chaque plaque, située à une certaine hauteur, peut être considérée comme une sorte de filtre - une quantité de plus en plus faible d'hydrocarbures lourds reste dans les vapeurs qui l'ont traversée. Une partie des vapeurs condensées sur une certaine plaque ou ne l'atteignant pas, s'écoule vers le bas. Ce liquide, appelé flegme, rencontre la vapeur montante, un échange de chaleur a lieu, à la suite duquel les composants à bas point d'ébullition du flegme se transforment à nouveau en vapeur et montent vers le haut, et les composants à haut point d'ébullition de la vapeur se condensent et s'écouler avec le flegme restant. De cette manière, une séparation plus précise des fractions peut être obtenue. Plus la colonne de distillation est haute et plus elle contient de plateaux, plus les fractions plus étroites peuvent être obtenues. Dans les raffineries modernes, la hauteur des colonnes dépasse 50 m.

La distillation atmosphérique la plus simple du pétrole peut être réalisée en chauffant simplement le liquide et en condensant davantage les vapeurs. Toute la sélection consiste ici dans le fait que le condensat de vapeurs formé dans différentes plages de température d'ébullition est collecté: d'abord, les fractions légères à bas point d'ébullition s'évaporent puis se condensent, puis les fractions moyennes et lourdes à point d'ébullition élevé d'hydrocarbures. Bien sûr, avec cette méthode, on ne peut pas parler de séparation en fractions étroites, car certaines des fractions à haut point d'ébullition passent dans le distillat et certaines des fractions à bas point d'ébullition n'ont pas le temps de s'évaporer dans leur plage de température. Pour obtenir des fractions plus étroites, on utilise la distillation avec distillation, pour laquelle des colonnes de distillation sont construites

50
mètres et plus peuvent atteindre la hauteur des colonnes de distillation dans les raffineries modernes

Des fractions séparées peuvent être soumises à une distillation atmosphérique répétée pour se séparer en composants plus homogènes. Ainsi, les fractions benzène, toluène et xylène sont obtenues à partir d'essences d'une large composition fractionnaire - matières premières pour la production d'hydrocarbures aromatiques individuels (benzène, toluène, xylène). La fraction diesel peut également être soumise à une redistillation et à une séparation supplémentaire.

La distillation de l'huile dans les installations atmosphériques modernes peut être réalisée sous forme de flash dans une colonne de distillation, de double flash dans deux colonnes successives ou de distillation avec pré-évaporation des fractions légères dans une colonne de pré-évaporation.

La distillation d'huile dans les installations atmosphériques modernes et dans les sections atmosphériques des installations combinées peut être effectuée différentes façons: en flash dans une colonne de distillation, en double flash dans deux colonnes successives, ou en distillation avec pré-évaporation des fractions légères dans une colonne de pré-évaporation. De plus, les colonnes de distillation peuvent être sous vide, où la condensation de vapeur se produit à une pression minimale.

Fractions bouillant à des températures supérieures à 360°C au cours de la distillation atmosphérique (distillation à pression atmosphérique) ne sont pas séparés, car à une température plus élevée, leur décomposition thermique (craquage) commence : les grosses molécules se décomposent en plus petites et la composition de la matière première change. Pour éviter cela, le résidu de distillation atmosphérique (mazut) est soumis à une distillation dans une colonne sous vide. Étant donné que tout liquide bout à une température plus basse dans le vide, cela permet la séparation des composants plus lourds. A ce stade, les fractions d'huiles lubrifiantes, les matières premières pour le craquage thermique ou catalytique et le goudron sont séparés.

Lors de la première transformation, différents types matières premières, qui seront ensuite soumises à des transformations chimiques dans le cadre de procédés secondaires. Ils ont déjà des noms familiers - essence, kérosène, diesel - mais ils ne répondent toujours pas aux exigences des produits pétroliers commerciaux. Leur transformation ultérieure est nécessaire pour améliorer les qualités de consommation, purifier, créer des produits aux caractéristiques souhaitées et augmenter la profondeur du raffinage du pétrole.

Principes de raffinage du pétrole

La séparation de tout mélange (en particulier l'huile) en fractions par distillation est basée sur la différence des points d'ébullition de ses composants. Ainsi, si le mélange est constitué de deux composants, lors de l'évaporation, le composant à point d'ébullition inférieur (point d'ébullition bas, LBC) passe en vapeur et le composant à point d'ébullition supérieur (point d'ébullition élevé, HWC) reste à l'état liquide. Les vapeurs résultantes se condensent pour former un distillat, le liquide non évaporé est appelé le résidu. Ainsi, le NCC passe dans le distillat et le VCC dans le résidu.

Le processus décrit est appelé distillation simple. Pour la séparation la plus complète des composants, un type de distillation plus complexe est utilisé - distillation avec rectification. La rectification consiste à mettre en contact à contre-courant les vapeurs formées lors de la distillation avec le liquide résultant de la condensation de ces vapeurs. Pour effectuer la rectification dans la colonne, il est nécessaire de créer un flux de vapeur ascendant et un flux de liquide descendant. Le premier flux est formé en raison de la chaleur introduite dans la partie inférieure (distillateur) de la colonne, le second - en raison de l'irrigation à froid fournie à la partie supérieure (concentration) de la colonne (voir ci-dessous pour les autres types d'irrigation).

Riz. 4.1 Schéma d'une plaque de recouvrement : 1 plaque ; 2- verre de vidange; 3- - bouchon ; 4- tuyau de dérivation pour le passage des vapeurs ; 5- fentes dans le capuchon pour le passage de la vapeur ; 6 - mur de soutènement pour créer un niveau de liquide sur la plaque ; 7 - mur de colonne; 8- anneau

Sur les plateaux de la colonne, il y a deux phases : la vapeur ; (température plus élevée) et liquide (température plus basse). Dans ce cas, les vapeurs sont refroidies et une partie du composant à point d'ébullition élevé se condense et passe dans un liquide. Le liquide est chauffé et une partie du composant à bas point d'ébullition s'en évapore, passant dans la phase vapeur. Ce processus se produit à plusieurs reprises sur chaque plaque. Dans le processus de distillation et de rectification du pétrole et des produits pétroliers, la pression des vapeurs saturées et l'équilibre entre les vapeurs et les liquides jouent un rôle décisif.

Ce processus se produit à plusieurs reprises sur chaque plaque. Dans le processus de distillation et de rectification du pétrole et des produits pétroliers, la pression des vapeurs saturées et l'équilibre entre les vapeurs et les liquides jouent un rôle décisif.

Pression de vapeur liquide.

La pression de vapeur saturante d'un liquide est la pression développée par ses vapeurs à une température donnée en équilibre avec le liquide. Cette pression augmente avec une augmentation de la température et une diminution de la chaleur de vaporisation du liquide. Les courbes de pression des vapeurs saturées d'hydrocarbures faisant partie des produits pétroliers légers, en fonction de la température, sont présentées à la Fig. 4.2

La pression de vapeur saturante des mélanges et des fractions pétrolières dépend non seulement de la température, mais aussi de la composition des phases liquide et vapeur. Il semblerait qu'à très basses températures ou une pression suffisamment élevée, tous les gaz doivent passer à l'état liquide. Cependant, pour chaque gaz, il existe une température au-dessus de laquelle il ne peut être transformé en liquide par aucune augmentation de pression. Ce soi-disant température critique T cr. La pression de vapeur correspondant à la température critique est appelée pression critique P Kr - Le volume spécifique de gaz à température et pression critiques est appelé volume critique. Au point critique, la discontinuité entre les états gazeux et liquide disparaît.

Distillation (distillation)- c'est le processus de séparation physique du pétrole et des gaz en fractions (composants) qui diffèrent les unes des autres et du mélange initial en termes de limites de température (ou température) d'ébullition. Selon le mode de réalisation du procédé, on distingue une distillation simple et complexe.

Il existe deux principales méthodes de distillation de l'huile : avec évaporation progressive ou multiple (en cubes) ; à simple évaporation (dans des fours tubulaires). Avec une évaporation progressive, les vapeurs résultantes sont immédiatement éliminées du système (par exemple, des fractions lors de la distillation de produits pétroliers sur un appareil standard, ainsi que sur l'un des cubes de la batterie d'alambics). Avec une seule évaporation, le produit est chauffé dans un four tubulaire à une certaine température, ce qui assure la distillation souhaitée, et pendant tout le temps de chauffage, les vapeurs ne sont pas séparées du liquide - la composition du système ne change pas. Une fois la température souhaitée atteinte, les phases liquide et vapeur formées dans le système sont séparées. Cette séparation a lieu dans une colonne ou un évaporateur (évaporateur) où le produit entre après avoir été chauffé dans un four tubulaire. Avant la séparation, les deux phases - vapeur et liquide - sont en équilibre l'une avec l'autre, par conséquent, l'évaporation flash est également appelée équilibre. Ainsi, lors de la distillation de l'huile à simple évaporation, l'ensemble du mélange de vapeurs formé à une température donnée est immédiatement séparé du résidu liquide, puis divisé en une fraction

La distillation de l'huile en une seule évaporation, contrairement à l'évaporation progressive dans les alambics, qui prend plusieurs heures, se déroule en quelques minutes et à des températures plus basses. Cela s'explique par le fait que les fractions à bas point d'ébullition lors d'une seule évaporation contribuent à l'évaporation des composants à point d'ébullition élevé à des températures plus basses.

Fig.4.3 Courbes isobares

Pour expliquer le processus d'évaporation, prenons des courbes isobares (Fig. 3.6). Supposons qu'il existe un liquide avec un composant à bas point d'ébullition (LBC) aoà une température t0. Cet état du système est caractérisé par le point ao. Commençons à chauffer le liquide. Graphiquement, cela est représenté par une ligne droite A 0 A 1 parallèle à l'axe y. Liquide en atteignant la température t1 commence à bouillir (cela découle de la méthode même de construction des isobares).

Compte tenu de l'équilibre du liquide et des vapeurs, la composition des vapeurs résultantes est déterminée par l'horizontale A 1 B 1, tracé jusqu'à l'intersection avec la courbe de phase vapeur en un point. En effet, si la température des vapeurs saturées est égale à t1, alors leur composition est déterminée par le point B1, dont l'abscisse est égale à t1(On suppose que la quantité de vapeur dégagée est négligeable et que la composition du liquide avant et après ébullition reste inchangée et égale à xo).

Considérons maintenant un autre cas. Supposons que le même mélange de composition x o soit porté à une température t plus élevée. Dans le même temps, les vapeurs qui ont commencé à se former déjà à une température t 1 ne se séparent pas du liquide, grâce à quoi la composition de l'ensemble du système, y compris les vapeurs et le liquide, reste constante et égale à x o Supposons en outre que , ayant atteint la température t au point C, nous avons séparé la vapeur du liquide. Quelle est la composition de ces vapeurs et liquides ? Pour résoudre ce problème, il suffit de tracer une ligne horizontale AB correspondant à la température t passant par le point C. Les points d'intersection A à B de cette ligne horizontale avec les courbes isobares montreront respectivement la composition du liquide x et de la vapeur y. Lorsque le système est porté à une température supérieure t 2 , son état est caractérisé par les points A 2 et B 2 de concentrations x 2 et y 2 . Dans ce cas, y 2 coïncide avec x o, c'est-à-dire y 2 \u003d x o, ce qui n'est possible qu'avec une évaporation complète de tout le liquide. Ainsi, t 2 est la température d'évaporation complète d'un liquide de composition x o au cours d'une seule évaporation, une nouvelle augmentation de température ne s'accompagnant que d'un échauffement des vapeurs. Il résulte de ce qui précède que tout point situé dans la zone délimitée par la courbe inférieure caractérise la présence de la seule phase liquide, et un point situé dans la zone délimitée par les isobares (zone de la lentille) caractérise l'existence simultanée des deux phases vapeur et liquide , situé dans la zone - l'existence de la seule phase vapeur. (Voir SV Verzhichinskaya, Chimie et technologie du pétrole et du gaz, pp. 60-65).

Façons de réduire le point d'ébullition de l'huile et de ses fractions

Avec une augmentation de la température de chauffage de l'huile et une augmentation de la durée de chauffage, lorsque la décomposition des hydrocarbures à haut poids moléculaire commence - ce que l'on appelle le craquage. Selon la composition de l'huile, ce moment se produit à des températures de 320-360°C. Cependant, dans certains cas, notamment lors de l'obtention de fractions à haut point d'ébullition pour la production d'huiles distillées et de charges d'alimentation pour le craquage catalytique, il est nécessaire de chauffer l'huile au-delà des limites spécifiées. Pour empêcher la décomposition des hydrocarbures de haut poids moléculaire, il est nécessaire d'abaisser son point d'ébullition pendant le traitement. Ceci est réalisé par distillation sous vide ou injection de vapeur (parfois les deux).

Le vide (raréfaction) est obtenu à la suite de l'évacuation (aspiration) des gaz de la colonne à l'aide de pompes à vide, ou de leur condensation. La pression dans un tel appareil est appelée résiduelle.

Elle est toujours inférieure à la pression atmosphérique (101,3 MPa ou 760 mmHg). Le vide est défini comme la différence entre 101,3 MPa (760 mmHg) et la pression résiduelle. Par exemple, si la pression résiduelle est de 13,3 MPa (100 mmHg), alors le vide est : 101,3 - 13,3 = 88 MPa (760-100 = 660 mmHg). Sur la fig. 3.8 montre une dépendance approximative du point d'ébullition à la pression pour les fractions d'huile de haut poids moléculaire avec température moyenne bouillant entre 350 et 500°C. Ainsi, plus la pression est faible, plus le point d'ébullition de la fraction diminue rapidement. Par exemple, pour une fraction ayant un point d'ébullition moyen de 450°C à une pression résiduelle de 13,3 MPa (100 mm Hg), la diminution du point d'ébullition est de 110°C (point L), soit la fraction dans ces conditions bout à 450 - 110 = = 340 ° C, et à une pression résiduelle de 0,665 MPa (5 mm Hg) - à 236 ° C (450 -214 = 236 ° C, point B). Pour une fraction ayant un point d'ébullition moyen de 500°C, la diminution du point d'ébullition à une pression résiduelle de 13,3 MPa (100 mm Hg) est de 117°C (point B), et pour une fraction de 350°C - 350 - 94 = 256°C (point D)

L'abaissement du point d'ébullition par distillation à la vapeur est également largement utilisé dans la pratique de l'industrie du raffinage du pétrole, en particulier dans la distillation du mazout. L'action de la vapeur d'eau lors de la distillation de l'huile (la vapeur est introduite par une liqueur mère située au-dessus du fond de l'appareil) est la suivante : d'innombrables bulles de vapeur forment une énorme surface libre à l'intérieur de l'huile, à partir de laquelle l'huile s'évapore dans ces bulles. La pression de vapeur d'huile, étant inférieure à la pression atmosphérique, ne suffit pas à la surmonter, c'est-à-dire à provoquer l'ébullition et la distillation, mais la pression de vapeur d'eau s'ajoute à la pression de vapeur d'huile, donc au total (selon la loi de Dalton), une pression dépassant légèrement la pression atmosphérique et suffisante pour l'ébullition et la distillation de l'huile.

La pression de la vapeur doit être maintenue de manière à pouvoir vaincre la pression de la colonne de liquide et la pression dans l'appareil, ainsi que la résistance hydraulique des canalisations. Habituellement, la pression de vapeur est supérieure à 0,2 MPa (2 kgf/cm2) ; la vapeur doit être sèche, elle est donc souvent surchauffée dans l'un des serpentins du four.

Une réduction importante de la température de distillation en utilisant uniquement le vide nécessite la création d'une faible pression résiduelle, ce qui augmente le coût de l'unité de vide et complique son fonctionnement, tandis que l'utilisation de la distillation à la vapeur sans vide entraîne une consommation de vapeur importante, ce qui nécessite également une forte les coûts liés à la production de vapeur (par exemple, pour la distillation, la consommation de vapeur de distillat autologue atteint 75%). Par conséquent, l'option la plus avantageuse pour la distillation de produits pétroliers à poids moléculaire élevé est une combinaison de vide avec l'apport de vapeur vive au produit pétrolier distillé. Cette combinaison est utilisée dans la distillation du fioul pour produire des distillats de pétrole, charge pour le craquage catalytique ou l'hydrocraquage.

Distillation d'huile avec rectification

informations générales sur le processus. Dans des conditions d'usine, la distillation de l'huile à simple évaporation est réalisée dans des installations tubulaires. L'huile, chauffée dans les tuyaux du four à la température requise, entre dans la colonne de distillation. Ici, il est divisé en deux phases. La première - la phase vapeur - se précipite et la seconde - liquide - s'écoule vers le bas de la colonne. Selon les besoins, lors de la distillation d'huile ou d'un autre produit, des fractions avec certaines plages d'ébullition sont obtenues. Une telle séparation de l'huile, obtenue par évaporation et condensation répétées d'hydrocarbures, comme mentionné ci-dessus, est appelée rectification.

Lors de la rectification d'un double mélange (mélange composé de deux composants), un composant à bas point d'ébullition sort sous forme de vapeurs par le haut de la colonne et un composant à haut point d'ébullition passe par le bas de la colonne sous forme d'un liquide. Sur la fig. 4.5 montre un schéma de distillation d'un mélange de benzène et de toluène. Ce mélange, après chauffage dans le four, entre par la ligne dans la colonne de distillation. En haut de la colonne, la vapeur de benzène (composant à bas point d'ébullition) entre dans le condenseur 2 par la ligne, d'où une partie du benzène condensé entre par la ligne sous forme d'irrigation, et le reste est évacué par le refroidisseur 3 par la ligne IV vers le parc de marchandises. Un réchauffeur est situé au bas de la colonne, où la vapeur entre par la ligne VI. Le toluène (composant à haut point d'ébullition) est retiré de la colonne via la ligne V (à travers le refroidisseur) vers le parc de produits. Lors de la séparation d'un mélange de benzène et de toluène, la température en tête de colonne doit être de 80,4 ° C, c'est-à-dire correspondre au point d'ébullition du benzène pur; en pied de colonne, la température doit être supérieure à 110°C. Pour la rectification d'un mélange composé de trois composants, tels que le benzène, le toluène et le xylène, deux colonnes sont nécessaires. Depuis

Figure 4.5 Schéma de distillation à double mélange

le xylène est prélevé de la partie inférieure de la première colonne et un mélange de benzène et de toluène est prélevé de la partie supérieure, qui est séparé en benzène et toluène dans la deuxième colonne de la même manière que celle illustrée à la Fig. 4.5.

Pour rectifier un mélange complexe (qui comprend de l'huile) pour obtenir n composants ou fractions, (n-1) colonnes simples sont nécessaires. Ceci est très encombrant et nécessite beaucoup d'investissements et de coûts d'exploitation. Par conséquent, une colonne complexe est construite dans les raffineries de pétrole, comme si elle consistait en plusieurs colonnes simples avec des sections de stripage internes ou externes (Fig. 4.6), dans lesquelles de la vapeur d'eau est fournie. Sur les installations à haute productivité, les sections de décapage à distance sont superposées et constituent une colonne de décapage (Fig. 4.7). Le processus se déroule sur chaque assiette. Dans le même temps, pour le fonctionnement normal de la colonne de distillation, le contact le plus étroit entre le flegme (liquide sur le plateau) et le flux de vapeur ascendant, ainsi que le régime de température approprié, sont nécessaires.

Le premier est assuré par la conception des bouchons et des plateaux, le second - par l'apport d'irrigation, qui assure la condensation des composants à point d'ébullition élevé (en évacuant la chaleur) dans la partie supérieure de la colonne. La création d'un flux de vapeur ascendant, comme mentionné ci-dessus, est assurée par chauffage dans un four ou dans un cube, ainsi que par évaporation partielle de la phase liquide en pied de colonne à l'aide de bouilleurs ou de vapeur d'eau.

L'apport de reflux régule la température en tête de colonne, crée un flux descendant de liquide et assure la nécessaire diminution de la température des vapeurs lors de leur traversée de la colonne de bas en haut.

Selon la méthode, l'irrigation peut être froide (aiguë), chaude (sourde) et circulatoire (Fig. 3.12).

arrosage à chaud

Le condenseur partiel est un échangeur de chaleur à calandre (Fig. 4.8a) monté horizontalement ou verticalement au sommet de la colonne. L'agent de refroidissement est l'eau, parfois la matière première. Les vapeurs entrant dans l'espace annulaire sont partiellement condensées et renvoyées vers la plaque supérieure sous forme d'irrigation, et les vapeurs rectifiées sont évacuées du condenseur. En raison de la difficulté d'installation et de maintenance et de la corrosion importante du condensateur, cette méthode a reçu une application limitée.

Irrigation froide (aiguë)(Figure 4.8b). Cette méthode d'évacuation de la chaleur au sommet de la colonne est la plus largement utilisée dans la pratique du raffinage du pétrole. Le flux de vapeur sortant en tête de colonne est complètement condensé dans un condenseur-réfrigérateur (eau ou air) et pénètre dans un réservoir ou séparateur, d'où une partie du produit rectifié est renvoyée par pompage vers la colonne de distillation sous forme de reflux d'évaporation à froid, et son solde est supprimé en tant que produit cible.

Irrigation par circulation sans évaporation (Figure 4.8c) Cette variante d'évacuation de la chaleur dans la section de concentration de la colonne dans la technologie de raffinage du pétrole est extrêmement largement utilisée non seulement pour contrôler la température en tête, mais également dans les sections médianes des colonnes complexes. Pour créer une irrigation par circulation, une partie du flegme (ou distillat latéral) est retirée d'une certaine plaque de la colonne, refroidie dans un échangeur de chaleur, dans lequel elle dégage de la chaleur à la matière première, après quoi elle est renvoyée à la plaque sus-jacente par une pompe.

Dans les usines de distillation d'huile modernes, les systèmes d'irrigation combinés sont plus souvent utilisés. Ainsi, une colonne complexe de distillation atmosphérique du pétrole présente généralement un reflux aigu en tête puis plusieurs reflux circulants intermédiaires en hauteur. Parmi les reflux intermédiaires, les reflux circulants sont le plus souvent utilisés, généralement situés sous le soutirage latéral ou utilisant le soutirage latéral pour créer un reflux circulant, ce dernier alimentant la colonne au-dessus du point de retour des vapeurs de la section de stripage. Dans la section de concentration des colonnes complexes de distillation sous vide du mazout, l'évacuation de la chaleur s'effectue principalement au moyen d'une irrigation par circulation.

Lorsque la chaleur est fournie au bas de la colonne par une chaudière (Fig. 4.8 d) effectuer un chauffage supplémentaire du produit de fond dans une chaudière externe avec un espace vapeur (rebouilleur), où il s'évapore partiellement. Les paires résultantes sont renvoyées sous le plateau inférieur de la colonne. Une caractéristique de cette méthode est la présence d'un niveau de liquide constant dans la chaudière et d'un espace de vapeur au-dessus de ce liquide. Dans son action séparatrice, la chaudière équivaut à une plaque théorique. Cette méthode d'apport de chaleur au bas de la colonne est la plus largement utilisée dans les unités de fractionnement des gaz de pétrole et de raffinerie associés, dans la stabilisation et l'étêtage des huiles, la stabilisation des essences de distillation directe et les procédés secondaires de raffinage du pétrole.

Lorsque la chaleur est fournie au bas de la colonne par un four tubulaire(Fig. 4.8e) une partie du produit de fond est pompée à travers le four tubulaire et le mélange vapeur-liquide chauffé (jet chaud) pénètre à nouveau dans le bas de la colonne. Cette méthode est utilisée lorsqu'il est nécessaire de fournir une température relativement élevée en pied de colonne, lorsque l'utilisation de caloporteurs conventionnels (vapeur, etc.) est impossible ou peu pratique (par exemple, dans les colonnes d'étêtage à l'huile).

Le lieu d'entrée dans la colonne de distillation des matières premières distillées chauffées est appelé section nutritionnelle (zone) où se produit une seule évaporation. La partie de la colonne située au-dessus de la section d'alimentation est utilisée pour la distillation du flux de vapeur et est appelée concentration (renforcement), et l'autre est la partie inférieure, dans laquelle s'effectue la rectification du flux de liquide - section éloignée ou exhaustive.

Clarté de la division- le principal indicateur de l'efficacité des colonnes de distillation, caractérise leur capacité de séparation. Elle peut être exprimée dans le cas de mélanges binaires par la concentration du composant cible dans le produit.

En tant qu'indicateur indirect de la clarté (pureté) de la séparation dans la pratique, une caractéristique telle que le chevauchement des points d'ébullition de fractions voisines dans le produit est souvent utilisée. Dans la pratique industrielle, des exigences ultra-élevées ne sont généralement pas imposées en ce qui concerne la clarté de la distillation, car, pour obtenir des composants ultra-purs ou des fractions ultra-étroites, des coûts d'investissement et d'exploitation très élevés seront nécessaires. Dans le raffinage du pétrole, par exemple, comme critère pour une capacité de séparation suffisamment élevée des colonnes de distillation du pétrole sur les fractions de carburant, le chevauchement des points d'ébullition des fractions voisines dans les 10-30°C est considéré.

Il a été établi que la capacité de séparation des colonnes de distillation est significativement affectée par le nombre d'étages de contact et le rapport des débits en phase liquide et vapeur. Afin d'obtenir des produits répondant aux exigences spécifiées, il est nécessaire, ainsi que d'autres paramètres de la colonne de distillation (pression, température, lieu d'entrée des matières premières, etc.), d'avoir un nombre suffisant de plateaux (ou hauteur de garnissage ) et un numéro de reflux et de vapeur approprié.

Indice de reflux (R) caractérise le rapport des débits de liquide et de vapeur dans la partie concentration de la colonne et est calculé comme R=L/D, où L et D sont respectivement les quantités de reflux et de rectifié.

Numéro de vapeur (P) caractérise le rapport des flux de vapeur et de liquide en contact dans la section d'extraction de la colonne, calculé comme P = G/W, où G et W sont respectivement les quantités de vapeur et de produit de fond.

Nombre de plaques (N) colonne (ou hauteur de garnissage) est déterminé par le nombre de plateaux théoriques (N T), assurant une précision de séparation donnée au nombre de reflux (et de vapeur) accepté, ainsi que l'efficacité des dispositifs de contact (généralement l'efficacité des plateaux réels ou spécifiques hauteur de garnissage correspondant à 1 plateau théorique). Le nombre réel de plaques N f est déterminé à partir de données expérimentales, en tenant compte de l'efficacité effective de la plaque n t

Les indicateurs technico-économiques et la clarté de la séparation de distillation de la colonne de distillation, en plus de sa capacité de séparation, sont largement affectés par propriétés physiques(poids moléculaire, densité, point d'ébullition, volatilité, etc.), composition des composants, nombre (bi- ou multicomposant) et nature de la distribution (continue, discrète) des composants de la matière première distillée. Dans la forme la plus généralisée, les propriétés séparantes de la matière première distillée sont généralement exprimées par le coefficient de volatilité relative.

Plus il y a de plaques dans la colonne et plus leur conception est parfaite et plus l'irrigation est fournie, plus la rectification est claire. Cependant grand nombre les plateaux augmentent le coût de la colonne et compliquent son fonctionnement, et un apport d'irrigation trop important augmente la consommation de carburant pour son évaporation ultérieure. De plus, la consommation d'eau et d'énergie pour la condensation de la vapeur et l'irrigation augmente. L'efficacité des plateaux, selon leur conception, est de 0,4 à 0,8.

Pour séparer les produits pétroliers légers (par exemple, kérosène et gasoil), on place de 6 à 9 plateaux dans la partie concentration des colonnes, et de 3 à 6 plateaux dans la partie stripage. Pour la séparation des distillats d'huile, une clarté de rectification inférieure est autorisée, cependant, le nombre de plateaux entre les sorties de fractions et entre l'entrée des matières premières et la sortie du distillat inférieur doit être d'au moins 6. Un déflecteur de tamis est monté sous la première plaque par le bas.

Outre le nombre de plateaux et le débit d'irrigation, la clarté de la rectification est affectée par la vitesse de déplacement des vapeurs dans la colonne et la distance entre les plateaux. La vitesse de vapeur normale dans les colonnes fonctionnant à la pression atmosphérique est de 0,6 à 0,8 m/s, dans le vide de 1 à 3 m/s et dans les colonnes fonctionnant sous pression - de 0,2 à 0,7 m/s avec. Une augmentation de la productivité de l'usine avec des matières premières de même composition et, par conséquent, une augmentation de la vitesse de déplacement des vapeurs aggrave la rectification, car les vapeurs entraînent avec elles des gouttelettes de mucosités qui éclaboussent les plaques sus-jacentes et dégradent la qualité des produits obtenus . La distance entre les plaques est choisie pour que les gouttes de mucosités captées par les vapeurs des plaques ne tombent pas sur les plaques suivantes, et qu'elles puissent être réparées et nettoyées. Habituellement, la distance entre les plaques est de 0,6 à 0,7 m, pour les plaques de certains nouveaux modèles, elle est 2 à 3 fois inférieure

L'essence de l'industrie du raffinage du pétrole
Le processus de raffinage du pétrole peut être divisé en 3 étapes principales :
1. Séparation du pétrole brut en fractions qui diffèrent dans les plages de points d'ébullition (première transformation);
2. Traitement des fractions obtenues par transformations chimiques des hydrocarbures qu'elles contiennent et élaboration de composants de produits pétroliers commercialisables (recyclage);
3. Mélange de composants avec implication, si nécessaire, de divers additifs, pour obtenir des produits pétroliers commerciaux avec des indicateurs de qualité spécifiés (production de marchandises).
Les produits de la raffinerie sont des carburants pour moteurs et chaudières, des gaz liquéfiés, différentes sortes matières premières pour les industries pétrochimiques, ainsi que, selon le schéma technologique de l'entreprise - huiles lubrifiantes, hydrauliques et autres, bitume, coke de pétrole, paraffines. Sur la base d'un ensemble de procédés technologiques, de 5 à plus de 40 positions de produits pétroliers commercialisables peuvent être obtenues à la raffinerie.
Le raffinage du pétrole est une production continue, la période de fonctionnement entre les révisions majeures dans les usines modernes peut aller jusqu'à 3 ans. L'unité fonctionnelle de la raffinerie est l'unité technologique installation- une installation de production avec un ensemble d'équipements permettant de réaliser un cycle complet d'un processus technologique particulier.
Ce matériel décrit brièvement les principaux processus technologiques production de carburant- obtenir des carburants pour moteurs et chaudières, ainsi que du coke.

Livraison et réception d'huile
En Russie, les principaux volumes de pétrole brut fournis pour traitement sont livrés aux raffineries par les associations de producteurs via les principaux oléoducs. De petites quantités d'huile, ainsi que des condensats de gaz, sont fournies par chemin de fer. Dans les pays importateurs de pétrole ayant accès à la mer, la livraison aux raffineries portuaires s'effectue par voie d'eau.
Les matières premières acceptées à l'usine entrent dans les conteneurs appropriés base de marchandises(Fig. 1), reliés par des pipelines à toutes les unités technologiques de la raffinerie. La quantité d'huile reçue est déterminée selon une comptabilité instrumentale ou par des mesures dans des conteneurs bruts.

Préparation de l'huile pour le traitement (dessalement électrique)
Le pétrole brut contient des sels qui provoquent une corrosion sévère de l'équipement de traitement. Pour les éliminer, l'huile provenant des réservoirs d'alimentation est mélangée à de l'eau, dans laquelle les sels se dissolvent, et pénètre dans l'ELOU - usine de dessalement électrique(Fig. 2). Le processus de dessalement est effectué dans déshydrateurs électriques- dispositifs cylindriques avec électrodes montées à l'intérieur. Sous l'influence d'un courant haute tension (25 kV ou plus), le mélange d'eau et d'huile (émulsion) est détruit, l'eau est collectée au fond de l'appareil et pompée. Pour une destruction plus efficace de l'émulsion, des substances spéciales sont introduites dans les matières premières - désémulsifiants. Température de traitement - 100-120°C.

Raffinage primaire du pétrole
L'huile dessalée d'ELOU est fournie à l'unité de distillation sous vide atmosphérique, qui dans les raffineries russes est abrégée AVT - tube à vide atmosphérique. Cette appellation est due au fait que le chauffage des matières premières avant de les séparer en fractions s'effectue en serpentins fours tubulaires(Fig. 6) en raison de la chaleur de combustion du combustible et de la chaleur des gaz de combustion.
AWT est divisé en deux blocs - distillation atmosphérique et sous vide.

1. Distillation atmosphérique
La distillation atmosphérique (Fig. 3.4) est destinée à la sélection fractions d'huile légère- essence, kérosène et diesel, bouillant jusqu'à 360°C, dont le rendement potentiel est de 45 à 60% pour le pétrole. Le reste de la distillation atmosphérique est du fioul.
Le procédé consiste à séparer l'huile chauffée dans le four en fractions distinctes dans Colonne de distillation- un appareil vertical cylindrique, à l'intérieur duquel se trouvent dispositifs de contact (plaques) par lequel la vapeur monte et le liquide descend. Des colonnes de distillation de différentes tailles et configurations sont utilisées dans presque toutes les usines de raffinage de pétrole, le nombre de plaques qu'elles contiennent varie de 20 à 60. La chaleur est fournie à la partie inférieure de la colonne et la chaleur est évacuée de la partie supérieure de la colonne, et donc la température dans l'appareil diminue progressivement du bas vers le haut. En conséquence, la fraction essence est évacuée du haut de la colonne sous forme de vapeurs, et les vapeurs des fractions kérosène et diesel se condensent dans les parties correspondantes de la colonne et sont évacuées, le fioul reste liquide et est pompé sortie du bas de la colonne.

2. Distillation sous vide
La distillation sous vide (Fig. 3,5,6) est destinée à la sélection du mazout distillats d'huile dans les raffineries du profil fioul, ou une large fraction pétrolière (gazole sous vide)à la raffinerie du profil de carburant. Le reste de la distillation sous vide est du goudron.
La nécessité de sélectionner des fractions pétrolières sous vide est due au fait qu'à des températures supérieures à 380 ° C, la décomposition thermique des hydrocarbures commence. (craquement), et la fin de l'ébullition du gazole sous vide - 520°C ou plus. Par conséquent, la distillation est effectuée à une pression résiduelle de 40-60 mm Hg. Art., qui permet de réduire Température maximale dans l'appareil jusqu'à 360-380°C.
Le vide dans la colonne est créé à l'aide d'équipements appropriés, les principaux appareils sont la vapeur ou le liquide éjecteurs(Fig. 7).

3. Stabilisation et distillation secondaire de l'essence
La fraction essence obtenue à l'unité atmosphérique contient des gaz (principalement du propane et du butane) dans un volume qui dépasse les exigences de qualité et ne peut être utilisée ni comme composant de l'essence moteur ni comme essence de distillation directe commerciale. De plus, les procédés de raffinage visant à augmenter l'indice d'octane de l'essence et la production d'hydrocarbures aromatiques utilisent des fractions d'essence étroites comme matières premières. C'est la raison de l'inclusion dans schéma technologique raffinage du pétrole de ce processus (Fig. 4), dans lequel les gaz liquéfiés sont distillés à partir de la fraction essence, et il est distillé en 2 à 5 fractions étroites sur le nombre correspondant de colonnes.

Les produits du raffinage du pétrole primaire sont refroidis dans échangeurs de chaleur, dans lequel ils donnent de la chaleur à la matière première froide entrant pour le traitement, grâce à laquelle le combustible de procédé est économisé, dans refroidisseurs d'eau et d'air et sont retirés de la production. Un schéma d'échange de chaleur similaire est utilisé dans d'autres unités de raffinerie.

Les usines modernes de traitement primaire sont souvent combinées et peuvent inclure les processus ci-dessus dans diverses configurations. La capacité de ces installations est de 3 à 6 millions de tonnes de pétrole brut par an.
Plusieurs unités de traitement primaire sont en cours de construction dans les usines afin d'éviter un arrêt complet de l'usine lorsque l'une des unités est retirée pour réparation.

Produits du raffinage primaire du pétrole

Nom	Intervalles d'ébullition (composé)	Où est sélectionné	Où est utilisé (par ordre de priorité)
Stabilisation du reflux	propane, butane, isobutane	Bloc de stabilisation	Fractionnement du gaz, produits commercialisables, combustible de procédé
Essence de distillation directe stable (naphta)		Distillation secondaire de l'essence	Mélange d'essence, produits commerciaux
Essence légère stable		Bloc de stabilisation	Isomérisation, mélange essence, produits commercialisables
benzène		Distillation secondaire de l'essence	Production des hydrocarbures aromatiques correspondants
Toluène		Distillation secondaire de l'essence
xylène		Distillation secondaire de l'essence
Matière première de reformage catalytique		Distillation secondaire de l'essence	reformage catalytique
essence lourde		Distillation secondaire de l'essence	Mélange de kérosène, gasoil d'hiver, reformage catalytique
Composant kérosène		distillation atmosphérique	Mélange de kérosène, carburants diesel
Diesel		distillation atmosphérique	Hydrotraitement, mélange de carburants diesel, fiouls
		Distillation atmosphérique (résidu)	Distillation sous vide, hydrocraquage, mélange de fioul
Gasoil sous vide		distillation sous vide	Craquage catalytique, hydrocraquage, produits commercialisables, mélange fioul.
		Distillation sous vide (résidus)	Cokéfaction, hydrocraquage, mélange de fiouls.

*) - NC. - le début de l'ébullition
**) - kk - fin d'ébullition

Photographies d'usines de transformation primaire de diverses configurations

Fig.5. Unité de distillation sous vide d'une capacité de 1,5 million de tonnes par an à la raffinerie de Turkmenbashi dans le cadre du projet d'Uhde.	Riz. 6. Unité de distillation sous vide d'une capacité de 1,6 million de tonnes par an à la raffinerie LUKOIL-PNOS. Au premier plan se trouve un four tubulaire (jaune).	Fig.7. Équipement de génération de vide de Graham. 3 éjecteurs sont visibles, dans lesquels les vapeurs pénètrent par le haut de la colonne.

Sergueï Pronine