на чем основана фракционная перегонка

Фракционная перегонка

Под фракционной перегонкой понимают процесс многократной дистилляции, результатом которого станет разделение сложной смеси, состоящей из нескольких ингредиентов, на отдельные фракции. Часто этот процесс еще называют дробной перегонкой.

Фракционная перегонка известна человечеству очень давно. Уже в 10-м веке персидский ученый и врач Авиценна описывал дистилляцию как способ получения эфирного масла.

Процесс основывается на различиях между составом жидкой перегоняемой смеси и образующегося пара. Сначала испаряются легколетучие вещества с низкой температурой кипения, они конденсируются в холодильнике и отводятся в приемный сосуд. Естественно, там окажется и какой-то процент веществ с более высокой температурой кипения. По мере того, как низкокипящая фракция будет уходить из реакционной смеси, температура перегоняемого раствора будет расти, и испаряющиеся пары будут состоять уже в основном из более высококипящей фракции. После конденсации их собирают в другой сосуд.

После того, как прошла первая дистилляция, полученные фракции перегоняют снова и снова, чтобы добиться максимальной чистоты каждого компонента исходной смеси.

Холодильник Либиха, прямой, 400 мм, 14/23	Алонж АИО 29/32-19/26-65 ТС	Колба плоскодонная, (шир. горловина) 500-50

Для лучшего разделения фракций на выходе из реакционной колбы (до холодильника) применяются дефлегматоры. В дефлегматоре частично конденсируются пары более высококипящей составляющей. Образовавшийся конденсат называется флегмой, он стекает обратно в реакционный сосуд. Пары же более низкокипящей жидкости проходят в холодильник, после которого собираются в приемном сосуде.

Обычные лабораторные дефлегматоры позволяют разделять компоненты, кипящие с разницей температур не менее 30 °С.

Устройство для фракционной перегонки

Аппарат не сильно отличается от установки для простой перегонки. В его конструкцию входят те же:

Главное отличие — наличие вертикального дефлегматора. Он устанавливается в горловину реакционного сосуда. В его верхнюю горловину вставляют насадку для соединения с конденсатором. Верхний выход насадки закрывают пробкой или термометром.

В качестве дефлегматора обычно применяется елочный обратный конденсатор с большой эффективной поверхностью соприкосновения.

Процесс фракционной перегонки

Температуру паров доводят до температуры кипения первой фракции — низкокипящего компонента. Удерживая температуру на этом уровне, собирают в приемник эту фракцию с небольшим содержанием паров других компонентов.

После того, как содержание низкокипящей фракции в смеси уменьшается, температура паров повышается. При превышении на 2-5 градусов, приемный сосуд меняют и начинают собирать промежуточную фракцию, состоящую из смеси паров разных компонентов.

Когда температура паров станет равна t кипения второй фракции, приемный сосуд снова меняют, и начинают собирать следующую фракцию. Промежуточную фракцию потом перегоняют или, если ее немного, утилизируют.

Перегонку продолжают до тех пор, пока в реакторе не останется около 2-3 мл жидкости.

После окончания перегонки смеси начинают перегонять полученные фракции, чтобы сделать их более чистыми.

Источник

Практическая дистилляция. Технология фракционной перегонки.

В связи с недопониманием некоторых форумчан, а возможно и косоязычно наполненным мной содержанием, хочу кратко прокомментировать некоторые моменты по теме:

Решил сначала сам провести полномасштабные испытания и только потом поделиться информацией, но потом подумал, что это будет слишком долго. В связи с этим решил привлечь заинтересующихся этой методикой дистилляторщиков, чтобы по итогам полученных результатам быстрее отточить эту технологию на благо всех винокуров. Думаю этот метод поможет быстрее новичкам, а возможно и старичкам) влиться в процесс получения вкусных дистиллятов, а потом корректировать технологию под себя.

На первый взгляд может показаться, что это сложно, но на самом деле это очень легко и просто, нужно всего лишь один раз сделать рассчеты под заливаемый в куб объем спирта-сырца, а потом только останется всегда заливать один и тот же объем, установить рассчитанную мощность нагрева и успевать менять банки с отметками по объему для каждой отбираемой фракции, или же сделать систему переливов и потом только останется включить аппарат и выключить по завершению процесса.

Теперь по делу.
Хочу представить общественности технологию дистилляции над которой работал в последнее время. Это переделанная, и адаптированная для зерновых и фруктовых дистиллятов, методика системы для перегонки РОМа, которую Арройо (только не спрашивайте кто он такой, ищите в гугле))) в 1948 году запатентовал. Сама его методика подходит только для РОМа и в ней совмещены отборы по объему и по крепости для 5-ти тарельчатых колонн. Я переделал под домашнии мощности и более простые аппараты для дистилляции.
В настоящий момент методика разработана для отбора фракций по объему, т.е. для её успешной реализации нужны только мерный цилиндр, ареометр и секундомер. В дальнейшем хочу доработать эту методику под отбор фракций по крепости (почти готово), только для этого уже нужен будет нормальный попугай, который сможет измерять реальную крепость дистиллята онлайн при 20С.
Представленный ниже метод показал очень хорошие результаты, т.е. в реальности я получил органолептику дистиллята, которую никак не получалось получить раньше, т.е. раньше было неплохо, но чего-то не хватало.
Для дистилляции должен подойти любой дистиллятор с восходящей не утепленной трубой примерно 60-100см желательно из меди. Если труба из нержавеющей стали, то внутри неё желательно поместить рулончики из медной сетки или медную пУтанку/мочалки.
При перегонке браги необходимо отбирать спирт-сырец (СС) до 5-10-20% крепости в струе, главное получить в результате СС с крепостью 30%. При нормальной спиртуозности браги общая крепость СС в итоге должна получиться 30%, но если брага была довольно крепкая, то может получиться и 35%, при этом уже в струе может быть и 5%. В этом случае нужно остановиться и разбавить СС водой до крепости 30%. Но лучше все-таки чтобы СС получился 30% без добавления воды, т.к. я заметил, что при разбавлении водой страдает органолептика при последующей дистилляции.

Далее можно все фракции (2,3,4 и 5) смешать и в бочку, но 4-ю и/или 5-ю фракцию нужно добавлять только если действительно будет бочковая выдержка не менее 2-х лет, хотя здесь лучше действовать на свой вкус.
Но лучше пойти дальше и разделить эти фракции на легкий и тяжелый дистиллят, т.е. для быстрого созревания и для длительной выдержки соответственно. Для этого нужно разделить фракции в процентном соотношении по следующей схеме (опять же, 4-ю и/или 5-ю фракцию нужно добавлять по своему вкусу/усмотрению):

Для легкого (можно даже и беленьким, после разбавления и отстаивания, пить):
2. 30%
3. 60%
4. 40%
5. 10%

Теперь останется только соединить вместе все фракции по разным бутылям и разбавить два разных по «мощности вкуса» напитка до нужной спиртуозности.

PS: Головы не нужно покапельно отбирать, я сам это раньше практиковал, но при дистилляции это не имеет какого-либо положительного эффекта, даже наоборот получается имхо хуже по вкусу и только лишняя трата времени, главное отобрать головы строго по рассчитанному объему.

Надеюсь, что эта методика поможет сделать следующий шаг в получении качественных и вкусных дистиллятов.
Методика подходит для получения зерновых и фруктовых дистиллятов, но никак не для сахарных.

Источник

Первичные процессы переработки нефти на НПЗ, ее фракционный состав и устройство ректификационных колонн

Нефть состоит из множества компонентов — фракций, — свойства, область применения и технологии переработки которых различны. Первичные процессы нефтеперерабатывающего производства позволяют выделить отдельные фракции, подготовив тем самым сырье для дальнейшего получения всем нам хорошо знакомых товарных продуктов — бензина, дизеля, керосина и многих других

Стабильность прежде всего

Прежде чем попасть на производство, нефть еще на промысле проходит первоначальную подготовку. При помощи газонефтяных сепараторов из нее удаляют наиболее легкие, газообразные составляющие. Это попутный нефтяной газ (ПНГ), состоящий преимущественно из метана, этана, пропана, бутана и изобутана, то есть из углеводородов, в молекулах которых содержится от одного до четырех атомов углерода (от CH4 до C4H10). Этот процесс называется стабилизацией нефти — подразумевается, что после него нефть будет сохранять свой углеводородный состав и основные физико-химические свойства при транспортировке и хранении.

Объективно говоря, разгазирование пластовой нефти начинается еще в скважине по мере продвижения ее наверх: из-за падения давления в жидкости газ из нее постепенно выделяется. Таким образом, наверху приходится иметь дело уже с двухфазным потоком — нефть / попутный газ. Их совместное хранение и транспортировка оказываются экономически невыгодными и затруднительными с технологической точки зрения. Чтобы переместить двухфазный поток по трубопроводу, необходимо создать в нем условия постоянного перемешивания, чтобы газ не отделялся от нефти и не создавал в трубе газовые пробки. Все это требует дополнительных затрат. Намного проще оказывается пропустить газонефтяной поток через сепаратор и максимально отделить от нефти ПНГ. Получить абсолютно стабильную нефть, составляющие которой совсем не будут испаряться в атмосферу, практически невозможно. Некоторое количество газа все равно останется и будет извлечено в процессе нефтепереработки.

Кстати, сам попутный нефтяной газ — это ценное сырье, которое может использоваться для получения электроэнергии и тепла, а также в качестве сырья для нефтехимических производств. На газоперерабатывающих заводах из ПНГ получают технически чистые отдельные углеводороды и их смеси, сжиженные газы, серу.

Из истории дистилляции

Дистилляция, или перегонка, — процесс разделения жидкостей путем их испарения и последующей конденсации. Считается, что впервые этот процесс освоили в Древнем Египте, где он применялся при получении из кедровой смолы масла для бальзамирования тел умерших. Позднее смолокурением для получения кедрового масла занимались и римляне. Для этого горшок со смолой ставили на огонь и накрывали шерстяной материей, на которой собиралось масло.

Аристотель описал процесс дистилляции в своей работе «Метеорология», а также упоминал вино, пары которого могу вспыхнуть — косвенно подтверждение того, что его предварительно могли подвергнуть перегонке, чтобы повысить крепость. Из других источников известно, что вино перегоняли в III веке до н. э. в Древнем Риме, правда, не для получения бренди, а для изготовления краски.

Следующие упоминания дистилляции относятся к I веку н. э. и связаны с работами александрийских алхимиков. Позднее этот метод у греков переняли арабы, которые активно использовали его в своих опытах. Также достоверно известно, что дистилляцией алкоголя в XII веке занимались в Салернской врачебной школе. В те времена, впрочем, дистилляты спирта употреблялись не как напиток, а в качестве лекарства. В XIII веке флорентийский медик Тадео Альдеротти впервые осуществил фракционирование (разделение) смеси жидкостей. Первая книга, целиком и полностью посвященная вопросам дистилляции, была опубликована в 1500 году немецким врачом Иеронимом Бруншвигом.

Долгое время для перегонки применялись достаточно простые устройства — аламбик (медный сосуд с трубкой для отвода пара) и реторта (стеклянная кол-ба с узким и длинным наклонным носиком). Техника стала совершенствоваться в XV веке. Однако предшественники современных ректификационных колонн для перегонки нефти, в которых происходит теплообмен между противонаправленными потоками жидкости и пара, появились лишь в середине XIX века. Они позволили получать спирт крепостью 96% с высокой степенью очистки.

Также на месторождении от нефти отделяют воду и механические примеси. После этого она поступает в магистральный нефтепровод и отправляется на нефтеперерабатывающий завод (НПЗ). Прежде чем приступить к переработке, нефть необходимо очистить от содержащихся в ней солей (хлоридов и сульфатов натрия, кальция и магния), которые вызывают коррозию оборудования, оседают на стенках труб, загрязняют насосы и клапаны. Для этого используются электрообессоливающие установки (ЭЛОУ). Нефть смешивают с водой, в результате чего возникает эмульсия — микроскопические капельки воды в нефти, в которых растворяется соль. Получившуюся смесь подвергают воздействию электрического поля, из-за чего капли соленой воды сливаются друг с другом и затем отделяются от нефти.

Нефть представляет собой сложную смесь углеводородов и неуглеводородных соединений. С помощью первичной перегонки ее можно разделить только на части — дистилляты, содержащие менее сложную смесь. из-за сложного состава нефтяные фракции выкипают в определенных температурных интервалах.

Фракционный состав

Многие процессы на НПЗ требуют подогрева нефти или нефтепродуктов. Для этого используются трубчатые печи. Нагрев сырья до требуемой температуры происходит в змеевиках из труб диаметром

Нефть состоит из большого количества разных углеводородов. Их молекулы различаются массой, которая, в свою очередь, определяется количеством составляющих их атомов углерода и водорода. Чтобы получить тот или иной нефтепродукт, нужны вещества с совершенно определенными характеристиками, поэтому переработка нефти на НПЗ начинается с ее разделения на фракции.

Согласно исследованию нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, проведенному Американским нефтяным институтом, номенклатура нефтепродуктов, выпускаемых на современных НПЗ и имеющих индивидуальные спецификации, насчитывает более 2000 пунктов.

В одной фракции нефти могут содержаться молекулы разных углеводородов, но свойства большей части из них близки, а молекулярная масса варьируется в определенных пределах. Разделение фракций происходит путем перегонки нефти (дистилляции), основанной на том, что у разных углеводородов температура кипения различается: у более легких она ниже, у более тяжелых — выше.

Основные фракции нефти определяют по интервалам температур, при которой кипят входящие в них углеводороды: бензиновая фракция — 28—150°C, керосиновая фракция — 150—250°C, дизельная фракция, или газойль, — 250—360°C, мазут — выше 360°C. Например, при температуре 120°C большая часть бензина уже испарилась, но керосин и дизельное топливо находятся в жидком состоянии. Когда температура поднимается до 150°C, начинает кипеть и испаряться керосин, после 250°C — дизель.

Существует ряд специфических названий фракций, используемых в нефтепереработке. Так, например, головной пар — это наиболее легкие фракции нефти, полученные при первичной переработке. Их разделяют на газообразную составляющую и широкую бензиновую фракцию. Боковые погоны — это керосиновая фракция, легкий и тяжелый газойль.

От колонны к колонне

Ректификационная колонна

Ректификационная колонна — вертикальный цилиндр, внутри которого расположены специальные перегородки (тарелки или насадки). Пары нагретой нефти подаются в колонну и поднимаются вверх. Чем более легкие фракции испаряются, тем выше они поднимутся в колонне. Каждую тарелку, расположенную на определенной высоте, можно рассматривать как своего рода фильтр — в прошедших ее парах остается все меньшее количество тяжелых углеводородов. Часть паров, конденсировавшихся на определенной тарелке или не достигнув ее, стекает вниз. Эта жидкость, носящая название флегмы, встречается с поднимающимся паром, происходит теплообмен, в результате которого низкокипящие составляющие флегмы снова превращаются в пар и поднимаются вверх, а высококипящие составляющие пара конденсируются и стекают вниз с оставшейся флегмой. Таким образом удается достичь более точного разделения фракций. Чем выше ректификационная колонна и чем больше в ней тарелок, тем более узкие фракции можно получить. На современных НПЗ высота колонн превышает 50 м.

Простейшую атмосферную перегонку нефти можно провести путем обычного нагревания жидкости и дальнейшей конденсации паров. Весь отбор здесь заключается в том, что собирается конденсат паров, образовавшихся в разных интервалах температуры кипения: сначала выкипают и затем конденсируются легкие низкокипящие фракции, а затем средние и тяжелые высококипящие фракции углеводородов. Конечно, при таком способе говорить о разделении на узкие фракции не приходится, так как часть высококипящих фракций переходит в дистиллят, а часть низкокипящих не успевает испариться в своем температурном диапазоне. Чтобы получить более узкие фракции, применяют перегонку с ректификацией, для чего строят ректификационные колонны

50
метров и больше может достигать высота ректификационных колонн на современных нпз

Отдельные фракции могут подвергаться и повторной атмосферной перегонке для разделения на более однородные компоненты. Так, из бензинов широкого фракционного состава получают бензольную, толуольную и ксилольную фракции — сырье для получения индивидуальных ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилола). Повторной перегонке и дополнительному разделению могут подвергать и дизельную фракцию.

Перегонка нефти на современных атмосферных установках может осуществляться как однократное испарение в одной ректификационной колонне, двукратное испарение в двух последовательно расположенных колоннах или перегонка с предварительным испарением легких фракций в колонне предварительного испарения.

Перегонка нефти на современных атмосферных установках и на атмосферных секциях комбинированных установок может осуществляться разными способами: как однократное испарение в одной ректификационной колонне, двукратное испарение в двух последовательно расположенных колоннах или перегонка с предварительным испарением легких фракций в колонне предварительного испарения. Также ректификационные колонны могут быть вакуумными, где конденсация паров происходит при минимальном давлении.

Фракции, кипящие при температуре свыше 360°C, при атмосферной перегонке (перегонке при атмосферном давлении) не отделяются, так как при более высокой температуре начинается их термическое разложение (крекинг): крупные молекулы распадаются на более мелкие и состав сырья меняется. Чтобы этого избежать, остаток атмосферной дистилляции (мазут) подвергают перегонке в вакуумной колонне. Так как в вакууме любая жидкость кипит при более низкой температуре, это позволяет разделить и более тяжелые составляющие. На этом этапе выделяются фракции смазочных масел, сырье для термического или каталитического крекинга, гудрон.

В ходе первичной переработки получают разные виды сырья, которые затем будут подвергаться химическим преобразованиям в рамках вторичных процессов. У них уже привычные названия — бензин, керосин, дизель, — но они еще не соответствуют требованиям к товарным нефтепродуктам. Их дальнейшая трансформация необходима, чтобы улучшить потребительские качества, очистить, создать продукты с заданными характеристиками и повысить глубину переработки нефти.

Источник

Способы фракционной перегонки нефти

Нефть в первозданном виде сильно отличается от товарных продуктов, реализуемых на рынке. Первым делом нефтеперерабатывающие заводы приступают к фракционной перегонке нефти – сначала первичной, а потом вторичной.

Первичная перегонка

Вся сырая нефть, поступившая на НПЗ, перед процессом переработки очищается от примесей – будь то газы, неорганические соединения, или подземные воды.

Для этого углеводороды отправляются на установки ЭЛОУ. Сырьё прогоняют на электродегидраторах для обезвоживания и обессоливания: данная процедура обеспечивает улучшение качество будущих нефтепродуктов, а также защищает технологическое оборудование от коррозии.

После очистки НПЗ приступают к первичной перегонке нефти. Она состоит из 2 ключевых процессов:

С ЭЛОУ очищенная нефть для атмосферной перегонки направляется на установку АВТ. По пути нагреваясь, углеводороды поступают в ректификационные колонны. Внутри них расположены перегородки или по-другому тарелки, выступающие в роли фильтров.

В нижней части ректификационной колонны установки АВТ размещён подвод тепла, в верхней части – отвод тепла. За счёт этого температура внутри установки постепенно снижается от нижней части к верхней. Проходя через тарелки колонн, пары лёгких фракций поднимаются наверх, а тяжёлые углеводороды опускаются вниз.

Температура при атмосферной перегонке не должна превышать 360 °С, иначе ряд углеводородных соединений может потерять свои полезные свойства.

На этапе атмосферной перегонки нефти заводы получают бензин, керосин, лёгкое и тяжёлое дизельное топливо. С верхней части установки АВТ отводят бензиновые фракции, а керосин и дизель конденсируются и выводятся в других частях колонны.

В нижней части ректификационной колонны скапливается остаточный продукт мазут, поскольку температура его кипения превышает 360 °С. Именно для него предусмотрена вакуумная дистилляция.

Дело в том, что в вакууме любая жидкость кипит при более низких температурах, поэтому мазут можно разделить ещё на несколько фракций: вакуумный газойль широкого фракционирования (350-500 °С), гудрон или узкие масляные дистиллянты.

Практически все НПЗ для первичной перегонки используют комплексные установки ЭЛОУ-АВТ. Они одновременно производят все процессы: обезвоживание и обессоливание, а также атмосферную и вакуумную перегонку.

Итак, после первичной перегонки нефтеперерабатывающие заводы получают нефтепродукты, которые ещё не в полной мере соответствуют товарной продукции. Для улучшения своих качественных свойств фракции отправляются на дальнейшую переработку.

Вторичная перегонка

Вторичная переработка проводится для повышения выхода нефтепродуктов. Существует два метода – термический и каталитический, они в свою очередь имеют массу ответвлений.

Термические методы

Крекинг. Разделение полученных ранее полупродуктов на фракции с меньшей молекулярной массой. Проводится при температурах 470-550 °С под давлением 2-7 МПа. В качестве оборудования применяются трубчатые печи – именно в них происходит нагрев с различными химическими превращениями, меняющими состав углеводородов.

На выходе получают: легкие фракции крекинг-бензин, керосино-газойлевую фракцию, термагазойль, газ с высоким содержанием непредельных углеводородов и крекинг-остаток.

Пиролиз. Нефтяное сырьё подвергается обработке в специальных аппаратах или газогенераторах при температурах 700-1000 °С. Там углеводороды превращаются в газообразную форму, после чего их закаливают с помощью впрыскивания воды. На конечном этапе газы проходят очистку и последующее разделение на фракции в ректификационных колоннах.

Пиролизом получают этилен, пропилен и другие углеводородные газы с высоким содержанием непредельных углеводородов.

Коксование. Является самой жёсткой формой термического крекинга нефтяных остатков. Прямогонные углеводороды проходят термическую обработку при 480-550°С с последующим расщеплением на различные фракции.

Процесс может проходить по-разному: в зависимости от требований к конечному продукту разделяют замедленное коксование в камерах, периодическое коксование в коксовых кубах либо непрерывное коксование в слое кокса-носителя.

Данным методом НПЗ получают нефтяной кокс, углеводородные газы, бензины и керосины.

Каталитические методы

Каталитический крекинг. Проводится при нормальном атмосферном давлении под действием температур 450-500 °С. Этот способ подразумевает применение катализаторов (смесь оксида алюминия и оксида кремния). Они серьёзно ускоряют реакцию разделения сырья на фракции, на выходе получаются нефтепродукты более высокого качества.

Каталитический метод получил наибольшее распространение, поскольку позволяет расщеплять углеводороды практически без потерь (менее 1,5%). Кроме того, он легко сочетается с другими методами вторичной перегонки – гидроочисткой, алкированием, деасфальтизацией и пр.

Методом каталитического крекинга производят высокооктановые бензины, лёгкий газойль, газы с 80-90% содержанием непредельных углеводородов.

Гидрокрекинг: От каталитического крекинга отличается тем, что расщепление углеводородов производится под давлением водорода при температурах 420-500 °С. Также используются катализаторы с гидрирующими и кислотными свойствами.

Гидрокрекинг делится на лёгкий (давление 5-10 МПа, степень превращения 50-60%) и глубокий (давление10-20 МПа, степень конверсии 90%).

Гидроочистка нефтяных фракций повышает качество продуктов за счёт снижения смол, сернистых и кислородсодержащих соединений. На выходе получаются малосернистые бензины, реактивное, дизельное и котельное топлива.

Риформинг. Проводится при температурах 480-520 °С и давлением 1,2-4 Мпа. Катализатором выступает окись алюминия с вкраплениями кристаллов платины.

Данный метод имеет разные вариации. Иногда риформинг проводится непрерывно сразу в 3-4 реакторах, при этом катализатор полностью вырабатывает свой потенциал, а аппараты останавливаются в момент его полного восстановления.

Другой способ – обеспечение периодического восстановления в каждом реакторе по мере выработки без остановки процесса.

Главное назначение каталитического риформинга – получение лёгких ароматических углеводородов и высокооктановых компонентов бензина.

Источник