Зачем нефть кипятят в колонне с «тарелками» и что из этого получается
Желая раскрыть вкус и аромат чая, его заваривают водой разной температуры, часто совсем не кипятком. Поэтому в современных чайниках есть терморегуляторы. По схожему принципу перерабатывают нефть. Чтобы разделить ее на фракции и получить много полезных продуктов, ее постепенно доводят до кипения: от почти 30 до более чем 400 градусов.
Нефтепродукты — по «тарелочкам»
Добытая из недр нефть выглядит однородной маслянистой жидкостью, но в ее составе — сотни органических соединений с разными физическими свойствами, химической формулой и молекулярной массой. Углеводороды, у которых эти показатели близки, образуют фракции. В зависимости от структуры, плотности, объема смол они выкипают каждая при «своей» температуре.
Чтобы эффективно отделять компоненты нефти друг от друга, нужно знать температуру кипения нефтяных фракций. Это важно при производстве разных продуктов: топлива для ракет и автомобилей, составляющих парфюмерии и лекарств, волокон для тканей и материалов для игрушек.
Постоянная температура кипения воды на уровне моря — 100 градусов, но из-за богатого состава постоянной температуры кипения сырой нефти не существует. На нефтеперерабатывающих заводах оперируют не единой температурой кипения сырой нефти, а диапазонами. Ректификационные колонны — огромные вертикальные цилиндры высотой с 20-этажный дом, в которых идет перегонка, — строят с учетом температуры кипения нефтяных фракций. Внутри на разных уровнях устроены горизонтальные перегородки, напоминающие тарелки. В процессе последовательного закипания нефтяных фракций их пары поднимаются по колонне вверх, конденсируются и в жидком виде собираются в «тарелках». Такая перегонка позволяет получать основу для бензина, керосина, дизельного топлива.
Чем больше в установке «тарелок» и чем выше мощность, тем больше промежуточных, узких фракций собирают при перегонке. К примеру, бензольную и толуольную, входящие в состав бензиновой фракции, используют в качестве ароматизаторов топлива, при производстве растворителей для красок.
Фракции светлые и темные
Ценители чая знают, что его белые сорта важно заваривать водой, нагретой до температуры 60–80 градусов, улун — 90-градусной, а черный — крутым кипятком. Технологи на нефтеперерабатывающем заводе тоже придерживаются строгой рецептуры. Первыми при перегонке нефти кипят компоненты с наименьшей молекулярной массой углеводородов — они содержатся в легких и светлых фракциях нефти. Их пары быстро поднимаются к верхним этажам колонны.
Раньше других «стартует» петролейная фракция, известная также как эфир или масло Шервуда: температура ее кипения самая низкая. Впоследствии фракцию превращают в такие продукты, как топливо для зажигалок и горелок. Начало кипения бензиновой фиксируют примерно при температуре 30 градусов, и процесс продолжается до 150-градусной отметки. На выходе получают основу для самого востребованного в мире продукта из нефти — автомобильного топлива.
Согласно аналитике Организации стран — экспортеров нефти (ОПЕК), и через 20 лет доля машин с двигателями внутреннего сгорания в мировом автопарке будет составлять около 76%.
При температуре 150–250 градусов закипает керосиновая фракция. Из нее получают такие нефтепродукты, как топливо для ракет и самолетов. Есть потребители и у технического керосина: его применяют в промышленных печах и механизмах.
Границы кипения дизельной фракции выше — 250–360 градусов. Ее конечный продукт — еще один вид топлива для быстроходных транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания. Однако раньше, между бензином и керосином, выделяют еще одну, узкую фракцию — лигроин. Он служит основой синтетических полимеров. Из них производят 99% пластмасс, окружающих нас всюду, будь то зубная щетка, корпус ноутбука, банковская карта или пуговицы на одежде.
Мазут входит в категорию тяжелых и темных нефтяных фракций. Их компоненты закипают при перегонке после достижения 360-градусной температуры. Скапливается этот продукт в самом низу колонны для ректификации — так же, как оседают чаинки на дне заварочного чайника. Чаще топочный мазут поставляют в котельные и на ТЭЦ, а для двигателей речных и морских судов из него изготавливают судовое топливо. В числе продуктов, которые получают из тяжелых фракций после дополнительной переработки, — компоненты для смазочных масел, вазелин, парафин, битум.