Пиролиз нефти: особенности процесса

Необходимый для получения нефтехимических продуктов процесс переработки «черного золота» под воздействием температуры и давления и есть пиролиз нефти. Он служит для разложения органического сырья на составляющие: они нужны для производства всего — от бальзама для волос до ракетного топлива.

Химические и физические процессы пиролиза

В сырой нефти около тысячи (от сотых долей процента) многообразных углеводородных составляющих. При помощи нагревания от средних до высочайших температур нефть делят на фракции. Получают легкие углеводороды (бензин, керосин) и тяжелые.

Но чтобы получить весь спектр возможных продуктов нефтехимии, эти фракции подвергают пиролизу. Это расщепление органических молекул под деструктивным воздействием температур (от 650 до 950-1000 градусов) и давления, которое помогает ускорить процесс.

Но полученные вещества нестабильны: чтобы они зафиксировались, нужно их охладить. Сложность в том, что одновременно нельзя допустить преждевременного застывания — полимеризации.

Поэтому процесс сложен технически:

• загнать пары фракций нефти в разогретые печи;
• под давлением разбить сложные молекулы на простые;
• быстро остудить.

Во всех этапах участвуют пары воды, которая служит и для подогрева, и для остужения.

Сырье для пиролиза

Базовые продукты нефтехимии — этилены и пропилены — получают из сырой нефти, фракций бензина, попутных газов, газойля, нафты, мазута и даже ТБО.

Попутные газы (этан, пропан, бутан) дают этилены. Из более тяжелых углеводородов (газойль, мазут, нафта) образуются пропилены, бензол, бутадиены.

То есть каждое сырье для пиролиза дает определенный набор нефтехимии на выходе.

Помимо столь необходимых промышленности ароматических и непредельных углеводородов, крекинг нефти служит получению топлива.

Пиролиз сырой нефти может дать бензина больше, чем его там содержится в натуральном виде! Не только количество бензина, полученного способом разложения молекул нефтяного сырья, но и его качество выше при пиролизе, а не физической перегонке.

Максимально возможное количество топлива получается при каталитическом крекинге.

Пиролиз нефтяного сырья зависит от возможностей и необходимости использовать тот или иной органический продукт. Например, в Америке раньше началось применение процесса ароматизации нефти. Там традиционным сырьем были попутные газы. В Европе и Азии для получения всего спектра продуктов углеводородов применяют нефть или ее фракции.

Нефть — большая ценность из-за:

• сырьевых войн на Ближнем Востоке;
• скачков цен;
• истощения старых и необходимости разработки новых месторождений;
• опасности сланцевой добычи.

Поэтому нефтехимической промышленности нужно искать более доступное сырье.

Виды пиролиза нефтяного сырья

Разбить молекулы сырья можно двумя распространенными процессами:

• термическим;
• каталитическим.

Термический способ пиролиза нефтепродуктов наиболее распространен. Дает большую часть нужных этиленов, пропиленов, бензола. Его минусами являются:

• жесткость процессов;
• большое коксование;
• энергоемкость из-за необходимости нагрева печей до сверхвысоких температур.

Поэтому в последние десятилетия стали активно применять другие виды:

• низкотемпературный с катализаторами;
• инициированный;
• гидропиролиз;
• термоконтактный;
• окислительный.

Эксперименты в этой области проводятся на предприятиях Японии, России, США.

Пиролиз органических соединений при помощи катализаторов более дорогостоящий, но перспективный процесс. Он способен произвести такие углеводороды и их производные, как ацетилен, изопрен, толуол, ксилолы, аммиак, метанол, формальдегид.

Пиролизная установка

Трубчатая печь — самая распространенная пиролизная установка.

Принцип разложения органического сырья таков: в трубки идет подача сырья и нагретого пара, между трубами подается теплоноситель, разогревающий смесь в трубах до заданной температуры (до 1000 градусов).

После трубы поступают в две секции:

• горячую (где проходит пиролиз за доли секунды);
• холодную (где разделяются и очищаются полученные продукты нефтехимии).

До попадания в холодный отдел печи смесь охлаждается и закаляется в два этапа — водным конденсатом и пиролизным маслом.

Идет постоянный поиск более приемлемых конструкций. Прогресс затронул конвекционные отделы, змеевик подачи, аппараты закалки и испарения (ЗИА). Модификации трубчатых печей связаны с:

• применением того или иного основного сырья;
• необходимостью организации прогорания кокса на стенках труб при выжигании;
• тщательным разделением продуктов пиролиза.

В перспективе — подогнать трубчатые печи под более жесткий пиролиз с меньшим временем воздействия, но запредельными температурами (от 1200 градусов). Для этого надо решить проблему коксования на стенках труб при использовании тяжелых углеводородов (мазут, газойль, нафта).

Назначение процесса

Пиролиз — универсальный и экологичный способ переработки сырья. Он расщепляет без остатка органику (твердую, жидкую и газообразную).

Помимо топлива, производится:

• уксусная кислота;
• смолы;
• каучуки и резины;
• смазки;
• компоненты краски, взрывчатых веществ, кремов.

Список бесконечен.

Четыре главных назначения пиролизного процесса:

1. Получение нефтехимических компонентов.
2. Переработка отходов нефтяной и газовой отрасли.
3. Устранение разливов нефтесырья.
4. Утилизация.

Осталось решить трудности процесса пиролиза: энергоемкость, удаление кокса и контролируемость реакций. Работа ученых направлена на поиски устойчивых к запредельному жару материалов, добавок для защиты труб от осадка. Но если разработают выгодную технологию каталитического пиролиза, то мир постепенно перейдет к нему. А расщепление на основе сверхвысоких температур останется в прошлом.