destylacja frakcyjna

podstawowym procesem oddzielania składników węglowodorowych ropy naftowej jest destylacja frakcyjna. Destylatory ropy naftowej rozdzielają ropę naftową na frakcje do dalszego przetwarzania w takich jednostkach jak Reformatory katalityczne, jednostki krakingu, jednostki alkilowania lub koksowniki. Z kolei każda z tych bardziej złożonych jednostek przetwórczych zawiera również frakcyjną wieżę destylacyjną do oddzielania własnych produktów reakcji.

nowoczesne jednostki destylacji ropy naftowej działają nieprzerwanie przez długi czas i są znacznie większe niż jednostki destylacji frakcyjnej stosowane w przemyśle chemicznym lub innych gałęziach przemysłu. Szybkość procesu jest zwykle określona w amerykańskich beczkach; jednostki zdolne do przetwarzania 100 000 baryłek dziennie są powszechne, a największe jednostki są w stanie ładować ponad 200 000 baryłek dziennie.

na rysunku przedstawiono zasady działania nowoczesnej jednostki destylacji ropy naftowej. Ropa naftowa jest pobierana ze zbiorników magazynowych w temperaturze otoczenia i pompowana ze stałą prędkością przez szereg wymienników ciepła w celu osiągnięcia temperatury około 120 °C (250 °F). Wprowadzana jest kontrolowana ilość świeżej wody, a mieszanina jest pompowana do bębna odsalającego, gdzie przechodzi przez pole elektryczne i oddzielana jest faza słonej wody. (Jeśli sól nie zostanie usunięta na tym etapie, zostanie osadzona później na rurach pieca i spowoduje zatkanie.) Odsalona ropa naftowa przechodzi przez dodatkowe wymienniki ciepła, a następnie przez rury ze stopów stali w piecu. Tam jest on podgrzewany do temperatury od 315 do 400 ° C (600 do 750 °F), w zależności od rodzaju ropy naftowej i pożądanych produktów końcowych. Mieszanina pary i nieaporyzowanego oleju przechodzi z pieca do kolumny frakcjonującej, pionowej cylindrycznej wieży o wysokości do 45 metrów (150 stóp), zawierającej 20 do 40 tacek frakcjonujących rozmieszczonych w regularnych odstępach czasu. Najczęstsze tacki frakcjonujące są typu sitowego lub zaworowego. Tace sitowe to proste perforowane płyty z małymi otworami o średnicy od 5 do 6 mm (0,2 do 0,25 cala). Tace zaworowe są podobne, z wyjątkiem perforacji pokrytych małymi metalowymi dyskami, które ograniczają przepływ przez perforacje w określonych warunkach procesowych.

opary oleju wznoszą się przez kolumnę i są skraplane do cieczy w skraplaczu chłodzonym wodą lub powietrzem na szczycie wieży. Niewielka ilość gazu pozostaje nieskondensowana i jest doprowadzana do systemu paliwowo-gazowego rafinerii. Zawór regulacyjny ciśnienia na przewodzie paliwowo-gazowym utrzymuje ciśnienie kolumny frakcjonującej na żądanej wartości, zwykle w pobliżu jednego standardowego ciśnienia atmosferycznego, mierzonego jako około 1 bar, 100 kilopaskali (KPa) lub 15 funtów na cal kwadratowy (psi). Część skondensowanej cieczy, zwanej refluksem, jest pompowana z powrotem do górnej części kolumny i schodzi z tacy na tacę, kontaktując się z rosnącymi oparami, gdy przechodzą przez szczeliny w tacach. Ciecz stopniowo absorbuje cięższe składniki z pary, a z kolei oddaje lżejsze składniki do fazy parowej. Kondensacja i ponowne nawadnianie odbywa się na każdej tacy. Ostatecznie osiąga się równowagę, w której następuje ciągła gradacja temperatury i właściwości oleju w całej kolumnie, z najlżejszymi składnikami na górnej tacy i najcięższymi na dolnej. Zastosowanie tacek kontaktujących parę i ciecz odróżnia destylację frakcyjną od prostych kolumn destylacyjnych.

produkty pośrednie lub „boki” są wycofywane w kilku punktach z kolumny, jak pokazano na rysunku. Ponadto nowoczesne jednostki destylacji ropy naftowej wykorzystują pośrednie strumienie refluksu. Sidestreams są znane jako produkty pośrednie, ponieważ mają właściwości między tymi, które mają produkt górny lub górny, a tymi, które mają produkty emitowane od podstawy kolumny. Typowe zakresy wrzenia dla różnych strumieni są następujące: Benzyna lekka (napowietrzna), 20-95 °C (70-200 °F); ciężka Benzyna (górny strumień boczny), 90-165 °c (195-330 °f); NAFTA surowa (drugi strumień boczny), 150-245 °c (300-475 °f); lekki olej napędowy (trzeci strumień boczny), 215-315 °c (420-600 °f).

olej Niewapniony wchodzący do kolumny przepływa w dół nad podobnym zestawem tacek w dolnej części kolumny, zwanych tacami do usuwania, które działają w celu usunięcia wszelkich lekkich składników pozostających w cieczy. Para jest wtryskiwana do dna kolumny w celu zmniejszenia ciśnienia cząstkowego węglowodorów i pomocy W separacji. Zazwyczaj z sekcji odpędzania pobierany jest pojedynczy strumień boczny: ciężki olej napędowy o zakresie wrzenia 285-370 °c (545-700 °f). Pozostałość, która przechodzi z dolnej części kolumny, nadaje się do mieszania z paliwami przemysłowymi. Alternatywnie można go dalej destylować w warunkach próżniowych, aby uzyskać ilości destylowanych olejów do produkcji w oleje smarowe lub do wykorzystania jako surowiec w procesie krakingu oleju napędowego.