Как перерабатывается нефть?

Основными химическими элементами, составляющими нефть, являются углерод и водород. В нефти, в среднем, содержится 84—85% углерода и 12—14% водорода. Другие химические элементы — кислород, сера и азот — составляют вместе не более 4—5%. Присутствует в нефти и много других элементов, но в весьма малых количествах. Главными соединениями в нефти являются углеводороды. Нефть — сложнейшая смесь различных углеводородов: парафиновых, в молекулах которых углеродные атомы образуют прямые или разветвлённые цепочки (например, этан); нафтеновых — в которых имеются замкнутые молекулярные цепи с одинарными связями (например, циклогексан); ароматических — содержащих замкнутые цепи с двойными связями (например, бензол). В состав нефти входят твёрдые, жидкие и газообразные углеводороды, причём твёрдые и газообразные углеводороды растворены в жидких.

При перегонке нефть нагревают до кипения, но не свыше 350°. По мере роста температуры отдельные углеводороды испаряются, пары их охлаждают в холодильниках и полученные жидкие фракций собирают отдельно. В каждую нефтяную фракцию входит много углеводородов с близкими точками кипения. По возрастающей температуре кипения фракции нефти можно расположить в следующий ряд: бензин, лигроин, керосин, газойль, соляр, смазочные масла, масла специального назначения, мазут и, наконец, остаток — гудрон.

Первый в мире нефтеочистительный завод появился в России в 1745 г. К 1869 г. у нас было уже 40 крупных нефтеперегонных заводов. Техника перегонки нефти постепенно совершенствовалась: от перегонных кубов периодического действия по почину русских инженеров перешли к кубовым батареям, затем были введены в практику ещё более производительные трубчатые нефтеперегонные установки. Но все эти способы не изменяли химического состава нефти и позволяли отгонять из нефти только те 10% бензина, которые в ней содержатся. А добыча бензина стала главной задачей нефтепереработки. Настоятельно требовались более глубокие, химические методы переработки нефти, которые позволили бы её тяжёлые, мерее ценные фракции превращать в лёгкие, более ценные.

И вот свыше 75 лет назад, в 1877 г., талантливый русский инженер-технолог Александр Александрович Летний впервые предложил такой метод. Ему была выдана «привилегия» (патент) на способ получения антрацена и бензола из нефти и нефтяных остатков. Способ Летнего заключался в высокотемпературной, химической переработке нефти, получившей в дальнейшем название пиролиза, т. е. разложения при высокой температуре.

Сущность способа А. А. Летнего заключается 6 превращении с помощью высоких температур длинных нитевидных молекул углеводородов, входящих в нефть, в молекулы-кольца. Такие молекулы присущи многим ароматическим веществам, поэтому пиролиз часто называют ароматизацией нефти.

При изучении научного наследия А. А. Летнего выяснено, что им при пиролизе нефти среди прочих продуктов был получен и бутадиен.

В 1891 г. другой замечательный русский учёный и инженер, предложивший использование форсунки для сжигания в топках распылённого мазута, Владимир Григорьевич Шухов создал такой способ переработки нефти, который позволил получать бензина в несколько раз больше, чем при простой перегонке. Изобретатель сконструировал специальный аппарат, в котором при большом давлении и повышенной температуре часть сложных, больших молекул нефти расщепляется на более мелкие. Именно за счёт этого и повышается выход бензина. Способ Шухова был заимствован американскими промышленниками и получил там название «крекинга» (расщепления). Открытие Шухова на 20 лет опередило Америку, где лишь в 1912 г. появился способ Бартона, не отличавшийся по существу от способа Шухова.

Газы пиролиза и крекинга служат теперь ценнейшим сырьём для получения синтетического каучука.

В настоящее время различают следующие виды переработки нефти с разложением входящих в её состав углеводородов:
а)       жидкофазный крекинг, при котором сырьё подаётся в печи крекинга в жидком виде (например, в виде жидкого мазута);
б)       парофазный крекинг — когда сырьё подаётся в печи в виде паров;
в)       каталитический крекинг — разложение нефтяного сырья на неподвижном, подвижном или пылевидном катализаторах;
г)       пиролиз или ароматизация — разложение тяжёлых фракций нефти при температуре более высокой, чем при крекинге. При пиролизе получают больше всего газа, («пирогаза»), ценного для химической переработки.

Из многих продуктов, получающихся при разложении нефтяного сырья, для производства синтетического каучука в настоящее время наибольшее значение имеют газы этилен, пропилен, бутан и бутилены.

Чтобы лучше представить себе, при каких условиях подвергают нефть разложению и как влияет вид переработки нефтепродуктов на количество получающегося при этом сырья для заводов синтетического каучука, составим небольшую таблицу. (См. табл 1.)

Мы видим, что при парофазном крекинге и пиролизе нефти в газах образуется наибольшее количество этилена, из которого по способам, уже рассмотренным нами, можно получить синтетический спирт, а из него бутадиен и синтетический каучук. Бутана и бутиленов в сумме получается больше всего при крекинге, особенно когда процесс происходит в присутствии катализатора.

Бутан и бутилен — углеводороды, содержащие, как и бутадиен, по четыре атома углерода в молекуле — являются удобным сырьём для получения бутадиена. Бутадиен можно получить из них методом дегидрирования. Так и поступают на заводах.