Jak a z čeho se vyrábí benzín, rafinace ropy

Benzín je kapalné palivo. Ale každého zajímá, jak se benzín vyrábí. Metody výroby takové směsi vyžadují přísné dodržování technologie, vědecké dodržování chemických zákonů a značnou práci specialistů. Podívejme se, jak a z čeho se benzín vyrábí.

Jak se benzín vyrábí v průmyslu

Základem pro získávání benzínu je ropa. Po její destilaci se získávají nejen hořlavé směsi (benzín, petrolej, motorová nafta), ale také mnoho dalších užitečných organických produktů, například topný olej. Fosilní „černé zlato“ se skládá z 85 % uhlíku a 15 % vodíku, které vytvářejí stovky vazeb – uhlovodíků.

Metody výroby benzinu zahrnují dvě hlavní metody: přímou destilaci a pokročilejší technologie. Například:

• tepelné krakování;
• katalytické krakování;
• katalytické reformování;
• hydroreformování;
• plošinovky.

Rafinace ropy

Pro výrobu benzínu z ropy, která obsahuje všechny uhlovodíky, je nutné ji zpracovat. Výsledkem jsou suroviny, ze kterých se vyrábějí užitečné látky. Rafinace ropy je rozdělení jejích složek na frakce. Proces získávání benzínu začíná jednou ze dvou metod čištění:

1. Termická frakční destilace, při které se různé látky oddělují při různých bodech varu. Jedná se o starou a běžnou metodu oddělování potřebných frakcí z ropy. V tomto případě se ropné páry kondenzují do kapaliny pro další zpracování.
2. Chemické frakční zpracování umožňuje přeměnu jedné složky na jinou. Tento typ čištění se nazývá konverze. V důsledku konverze se dlouhé uhlovodíkové řetězce rozštěpí na kratší.

Primární zpracování

První fází technologie výroby benzinu z ropy je atmosférická frakcionace, při které se ropná surovina odděluje na frakce. Atmosférická destilace probíhá v daném teplotním rozmezí (ne více než 350 °C), protože při teplotách nad stanovenou hodnotou dochází k ničení uhlovodíkových látek.

Primární zpracování zahrnuje 2 technologické procesy:

• atmosférická destilace;
• vakuová destilace.

Ropné rafinerie provádějí tyto procesy v jedné jednotce zvané AVT neboli atmosférická vakuová trubice. Často se s jednotkou AVT používá ELOU (elektrická odsolovací jednotka). Vakuová destilace je nutná k oddělení zbytků po atmosférickém zpracování, topného oleje, na frakce. V tomto případě se olej zahřívá na 600 °C za sníženého tlaku. Výsledkem je dehet (tmavá, vysoce viskózní látka).

Recyklace

Sekundární procesy při výrobě benzinu z ropy zvyšují počet druhů motorových paliv. Během sekundárního zpracování jsou molekuly uhlovodíků chemicky modifikovány a transformovány do forem vhodných pro další oxidaci.

Recyklace má 3 hlavní směry:

1. Prohlubování – termické a katalytické krakování, hydrokrakování, visbreaking, koksování, výroba bitumenů atd.
2. Rafinace – hydrorafinace, reforming, izomerizace a další procesy.
3. Výroba olejů a aromatických látek, alkylace, MTBE atd.

Katalytické reformování

Během procesu katalytického reformování dochází k aromatizaci, tj. k tvorbě aromatických látek, ke zvýšení obsahu arenů a plynů obsahujících vodík.

Reformování se používá k dosažení:

• bezolovnatý vysokooktanový benzín se zvýšeným oktanovým číslem;
• areny (aromatické uhlovodíky);
• plyn obsahující vodu pro následnou hydrogenační úpravu (izomerizaci, hydrokrakování a další procesy).

Kapalný reformát je vysokooktanová složka leteckého a automobilového paliva a uvolňují se z něj také aromatické látky a plyny, které podléhají separaci. Vodík uvolněný v tomto procesu je levnější než vodík získaný speciálně. Při reformování se používá k doplnění ztrát cirkulujících plynů.

Katalytické krakování

Katalytické krakování je důležitý proces tepelného zpracování uhlovodíkových frakcí, při kterém vzniká palivo s vysokým oktanovým číslem, nenasycené mastné plyny a lehký plynový olej. V tomto případě dochází k hlubokému zpracování ropy za pomoci účinných katalyzátorů vyrobených z hlinitokřemičitanů, které mají dlouhou životnost.

Proces katalytického krakování se vyznačuje svou provozní flexibilitou a univerzálností. Umožňuje oddělit ropné frakce na vysokooktanový benzín a plyny bohaté na propylen, buteny a isobutan. Krakování lze snadno kombinovat s příbuznými procesy (hydrorafinace, hydrokrakování, adsorpční čištění, alkylace, odasfaltování atd.).

Hlavní reakce v katalytickém krakování jsou:

• redistribuce vodíku – hydrogenace a dehydrogenace;
• dealkylace;
• polymerizace;
• dehydrocyklizace;
• izomerizace;
• cyklizace;
• reakce s olefiny;
• alkylace;
• získávání těžkých látek, které následně kondenzují za vzniku koksu.

Proces přímé destilace

Běžnou fyzikální metodou extrakce benzínu z ropy je přímá destilace, při které se ropa odděluje na frakce s různými body varu. Při zahřívání ropy se tvoří páry, které se shromažďují a částečně kondenzují. Destilací vznikají palivové destiláty a zbytky topného oleje, které se používají k výrobě mazacích olejů.

Přímá destilace ropy je jediný technologický proces v kontinuální výrobní jednotce (odpařování a frakcionace destilátů). Zahřátá olejová pára stoupá nahoru ve speciální nádrži, oddělené kovovými kotouči s otvory s víčky. Směs stoupajících par po ochlazení kondenzuje na deskách nádrže.

V horní části je nádrž zavlažována částí nízkovroucích frakcí a páry jsou odváděny, ochlazovány a kondenzovány na kapalné palivo. Přímou destilací se získá až 15 % benzínu (z hmotnosti zpracovávané suroviny) a vzniká také mnoho užitečných produktů, jako je petrolej, ligroin, motorová nafta atd.

Na dně nádrže zůstává topný olej, který se dalším zahříváním (nad 400 °C) využívá k výrobě ropných produktů. Ze zbytků z těžby ropy se získává polodehet a dehet, po úpravě kyselinou sírovou se vyrábí mazací olej s vysokou viskozitou (včetně leteckého oleje).

Izomerizace

Transformace lineárních uhlovodíků na sloučeniny s rozvětvenějším řetězcem a vyšším oktanovým číslem se nazývá izomerizace. Nízkooktanové frakce se pomocí katalyzátorů přeměňují na vysokooktanový benzín. Izomerizace doprovází proces rafinace ropy (krakování, pyrolýza).

Izomerací vznikají sloučeniny s odlišným uspořádáním atomových skupin, ale složení a molekulová hmotnost látky se nemění. Izomerací se z benzinu extrahují aromatické uhlovodíky, lehké frakce s nízkým oktanovým číslem, olefiny a benzen.

Technologie izomerizace využívá katalyzátory se specifickými katalytickými a chemickými vlastnostmi, které jsou odolné vůči působení jedů. Jedinečnost tohoto procesu spočívá v kombinaci se selektivní adsorpcí kapaliny na molekulárních sítech. Tím se zvyšuje konverze parafínů a zlepšují se vlastnosti lehkého benzinu z přímé destilace.

Alkylace

Výroba vysokooktanového benzinu z nenasyceného uhlovodíkového plynu se nazývá alkylace. Když se alkan a alken spojí, dochází k reakci, která vede ke vzniku alkanu, kde počet atomů uhlíku je roven součtu atomů v původním alkenu a alkanu. Alkany mají vyšší oktanové číslo než alkeny, takže výsledné palivo má stejné vlastnosti.

Surovinou pro alkylaci je BBF (butan-butylenová frakce), získaná při katalytickém krakování. Hlavními složkami BBF jsou butylen a isobutan. Jako katalyzátory se používají kyseliny fluorovodíkové a sírové. Vysoká toxicita a vysoká těkavost fluoru však neumožňují jeho široké využití v průmyslu, proto se alkylace kyselinou sírovou používá při rafinaci ropy.

Skládání

Řízené míchání ropy se nazývá míchání. Při této technologii se několik proudů smíchá do jednoho. Při nekontrolovaném míchání nejsou ukazatele kvality ropy v čase stabilní a mění se v závislosti na různých režimech čerpání. Zatímco při míchání se nestabilní tok vyrovnává dávkovaným čerpáním směsi s vysokým obsahem síry do proudu ropy s rezervou kvality.

Pro regulaci průtoků se instalují klapky. Samotná regulace probíhá ve 3 fázích:

• ve vztahu k průtokům;
• tlakem na vstupu proudu;
• množstvím síry na výstupu.

Během procesu míchání se kontroluje následující:

• hustota v proudění;
• teplota přívodu;
• průtok oleje v proudu.

V procesu řízeného míchání se snižují emise síry. Zvyšuje se stabilita kvality ropných produktů. Zatímco při nekontrolovaném míchání je zaznamenána nerovnoměrnost kvalitativních charakteristik surovin. Směšování umožňuje stabilní a vysoce kvalitní dodávky spotřebitelům.

Laboratorní testování

Laboratorní testy zkoumají parametry hořlavých a mazacích látek. Předmětem zkoumání jsou:

• benzín;
• nafta;
• petrolej;
• motorové oleje;
• olej.

Seznam otázek, kterým čelí odborníci provádějící výzkum:

• soulad technologie výroby paliva nebo maziva s uznávanými normami;
• soulad složení ropných produktů s normami pro tuto značku;
• možnost, že toto palivo nebo mazivo způsobí poruchu motorů nebo mechanických součástí.

Kolik paliva můžete získat z barelu ropy

Při zpracování barelu ropy (159 l) se objem ropy zvýší o 9 l (na 168 l). Z tohoto množství suroviny se vyrobí:

• benzín – 102 l;
• motorová nafta – 30 l;
• letecký benzín – 25 l;
• plyn po destilaci – 11 l;
• koka-kola – 10 l;
• topný olej – 5,6 l;
• zkapalněný plyn – 4,5 l;
• dřevěné uhlí – 1,5 kg;
• propan-butan – 12 lahví;
• motorový olej – 1 l.

Jak si doma vyrobit benzín

Pro domácí výrobu benzínu lze použít přímou destilaci. Když se ropná surovina zahřeje, palivo se odpaří, k čemuž se z hlavní nádoby propojí trubice. Různé ropné produkty se získávají při různých teplotách:

• benzín — +35…+250 °C;
• petrolej — +150…+305 °C;
• motorová nafta — +150…+360°С.

Schéma destilačního zařízení je stejné jako u palírny na měsíční svit. Domácí výroba benzínu má však mnoho nevýhod. Patří mezi ně malý výtěžek paliva (150 ml z 1 litru oleje) a nízké oktanové číslo (ne vyšší než 60 jednotek). Pro zvýšení oktanového čísla na 92 nebo 95 benzínu jsou potřeba přísady a aditiva. Je mnohem praktičtější vyrábět benzín z různých odpadů, slámy, použitých pneumatik, dřevěného uhlí atd.

Získání benzínu

Při extrakci uhlovodíků během zpracování plynu se tyto stripují pomocí pevných sorbentů. Je nutné zvýšit absorpci specifického množství uhlovodíků aktivním uhlím. Za tímto účelem se k uhlí přidá rozpouštědlo, jako je toluen s dimaleimidem (0,1-1 %). Poté se uhelnou vrstvou propouští doprovodný nebo zemní plyn.

Specifická absorpce těžkých uhlovodíků probíhá na uhlí, které bylo speciálně upraveno po dobu 2 hodin. Pára prochází nasyceným sorbentem ve stejném směru jako plyn pro stripování. Poté se sorbent suší a používá v následujících cyklech. Plynový kondenzát se odděluje. To automaticky vede k výrobě stabilního přírodního benzínu.

Náklady na výrobu benzínu z plynu se snižují předběžnou úpravou sorbentu a zvýšením jeho absorpčních vlastností o více než 50 %. To umožňuje upustit od použití stabilní látky procházející uhlím nebo snížit její množství. Snižují se náklady na používání kolon a vybavení zařízení.