IT
USA
DE
FR
ES
PL
IT
EN
USA
DE
ZH
ES
FR
PT
JP
RU
AR
KR
RO
VN
HE
TR
CS
HR
DA
FI
UA
EL
NL
SR
SK
SV
HU
NO
HI
ID
FA
W kolumnie destylacyjnej w sercu rafinerii ropy naftowej zachodzi wiele fascynujących procesów. Problemem jest to, że znajduje się w niej wiele wymieszanych gazów. Jak je rozdzielić? Jeśli potrafisz udzielić odpowiedzi na to pytanie, mieszaninę ropy można rozdzielić na wiele użytecznych komponentów. Najtrudniejszym zagadnieniem dla inżynierów jest samo podejście do tego tematu. Dla uproszczenia załóżmy, że mamy do czynienia tylko z trzema gazami. Jednym z rozwiązań jest schładzanie gazów i stopniowe obniżanie temperatury aż do momentu, gdy osiągnie ona temperaturę wrzenia tylko jednego z nich. Wala. Właśnie wtedy ten gaz skropli się i tę ciecz można łatwo rozdzielić. Jeśli chcesz oddzielić kolejny gaz, wystarczy ponownie obniżyć temperaturę tuż poniżej temperatury wrzenia, kolejnego składnika i tak dalej. Jednak po przyjrzeniu się wnętrzu kolumny destelacyjnej nie zobaczy żadnych chłodnic. Jak więc inżynierowie skraplają gazy bez użycia chłodnic?
Aby zrozumieć tę sprytną konstrukcję kolumny destylacyjnej, najpierw zakładamy, że wszystkie półki są pokryte warstwą skroplonej cieczy. Przy czym najniższa temperatura cieczy znajduje się na górze kolumny, a najwyższa na dole. Surowa ropa trafia najpierw do pieca. Tam większość cieczy ulega odparowaniu. Mieszanina, w której dominuje para, ale pozostaje także pewna ilość cieczy, wpływa do kolumny destylacyjnej. Załóżmy, że ciecz na pierwszej półce utrzymywana jest w temperaturze 370 stopni Celjusza, a mieszanina wchodząca do kolumny ma 400 stop. Cel. W momencie wejścia do kolumny jej część ciekła opada, a para unosi się.
Teraz trzeba uważnie prześledzić drogę pary o temperaturze 400 stopni Celjusza. Tego typu konstrukcje półki z grzybkowatymi kapturami nazywa się półką z kapeluszami bąbelkowymi Bubble Cap. Gaz, który wpływa do rurki musi przejść przez warstwę cieczy znajdującą się na półce. Ciecz ma znacznie niższą temperaturę. Jeśli któryś ze składników gazu ma temperaturę wrzenia 375 stopni, to skropli się w tej warstwie cieczy, podobnie jak wszystkie pozostałe gazy o temperaturach wrzenia między 370 a 400 stop. Gazy o temperaturach wrzenia niższych niż 370 stopni Cel wydostają się z tej warstwy cieczy i wędrują wyżej. Tam czeka na nie kolejna warstwa cieczy o jeszcze niższej temperaturze, powiedzmy 300 stopni Celjusza. Proces powtarza się i wszystkie gazy o temperaturach wrzenia od 300 do 375 stopni Celjusza skraplają się w tym zbiorniku cieczy.
W ten sposób inżynierowie rozdzielają surową ropę na różne frakcje. W praktycznej kolumnie destylacyjnej znajduje się około 15 takich półek. Im cięższa cząsteczka, tym wyższa temperatura wrzenia. Oznacza to, że wszystkie cięższe składniki ropy gromadzą się na dole kolumny, a lżejsze na jej szczycie. Na przykład benzynę znajdziesz w górnych partiach kolumny, a olej opałowy w jej dolnej części. Na samym szczycie kolumny destylacyjnej znajduje się chłodnica, która działa aktywnie. Część gazu na samej górze skrapla się na skutek kontaktu z chłodnicą. Pozostałe gazy o bardzo niskiej temperaturze wrzenia są odbierane jako gaz płynny.
Niestety opisane zjawiska fizyczne nie zachodzą idealnie. Przykład można zaobserwować na najniższej półce. Wszystkie gazy o temperaturze wrzenia powyżej 370 stopni Celjusza powinny skraplać się właśnie tam. Jednak część cząsteczek o wyższej temperaturze wrzenia nadal potrafi się wydostać z tej warstwy cieczy. Ostatecznie trafiają do górnych półek, gdzie nie powinny się znaleźć. Kolejnym rozwiązaniem inżynierskim jest powrót tej cieczy rurami z powrotem na dolną półkę. Półka, która powinna zawierać składniki o wyższych temperaturach wyżenia, ponownie odparowuje cząsteczki należące do wyższych półek, zatrzymując jedynie właściwe składniki. Taki proces separacji trwa nieprzerwanie, zwracając ciecz do dolnej części kolumny.
Aby zrozumieć tę sprytną konstrukcję kolumny destylacyjnej, najpierw zakładamy, że wszystkie półki są pokryte warstwą skroplonej cieczy. Przy czym najniższa temperatura cieczy znajduje się na górze kolumny, a najwyższa na dole. Surowa ropa trafia najpierw do pieca. Tam większość cieczy ulega odparowaniu. Mieszanina, w której dominuje para, ale pozostaje także pewna ilość cieczy, wpływa do kolumny destylacyjnej. Załóżmy, że ciecz na pierwszej półce utrzymywana jest w temperaturze 370 stopni Celjusza, a mieszanina wchodząca do kolumny ma 400 stop. Cel. W momencie wejścia do kolumny jej część ciekła opada, a para unosi się.
Teraz trzeba uważnie prześledzić drogę pary o temperaturze 400 stopni Celjusza. Tego typu konstrukcje półki z grzybkowatymi kapturami nazywa się półką z kapeluszami bąbelkowymi Bubble Cap. Gaz, który wpływa do rurki musi przejść przez warstwę cieczy znajdującą się na półce. Ciecz ma znacznie niższą temperaturę. Jeśli któryś ze składników gazu ma temperaturę wrzenia 375 stopni, to skropli się w tej warstwie cieczy, podobnie jak wszystkie pozostałe gazy o temperaturach wrzenia między 370 a 400 stop. Gazy o temperaturach wrzenia niższych niż 370 stopni Cel wydostają się z tej warstwy cieczy i wędrują wyżej. Tam czeka na nie kolejna warstwa cieczy o jeszcze niższej temperaturze, powiedzmy 300 stopni Celjusza. Proces powtarza się i wszystkie gazy o temperaturach wrzenia od 300 do 375 stopni Celjusza skraplają się w tym zbiorniku cieczy.
W ten sposób inżynierowie rozdzielają surową ropę na różne frakcje. W praktycznej kolumnie destylacyjnej znajduje się około 15 takich półek. Im cięższa cząsteczka, tym wyższa temperatura wrzenia. Oznacza to, że wszystkie cięższe składniki ropy gromadzą się na dole kolumny, a lżejsze na jej szczycie. Na przykład benzynę znajdziesz w górnych partiach kolumny, a olej opałowy w jej dolnej części. Na samym szczycie kolumny destylacyjnej znajduje się chłodnica, która działa aktywnie. Część gazu na samej górze skrapla się na skutek kontaktu z chłodnicą. Pozostałe gazy o bardzo niskiej temperaturze wrzenia są odbierane jako gaz płynny.
Niestety opisane zjawiska fizyczne nie zachodzą idealnie. Przykład można zaobserwować na najniższej półce. Wszystkie gazy o temperaturze wrzenia powyżej 370 stopni Celjusza powinny skraplać się właśnie tam. Jednak część cząsteczek o wyższej temperaturze wrzenia nadal potrafi się wydostać z tej warstwy cieczy. Ostatecznie trafiają do górnych półek, gdzie nie powinny się znaleźć. Kolejnym rozwiązaniem inżynierskim jest powrót tej cieczy rurami z powrotem na dolną półkę. Półka, która powinna zawierać składniki o wyższych temperaturach wyżenia, ponownie odparowuje cząsteczki należące do wyższych półek, zatrzymując jedynie właściwe składniki. Taki proces separacji trwa nieprzerwanie, zwracając ciecz do dolnej części kolumny.
Teraz skupmy się na pozostałościach, które opadają na dno kolumny. Znajdują się w nich nadal wartościowe produkty. Frakcje pozostające w rezydu mają bardzo wysokie temperatury wrzenia, niektóre ponad 1000 stopni Celjusza. Jednak przy takich temperaturach cząsteczki uległyby rozpadowi przed osiągnięciem wrzenia. Inżynierowie chcą jednak oddestylować wszystkie frakcje rezydu, ale w niższych temperaturach. Przykład jest prosty. Woda zazwyczaj wrze w 100 stopniach Celjusza. Jeśli jednak obniżysz ciśnienie, może wrzeć nawet w 50 stopnia Celsjusza. Ten sam trik stosuje się do rezydu. Zmiana ciśnienia w kolumnie destylacyjnej pozwala obniżyć temperaturę wrzenia. Proces ten nazywa się destylacją próżniową. W jej trakcie również rozdziela się rezydu na frakcje, ale w dużo niższych temperaturach bez niszczenia cząsteczek.
Najlżejsza frakcja z kolumny próżniowej trafia do reaktora katalitycznego. Z kolejnej frakcji powstają wosk i oleje smarne. Najcięższa frakcja pozostaje cieczą, z której produkuje się asfalt i paliwa przemysłowe.
Możesz się zastanawiać, jak w tak dużej kolumnie utrzymywana jest stała próżnia. To urządzenie, ejektor parowy, wykonuje kluczową pracę. usuwa powietrze i wszystkie gazy niekondensujące, które dostają się do kolumny. Działa on według zasady dyszy Venturiego. Kiedy para pod wysokim ciśnieniem wpływa do zwężki, jej prędkość gwałtownie rośnie. Zgodnie z zasadą Bernuliego, wysoka prędkość oznacza niskie ciśnienie. Wytworzony w ejektorze obszar niskiego ciśnienia zasysa gazy i powietrze, utrzymując ujemne ciśnienie w kolumnie. Ciśnienie wewnątrz kolumny próżniowej jest bardzo niskie. Zwykle w zakresie 10 do 50 mm słupartęci, podczas gdy ciśnienie atmosferyczne wynosi 760 mm słupartęci. Tak niskie ciśnienie wymaga specjalnych uszczelek i systemów uszczelniających o wysokiej wydajności. Poznaj nowoczesną uszczelkę wykorzystującą technologię grafitową. Graph oil. Graf oil są wykonane z czystego ekspandowanego grafitu. Doskonale dopasowują się do mikronierówności kołnierzy i wytrzymują bardzo wysokie temperatury. Najczęściej stosowane uszczelki do zapewniania szczelności połączeń to spiralne uszczelki zwijane. Wykorzystują one metalową taśmę w kształcie litery V, spiralnie zwijaną z elastycznym materiałem. Powstaje w ten sposób sprężysta uszczelka, odporna na wysokie ciśnienie i temperaturę.
Widzieliśmy już jak powstaje benzyna w głównej kolumnie destylacyjnej. Niestety taka benzyna ma bardzo niską liczbę oktanów. Gdybyś zatankował ją do samochodu, pojawiłyby się poważne problemy z detonacją spalania. Jednak oczyszczając olej w najcięższej frakcji, można uzyskać benzynę o wyższej liczbie oktanów. Wciąż jednak nie omówiliśmy najważniejszej zagadki rafinerii. Na początku zakładaliśmy, że półki są wypełnione warstwą cieczy. Jak to osiągnąć? Odpowiedzią jest proces wstępnego zalewania zwany także prewetting lub preloading. Wstępne zalewanie odbywa się poprzez pompowanie cieczy z wierzchołka kolumny. Proces przebiega bardzo powoli. Ciecz spływa w dół kolumny, przelewając się z półki na półkę, aż wszystkie zostaną wypełnione. W ten sposób powstaje wymagana objętość cieczy na każdej półce, tworząca potrzebną barierę cieczową i umożliwiająca właściwy kontakt pary z cieczą podczas normalnej pracy. Teraz do kolumny można wprowadzić odparowaną ropę. Oznacza to również, że początkowo ciecz na wszystkich półkach jest taka sama. Jest to jednak stan tymczasowy. W momencie wprowadzenia pary ropy wszystko zaczyna się zmieniać. W ciągu kilku minut każda półka zawiera ciecz o unikalnym składzie.
Jedna barełka ropy to 159 l. Ciekawe jest to, że objętość gotowych produktów wynosi około 170 l. Ta różnica wynika z tak zwanego zysku procesowego. Rozbijamy ciężkie cząsteczki ropy na lżejsze produkty. Z tych 170 l 73 l stanowi benzyna, 43 l to olej napędowy o bardzo niskiej zawartości siarki, a około 16 l stanowił nafta i paliwo lotnicze. Pozostałe mniejsze frakcje przedstawiono na tej ilustracji. To wygląda jak magia. Z tej brudnej, małoużytecznej ropy powstają bardzo wartościowe produkty. Na tym właśnie polega magia destylacji frakcyjnej.
Najlżejsza frakcja z kolumny próżniowej trafia do reaktora katalitycznego. Z kolejnej frakcji powstają wosk i oleje smarne. Najcięższa frakcja pozostaje cieczą, z której produkuje się asfalt i paliwa przemysłowe.
Możesz się zastanawiać, jak w tak dużej kolumnie utrzymywana jest stała próżnia. To urządzenie, ejektor parowy, wykonuje kluczową pracę. usuwa powietrze i wszystkie gazy niekondensujące, które dostają się do kolumny. Działa on według zasady dyszy Venturiego. Kiedy para pod wysokim ciśnieniem wpływa do zwężki, jej prędkość gwałtownie rośnie. Zgodnie z zasadą Bernuliego, wysoka prędkość oznacza niskie ciśnienie. Wytworzony w ejektorze obszar niskiego ciśnienia zasysa gazy i powietrze, utrzymując ujemne ciśnienie w kolumnie. Ciśnienie wewnątrz kolumny próżniowej jest bardzo niskie. Zwykle w zakresie 10 do 50 mm słupartęci, podczas gdy ciśnienie atmosferyczne wynosi 760 mm słupartęci. Tak niskie ciśnienie wymaga specjalnych uszczelek i systemów uszczelniających o wysokiej wydajności. Poznaj nowoczesną uszczelkę wykorzystującą technologię grafitową. Graph oil. Graf oil są wykonane z czystego ekspandowanego grafitu. Doskonale dopasowują się do mikronierówności kołnierzy i wytrzymują bardzo wysokie temperatury. Najczęściej stosowane uszczelki do zapewniania szczelności połączeń to spiralne uszczelki zwijane. Wykorzystują one metalową taśmę w kształcie litery V, spiralnie zwijaną z elastycznym materiałem. Powstaje w ten sposób sprężysta uszczelka, odporna na wysokie ciśnienie i temperaturę.
Widzieliśmy już jak powstaje benzyna w głównej kolumnie destylacyjnej. Niestety taka benzyna ma bardzo niską liczbę oktanów. Gdybyś zatankował ją do samochodu, pojawiłyby się poważne problemy z detonacją spalania. Jednak oczyszczając olej w najcięższej frakcji, można uzyskać benzynę o wyższej liczbie oktanów. Wciąż jednak nie omówiliśmy najważniejszej zagadki rafinerii. Na początku zakładaliśmy, że półki są wypełnione warstwą cieczy. Jak to osiągnąć? Odpowiedzią jest proces wstępnego zalewania zwany także prewetting lub preloading. Wstępne zalewanie odbywa się poprzez pompowanie cieczy z wierzchołka kolumny. Proces przebiega bardzo powoli. Ciecz spływa w dół kolumny, przelewając się z półki na półkę, aż wszystkie zostaną wypełnione. W ten sposób powstaje wymagana objętość cieczy na każdej półce, tworząca potrzebną barierę cieczową i umożliwiająca właściwy kontakt pary z cieczą podczas normalnej pracy. Teraz do kolumny można wprowadzić odparowaną ropę. Oznacza to również, że początkowo ciecz na wszystkich półkach jest taka sama. Jest to jednak stan tymczasowy. W momencie wprowadzenia pary ropy wszystko zaczyna się zmieniać. W ciągu kilku minut każda półka zawiera ciecz o unikalnym składzie.
Jedna barełka ropy to 159 l. Ciekawe jest to, że objętość gotowych produktów wynosi około 170 l. Ta różnica wynika z tak zwanego zysku procesowego. Rozbijamy ciężkie cząsteczki ropy na lżejsze produkty. Z tych 170 l 73 l stanowi benzyna, 43 l to olej napędowy o bardzo niskiej zawartości siarki, a około 16 l stanowił nafta i paliwo lotnicze. Pozostałe mniejsze frakcje przedstawiono na tej ilustracji. To wygląda jak magia. Z tej brudnej, małoużytecznej ropy powstają bardzo wartościowe produkty. Na tym właśnie polega magia destylacji frakcyjnej.