На які фракції розділяють нафту при переробці: від газу до коксу

Автор матеріалу: Олег Тимошенко

Сиру нафту переважно не використовують у первісному вигляді: спершу її розділяють на частини, які називають фракціями. З одних виходять компоненти бензину, з інших - дизельного палива, базових олив, бітуму чи коксу. Нижче розібрано, як працює розділення, які основні фракції виділяють, чому їхні межі умовні, чим перегонка відрізняється від крекінгу й що це означає для автомобільного палива та олив.

Головне правило TESMA: нафту не «розкладають» на фракції, а розділяють за температурою кипіння, і межі фракцій умовні: різні джерела й заводи проводять їх по-різному. Фракція - ще не готовий продукт: бензин, дизельне паливо чи олива виходять після очищення, перетворення й змішування компонентів, тому назва фракції не показує ні марку, ні якість палива.

Як нафту розділяють на фракції

Нафта - суміш вуглеводнів із різною температурою кипіння. Розподіл вуглеводнів за температурами кипіння називають фракційним складом, а частину нафти, що википає в певному інтервалі температур, - фракцією. Розділення виконують перегонкою: нафту пропускають через піч і подають в атмосферну колону. За описом Управління енергетичної інформації США (EIA), в колоні найлегші продукти (гази й бензин) піднімаються вгору, гас і дистиляти лишаються посередині, газойлі відокремлюються нижче, а найважчі фракції збираються внизу. У навчальному курсі Оклахомського університету нафту перед атмосферною колоною нагрівають приблизно до 340-372 °C.

Це фізичне розділення: молекули не руйнуються, а розходяться за температурою кипіння. Розщеплення важких молекул на легші - вже крекінг, окремий вторинний процес.

Ключові поняття

Щоб не плутати терміни, варто розрізняти п'ять понять:

Фракція - частина нафти, що википає в певному інтервалі температур; розподіл вуглеводнів за температурами кипіння називають фракційним складом.
Атмосферна перегонка - первинне розділення нафти в колоні за нормального тиску: легкі фракції відбирають угорі, важчі - нижче.
Вакуумна перегонка - перегонка важкого залишку під розрідженням, яка дозволяє відганяти важчі компоненти за нижчих температур і уникати їхнього термічного розкладання.
Мазут і гудрон - мазут - залишок атмосферної перегонки, що википає понад 350 °C; гудрон - найважчий залишок після вакуумної перегонки.
Крекінг - вторинний процес розщеплення важких вуглеводнів на легші за допомогою тепла, тиску, каталізаторів і, іноді, водню.

Основні фракції атмосферної перегонки

За навчальною лабораторною роботою РГУ нафти і газу імені Губкіна, при перегонці виділяють такі фракції:

Гази. Метан, етан, пропан і бутан за звичайних умов газоподібні, їх відбирають угорі колони; пропан і бутан, зокрема, використовують як скраплений газ (LPG).
Бензинова фракція: від початку кипіння до 180 °C. Компонент автомобільного бензину й сировина для риформінгу.
Гасова фракція: 180-270 °C. Компонент палива для реактивних і дизельних двигунів, а також освітлювальний гас.
Газойлева (дизельна) фракція: 270-350 °C. Компонент дизельного палива й сировина для крекінгу.
Мазут: понад 350 °C. Залишок атмосферної перегонки; його перегонять під вакуумом, щоб уникнути термічного розкладання.

Межі фракцій умовні. В енциклопедії Energy Education легкі дистиляти обмежено 70-200 °C, середні - 200-350 °C, важкі - понад 350 °C. У курсі Оклахомського університету бензин і LPG виділено до 300 °F (близько 149 °C), гас - 380-480 °F (близько 193-249 °C), дизельну фракцію - 480-610 °F (близько 249-321 °C). Реальні межі визначає конкретний завод: залежно від нафти й потреб ринку їх можуть зсувати, тому наведені числа - орієнтир, а не норма.

Що відбувається з мазутом: вакуумна перегонка

Компоненти мазуту википають понад 350 °C, а за такого нагрівання вони можуть розкладатися, тому мазут перегонять під вакуумом. За Britannica, це дозволяє відганяти важчі компоненти за нижчих температур, а температура продукту, що перегонять, зазвичай не перевищує 425 °C. Тут виділяють вакуумний газойль: у курсі Оклахомського університету вакуумну перегонку пов'язано з виробництвом сировини для каталітичного крекінгу та оливних фракцій. Залишок вакуумної перегонки - гудрон, найважча частина нафти. За Britannica, його використовують для дорожнього асфальту (бітуму), залишкового мазутного палива або як сировину для коксування.

Звідки береться нафтовий кокс

Кокс не виділяється з колони як окрема фракція. Його отримують коксуванням - жорстким термічним крекінгом важких залишків, під час якого кокс утворюється навмисно; одночасно виходять легші й середні дистиляти (навчальний курс Penn State). Частину нафтового коксу переробляють на анодний кокс для виробництва алюмінію, а губчастий кокс із низьким вмістом гетероатомів використовують для вуглецевих анодів.

Вторинні процеси: чому з барелю виходить не лише те, що є в колоні

Первинна перегонка не дає того набору продуктів, який потрібен ринку, тому фракції додатково перетворюють. За описом EIA, крекінг розщеплює важкі молекули на легші, риформінг перетворює лігроїн (легку малоцінну фракцію) на високооктанові компоненти бензину, алкілування збирає компоненти бензину з газоподібних побічних продуктів крекінгу, а на завершальному етапі потоки змішують у готовий бензин із потрібним октановим числом і тиском парів. Гідроочищення застосовують, зокрема, щоб знизити вміст сірки.

Щоб уявити результат, EIA наводить приклад для американських заводів: з одного 42-галонного барелю нафти виходить близько 19-20 галонів автомобільного бензину, 11-13 галонів дистилятного палива (здебільшого дизельного) і 3-5 галонів реактивного палива. Це дані для США: склад продукції залежить від нафти й від конкретного заводу.

Що це означає для автомобіліста

Бензин і дизельне паливо - суміші. Фракція - лише один із компонентів: готовий бензин збирають із кількох потоків під задане октанове число й тиск парів, а дизельне паливо продають за стандартом із класами за сезоном, як розібрано в статті «Чим відрізняється літнє дизельне пальне від зимового: властивості, ризики та вплив на двигун».
Історична назва «солярове масло». За БСЕ це нафтова фракція, що википає приблизно за 240-400 °C, тобто за температурами кипіння діапазон перекривається з газойлевою фракцією. Історію назви й відмінність від сучасного палива розібрано в статті «Солярка і дизельне паливо: звідки взялася назва».
Мінеральні оливи мають нафтове коріння. Оливні фракції отримують із вакуумних дистилятів, а далі їх обробляють. Про різницю між мінеральними, напівсинтетичними й синтетичними оливами йдеться в статті «Мінеральна, напівсинтетична чи синтетична олива - що краще для двигуна».
Присадки доповнюють, а не замінюють. Якість готового палива й оливи визначають очищення, набір компонентів і стандарт, а присадка не виправляє неякісну основу.

Типові помилки й міфи

вважати, що нафту «розкладають» на фракції хімічно, хоча первинна перегонка - фізичне розділення;
вважати межі фракцій сталими й однаковими для всіх заводів і джерел;
плутати фракцію з готовим продуктом: бензинову фракцію з бензином, газойлеву - з дизельним паливом;
вважати кокс і бітум фракціями атмосферної колони, хоча їх отримують із важких залишків;
очікувати від будь-якого дистиляту властивостей готового палива без очищення й змішування.

Товари та супутні матеріали TESMA

Оливи та мастила - розділ каталогу з оливами й мастилами.
Паливні фільтри - підбір за моделлю автомобіля, двигуном і каталожним номером.
Присадки до дизпалива - розділ каталогу з присадками для дизельного палива.
Присадки до бензину - розділ каталогу з присадками для бензину.

Пов'язані сторінки бази знань TESMA

Що ще почитати на цю тему

Часті запитання

На які фракції розділяють нафту при переробці?

Основні фракції атмосферної перегонки: гази, бензинова, гасова, газойлева (дизельна) фракції та мазут. Мазут далі перегонюють під вакуумом на вакуумні дистиляти й гудрон, а з важких залишків у вторинних процесах отримують, зокрема, кокс.

Нафту розкладають чи розділяють?

Первинна перегонка розділяє нафту за температурою кипіння, і молекули при цьому не руйнуються. Розщеплення важких молекул на легші - окремий вторинний процес, крекінг.

Чому мазут перегонюють у вакуумі?

Його компоненти википають понад 350 °C, а за такого нагрівання вони можуть розкладатися. Під вакуумом їх відганяють за нижчих температур, тому термічного розкладання вдається уникнути.

Звідки береться нафтовий кокс?

З важких залишків нафти в процесі коксування, тобто жорсткого термічного крекінгу, під час якого кокс утворюється навмисно. З колони як окрема фракція він не виходить.

Чи однакові межі фракцій на всіх заводах?

Ні. Різні джерела наводять різні межі, а реальні залежать від нафти, схеми заводу й потреб ринку, тому числа в довідниках - орієнтир.

Чи готовий бензин або дизельне паливо - це просто фракція нафти?

Ні. Фракція - лише компонент. За EIA, готовий бензин збирають змішуванням потоків під задані октанове число й тиск парів, а дизельне паливо продають за стандартом із вимогами до властивостей.

Практичний висновок: нафту розділяють за температурою кипіння, межі фракцій умовні, а кокс, бітум і базові оливи отримують із важких залишків і вакуумних дистилятів після подальшої обробки. Назва фракції не є маркою чи гарантією якості: паливо й оливу обирайте за стандартом, класом і вимогами виробника автомобіля.