На какие фракции разделяют нефть при переработке: от газа до кокса

Автор материала: Олег Тимошенко

Сырую нефть преимущественно не используют в первоначальном виде: сначала ее разделяют на части, которые называют фракциями. Из одних получают компоненты бензина, из других - дизельного топлива, базовых масел, битума или кокса. Ниже разобрано, как работает разделение, какие основные фракции выделяют, почему их границы условны, чем перегонка отличается от крекинга и что это значит для автомобильного топлива и масел.

Главное правило TESMA: нефть не «разлагают» на фракции, а разделяют по температуре кипения, и границы фракций условны: разные источники и заводы проводят их по-разному. Фракция - еще не готовый продукт: бензин, дизельное топливо или масло получают после очистки, преобразования и смешения компонентов, поэтому название фракции не показывает ни марку, ни качество топлива.

Как нефть разделяют на фракции

Нефть - смесь углеводородов с разной температурой кипения. Распределение углеводородов по температурам кипения называют фракционным составом, а часть нефти, которая кипит в определенном интервале температур, - фракцией. Разделение выполняют перегонкой: нефть пропускают через печь и подают в атмосферную колонну. По описанию Управления энергетической информации США (EIA), в колонне самые легкие продукты (газы и бензин) поднимаются вверх, керосин и дистилляты остаются посередине, газойли отделяются ниже, а самые тяжелые фракции собираются внизу. В учебном курсе Оклахомского университета нефть перед атмосферной колонной нагревают примерно до 340-372 °C.

Это физическое разделение: молекулы не разрушаются, а расходятся по температуре кипения. Расщепление тяжелых молекул на более легкие - уже крекинг, отдельный вторичный процесс.

Ключевые понятия

Чтобы не путать термины, стоит различать пять понятий:

Фракция - часть нефти, которая кипит в определенном интервале температур; распределение углеводородов по температурам кипения называют фракционным составом.
Атмосферная перегонка - первичное разделение нефти в колонне при нормальном давлении: легкие фракции отбирают вверху, более тяжелые - ниже.
Вакуумная перегонка - перегонка тяжелого остатка под разрежением, которая позволяет отгонять тяжелые компоненты при более низких температурах и избегать их термического разложения.
Мазут и гудрон - мазут - остаток атмосферной перегонки, который кипит выше 350 °C; гудрон - самый тяжелый остаток после вакуумной перегонки.
Крекинг - вторичный процесс расщепления тяжелых углеводородов на более легкие с помощью тепла, давления, катализаторов и, иногда, водорода.

Основные фракции атмосферной перегонки

По учебной лабораторной работе РГУ нефти и газа имени Губкина, при перегонке выделяют такие фракции:

Газы. Метан, этан, пропан и бутан при обычных условиях газообразны, их отбирают вверху колонны; пропан и бутан, в частности, используют как сжиженный газ (LPG).
Бензиновая фракция: от начала кипения до 180 °C. Компонент автомобильного бензина и сырье для риформинга.
Керосиновая фракция: 180-270 °C. Компонент топлива для реактивных и дизельных двигателей, а также осветительный керосин.
Газойлевая (дизельная) фракция: 270-350 °C. Компонент дизельного топлива и сырье для крекинга.
Мазут: выше 350 °C. Остаток атмосферной перегонки; его перегоняют под вакуумом, чтобы избежать термического разложения.

Границы фракций условны. В энциклопедии Energy Education легкие дистилляты ограничены 70-200 °C, средние - 200-350 °C, тяжелые - выше 350 °C. В курсе Оклахомского университета бензин и LPG выделены до 300 °F (около 149 °C), керосин - 380-480 °F (около 193-249 °C), дизельная фракция - 480-610 °F (около 249-321 °C). Реальные границы определяет конкретный завод: в зависимости от нефти и потребностей рынка их могут сдвигать, поэтому приведенные числа - ориентир, а не норма.

Что происходит с мазутом: вакуумная перегонка

Компоненты мазута кипят выше 350 °C, а при таком нагреве они могут разлагаться, поэтому мазут перегоняют под вакуумом. По Britannica, это позволяет отгонять тяжелые компоненты при более низких температурах, а температура перегоняемого продукта обычно не превышает 425 °C. Здесь выделяют вакуумный газойль: в курсе Оклахомского университета вакуумную перегонку связывают с получением сырья для каталитического крекинга и масляных фракций. Остаток вакуумной перегонки - гудрон, самая тяжелая часть нефти. По Britannica, его используют для дорожного асфальта (битума), остаточного мазутного топлива или как сырье для коксования.

Откуда берется нефтяной кокс

Кокс не выделяется из колонны как отдельная фракция. Его получают коксованием - жестким термическим крекингом тяжелых остатков, при котором кокс образуется намеренно; одновременно получают более легкие и средние дистилляты (учебный курс Penn State). Часть нефтяного кокса перерабатывают в анодный кокс для производства алюминия, а губчатый кокс с низким содержанием гетероатомов используют для углеродных анодов.

Вторичные процессы: почему из барреля получается не только то, что есть в колонне

Первичная перегонка не дает того набора продуктов, который нужен рынку, поэтому фракции дополнительно преобразуют. По описанию EIA, крекинг расщепляет тяжелые молекулы на более легкие, риформинг превращает лигроин (легкую малоценную фракцию) в высокооктановые компоненты бензина, алкилирование собирает компоненты бензина из газообразных побочных продуктов крекинга, а на завершающем этапе потоки смешивают в готовый бензин с нужным октановым числом и давлением паров. Гидроочистку применяют, в частности, чтобы снизить содержание серы.

Чтобы представить результат, EIA приводит пример для американских заводов: из одного 42-галлонного барреля нефти получают около 19-20 галлонов автомобильного бензина, 11-13 галлонов дистиллятного топлива (в основном дизельного) и 3-5 галлонов реактивного топлива. Это данные для США: состав продукции зависит от нефти и от конкретного завода.

Что это значит для автомобилиста

Бензин и дизельное топливо - смеси. Фракция - лишь один из компонентов: готовый бензин собирают из нескольких потоков под заданное октановое число и давление паров, а дизельное топливо продают по стандарту с классами по сезону, как разобрано в статье «Чем отличается летнее дизельное топливо от зимнего: свойства, риски и влияние на двигатель».
Историческое название «соляровое масло». По БСЭ это нефтяная фракция, которая кипит примерно при 240-400 °C, то есть по температурам кипения диапазон перекрывается с газойлевой фракцией. Историю названия и отличие от современного топлива смотрите в статье «Солярка и дизельное топливо: откуда взялось название».
Минеральные масла имеют нефтяные корни. Масляные фракции получают из вакуумных дистиллятов, а затем их обрабатывают. О разнице между минеральными, полусинтетическими и синтетическими маслами говорится в статье «Минеральное, полусинтетическое или синтетическое масло - что лучше для двигателя».
Присадки дополняют, а не заменяют. Качество готового топлива и масла определяют очистка, набор компонентов и стандарт, а присадка не исправляет некачественную основу.

Типичные ошибки и мифы

считать, что нефть «разлагают» на фракции химически, хотя первичная перегонка - физическое разделение;
считать границы фракций постоянными и одинаковыми для всех заводов и источников;
путать фракцию с готовым продуктом: бензиновую фракцию с бензином, газойлевую - с дизельным топливом;
считать кокс и битум фракциями атмосферной колонны, хотя их получают из тяжелых остатков;
ожидать от любого дистиллята свойств готового топлива без очистки и смешения.

Товары и сопутствующие материалы TESMA

Масла и смазки - раздел каталога с маслами и смазками.
Топливные фильтры - подбор по модели автомобиля, двигателю и каталожному номеру.
Присадки к дизтопливу - раздел каталога с присадками для дизельного топлива.
Присадки к бензину - раздел каталога с присадками для бензина.

Связанные страницы базы знаний TESMA

Что еще почитать по этой теме

Часто задаваемые вопросы

На какие фракции разделяют нефть при переработке?

Основные фракции атмосферной перегонки: газы, бензиновая, керосиновая, газойлевая (дизельная) фракции и мазут. Мазут дальше перегоняют под вакуумом на вакуумные дистилляты и гудрон, а из тяжелых остатков во вторичных процессах получают, в частности, кокс.

Нефть разлагают или разделяют?

Первичная перегонка разделяет нефть по температуре кипения, и молекулы при этом не разрушаются. Расщепление тяжелых молекул на более легкие - отдельный вторичный процесс, крекинг.

Почему мазут перегоняют в вакууме?

Его компоненты кипят выше 350 °C, а при таком нагреве они могут разлагаться. Под вакуумом их отгоняют при более низких температурах, поэтому термического разложения удается избежать.

Откуда берется нефтяной кокс?

Из тяжелых остатков нефти в процессе коксования, то есть жесткого термического крекинга, при котором кокс образуется намеренно. Из колонны как отдельная фракция он не выходит.

Одинаковы ли границы фракций на всех заводах?

Нет. Разные источники приводят разные границы, а реальные зависят от нефти, схемы завода и потребностей рынка, поэтому числа в справочниках - ориентир.

Готовый бензин или дизельное топливо - это просто фракция нефти?

Нет. Фракция - лишь компонент. По EIA, готовый бензин собирают смешением потоков под заданное октановое число и давление паров, а дизельное топливо продают по стандарту с требованиями к свойствам.

Практический вывод: нефть разделяют по температуре кипения, границы фракций условны, а кокс, битум и базовые масла получают из тяжелых остатков и вакуумных дистиллятов после дальнейшей обработки. Название фракции не является маркой или гарантией качества: топливо и масло выбирайте по стандарту, классу и требованиям производителя автомобиля.