Žalia nafta į degalus perdirbama keliais etapais: pirmiausia ji išvaloma, tada kaitinama ir atskiriama frakcinės distiliacijos kolonoje. Distiliacijos metu gaunamos skirtingos naftos frakcijos, tačiau jos dar nėra galutiniai degalai, kuriuos galima pilti į automobilį ar naudoti aviacijoje. Dalis frakcijų papildomai perdirbama krekingo, riformingo, izomerizacijos ar kitais procesais, kad būtų gauta daugiau tinkamų komponentų ir pagerintos jų savybės. Vėliau šie komponentai valomi nuo sieros bei kitų priemaišų, o pabaigoje maišomi taip, kad atitiktų benzino, dyzelino ar kitų degalų kokybės reikalavimus.
Žalia nafta → valymas → distiliacija → frakcijos → krekingas / riformingas → sieros šalinimas → maišymas → degalai
Kodėl žalios naftos negalima tiesiog pilti į automobilį?
Žalia nafta nėra vientisa medžiaga. Tai sudėtingas angliavandenilių mišinys, kuriame yra labai skirtingo ilgio molekulių: nuo lengvų junginių, galinčių greitai garuoti, iki sunkių, klampių medžiagų. Be to, žaliavoje gali būti vandens, druskų, smulkių mechaninių priemaišų, sieros junginių ir kitų medžiagų, kurios varikliui netinka.
Automobilio varikliui reikia degalų, kurių savybės yra stabilios ir tiksliai apibrėžtos. Benzinas turi tinkamai garuoti, užsidegti kontroliuojamu momentu ir atitikti oktaninio skaičiaus reikalavimus. Dyzelinas turi turėti kitas degimo, klampos ir užsidegimo savybes. Žalia nafta tokių pastovių savybių neturi, todėl tiesioginis jos naudojimas variklyje būtų techniškai netinkamas ir žalingas.
Naftos produktai gaunami iš pirminio ir antrinio naftos perdirbimo frakcijų. Degalų gamyba iš naftos todėl nėra paprastas „išvirimo“ procesas: žaliava pirmiausia išskaidoma į frakcijas, tada dalis jų chemiškai perdirbama, valoma ir maišoma.
Pirmas etapas – žalios naftos paruošimas
Prieš distiliaciją žalia nafta paruošiama. Iš jos šalinamas vanduo, druskos ir mechaninės priemaišos. Šis etapas atrodo paprastas, bet jis labai svarbus visam naftos perdirbimui, nes nešvarumai gali gadinti įrangą, skatinti koroziją ir trukdyti tolesniems procesams.
Druskos, patekusios į karštas perdirbimo sistemas, gali sudaryti agresyvius junginius, kurie pažeidžia vamzdynus, šilumokaičius ir distiliacijos įrangą. Vanduo apsunkina kaitinimą ir gali trikdyti stabilų proceso valdymą. Todėl prieš pagrindinį atskyrimą nafta paruošiama taip, kad į distiliacijos koloną patektų kuo tinkamesnė žaliava.
Frakcinė distiliacija – pagrindinis naftos atskyrimo etapas
Frakcinė distiliacija yra pirmasis pagrindinis etapas, kuriame žalia nafta suskirstoma į dalis pagal virimo temperatūrą. Nafta kaitinama krosnyje, kol didelė jos dalis virsta garais, tada šis karštas mišinys tiekiamas į distiliacijos koloną. Toks atskyrimas dar vadinamas rektifikacija, nes kolonoje garai ir skysčiai daug kartų kontaktuoja tarpusavyje, o medžiagos išsiskirsto pagal savo lakumą.
Lengvesnės medžiagos garuoja lengviau, todėl kyla aukščiau. Sunkesnės frakcijos kondensuojasi žemiau arba lieka kolonos apačioje. Kiekviename kolonos aukštyje palaikomos skirtingos temperatūros sąlygos, todėl skirtingos naftos frakcijos gali būti paimamos atskirai. Taip gaunami ne galutiniai degalai, o frakcijos ir degalų komponentų žaliava.
| Distiliacijos dalis | Kas gaunama | Kam naudojama |
|---|---|---|
| Viršutinė kolonos dalis | Dujos ir lengvosios frakcijos | LPG ir benzino komponentai |
| Vidurinė dalis | Žibalo ir dyzelino frakcijos | Reaktyviniai degalai ir dyzelinas |
| Apatinė dalis | Sunkiosios frakcijos | Mazutas, bitumas, žaliava tolesniam perdirbimui |
Kodėl vien distiliacijos nepakanka?
Distiliacija tik atskiria tai, kas žalioje naftoje jau yra. Ji nepakeičia angliavandenilių molekulių struktūros, o tik suskirsto mišinį pagal virimo temperatūras. Dėl to po distiliacijos gaunamas frakcijų rinkinys ne visada atitinka tai, ko reikia rinkai ir varikliams.
Dažnai reikia daugiau lengvųjų degalų, pavyzdžiui, benzino ar kokybiškų dyzelino komponentų, nei jų tiesiogiai susidaro distiliuojant konkrečią naftą. Tuo pačiu dalis sunkesnių frakcijų be papildomo perdirbimo būtų mažiau vertingos arba tinkamos tik ribotam naudojimui. Todėl perdirbimo gamyklose taikomi konversijos procesai.
Distiliacija atskiria, o konversijos procesai pakeičia angliavandenilių molekules. Būtent dėl šio skirtumo degalai nėra tiesiogiai „išverdami“ iš naftos: distiliacijos kolona yra pradžia, bet ne visas degalų gamybos procesas.
Krekingas – kai sunkios frakcijos paverčiamos lengvesnėmis
Krekingas yra procesas, kuriame didelės angliavandenilių molekulės skaidomos į mažesnes. Tai leidžia iš sunkesnių frakcijų pagaminti daugiau lengvesnių komponentų, tinkamų benzinui, dyzelinui ar kitoms kuro rūšims. Krekingui gali būti naudojama aukšta temperatūra, slėgis, katalizatoriai, o kai kuriais atvejais ir vandenilis.
Katalizinis krekingas padeda sunkesnes frakcijas paversti lengvesniais ir vertingesniais produktais naudojant katalizatorius. Hidrokrekingas vyksta dalyvaujant vandeniliui, todėl kartu gali būti gerinama produkto kokybė ir mažinamas kai kurių nepageidaujamų junginių kiekis. Skirtingos gamyklos pasirenka technologijas pagal perdirbamos naftos savybes ir norimą produktų rinkinį.
Naftos perdirbimo procesas dažnai aiškinamas kaip nuosekli distiliacijos, krekingo ir galutinių degalų komponentų maišymo sistema. Tai padeda suprasti, kodėl vien atskyrimo neužtenka: sunkios frakcijos turi būti paverstos tokiomis molekulėmis, kurios geriau tinka degalams.
Riformingas ir izomerizacija – degalų kokybės gerinimas
Kai kurie procesai perdirbimo gamykloje skirti ne tiek padidinti degalų kiekį, kiek pagerinti jų savybes. Riformingas keičia tam tikrų angliavandenilių struktūrą taip, kad pagerėtų benzino komponentų kokybė. Vienas svarbiausių benzino rodiklių yra oktaninis skaičius, susijęs su atsparumu savaiminiam detonaciniam degimui variklyje.
Izomerizacija taip pat keičia molekulių sandarą, bet ne būtinai jų dydį. Paprastai tariant, molekulės pertvarkomos į formas, kurios geriau tinka benzino mišiniui. Šie procesai rodo, kad degalų kokybė priklauso ne tik nuo to, kokia frakcija paimta iš distiliacijos kolonos, bet ir nuo to, kaip jos komponentai buvo papildomai apdoroti.
Valymas – sieros ir kitų priemaišų šalinimas
Po distiliacijos ir konversijos procesų degalų komponentai dar valomi. Vienas svarbiausių valymo tikslų yra sieros šalinimas, nes sieros junginiai gali bloginti degimo savybes, didinti teršalų susidarymą ir kenkti variklio bei išmetimo sistemos komponentams. Taip pat šalinamos kitos nepageidaujamos priemaišos, kurios trukdytų pasiekti reikiamą kokybę.
Dažnai naudojamas hidrogeninis valymas, kai komponentai apdorojami vandenilio aplinkoje. Šio proceso metu sieros junginiai ir dalis kitų priemaišų paverčiami lengviau pašalinamomis formomis. Rezultatas – švaresnis degimas, mažesnė žala varikliui ir geresnis atitikimas kokybės bei aplinkosaugos reikalavimams.
Maišymas – kaip iš komponentų gaunamas galutinis benzinas ar dyzelinas
Galutiniai degalai dažniausiai yra ne viena tiesiogiai iš distiliacijos kolonos paimta frakcija, o kelių komponentų mišinys. Degalų komponentų maišymas leidžia pasiekti reikiamas savybes: benzino oktaninį skaičių, tinkamą garų slėgį, dyzelino degimo charakteristikas, stabilumą ir kitus kokybės rodiklius.
Benzino mišinyje gali būti komponentų iš distiliacijos, krekingo, riformingo ar izomerizacijos procesų. Dyzelinas taip pat formuojamas iš tinkamų distiliatų ir papildomai apdorotų komponentų. Į galutinius degalus gali būti dedami priedai, gerinantys laikymo, švaros, degimo ar eksploatacines savybes. Kai rinkos ir standartų reikalavimai tai numato, į degalus gali būti įmaišomi ir biodegalų komponentai.
Kokie degalai gaunami iš naftos?
Iš naftos gaunamas ne vienas produktas, o kelių rūšių degalai ir kuro produktai. Pagrindiniai iš jų yra:
- Benzinas – lengvųjų frakcijų ir papildomai perdirbtų komponentų mišinys, naudojamas kibirkštinio uždegimo varikliuose;
- Dyzelinas – dažniausiai siejamas su vidutinėmis distiliatų frakcijomis ir naudojamas dyzeliniuose varikliuose;
- Reaktyviniai degalai – gaminami iš žibalo tipo frakcijų, kurioms keliami specifiniai kokybės reikalavimai;
- Suskystintos naftos dujos – lengvieji angliavandeniliai, dažnai vadinami LPG;
- Kai kurie sunkesni kuro produktai – naudojami ten, kur tinka sunkesnės frakcijos arba jų perdirbimo produktai.
Kuo skiriasi benzino ir dyzelino gamyba?
Benzinas labiau siejamas su lengvesnėmis frakcijomis ir komponentais, kuriems svarbus oktaninis skaičius, garavimas ir tinkamas degimas kibirkštinio uždegimo variklyje. Todėl benzino gamyboje svarbų vaidmenį atlieka riformingas, izomerizacija, katalizinis krekingas ir tikslus komponentų maišymas.
Dyzelinas siejamas su vidutinėmis distiliatų frakcijomis. Jam svarbios kitos degimo savybės, klampa, švarumas, stabilumas ir tinkamas veikimas dyzeliniame variklyje. Nors benzinas ir dyzelinas gaunami iš skirtingų frakcijų bei komponentų, abu po distiliacijos gali būti papildomai perdirbami, valomi ir maišomi. Todėl jų gamyba nėra vien tiesioginis frakcijos paėmimas iš kolonos.
Ar iš vienos statinės naftos gaunamas tik benzinas?
Iš vienos statinės naftos gaunamas ne tik benzinas. Perdirbimo metu susidaro produktų mišinys: benzino komponentai, dyzelino komponentai, reaktyvinių degalų frakcijos, suskystintos naftos dujos ir sunkesni produktai ar žaliava tolesniam perdirbimui. Kiekvieno produkto išeiga priklauso nuo žalios naftos rūšies, jos sudėties ir perdirbimo gamyklos technologijų.
Lengvesnė nafta gali natūraliai duoti daugiau lengvųjų frakcijų, o sunkesnei naftai gali reikėti daugiau konversijos procesų, kad būtų pagaminta daugiau tinkamų degalų komponentų. Šiuolaikinė perdirbimo gamykla nėra tik distiliacijos kolona – tai tarpusavyje sujungtų procesų sistema, kurioje atskyrimas, molekulių keitimas, valymas ir maišymas veikia kartu.
Svarbu atskirti gamybos procesą nuo galutinės kainos vartotojui: degalų savikainai įtakos turi žaliavos rūšis, perdirbimas, logistika, mokesčiai ir rinkos sąlygos, todėl kuro kainos degalinėse nebūtinai tiesiogiai atspindi vien tik tai, kaip konkreti nafta buvo perdirbta.
Trumpa naftos perdirbimo proceso seka
- Žalia nafta išvaloma nuo vandens, druskų ir priemaišų.
- Ji kaitinama ir tiekiama į distiliacijos koloną.
- Kolonoje frakcijos atsiskiria pagal virimo temperatūras.
- Dalis frakcijų tampa degalų komponentais.
- Sunkesnės frakcijos perdirbamos krekingo ar kitais procesais.
- Degalų komponentai valomi nuo sieros ir kitų priemaišų.
- Komponentai sumaišomi taip, kad atitiktų benzino, dyzelino ar kitų degalų reikalavimus.