Рафинирование — очистка нефти и металлов¶
Рафинирование — это технологический процесс очистки сырья или материала от примесей с целью получения продукта заданного состава, свойств и качества. Термин применяется прежде всего в нефтепереработке (рафинирование нефти и нефтепродуктов) и в металлургии (рафинирование металлов и сплавов), а также в пищевой промышленности (рафинирование масел, сахара). Общий технологический принцип заключается в избирательном удалении нежелательных компонентов — сернистых соединений, кислот, механических включений, газов — с минимальными потерями основного продукта.
¶Рафинирование нефти
В нефтепереработке под рафинированием понимают комплекс процессов, направленных на очистку нефтяных фракций от сернистых, азотистых и кислородсодержащих соединений, нафтеновых кислот, смолисто-асфальтеновых веществ, а также на улучшение цвета, запаха и стабильности продукта. Полное первичное разделение нефти на фракции осуществляется атмосферно-вакуумной перегонкой; полученные фракции затем подвергают дальнейшей очистке в зависимости от требований к конечному продукту.
¶Основные методы
| Метод | Принцип действия | Удаляемые примеси |
|---|---|---|
| Кислотное рафинирование | Обработка серной кислотой | Смолы, смолистые вещества, непредельные углеводороды |
| Щелочное рафинирование | Обработка щёлочью | Нафтеновые кислоты, сернистые соединения |
| Селективная очистка | Экстракция растворителем (фурфурол, N-метилпирролидон) | Ароматика, смолы |
| Гидроочистка | Каталитическое гидрирование при повышенном давлении | Сера, азот, кислород, металлы |
| Десульфуризация | Каталитическое удаление серы | Сернистые соединения |
| Отбеливание | Адсорбция на белой глине, силикагеле, активированном угле | Красящие вещества, смолы |
Кислотное рафинирование широко применялось в первой половине XX века для производства индустриальных масел; серная кислота образует с примесями кислотоне растворимые соединения (кислотный шлам), отделяемые центрифугированием. В современных схемах этот метод постепенно вытеснен селективной очисткой и гидроочисткой, обеспечивающими более полное использование сырья и отсутствие объёмных шламов.
Гидроочистка — основной промышленный метод облагораживания дизельного и керосинового топлива. Процесс ведут на катализаторах (кобальт-молибденовых, никель-молибденовых) при температуре 300–400 °C и давлении 3–10 МПа. Гидроочистка позволяет снизить содержание серы до сотых и тысячных долей процента, что необходимо для соответствия современным экологическим стандартам топлива.
¶Рафинирование металлов
В металлургии рафинирование — заключительная стадия получения чистых металлов и сплавов, направленная на удаление вредных примесей и газов (водорода, кислорода, азота). Применяется при производстве чугуна и стали, цветных и редких металлов.
¶Металлургические методы
- Окислительное рафинирование — продувка расплава кислородом или воздушно-кислородной смесью; окисляет примеси (кремний, марганец, фосфор, углерод), переводя их в шлак или газообразное состояние. Основной метод переделки чугуна в сталь.
- Вакуумное рафинирование — плавка под пониженным давлением для удаления растворённых газов и летучих примесей.
- Зонная плавка — многократное переплавление слитка с перемещением расплавленной зоны; применяется для получения особо чистых металлов (кремния для полупроводников, вольфрама, рения).
- Электролитическое рафинирование — анодный растворение загрязнённого металла и осаждение чистого на катоде; основной промышленный способ производства электролитической меди, свинца, олова, никеля.
- Йодидный метод (процесс Ван-Аркеля — де Бура) — очистка титана, циркония, гафния от кислорода и азота через образование и последующий распад летучих иодидов.
¶Пищевое рафинирование
В пищевой промышленности рафинированию подвергают растительные масла (подсолнечное, соевое, пальмовое) и тростниковый или свёкловый сахар. Полный цикл очистки масла включает дегуммирование (удаление фосфолипдов), нейтрализацию (свободных жирных кислот щёлочью), отбеливание и дезодорирование (удаление летучих веществ при вакууме и высокой температуре). Рафинированное масло лишено характерного запаха и вкуса, имеет более высокую точку дымообразования, но содержит меньше биологически активных веществ (токоферолов, фитостеринов), чем нерафинированное.
Сахар-рафинад получают перекристаллизацией сахарозы из сахарного сиропа с промежуточной фильтрацией и обработкой активированным углём. Термин «рафинад» прямо указывает на многократность очистки.
¶История
Первые промышленные схемы кислотно-щелочного рафинирования минеральных масел были разработаны в 1850–1870-х годах в России и Великобритании в связи с ростом производства смазочных материалов. В России пионером стал В. Д. Чижов, организовавший в 1857 году на нефтепромыслах Семёнова (Бакинский район) промышленное получение масляной кислоты и керосина с последующей очисткой. К 1930-м годам в СССР и США были освоены контактное отбеливание и селективная очистка масел; в 1950-е годы получила развитие гидроочистка.
¶Значение
Рафинирование определяет качество конечных нефтепродуктов, металлургических материалов и пищевых продуктов. Ужесточение экологических норм (например, требования Евро-5 и Евро-6 к содержанию серы в топливе, ограничения на выбросы сернистого ангидрида) стимулирует развитие каталитических методов очистки и внедрение безотходных схем переработки.
¶Источники
- Большая советская энциклопедия, статья «Рафинирование»
- Лебедев Н. В. «Нефть и газ», учебник
- Крылов В. С. «Переработка нефти и газа», учебник для вузов
- Технология переработки металлов, учебное пособие под ред. С. Е. Левина
- ГОСТ Р 52300-2005 «Топлива дизельные. Технические условия»