Distilerie de petrol

O distilerie de petrol este o instalație primitivă de rafinare a petrolului, dezvoltată înaintea rafinăriilor cu instalații complexe apărute la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea. Într-o anumită privință conceptul de distilare s-a păstrat în cadrul rafinăriilor moderne prin instalațiile de , cu .

Istoric

Conceptul de distilare, indiferent de substanța implicată (alcool sau petrol), este vechi, fiind atestat în Antichitate și Evul Mediu. O descriere amplă a procedeului a fost făcută în Encyclopédie a lui Denis Diderot. Spre deosebire de alcool, petrolul a avut un impact mult mai mare pentru societate.The art..., Saltzman, 1999, p. 53

Antichitate și Evul Mediu În Mesopotamia produsele petroliere proveneau din ieșiri la suprafață. Bitumul a fost utilizat de sumerieni, asirieni și babilonieni (în secolul al IV-lea î.Hr.) pentru calafarea bărcilor, sistemelor de irigații și fabricarea cărămizilor. Egiptenii îl foloseau în procedura de mumificare și era obținut din Marea Moartă, unde ieșea la suprafață sub forma unor bile de dimensiuni mari. Comerțul cu Egiptul a fost controlat de arabi, care au dat denumirea de naft unui produs petrolier, care s-a transmis ca „nafta” în prezent. Produsul a fost folosit ca armă în arsenalele armatelor și marinelor bizantine și musulmane în conflict în regiune, în secolul al VII-lea. Despre Focul grecesc se crede că provenea dintr-un produs distilat și nu petrol brut, ajutând grecii în bătălia de la Cizic (680 î.Hr.). Alchimiștii din Alexandria cunoșteau distilarea în primele secole ale erei noastre.The technical ..., 1957, p. 34

Primele informații despre distilarea petrolului s-au păstrat în scrierile medicului și chimistului persan Rhazes, în Cartea Secretelor, unde a descris procesul, dar și dispozitivul ca fiind numit al-ambiqUS and ..., 2022, p. 102 (alambic), derivat din grecul ambix, proiectat de el pentru distilarea petrolului ușor. Instrumentul a devenit o unealtă indispensabilă a distilării simple în Orientul Mijlociu și Europa. Produsul descris de acesta părea a fi asemănător cu kerosenul, folosit mai târziu la încălzire și iluminat și ce a creat necesitatea forajului. Istoricul sirian Hassan Al-Dimashqī (1310–1370) a descris astfel produsele ieșite din distilare:The art..., Saltzman, 1999, p. 54 „Multe tipuri de naftă sunt ca apa prin natura lor și așa volatile încât nu pot fi depozitate în vase deschise. Altele se obțin dintr-un fel de smoală într-o stare tulbure și întunecată, dar prin tratament suplimentar pot să fie clare și albe prin distilarea lor ca apa de trandafir.”Rafinarea a mai apărut în zona orașului Baku din actualul Azerbaidjan, începând cu secolul al VII-lea d.Hr. De asemenea, în lumea arabă s-au remarcat mai multe atestări medicinale ale naftei.

În Europa, în zone precum TegernseeThe technical ..., 1957, p. 1 (Bavaria), Sicilia, Modena (Valea Padului), Pechelbronn (Alsacia), Wietze (Hanovra), Galiția și alte zone, precum și din emisfera vestică în general ieșirile la suprafață au fost consemnate din Evul Mediu, ca petrol sau bitumuri.

Epoca modernă miniatura|100px|Lampă cu kerosen după principiul lui Ignacy Łukasiewicz de fitil plat, expusă la În zilele noastre, rafinarea se referă la ansamblul de procese de extragere a produselor utile din petrol, incluzând diferite tipuri de combustibil, lubrifianți, materii prime pentru petrochimie și alte produse. În secolul al XIX-lea, rafinarea s-a concentrat pe distilarea petrolului brut pentru a obține kerosen, cu aplicații în iluminare. Tehnologia de rafinare a fost transmisă în Europa prin intermediul arabilor.

În teritoriul Statelor Unite ale Americii, ieșirile naturale la suprafață ale petrolului au fost atestate în 1627 lângă actualul oraș Cuba din Statul New York. Alte ieșiri, mai bune, au fost găsite de către un misionar morav, David Zeisberger, în 1768, de-a lungul unui pârâu numit Oil Creek de lângă orașul Titusville. Grupul etnic a folosit petrolul din zonă în scopuri medicinale, iar mai târziu în comerțul cu coloniștii europeni. Cei din urmă l-au folosit în mod curent în scop medicinal, precum și iluminat și încălzire. Însă, pentru ultimele două întrebuințări au existat două probleme: inexistența unui arzător eficient și produse rafinate necompetitive cu celelalte tipuri. În 1780, Francois-Pierre Ami Argand a inventat un arzător eficient pentru luminat, însă era prea scump, iar în Imperiul Austriac a fost creat un arzător cu fitil plat, ieftin de produs, cu principiu utilizat și în prezent, ce a rezolvat problema arzătorului lui Argand, de către farmacistul polonez Ignacy Łukasiewicz în 1852.Andrew L. Simon, „Energy Resources”, Elsevier Science, 2013, p. 4

O industrie petrolieră s-a dezvoltat în Europa de Est, în ordine cronologică în Galiția (împărțită între Polonia, Imperiul Austriac și Imperiul Rus) și ulterior în teritoriul României de astăzi.

Instrumentare, utilaje și procese anterioare industriei petrolului Premergător industriei de rafinare a petrolului au fost dezvoltate instrumentare, utilaje și procese chimice în scopul rafinării, în cadrul apotecilor sau fabricilor, a medicamentelor, alcoolului, zahărului și bitumurilor. Instalațiile au fost mai târziu adaptate și la noua industrie.The technical ..., 1957, p. 35

Distilarea Distilarea se bazează pe fenomenul evaporării și condensării unui lichid la o presiune și temperatură specifică, numit punct de fierbere.The technical ..., 1957, p. 33 Cu scăderea presiunii, sub cea atmosferică, și fierberea are loc la temperaturi mai scăzute, principiu aplicat și la distilarea în vid în prelucrarea petrolului acolo unde, din cauza petrolului ce în fapt este un amestec complex de hidrocarburi, cu puncte de fierbere ridicate, erau susceptibili în a se craca. Fiecare constituent are propriul punct de fierbere iar pe măsură ce sunt condensați sunt sortați la ieșire în funcție de punctul de fierbere, unde hidrocarburile cu punctul cel mai scăzut de fierbere se distilează prima dată și abia apoi cele cu punctul mai mare, până la lăsarea în urmă a unui reziduu, care în condiții normale de distilare se dezintegrează. În funcție de domeniul de temperatură, în trecut se sortau fracțiile distilate până la 150° C și cele între 150 și 300° C (numit kerosen). În practică, este imposibilă distilarea petrolului suficient de lent pentru captarea unei hidrocarburi la un moment dat la punctul de fierbere specific, atât prin diversitate, cât și prin fenomene fizice care determină o influențare reciprocă în punctul de fierbere. Astfel, distilarea petrolului în unități de prelucrare este în sine un proces grosier de distilare fracționată, diferit de condițiile de laborator. Acest lucru reiese prin faptul că din fracția de kerosen, redistilată, ar rezulta iarăși o fracție până la 150° C, iar restul ar putea avea o cantitate cu un punct de fierbere peste 300° C. Pentru o strictețe în domeniile de temperatură se utilizează redistilarea în coloane de distilare sau fracționare concepute în acest scop.

Aparatul de distilare constă dintr-un alambic încălzit al cărui capăt trece, de regulă în spirală, printr-un recipient de apă, care provoacă condensarea vaporilor rezultați prin fierbere. O distilare mai eficientă și ieftină a fost brevetată de Magelhaens în 1780 prin răcirea în contracurent, aplicată anterior în fabricarea alcoolului industrial și de către Christian Ehrenfried Weigel într-un condensator de laborator în 1771. În 1830 Justus von Liebig a realizat condensatorul din sticlă, fiind asociat eronat cu acesta. O altă inovație a reprezentat introducerea hidrometrului în locul testelor de gust, miros și evaporare. Evoluția aparatului de distilare a fost în strânsă legătură cu fabricarea alcoolului din cartofi și vin, mai ales după ce Sistemul Continental sub Napoleon I a creat o cerere acută de alcool industrial, în special pentru fabricarea zahărului.

În urma producției industriale de alcool în alambicuri de mică capacitate, separarea produsului util aflat între cap și coadă la distilare necesita mult timp și avea impurități iar separarea părților cu puncte de fierbere diferite nu se putea realiza. Astfel a fost concepută o nouă instalație, coloana de rectificare, ce exista înainte în instrumentarele alchimiștilor și farmaciștilor.The technical ..., 1957, p. 35

Coloana de rectificare În 1813, francezul J. B. Cellier Blumenthal, ajutat de alte invenții brevetate anterioare, a brevetat un alambic legat la o coloană de rectificare, care s-a dovedit a fi predecesorul conceptului de coloană de fracționare de mai târziu. Instalația consta dintr-o serie de plăci orizontale unde pe fiecare dintre acestea condensau fracțiile lichide cele mai grele și cu cele mai mari puncte de fierbere din vaporii ridicători. Curentul de lichide curgea înapoi pe placa de dedesubt, având contact intim cu curentul de vapori ridicători, obținând astfel un echilibru chimic între cele două faze lichid-vapori, cu împiedicarea antrenării fracțiilor cu punct de fierbere ridicat și cu separarea în funcție de punctul de fierbere. Urmând această ordine, fracțiile cu cel mai scăzut punct de fierbere evacuează prima dată coloana, iar pe măsură ce restul sunt reintroduse ajung distilate tot în această regulă.

În Anglia o derivație a apărut sub numele de Coffey still în 1830, iar în Germania, în lipsa distilării vinului sau pastelor subțiri, ci a pastelor groase de cartofi, o altă coloană de rectificare a fost concretizată drept coloana Pisturius, în 1817. Ulterior, în timpul industrializării germane, coloana a fost îmbunătățită drept coloana Ilges sau în altele de către Bohm, Paulmann și Heckmann după 1860, în producția de alcool și gudron de cărbune. În timp, coloanele au fost adaptate la industria petrolului și au apărut cunoștințe în plus în proiectarea acestora în funcție de cerințele specifice ale petrolului și ale fracțiilor rezultate, inițial de către E. Hausbrand și E. Sorel, în condițiile în care proiectările inițiale ale coloanelor și aparatajului nu erau făcute după date concrete. Designul de instalații s-a extins de la alambicuri și coloane la răcitoare și condensatoare, precum în cazul condensatorului cu tuburi brevetat de britanicul William Grimble în 1825, unde lichidul de răcire înconjoară o serie de conducte paralele. Aici, vaporii care urmează să fie condensați coboară prin aceste conducte și au contact cu o suprafață mare de răcire, fiind condensați mai economic decât în ​​serpentine.

Procesul preîncălzirii J. B. Cellier Blumenthal a aplicat în distilarea vinului procesul preîncălzirii, prin condensarea vaporilor coloanei printr-o serpentină ce era imersată în vin ce urma distilat, făcând un transfer de căldură ce rezulta în lipsa necesității căldurii alambicului. În continuare, materia preîncălzită era reintrodusă la jumătatea coloanei, unde curentul de vapori ridicători prelua vaporii de alcool, iar vinul recirculat în alambic figura ca reziduu cu componente cu puncte de fierbere ridicate. Ca urmare a introducerii tehnologiei în distilarea petrolului, procesul a luat denumirea de .

Brevetul lui Blumenthal a fost îmbunătățit de Charles Derosne, Augustin-Pierre Dubrunfaut și Lacambre, ulterior și în producerea alcoolului din cartofi în anii 1880.

Procesul aburului supraîncălzit La începutul secolului al XIX-lea a fost studiată aplicarea aburului supraîncălzit ca agent termic, atât ca introdus în distilare sau fie în serpentine încorporate în alambicuri. Introducerea în distilare a fost viabilă abia după inventarea reductorului de abur de către François Désiré Savalle în 1857, care nu permitea curgerea lichidului înapoi pe conducta de alimentare cu abur.The technical ..., 1957, p. 36

Procesul distilării în vid Conceptul vechi al distilării în vid a fost reluat pentru avantajele date în distilarea fracțiilor cu punct de fierbere ridicat fără dezintegrarea acestora. Distilarea în vid și serpentinele cu abur au fost apreciate în apoteci.The technical ..., 1957, p. 37