2015-10-22
4603
Главные элементы, из которых состоят все компоненты нефти – это углерод и водород. Нефти содержат 80-85% углерода, 10-14% водорода. Нефть представляет собой сложную смесь углеводородов.
Фракционный состав нефтей
Перегонка нефти – процесс разделения её на фракции по температурам кипения (отсюда и термин «фракционирование») – лежит в основе переработки нефти и получения при этом разных видов топлив, смазочных масел и других ценных химических продуктов. Первичная перегонка нефти является первой стадией изучения её химического состава.
Фракционный состав отражает зависимость количества выкипающего продукта от повышения температуры кипения. Такая зависимость наблюдается для любых смесей разно кипящих веществ. В основе всех методов определения фракционного состава нефти лежит процесс дистилляции – тепловой процесс разделения сложной смеси углеводородов нефти на отдельные фракции с различными температурными интервалами кипения путём испарения нефти с последующей дробной конденсацией образовавшихся паров.
В зависимости от числа ступеней конденсации паров различают три варианта дистилляции нефти:
· простая дистилляция, когда образующиеся при испарении нефти пары полностью конденсируют;
· дистилляция с дефлегмацией, когда из образовавшихся при испарении нефти паров конденсируют часть высококипящих фракций, возвращая их в виде флегмы (конденсата) в кипящую нефть, а оставшиеся пары, обогащённые низкокипящими компонентами, полностью конденсируют;
· ректификация – дистилляция с многократно повторяющейся дефлегмацией паров и одновременным испарением низкокипящих компонентов из образующейся флегмы, чем достигают максимальной концентрации низкокипящих фракций в парах до их полной конденсации.
Основные фракции, выделяемые при первичной перегонки нефти:
1. Бензиновая фракция – нефтяной погон с температурой кипения от н.к.(начала кипения, индивидуальной для каждой нефти) до 150-250ºС (в зависимости от технологической цели получения авто-, авиа- или другого специального бензина).
Данная фракция является смесью алканов, нафтенов и ароматических углеводородов. Во всех этих углеводородах содержится от 5 до 10 атомов углерода в молекулах.
2. Керосиновая фракция – это нефтяной погон с температурой н.к. от 150-180ºС до 270-280 ºС. В этой фракции содержатся углеводороды с 10-15 атомами углерода в молекуле.
Используются в качестве моторного топлива (тракторный керосин, компонент дизельного топлива), для бытовых нужд (осветительный керосин) и др.
3. Газойлевая фракция – температура кипения от 270-280ºС до 320-350ºС. В этой фракции содержатся углеводороды с 14-20 атомами углерода в молекулах. Используется в качестве дизельного топлива.
Первые три фракции называют ещё светлыми фракциями, выкипающие до температуры 320-350ºС при давлении, несколько превышающим атмосферное.
4. Мазут – остаток после отгона перечисленных выше фракций с температурой кипения более 320-350ºС.
Мазут используют как печное топливо, подвергают дальнейшей переработке с помощью крекинга или перегонки при пониженном давлении (вакуумной перегонке) с отбором масляных фракций или широкой фракции вакуумного газойля (в свою очередь, служащего сырьём для каталитического крекинга с целью получения высокооктановых компонентов бензина).
Мазут и полученные из него фракции называют тёмными.
5. Гудрон – почти твёрдый остаток после отгона от мазута масляных фракций. Из него получают так называемые остаточные масла и битум, из которого путём окисления производят асфальт, используемый при строительстве дорог и т.п. Из гудрона и других остатков вторичного происхождения может быть получен путём коксования кокс, применяемый в металлургической промышленности.
Классификация нефтей
Классификация нефтей является основой, которая позволяет предсказать ассортимент и качество продуктов, подобрать наилучшие условия переработки той или иной нефти. С тех пор, как добыча и переработка нефти вышли на промышленный уровень, классификация нефти претерпевала изменения и дополнения.
Основным показателем качества нефтепродуктов на ранних этапах развития нефтяной промышленности была плотность нефти. В зависимости от плотности нефти подразделяли на лёгкие (ρ 
< 0,828 г/см3), утяжеленные (ρ = 0,828÷0,884 г/см3) и тяжёлые (ρ > 0,828 г/см3). В лёгких нефтях содержится больше бензиновых фракций, мало смол и сернистых соединений. Из нефтей подобного типа вырабатываются смазочные масла высокого качества. Тяжёлые нефти характеризуются высоким содержанием смол. Для получения из них масел требуется проводить дополнительные операции по очистке – обработку специальными растворителями, адсорбентами и др. С другой стороны, тяжёлые нефти - лучшее сырьё для производства битумов. Классификация нефти по плотности приблизительна; известны случаи, когда описанные выше закономерности не соблюдались; поэтому классификация по плотности нефти и является косвенной.
Прямая химическая классификация, основанная на групповом составе нефтей, предложена Грозненским нефтяным научно-исследовательским институтом (ГрозНИИ). В зависимости от преимущественного содержания в нефтях углеводородов различных классов они подразделяются на парафинистые (Бакинские, эмбинские), нафтено-парафиновые (грозненские, суроханские), нафтено-ароматические (майкопские), парафино-нафтено-ароматические (некоторые майкопские).
В зависимости от состава и соотношения алканов различного типа ак. Ал.А.Петровым предложена химическая классификация (типизация) нефтей. Им было исследовано около 400 нефтей практически всех нефтегазоносных районов Советского Союза методом газожидкостной хроматографии и масс-спектрометрии. Все исследованные нефти были отнесены к категориям А и Б.
Нефти типа А1 являются нефтями парафинового или нафтено-парафинового основания. Содержание алканов в этих нефтях колеблется в районе 30-40%, а иногда и превышает их; причём н-алканы составляют, как правило, 25-30% от суммы алканов. К нефтям типа А1 относятся нефти Татарии (Ромашкино), Западной Сибири, США и Казахстана (Узень). Нефти типа А1 содержат главным образом слабо разветвлённые i- алканы (см. таблицу).
Нефти типа А2 – нефти парафино-нафтенового и нафтено-парафинового основания. Содержание алканов обычно находится в диапазоне 15-25%, причём н-алканы составляют от суммы алканов 12-15%, т.е. приблизительно в 2 раза ниже, чем в нефтях типа А1. Отличительной чертой нефтей типа А2 является преобладание разветвленных алканов над нормальными; отношение н-алканы/изопренаны <1. К нефтям этого типа относятся нефти Прикаспия и Азербайджана.
Нефти типа Б2 – это, в основном, нефти нафтенового основания. Они обычно не содержат нормальных алканов, а содержание i- алканов составляет порядка 8-20%; причём изопренанов содержится 16-30% от суммы изоалканов. Типичными представителями этих нефтей служат некоторые нефти Грузии и Северного Кавказа.
Нефти типа Б1. По групповому составу эти нефти характеризуются как нафтеновые или нафтено-ароматические. В нефтях этого типа практически полностью отсутствуют н-алканы и изопренаны; относительно мало содержание разветвлённых алканов (от 4 до 10%). Примерами нефтей данного типа являются нефти западно-сибирских месторождений: Грязевая Сопка, Сураханы, Балаханы, Русское и др., Нафталан (Азербайджан).
Таблица 6 Групповой состав нефтей различных химических типов
(фракция 200-430ºС) %
| Тип | Алканы | Циклоалканы | Арены | ||
| Сумма | Нормальные | Разветвлённые | |||
| А1 | 15-60 | 5-25 | 0,05-6,0 | 14-45 | 10-70 |
| А2 | 10-30 | 0,5-5 | 1,0-6,0 | 20-60 | 15-70 |
| Б1 | 4-10 | - | - | 20-70 | 25-80 |
| Б2 | 5-30 | 0,5 | 0,5-6,0 | 20-70 | 20-80 |
Широкое распространение имеет технологическая классификация нефти. Согласно ГОСТ Р 51858-2002 товарные нефти по физико-химическим свойствам, степени подготовки, содержанию сероводорода и лёгких меркаптанов подразделяют на классы, типы, группы и виды.
В зависимости от массовой доли серы нефти подразделяют на четыре класса:
Таблица 7 Классы нефтей
| Класс нефти | Наименование | Массовая доля серы,% | Метод испытания |
| Малосернистая | До 0,60 | ГОСТ 1437 | |
| Сернистая | 0,60-1,80 | ||
| Высокосернистая | 1,81-3,50 | ||
| Особо высокосернистая | Свыше 3,50 |
По плотности, а при поставке на экспорт – дополнительно по выходу фракций и массовой доле парафина, нефти подразделяют на пять типов:
Таблица 8 Типы нефтей
| Тип нефти | Наименование | Показатель плотности при 20ºС, кг/м3 | Метод испытания |
| Особо лёгкая | Не более 830,0 | ГОСТ 3900 | |
| Лёгкая | 830,1-850,0 | ||
| Средняя | 850,1-870,0 | ||
| Тяжёлая | 870,1-895,0 | ||
| Битумозная | Более 895,0 |
По степени подготовки нефти подразделяют на группы:
Таблица 9 Группы нефтей
| Наименование показателя | Норма для нефти группы | Метод испытания | ||
| 1.Массовая доля воды,% не более | 0,5 | 0,5 | 1,0 | ГОСТ 2477 |
| 2.Концентрация хлористых солей, мг/дм3, не более | ГОСТ 21534 | |||
| 3.Массовая доля механических примесей, %, не более | 0,05 | ГОСТ 6370 | ||
| 4. Давление насыщенных паров, кПа (мм рт.ст.), не более | 66,7 (500) | ГОСТ 1756 | ||
| 5. Содержание хлорорганических соединений, млн-1, (ppm) | Не нормируется Определение обязательно |
Если по одному из показателей нефть относится к группе с меньшим номером, а по другому – к группе с большим номером, то нефть признают соответствующей группе с большим номером.
По массовой доле сероводорода и лёгких меркаптанов нефти подразделяют на виды:
Таблица 10 Виды нефтей
| Наименование показателя | Норма для нефти вида | Метод испытаний | ||
| 1. Массовая доля сероводорода, млн-1, (ppm), не более | ГОСТ Р 50802 | |||
| 2. Массовая доля метил- и этилмеркаптанов в сумме, млн-1, (ppm), не более |
В отличие от ранее действующих технологических нормативов в новом ГОСТ впервые введено определение хлорорганических соединений, сероводорода и лёгких меркаптанов.
Условное обозначение нефти состоит из четырёх цифр, соответствующим обозначениям класса, типа, группы и вида нефти. При постваке нефти на экспорт к обозначению типа добавляется индекс «э». Структура условного обозначения нефти:
