Описание веществ во фракционном составе нефтепродуктов

Фракционный состав нефти –  это многокомпонентная непрерывная смесь гетероатомных соединений и углеводородов.

Как вы думаете, что будет с нефтью в 2022 году?

• Подорожает
• Подешевеет

Просмотреть результаты

 Загрузка ...

Обычная перегонка не способна разделить её на отдельные  соединения, физические константы которых строго определены (например, температура кипения при заданном конкретном уровне давления).

Вследствие этого, нефть разделяют на отдельные компоненты, являющиеся  смесями с меньшей сложностью. Они называются дистиллятами или фракциями.

В лабораторных и промышленных  условиях перегонка осуществляется  при постоянно растущей температуре кипения. Это позволяет проводить фракционирование углеводородных газов нефтепереработки и жидких компонентов, для которых характерна не какая-то конкретная температура кипения, а определенный температурный интервал (точка начала и конца кипения).

Атмосферная перегонка нефтяного сырья позволяет получить следующие фракции, которые выкипают при температурах до  350-ти градусов С:

• петролейная фракция – до 100 градусов С;
• бензиновая – начало кипения 140 градусов;
• лигроиновая – от 140-ка до 180-ти;
• керосиновая – от 140-ка до 220-ти;
• дизельная фракция – от 180-ти до 350-ти градусов С.

Все фракции, выкипающие  до температуры 200 градусов С, называются бензиновыми или легкими. Фракции, которые  выкипают в интервале от 200-т до 300-т градусов С, называются керосиновыми или средними.

И, наконец, фракции, которые выкипают при температурах, превышающих   300 градусов С, получили название масляных или  тяжелых. Кроме того, все фракции нефти, температура выкипания которых меньше 300-т градусов, называются светлыми.

Фракции, остающиеся после отбора светлых дистиллятов в процессе ректификации (первичной переработки нефти), которые выкипают при более чем 35-ти градусах, называют мазутами (темными фракциями).

Дальнейшая разгонка мазутов и их углубленная переработка выполняется в условиях вакуума.

Это позволяет получить:

• вакуумный дистиллят (газойль) – температура кипения от 350-ти до 500 градусов С;
• гудрон (вакуумный остаток) – температура кипения свыше 500 градусов С .

Получение нефтяных масел характеризуется следующими интервалами температур:

Кроме того, к тяжелым нефтяным компонентам также относятся асфальтовые смоло-парафиновые отложения.

Помимо своего по углеводородного состава, различные нефтяные фракции также различаются своим цветом, вязкостью и удельным весом. Самые легкие дистилляты (петролейные) – бесцветны. Далее, чем тяжелее фракция – тем темнее её цвет и выше показатели вязкости и плотности. Самые тяжелые компоненты – темно-коричневые и черные.

Описание нефтяных фракций

Петролейная

Представляет собой смесь жидких и легких углеводородов (гексанов и пентанов). Эту фракцию еще называют петролейным эфиром. Он получается  из газоконденсата, легких нефтяных фракций и попутных газов. Петролейный эфир делится на легкий (интервал кипения – от 40-ка до 70-ти градусов C) и тяжелый (от 70-ти до 100-а). Поскольку это – наиболее быстро выкипающая фракция, при разделении нефти она выделяется одной из первых.

Петролейный эфир – это бесцветная жидкость,  плотность которой составляет от  0,650 до 0,695 грамм на кубический сантиметр. Он хорошо растворяет  различные жиры, масла, смолы и прочие соединения углеводородов, поэтому его часто используют как растворитель в жидкостной хроматографии и при экстракции из горных пород  нефти, углеводородов и битумоидов.

Кроме того, именно петролейным эфиром нередко заправляют зажигалки и каталитические грелки.

Бензиновая

Эта нефтяная и конденсатная фракция является сложной углеводородной смесью различных типов строения. Около семидесяти компонентов вышеуказанной смеси имеют температуру выкипания до 125 градусов C , и ещё 130 компонентов этой фракции выкипают в промежутке от 125-ти по 150-ти градусов.

Компоненты этой углеродной смеси и служат материалом  для изготовления  различного  топлива, применяемого в двигателях внутреннего сгорания. В состав этой смеси входят разные виды углеводородных соединений, включая разветвленные и неразветвленные алканы, вследствие чего эту фракцию часто обрабатывают  термическим риформингом, который превращает в разветвленные  неразветвленные молекулы.

Читать также: Основные причины, почему природный газ лучше нефтепродуктов

Основу состава бензиновых нефтяных фракций составляют изомерные и  нормальные парафиновые углеводороды. Из нафтеновой  углеводородной группы больше всего метилциклопентана, метилциклогексан и циклогексана. Кроме того, высокая концентрация углеродных соединений легкой ароматической группы, таких, как метаксилол и толуол.

Состав фракций бензинового типа зависит от состава перерабатываемой нефти, поэтому октановое число, углеводородный состав и другие бензиновые свойства различаются, в зависимости от качества и свойств исходного нефтяного сырья. Другими словами, получить высококачественный бензин можно далеко не из любого сырья.  Моторное топливо плохого качества имеет значение октанового числа, равное нулю. Высококачественное же имеет этот показатель на уровне 100.

Октановое число бензина, полученного из нефти-сырца, редко бывает больше 60-ти. Особую ценность в бензиновой нефтяной фракции представляет наличие в ней циклопентана и циклогексана, а также их производных. Именно такие углеводородные соединения служат сырьем для производства ароматических углеводородов, таких, как бензол, исходная концентрация которого в сырой нефти крайне мала.

Лигроиновая

Эту высокооктановую нефтяную фракцию называют еще тяжелая нафта. Она тоже является сложной  углеводородной смесью, но состоит из более тяжелых, чем в первых двух фракциях,  компонентов. В лигроиновых дистиллятах  повышено до восьми процентов содержание ароматических углеводородов, что значительно больше, чем в бензиновых. Кроме того, в лигроиновой  смеси в три раза больше нафтенов, чем парафинов.

Плотность этой нефтяной фракции составляет от 0,78 до 0,79 грамм на кубический сантиметр. Её применяют в качестве  компонента товарного бензина, осветительного керосина и реактивного топлива. Используют её и в качестве органического растворителя, а также как наполнитель приборов жидкостного типа. До того, как активно стали использовать в промышленности дизельную фракцию,  лигроин выступал как сырье для изготовления топлива, применяемого в тракторах.

Состав лигроина первой перегонки (неочищенного, полученного сразу из перегонного куба) во многом зависит от состава перерабатываемой нефти-сырца. Например, в лигроине, полученном из нефти с повышенным содержанием парафинов, больше неразветвленных насыщенных или циклических углеводородных соединений. В основном низкосернистые виды нефти и лигроина относятся к парафинистым. В нефти с высоким содержанием нафтенов, наоборот, больше полициклических, циклических и ненасыщенных углеводородов.

Для нафтеновых видов нефтяного сырья характерно высокое содержание серы. Процессы очистки лигроинов первой перегонки различаются в зависимости от их состава,  который определяется составом исходного сырья.

Керосиновая

Температура кипения этой фракции при прямой атмосферной перегонке – от 180-ти до 315-ти градусов С. Показатель её плотности при двадцати градусах С составляет 0,854 грамма на кубический сантиметр. Кристаллизоваться она начинает при температуре минус шестьдесят градусов.

В этой нефтяной фракции чаще всего присутствуют углеводороды, в составе которых от девяти до шестнадцати атомов углерода. Кроме парафинов, моноциклических нафтенов и бензола, в ней содержатся и бициклические соединения, такие, как нафтены, нафтено-ароматические и ароматические  углеводороды.

Их таких фракций, ввиду высокой концентрации в них изопарафинов и низкой концентрации бициклических углеводородов ароматической группы, получается реактивное топливо самого высокого качества, которое в полной мере отвечает всем современным требованиям к  перспективным видам такого топлива, а именно:

• увеличенный показатель  плотности;
• умеренное содержание углеводородов ароматической группы;
• хорошая термическая стабильность;
• высокие низкотемпературные свойства.

Как и в предыдущих дистиллятах, состав и качество керосина напрямую зависят от исходной нефти-сырца, определяющей характеристики получаемого продукта.

Те керосиновые фракции нефти, которые выкипают при температурах от 120-ти до 230-ти (240-ка) градусов, хорошо подходят в качестве реактивных видов  топлива, для получения которых (в случае необходимости) применяется так называемая демеркаптанизации и гидроочистка. Керосины, получаемые из нефти с низким содержанием серы при температурах от 150-ти до 280-ти градусов  или в температурном интервале от 150-ти до 315-ти градусов,  применяют в качестве осветительных. Если же керосин выкипает при 140-ка –  200-а градусах, он идет на изготовление растворителя, известного как уайт-спирит, широко используемого на  лакокрасочных предприятиях.

Читать также: Разновидности магнитов

Дизельная

Выкипает при температурах от 180-ти до  360-ти градусов C.

Применяется как топливо для быстроходных дизельных двигателей и в качестве   сырья при прочих процессах переработки нефти. При её получении также вырабатываются керосины и  углеводородные газы.

В дизельных нефтяных фракциях мало углеводородов ароматической группы (менее 25-ти процентов), и характерно преобладание  нафтенов над парафинами. Основу их составляют производные от циклопентана и циклогексана, что дает довольно низкие показатели температур застывания. Если дизельные компоненты, получаемые и высокопарафинистых видов нефти, отличаются высокой концентрацией нормальных алканов, вследствие чего обладают сравнительно высокой температурой застывания – от минус десяти до минус одиннадцати градусов С.

Чтобы в таких случая получить  зимнее дизельное топливо, для которого необходимым показателем температуры застывания является минус 45-ть (а для арктического – и все минус 60-т), полученные компоненты подвергаются процессу депарафинизации, который проходит при участии карбамида.

Помимо этого, в дизельных компонентах присутствуют разного рода   органические соединения (на основе азота и  кислорода). К ним относятся различные виды  спиртов, нафтеновые и парафиновые кетоны, а также  хинолины, пиридины, алкилфенолы и прочие соединения.

Мазут

В этой  смеси присутствуют:

• углеводороды с  массой молекул в пределах от  400-т до 1000-и;
• нефтяные смолы (масса – от  500-т до 3000);
• асфальтены;
• карбены;
• карбоиды;
• органические соединения на основе металлов и неметаллов (железа, ванадия, никеля, натрия, кальция, титана, цинка, ртути, магния и так далее).

Свойства и качественные характеристики мазута также зависят от свойств и характеристик перерабатываемой нефти-сырца, а также от степени отгона светлых дистиллятов.

Основные характеристики мазутов:

• вязкость при температуре 100 градусов С – от  8-ми до 80-ти  миллиметров в квадрате в секунду;
• показатель плотности по 20-ти градусах – от 0,89-ти до1-го грамма на кубический сантиметр;
• интервал застывания – от  минус 10-ти до минус 40-ка градусов;
• концентрация серы – от 0,5 до 3,5 процентов;
• золы – до 0,3 процентов.

Вплоть до конца девятнадцатого столетия мазуты считали непригодными для использования отходами и просто выбрасывали. В настоящее время их применяют в качестве  жидкого топлива для  котельных, а также используют в качестве сырье для вакуумной перегонки, поскольку тяжелые компоненты нефтяного сырья при нормальном давлении атмосферы перегнать невозможно.  Это связано с тем, что в этом случае достижение нужной (весьма большой) температуры их кипения приводит к разрушению молекул.

Мазут нагревают более чем до семи тысяч градусов в специальных трубчатых печах. Он переходит в пар, после чего его разгонку осуществляют под вакуумом в ректификационных колоннах и разделяют  на отдельные  масляные дистилляты, а в качестве  остатка получают гудрон.

Из дистиллятов, полученных из мазута, делают веретенное,  цилиндровое и машинное масло. Также при обработке мазута при более низких температурах получают компоненты, которые можно в дальнейшем  переработать  в моторное топливо, парафин, церезин и разные виды масел.

Из гудрона путем его продувки горячим воздухом получаются  битум. Из  остатков, полученных после крекинга и  перегонки, получают  кокс.

Котельный мазут бывает следующих марок:

• флотский  Ф5 и Ф12 (относится к легкому виду топлива);
• топочный М40 (средний вид котельного топлива);
• топочный М100 и М200 (тяжелое котельное топливо).

Флотский мазут, как понятно из названия, применяется  котлах морских и речных судов, а также как топливо для  газотурбинных двигателей и установок.

Топочный мазут М40 также пригоден для использования в судовых котлах, а также подходит для использования в отопительных котельных и  промышленных печах.

Мазуты М100 и М200, как правило, применяют на больших ТЭЦ.

Гудрон

Это – остаток, который образуется после всех процессов  отгонки прочих  нефтяных компонентов (атмосферных и вакуумных), которые  выкипают при температурах ниже 450-ти – 600-т градусов.

Выход гудрона составляет от десяти до сорока пяти процентов от общей массы перерабатываемого нефтяного сырья. Он представляет собой либо вязкую жидкость, либо твердый черный продукт, похожий на асфальт, блестящий на изломе.

Читать также: Как определить качество нефти?

Гудрон состоит из:

• парафины, нафтены и углеводороды ароматической группы – 45-95 процентов;
• асфальтены – от 3-х до  17-ти процентов;
• нефтяные смолы – от 2-х до 38-ми процентов.

Помимо этого, в нем присутствуют почти все металлы, содержащиеся в нефтяном сырье. К примеру,  ванадия в гудроне может быть до 0,046 процента. Показатель плотности гудрона зависит от характеристик исходного сырья и от  степени отгона всех светлых фракций, и варьируется от 0,95 до 1,03 грамм на кубический сантиметр. Его коксуемость колеблется от  8-ми до 26-ти процентов общей массы, а температура плавления находится в пределах от 12-ти до 55 градусов.

Гудрон широко применяется для изготовления дорожного, строительного и кровельного битумов, а также кокса, мазута, смазочных масел и некоторых видов моторного топлива.

Нефтепродукты. Методы определения фракционного состава

Для определения фракционного состава нефтепродуктов используются различные виды оборудования. В основном это –  стандартизованные перегонные аппараты, оборудованные ректификационными колоннами. Такой аппарат для определения фракционного состава носит название АРН-ЛАБ- 03 (хотя есть и другие варианты).

Владимир Хомутко

Задать вопрос автору

Такая предварительная работа с применением соответствующих устройств, во-первых, необходима для составления технического паспорта на сырье, а, во-вторых, дает возможность увеличить  точность погоноразделения, а также на основании полученных результатов  построить кривую температуры кипения (истинной), где координатами служат температура и выход каждой фракции в процентах от общей массы (или объема).

Нефть-сырец,  полученная с разных месторождений, сильно отличается по своему фракционному составу, а следовательно. и по процентному соотношению потенциальных топливных дистиллятов и смазочных масел. В основном в нефтяном сырье – от 10-ти до 30-ти процентов бензиновых компонентов, и от 40-ка до 65-ти процентов  керосиново-газойлевых  фракций. На одном и том же месторождении разные по глубине нефтяные пласты могут давать сырье с различными характеристиками фракционного состава.

Аппарат для определения температуры застывания нефтепродуктов

Для определения этой важной характеристики нефтяных компонентов используются различные приборы, среди которых наиболее популярен АТЗ-01.

Он применяется для анализа качественных характеристик различных видов  авиационных бензинов, дизельного и реактивного топлива и других нефтепродуктов. Аппарат работает по двум методам определения температуры застывания, называемым А и Б.

В качестве такой температуры принимают значение, при котором нефтепродукт, налитый в стандартную пробирку, застывает до такой степени, что при наклоне этой пробирки под углом  45-ть градусов уровень жидкости в ней в течении одной минуты остается неподвижен.

Температура в приборе измеряется при помощи двух сопротивлений, изготовленных из платины. Погрешность криокамеры при охлаждении  составляет плюс/минус 1 градус С.