- Опис нафтових фракцій
- бензинова
- Лигроиновая
- гасова
- дизельна
- мазут
- гудрон
- Нафтопродукти. Методи визначення фракційного складу
- Апарат для визначення температури застигання нафтопродуктів
Опис речовин у фракційному складі нафтопродуктів
Фракційний склад нафти - це багатокомпонентна безперервна суміш гетероатомних з'єднань і вуглеводнів.
Звичайна перегонка не здатна розділити її на окремі сполуки, фізичні константи яких строго визначені (наприклад, температура кипіння при заданому конкретному рівні тиску).
Внаслідок цього, нафту поділяють на окремі компоненти, які є сумішами з меншою складністю. Вони називаються дистилятами або фракціями.
У лабораторних і промислових умовах перегонка здійснюється при постійно зростаючій температурі кипіння. Це дозволяє проводити фракціонування вуглеводневих газів нафтопереробки і рідких компонентів, для яких характерна не якась конкретна температура кипіння, а певний температурний інтервал (точка початку і кінця кипіння).
Атмосферна перегонка нафтової сировини дозволяє отримати наступні фракції, які википають при температурах до 350-ти градусів С:
- петролейного фракція - до 100 градусів С;
- бензинова - початок кипіння 140 градусів;
- Лігроїнова - від 140-ка до 180-ти;
- гасова - від 140-ка до 220-ти;
- дизельна фракція - від 180-ти до 350-ти градусів С.
Всі фракції, що википають до температури 200 градусів С, називаються бензиновими або легкими. Фракції, які википають в інтервалі від 200-т до 300-т градусів С, називаються гасовими або середніми.
І, нарешті, фракції, які википають при температурах, що перевищують 300 градусів С, отримали назву масляних або важких. Крім того, всі фракції нафти, температура википання яких менше 300-т градусів, називаються світлими.
Фракції, що залишаються після відбору світлих дистилятів в процесі ректифікації (первинної переробки нафти), які википають при більш ніж 35-ти градусах, називають мазутами (темними фракціями).
Подальша разгонка мазутів і їх поглиблена переробка виконується в умовах вакууму.
Це дозволяє отримати:
- вакуумний дистилят (газойль) - температура кипіння від 350-ти до 500 градусів С;
- гудрон (вакуумний залишок) - температура кипіння понад 500 градусів С.
Отримання нафтових масел характеризується наступними інтервалами температур:
№ Корисна інформація 1 від 300-т до 400 градусів С - легкі масла 2 400 - 450 - середні 3 450 - 490 - тяжкі 4 більше 490-та - гудрон
Крім того, до важких нафтовим компонентів також відносяться асфальтові смоли-парафінові відкладення.
Крім свого по вугле водневого сполучення, різні нафтові фракції також різняться своїм кольором, в'язкістю і питомою вагою. Самі легкі дистиляти (петролейного) - безбарвні. Далі, чим важче фракція - тим темніше її колір і вище показники в'язкості і щільності. Найважчі компоненти - темно-коричневі і чорні.
Опис нафтових фракцій
петролейного
Являє собою суміш рідких і легких вуглеводнів (гексанов і пентанов). Цю фракцію ще називають петролейним ефіром. Він виходить з газоконденсату, легких нафтових фракцій і попутних газів. Петролейний ефір ділиться на легкий (інтервал кипіння - від 40-ка до 70-ти градусів C) і важкий (від 70-ти до 100-а). Оскільки це - найбільш швидко википає фракція, при поділі нафти вона виділяється однією з перших.
Петролейний ефір - це безбарвна рідина, щільність якої складає від 0,650 до 0,695 грам на кубічний сантиметр. Він добре розчиняє різні жири, масла, смоли та інші сполуки вуглеводнів, тому його часто використовують як розчинник в рідинної хроматографії і при екстракції з гірських порід нафти, вуглеводнів і битумоидов.
Крім того, саме петролейним ефіром нерідко заправляють запальнички і каталітичні грілки.
бензинова
Ця нафтова і конденсатна фракція є складною вуглеводневої сумішшю різних типів будови. Близько сімдесяти компонентів вищевказаної суміші мають температуру википання до 125 градусів C, і ще 130 компонентів цієї фракції википають в проміжку від 125-ти по 150-ти градусів.
Компоненти цієї вуглецевої суміші і служать матеріалом для виготовлення різного палива, застосовуваного в двигунах внутрішнього згоряння. До складу цієї суміші входять різні види вуглеводневих сполук, включаючи розгалужені і нерозгалужені алкани, внаслідок чого цю фракцію часто обробляють термічним риформингом, який перетворює в розгалужені нерозгалужені молекули.
Основу складу бензинових нафтових фракцій складають ізомерні і нормальні парафінові вуглеводні. З нафтеновой вуглеводневої групи найбільше метілціклопентана, метілціклогексан і циклогексану. Крім того, висока концентрація вуглецевих сполук легкої ароматичної групи, таких, як метаксілол і толуол.
Склад фракцій бензинового типу залежить від складу нафти, що переробляється, тому октанове число, вуглеводневий склад і інші бензинові властивості різняться, в залежності від якості і властивостей вихідного нафтової сировини. Іншими словами, отримати високоякісний бензин можна далеко не з будь-якої сировини. Моторне паливо поганої якості має значення октанового числа, що дорівнює нулю. Високоякісне ж має цей показник на рівні 100.
Октанове число бензину, отриманого з нафти-сирцю, рідко буває більше 60-ти. Особливу цінність в бензинової нафтової фракції представляє наявність в ній циклопентана і циклогексану, а також їх похідних. Саме такі вуглеводневі сполуки служать сировиною для виробництва ароматичних вуглеводнів, таких, як бензол, вихідна концентрація якого в сирої нафти вкрай мала.
Лигроиновая
Цю високооктанову нафтову фракцію називають ще важка нафта. Вона теж є складною вуглеводневої сумішшю, але складається з більш важких, ніж в перших двох фракціях, компонентів. У лігроїнових дистилятах підвищено до восьми відсотків зміст ароматичних вуглеводнів, що значно більше, ніж в бензинових. Крім того, в лигроиновой суміші в три рази більше нафтенов, ніж парафінів.
Щільність цієї нафтової фракції становить від 0,78 до 0,79 грам на кубічний сантиметр. Її застосовують як компонент товарного бензину, освітлювального гасу і реактивного палива. Використовують її і в якості органічного розчинника, а також як наповнювач приладів рідинного типу. До того, як активно стали використовувати в промисловості дизельну фракцію, нафта виступав як сировину для виготовлення палива, застосовуваного в тракторах.
Склад лигроина першої перегонки (неочищеного, отриманого відразу з перегінного куба) багато в чому залежить від складу нафти, що переробляється-сирцю. Наприклад, в лігроїні, отриманому з нафти з підвищеним вмістом парафінів, більше нерозгалужених насичених або циклічних вуглеводневих сполук. В основному низькосірчисті види нафти і лигроина відносяться до парафінистої. У нафти з високим вмістом нафтенов, навпаки, більше поліциклічних, циклічних і ненасичених вуглеводнів.
Для нафтенових видів нафтової сировини характерний високий вміст сірки. Процеси очищення сирої нафти першої перегонки розрізняються залежно від їх складу, який визначається складом вихідної сировини.
гасова
Температура кипіння цієї фракції при прямій атмосферної перегонки - від 180-ти до 315-ти градусів С. Показник її щільності при двадцяти градусах С становить 0,854 грама на кубічний сантиметр. Кристалізуватися вона починає при температурі мінус шістдесят градусів.
У цій нафтової фракції найчастіше присутні вуглеводні, в складі яких від дев'яти до шістнадцяти атомів вуглецю. Крім парафінів, моноциклических нафтенов і бензолу, в ній містяться і біциклічні сполуки, такі, як нафтени, нафтено-ароматичні та ароматичні вуглеводні.
Їх таких фракцій, з огляду на високу концентрацію в них изопарафинов і низької концентрації бициклических вуглеводнів ароматичної групи, виходить реактивне паливо найвищої якості, яке в повній мірі відповідає всім сучасним вимогам до перспективних видів такого палива, а саме:
- збільшений показник щільності;
- помірний вміст вуглеводнів ароматичної групи;
- хороша термічна стабільність;
- високі низькотемпературні властивості.
Як і в попередніх дистилятах, склад і якість гасу безпосередньо залежать від вихідної нафти-сирцю, що визначає характеристики одержуваного продукту.
Ті гасові фракції нафти, які википають при температурах від 120-ти до 230-ти (240-ка) градусів, добре підходять в якості реактивних видів палива, для отримання яких (у разі потреби) застосовується так звана демеркаптанізаціі і гідроочищення. Гас, одержувані з нафти з низьким вмістом сірки при температурах від 150-ти до 280-ти градусів або в температурному інтервалі від 150-ти до 315-ти градусів, застосовують в якості освітлювальних. Якщо ж гас википає при 140-ка - 200-а градусах, він йде на виготовлення розчинника, відомого як уайт-спірит, широко використовуваного на лакофарбових підприємствах.
дизельна
Википає при температурах від 180-ти до 360-ти градусів C.
Застосовується як паливо для швидкохідних дизельних двигунів і в якості сировини при інших процесах переробки нафти. При її отриманні також виробляються гас і вуглеводневі гази.
У дизельних нафтових фракціях мало вуглеводнів ароматичної групи (менше 25-ти відсотків), і характерне переважання нафтенов над парафинами. Основу їх складають похідні від циклопентана і циклогексану, що дає досить низькі показники температур застигання. Якщо дизельні компоненти, що отримуються і високопарафіністих видів нафти, відрізняються високою концентрацією нормальних алканів, внаслідок чого мають порівняно високою температурою застигання - від мінус десяти до мінус одинадцяти градусів С.
Щоб в таких випадку отримати зимове дизельне паливо, для якого необхідним показником температури застигання є мінус 45-ть (а для арктичного - і все мінус 60-т), отримані компоненти піддаються процесу депарафінізації, який проходить за участю карбаміду.
Крім цього, в дизельних компонентах присутні різного роду органічні сполуки (на основі азоту і кисню). До них відносяться різні види спиртів, нафтенові і парафінові кетони, а також хіноліни, піридини, алкілфеноли та інші сполуки.
мазут
У цій суміші присутні:
- вуглеводні з масою молекул в межах від 400-т до 1000-і;
- нафтові смоли (маса - від 500-т до 3000);
- асфальтени;
- карб;
- карбоіди;
- органічні сполуки на основі металів і неметалів (заліза, ванадію, нікелю, натрію, кальцію, титану, цинку, ртуті, магнію і так далі).
Властивості і якісні характеристики мазуту також залежать від властивостей і характеристик нафти, що переробляється-сирцю, а також від ступеня відгону світлих дистилятів.
Основні характеристики мазутів:
- в'язкість при температурі 100 градусів С - від 8-ми до 80-ти міліметрів в квадраті в секунду;
- показник щільності по 20-ти градусах - від 0,89-ти до1-го грама на кубічний сантиметр;
- інтервал застигання - від мінус 10-ти до мінус 40-ка градусів;
- концентрація сірки - від 0,5 до 3,5 відсотків;
- золи - до 0,3 відсотків.
Аж до кінця дев'ятнадцятого століття мазути вважали непридатними для використання відходами та просто викидали. В даний час їх застосовують в якості рідкого палива для котелень, а також використовують як сировину для вакуумної перегонки, оскільки важкі компоненти нафтової сировини при нормальному тиску атмосфери перегнати неможливо. Це пов'язано з тим, що в цьому випадку досягнення потрібної (вельми великий) температури їх кипіння призводить до руйнування молекул.
Мазут нагрівають більш ніж до семи тисяч градусів в спеціальних трубчастих печах. Він переходить в пар, після чого його розгонку здійснюють під вакуумом в ректифікаційних колонах і поділяють на окремі масляні дистиляти, а в якості залишку отримують гудрон.
З дистилятів, отриманих з мазуту, роблять веретенне, циліндрові і машинне масло. Також при обробці мазуту при більш низьких температурах отримують компоненти, які можна надалі переробити в моторне паливо, парафін, церезин і різні види масел.
З гудрону шляхом його продувки гарячим повітрям виходять бітум. Із залишків, отриманих після крекінгу і перегонки, отримують кокс.
Котельний мазут буває наступних марок:
- флотський Ф5 і Ф12 (відноситься до легкого виду палива);
- топковий М40 (середній вид котельного палива);
- топковий М100 і М200 (важке котельне паливо).
Флотський мазут, як зрозуміло з назви, застосовується котлах морських і річкових суден, а також як паливо для газотурбінних двигунів і установок.
Топковий мазут М40 також придатний для використання в суднових котлах, а також підходить для використання в опалювальних котелень і промислових печах.
Мазут М100 і М200, як правило, застосовують на великих ТЕЦ.
гудрон
Це - залишок, який утворюється після всіх процесів відгону інших нафтових компонентів (атмосферних і вакуумних), які википають при температурах нижче 450-ти - 600-т градусів.
Вихід гудрону складає від десяти до сорока п'яти відсотків від загальної маси, що переробляється нафтової сировини. Він являє собою або в'язку рідину, або твердий чорний продукт, схожий на асфальт, блискучий на зламі.
Гудрон складається з:
- парафіни, нафти і вуглеводні ароматичної групи - 45-95 відсотків;
- асфальтени - від 3-х до 17-ти відсотків;
- нафтові смоли - від 2-х до 38-ми відсотків.
Крім цього, в ньому присутні майже всі метали, що містяться в нафтовій сировині. Наприклад, ванадію в гудроні може бути до 0,046 відсотка. Показник щільності гудрону залежить від характеристик вихідної сировини і від ступеня відгону усіх світлих фракцій, і варіюється від 0,95 до 1,03 грам на кубічний сантиметр. Його коксованість коливається від 8-ми до 26-ти відсотків загальної маси, а температура плавлення знаходиться в межах від 12-ти до 55 градусів.
Гудрон широко застосовується для виготовлення дорожнього, будівельного і покрівельного бітумів, а також коксу, мазуту, мастил та деяких видів моторного палива.
Нафтопродукти. Методи визначення фракційного складу
Для визначення фракційного складу нафтопродуктів використовуються різні види обладнання. В основному це - стандартизовані перегінні апарати, обладнані колони ректифікації. Такий апарат для визначення фракційного складу носить назву Арн-ЛАБ- 03 (хоча є й інші варіанти).
Така попередня робота із застосуванням відповідних пристроїв, по-перше, необхідна для складання технічного паспорта на сировину, а, по-друге, дає можливість збільшити точність погоноразделенія, а також на підставі отриманих результатів побудувати криву температури кипіння (істинної), де координатами служать температура і вихід кожної фракції у відсотках від загальної маси (або об'єму).
Нафта-сирець, отримана з різних родовищ, сильно відрізняється за своїм фракційним складом, а отже. і за процентним співвідношенням потенційних паливних дистилятів і мастил. В основному в нафтовій сировині - від 10-ти до 30-ти відсотків бензинових компонентів, і від 40-ка до 65-ти відсотків керосиново-газойльових фракцій. На одному і тому ж родовищі різні по глибині нафтові пласти можуть давати сировину з різними характеристиками фракційного складу.
Апарат для визначення температури застигання нафтопродуктів
Для визначення цієї важливої характеристики нафтових компонентів використовуються різні прилади, серед яких найбільш популярний АТЗ-01.
Він застосовується для аналізу якісних характеристик різних видів авіаційних бензинів, дизельного і реактивного палива і інших нафтопродуктів. Апарат працює за двома методами визначення температури застигання, званим А і Б.
В якості такої температури приймають значення, при якому нафтопродукт, налитий в стандартну пробірку, застигає до такої міри, що при нахилі цієї пробірки під кутом 45-ть градусів рівень рідини в ній протягом однієї хвилини залишається нерухомий.
Температура в приладі вимірюється за допомогою двох опорів, виготовлених з платини. Похибка кріокамери при охолодженні становить плюс / мінус 1 градус С.
Ректифікація нафти на АВТ