Характеристика нефти и ее фракций как сырья для производства мoторныx топлив. Тема 2

Фракционный и углеводородный состав нефти
и ее дистиллятных фракций
Нефть — сложная многокомпонентная взаиморастворимая смесь газообразных, жидких и твердых углеводородов различного химического строения с числом углеродных атомов до 100 и более с примесью гетерооргнических соединений серы, азота, кислорода и некоторых металлов. По химическому составу нефти различных месторождений весьма разнообразны.
В этой связи речь можно вести лишь о составе, молекулярном строении и свойствах «ср.-статистической» нефти.
Менее всего колеблется элементный состав нефтей:
82–87 % углерода;
12–16,2 % водорода;
0,04–0,35 %, редко до 0,7 % кислорода;
до 0,6 % азота;
до 5 и редко до 10 % серы.
Кроме названных, в нефтях обнаружены в небольших количествах многие элементы, в т. ч. металлы (Са, Mg, Fe, Al, Si, V, Ni, Na и др.).

Фракционный состав нефтей
Принято разделять нефть и нефтепродукты путем перегонки на отдельные фракции, каждая из которых является менее сложной смесью. Нефти различных месторождений значительно различаются по фракционному составу.
Большинство нефтей содержит
10–30 % бензиновых фракций, выкипающих до 200 °С
и 40–65% керосино-газойлевых фракций, перегоняющихся до 350 °С.

Углеводородный состав нефтей
Углеводородный состав нефтей — является наиболее важным показателем их качества, определяющим выбор метода переработки, ассортимент и эксплуатационные свойства получаемых нефтепродуктов.
В исходных (нативных) нефтях содержатся в различных соотношениях все классы (гомологи) углеводородов, кроме алкенов:
алканы,
цикланы,
арены,
гетероатомные соединения.

Алканы (СnН2n+2)
Алканы (СnН2n+2) — парафиновые углеводороды — составляют значительную часть групповых компонентов нефтей, газовых конденсатов и природных газов. Общее содержание их в нефтях составляет 25–75 % маc. С повышением молекулярной массы фракций нефти содержание в них алканов уменьшается. Попутные нефтяные и природные газы практически полностью, а прямогонные бензины чаще всего на 60–70 % состоят из алканов. В масляных фракциях их содержание снижается до 5–20 % маc. Из алканов в нативных бензинах преобладают 2- и 3-монометилзамещенные.
В газойлевых фракциях (200–350 °С) нефтей содержатся алканы от додекана до эйкозана. Установлено, что среди алканов в них преобладают монометилзамещенные и изопреноидные (с чередованием боковых метильных групп через три углеродных атома в основной углеродной цепи) структуры.

Циклоалканы (ц. СnН2n)
Циклоалканы (ц. СnН2n) — нафтеновые углеводороды — входят в состав всех фракций нефтей, кроме газов. В среднем в нефтях различных типов они содержатся от 25 до 80 % мас.
Бензиновые и керосиновые фракции представлены в основном гомологами циклопентана и циклогексана, преимущественно с короткими (C1 — С3) алкилзамещенными цикланами. Высококипящие фракции содержат преимущественно полициклические гомологи цикланов с 2–4 одинаковыми или разными цикланами сочлененного или конденсированного типа строения. Распределение цикланов по фракциям нефти самое разнообразное. Их содержание растет по мере утяжеления фракций и только в наиб. высококипящих масляных фракциях падает.
Можно отметить след. распределение изомеров цикланов:
среди С7 — циклопентанов преобладают 1,2 — и 1,3-диметилзамещенные;
С8 — циклопентаны представлены преимущественно триметилзамещенными;
среди алкилциклогексанов преобладают ди- и триметилзамещенные, не содержащие четвертичного атома углерода.

Арены (ароматические углеводороды)
Арены (ароматические углеводороды) с эмпирической формулой СnНn+2–2Ка (где Ка — число ареновых колец) — содержатся в нефтях обычно в меньшем кол-ве (15–50 %), чем алканы и цикланы, и представлены гомологами бензола в бензиновых фракциях.
Распределение их по фракциям различно и зависит от степ. ароматизированности нефти, выражающейся в ее плотности. В легких нефтях содержание аренов с повышением t кипения фракции, как правило, снижается. Нефть ср. плотности цикланового типа характеризуется почти равномерным распределением аренов по фракциям. В тяжелых нефтях содержание их резко возрастает с повышением t кипения фракций.
Установлена след. закономерность распределения изомеров аренов в бензиновых фракциях:
из C8-аренов больше 1,3-диметилзамещенных, чем этилбензолов;
С9-аренов преобладают 1,2,4-триметилзамещенные.

Оценка потенциальных возможностей нефтяного сырья
Предварительная оценка потенциальных возможностей нефтяного сырья осуществляется по комплексу показателей качества исходного нефтяного сырья, его узких фракций, топливных и масляных компонентов, промежуточного сырья для технологических процессов и т. д. представляемых обычно в виде кривых зависимости ИТК, плотности, молекулярной массы, содержания серы, низкотемпературных и вязкостных свойств от фракционного состава нефти, а также в форме таблиц.
Характеристика нефти и ее остатка

Особенности нефти как сырья процессов перегонки
Нефть и особенно ее высококипящие фракции и остатки характеризуются невысокой термической стабильностью. Для большинства нефтей температура термической стабильности соответствует температурной границе деления примерно между дизельным топливом и мазутом по кривой ИТК , т.е. 350-360 °С. В этой связи перегонку нефти проводят в две стадии: атмосферную до мазута с отбором топливных фракций и под вакуумом мазута с отбором газойлевых (масляных) фракций и в остатке гудрона.
Нефть представляет собой многокомпонентное сырье с непрерывным характером распределения фракционного состава и соответственно летучести компонентов. Эта особенность нефтяного сырья обусловливает определенные ограничения как на четкость погоноразделения, особенно относительно высококипящих фракций, так и по отношению к «узости» фракций.
Поэтому в нефтепереработке довольствуются получением следующих топливных и газойлевых фракций, выкипающих в достаточно широком интервале температур:
бензиновые – н.к. – 140 (180) °С;
керосиновые – 140 (180) – 240 °С;
дизельные – 240-350 °С;
вакуумный дистиллят (вакуумный газойль) – 350 – 400, 400 - 450 и 450 – 500 °С;
тяжелый остаток (гудрон) - > 490 (>500) °С.
Высококипящие и остаточные фракции нефти содержат значительное количество гетероорганических смолисто-асфальтеновых соединений и металлов, попадание которых при перегонке в дистилляты резко ухудшает их эксплуатационные характеристики и значительно усложняет последующую их переработку, особенно каталитическую.

Классификация нефтей
На начальном этапе развития нефтяной промышленности основным показателем качества нефти была плотность.
Нефти делили на
легкие (<0,828),
утяжеленные (=0,828-0,884)
тяжелые (>0,884).
Химическая классификация
За основу этой классификации принято преимущественное содержание в нефти одного или нескольких классов углеводородов.
Различают шесть типов нефтей:
парафиновые,
парафино-нафтеновые,
нафтеновые,
парафино-нафтено-ароматические,
нафтено-ароматические,
ароматические.

Классификация и требования к качеству подготовленных на промыслах нефтей по ГОСТ Р 51858 – 2002

Классификация нефти
Кроме того, тип нефти, поставляемой на экспорт, определяется помимо плотности при 15 °С дополнительно по следующим показателям: