Нефть и нефтепродукты
Нефть - горючая маслянистая жидкость от светло-коричневого до темно-бурого цвета со специфическим запахом. Она представляет собой смесь около 1000 индивидуальных веществ, из которых большинство (80-90%) – жидкие углеводороды, а остальные – растворенные углеводородные газы (до 10%), минеральные соли, растворы солей органических кислот, механические примеси.
Нефть является ценным энергетическим и химическим сырьем.
Встречается много разновидностей нефти. Их общий состав может быть выражен в следующем виде:
84-86% С;
12-14% Н
1-3% О, N, S.
Самые крупные месторождения располагаются в Саудовской Аравии, Кувейте, Иране, Венесуэле, Алжире, Иране, Ливии, США.
В Российской Федерации нефть добывается в Краснодарском крае (Майкоп), Грозном, Дагестане, на Сахалине, в бассейне реки Печоры, Волго-Уральском районе, Ставрополе, Западной Сибири – Тюменская, Омская, Курганская области.
В недрах земли нефть залегает в так называемых коллекторах – горных породах, обладающих пористостью и проницаемостью. Породы-коллекторы перекрываются породами-упорами, ограничивающими объем скопления.
Добывается нефть различными способами:
- фонтанным – нефть поднимается на поверхность самопроизвольно благодаря повышенному давлению в коллекторе;
-компрессорным – в скважину задувается угодородный газ, создавая необходимое для подъема нефти давление;
- глубинно-насосным – в скважину опускается цилиндр с всасывающим клапаном и плунжером внутри. При движении плунжера нефть засасывается в трубу и поднимается на поверхность.
Транспортируется нефть по нефтепроводам. Диаметр труб нефтепровода от 0,2 до 1,2 м.
Состав нефти
В состав нефти входят углеводороды различного состава.
Парафины – насыщенные углеводороды, алканы. Их общая формула СnН2n+2. Насыщенные углеводороды от СН4 до С4Н10 являются газами, от С5Н12 до С15Н32 – жидкие, от С16 Н34 и более – твердыми веществами.
Олефиновые – непредельные, ненасыщенные углеводороды общей формулы СnН2n. Аналогично парафинам они могут быть газообразными, жидкими или твердыми веществами.
Нафтеновые, цикланы (циклобутан и проч.) с общей формулой Сn Н2n обеспечивают высокое качество нефти, которая является ценным горючим материалом для двигателей внутреннего сгорания.
Ароматические, арены (толуол и др.) общей формулой СnН2n-6 являются ценным химическим сырьем.
Кислородсодержащие углеводороды – нафтеновые кислоты, фенолы, смолисто-асфальтовые соединения.
Нафтеновые кислоты – маслянистые жидкости с резким запахом. Содержат карбоксильную группу (-СООН). В керосинах, дизельных топливах и легких масляных дистиллятах коррозийно агресcивны.
Фенолы – ароматические соединения, содержащие гидроксильную группу (-ОН) – фенол, крезолы, гидрохинон, пирогаллол, резорцин и пр.
Смолисто-асфальтовые соединения придают темный цвет, способствуют коксованию и нагарообразованию в цилиндрах двигателей.
Серосодержащие – меркаптаны, сульфиды, дисульфиды, тиосфен, сероводород вызывают коррозию металлических деталей.
Азотсодержащие – порфирины – определяют плотность нефти. Чем их больше, тем выше плотность нефти.
Классификация нефти
Нефть разных месторождений и даже разных скважин одного месторождения отличается по физическим и химическим свойствам. Именно свойства определяют направление переработки нефти и влияют на качество полученных нефтепродуктов.
Классифицируют нефть по разным признакам:
А. Классификация по плотности:
· Очень легкие 0,80 г/ см3
· Легкие 0,80-0,84 г /см3
· Утяжеленные 0,84-0,88 г /см3
· Тяжелые 0,88-0,92 г/ см3 
· Очень тяжелые св. 0,92 г /см3
В легких нефтях больше бензиновых фракций, мало смол и серы. Из них вырабатываются смазочные масла высокого качества. Тяжелые нефти содержат много смол. Они лучшее сырье для производства битумов.
Б. Классификация по углеводородам.
Т.е. по содержанию в них преимущественно каких-либо углеводородов.
· Парафинистые – богаты алканами. Содержат более 50% бензиновых фракций и около 20% масляных.
· Парафино-нафтеновые содержат преимущественно алканы и нафтены, смол и асфальтопеков мало. Выход бензиновых фракций около 25%.
· Нафтеновые характеризуются высоким (до 60%) содержанием циклических углеводородов, смол и асфальтопеков мало.
· Парафино-нафтеново-ароматические имеют приблизительно одинаковое содержание названных углеводородов. В них мало твердого парафина, смол и асфальтопеков
· Нафтеново-ароматические содержат преимущественно арены и циклоалканы. Выход бензиновых фракций 10-15%, смол и асфальтопеков до 15-20%.
В. Классификация по содержанию серы:
1 класс - малосернистые - серы менее 0,5%,
11 класс – сернистые - 0,51-2%,
111 класс – высокосернистые – более 2% серы.
Г. По массовому содержанию светлых фракций (М) - масел, испаряемых до 360оС:
· Низким – менее 25%.
· Средним – 25-50%,
· Высоким – 50-75%,
· Очень высоким – свыше 75%.
Д. По массовому содержанию смолисто-асфальтовых веществ:
· Малосмолистые – менее 10%,
· Смолистые – 10-20%,
· Высокосмолистые – 20-35%.
Е. По массовому содержанию твердых углеводородов (П):
· Малопарафинистые – менее 5%,
· Парафинистые – 5-10%,
· Высокопарафинистые – более 10%.
Шифр нефти включает следующие обозначения:
Класс по содержанию серы (1-111).
Тип по выходу фракций, перегоняемых до 35оС (Т1-Т3)
Группа по содержанию масел (М1-М4)
Подгруппа по вязкости (И1-И2)
Вид по содержанию парафина (П1-П3)
Способы переработки нефти
Прямая перегонка – основана на разной температуре кипения углеводородов разной молекулярной массы. При прямой перегонке нефть разделяется на группы углеводородов, близкие по температуре кипения. Их охлаждением получают различные нефтепродукты:
- бензиновая фракция - 35-205о;
- керосиновая – 150-315о
- дизельное топливо –180-350о
- легкие масляные дистилляты – 350-420о и т.д.
Остаток прямой перегонки – мазут.
Перегонка до 370о производится при атмосферном давлении, более 370о – в вакууме.
Выход бензина при прямой перегонке от 5 до 20 % от веса нефти.
Тяжелые фракции (мазут, газойль, соляровое масло, полугудрон и т.д.) подвергают крекингу.
Крекинг – расщепление тяжелых углеводородов для получения моторных топлив. Различают виды крекинга:
- термический – под влиянием высоких температур (500-600о и более);
- каталитический – с использованием катализаторов (гидрокрекинг- водорода и др.).
Выход бензина при крекинге составляет 40-50%. Остаток крекинга – гудрон (битум, пек) – вязкая масса черного цвета.
Все нефтепродукты (бензин, керосин и проч.) очищают от нежелательных или недопустимых в товарном продукте примесей сернистых, кислородных и азотистых соединений, а также смолистых веществ.
Очистку светлых нефтепродуктов осуществляют щелочной обработкой (раствором едкого натра или кальцинированной соды). При этом удаляются нафтеновые кислоты (в виде мылонафта), фенолы, сероводород и другие сернистые соединения.
При более совершенной очистке нефтепродукты сначала обрабатывают серной кислотой, а затем щелочным раствором. Так очищают масляные фракции нефти.
При получении керосина из парафинистых нефтей производят депарафинизацию (выделение твердых углеводородов).
Свойства нефти
1. Плотность Р(г/см3)
2. Молекулярная масса – среднее арифметическое от молекулярных масс веществ, входящих в нефть. Завиcит от химического и фракционного состава нефти.
3. Температура кипения – от фракционного состава.
4. Тепловые свойства – удельная теплоемкость, удельная скрытая теплота испарения и др.
5. Вязкость (внутреннее трение) и обратная величина – текучесть.
6. Температура застывания и плавления – кристаллы парафина вызывают помутнение нефти при низких температурах.
7. Температура вспышки (паров), воспламенения (жидких фракций) и самовоспламенения – характеризуют взрывоопасность нефти.
8. Оптические свойства – цвет, лучепреломление, оптическая активность – отклонение поляризованного луча.
9. Электрические свойства.
При приемке нефти определяются цвет, плотность и вязкость нефти. Остальные свойства исследуются в лабораториях.
Нефтепродукты
Нефтепродукты классифицируют на следующие классы:
1. Топлива (бензин, лигроин, керосин, дизельное топливо, мазут, нефтяные газы).
2. Смазочные масла, парафины и прочее.
3. Другие нефтепродукты (растворители, смазочно-охлаждающие смеси, др.).
4. Химические и нефтехимические продукты.
Топлива применяются как энергетическое сырье. Они включают бензины (карбюратные топлива) для авиа- и автомобильных двигателей, реактивные топлива, дизельные, газотурбинные, печные, котельные топлива, а также сжиженные газы.
Бензины состоят из низко - и среднекипящих фракций нефти.
Основные показатели бензинов – фракционный состав и октановое число.
Фракционный состав характеризуется температурой начала кипения, температурами испарения 10%, 50%, 90%, и 98% объема.
Октановое число – показатель детонационной стойкости топлива, которая характеризует способность топлива сгорать в двигателе при воспламенении от искры без детонации (резком увеличении скорости сгорания, близком к взрыву). При детонации значительно повышаются температура и давление в двигателе, падает мощность, вследствие неполного сгорания топлива наблюдается дымление отработанных газов и возможен вывод двигателя из строя.
Для определения октанового числа (ОЧ) моторное топливо сравнивается по детонационным свойствам со смесью изооктана (ОЧ=100) и н-гептана (ОЧ=0) на специальных двигателях. ОЧ исследуемого топлива соответствует содержанию изооктана в смеси.
Бензины большинства технологических процессов не удовлетворяют требованиям по детонационной устойчивости, поэтому в их состав вводят антидетонаторы – тетраэтилсвинец, тетраметилсвинец (применяется за рубежом). Эти вещества токсичны, при сгорании их образуется оксид свинца, который в виде нагара оседает на деталях двигателя и поршня, что ухудшает их работу. Поэтому в бензин вводят соединения, образующие с РвО летучие соединения (например, бромиды) в составе этиловой жидкости.
Авиационные бензины получают смешиванием (компаундированием) базового бензина, полученного каталитическим крекингом, высокооктанового компонента (изооктан, алкилбензин, изопентан, ароматические углеводороды), тетраэтилсвинца (ТЭС) или др. и ингибиторов (оксидифениламин). Их соотношение определяет марку и сорт бензина.
Авиационные бензины предназначены для винтовых авиадвигателей. Их выпускают марок:
Б 100/130, Б 95/130, Б 91/115, Б 70, БА 115/160.
Автомобильные бензины представлены марками А66, А72, А76, а также АИ92, АИ93, АИ95, АИ98. Последние предназначены для двигателей с высокой степенью сжатия. Содержание тетраэтилсвинца в них не более 0,6г/ кг (А66), 0,41г/ кг (А76), 0,82г/ кг (АИ93, АИ98).
Автомобильные бензины могут быть летними или зимними (кроме АИ98), различающимися температурами выкипания промежуточных фракций и конца кипения, что обеспечивает зимним бензинам большее давление насыщенных паров.
Основные свойства бензинов, обеспечивающие нормальную эксплуатацию двигателей:
- полная испаряемость – определяет полноту сгорания бензинов;
- высокая детонационная стойкость;
- высокая химическая стабильность – обеспечивает отсутствие отложений и нагар на деталях двигателя;
- хорошая совместимость с материалами (металлы не корродируют, резина не разрушается);
- хорошая прокачиваемость и низкотемпературные свойства (бесперебойная подача в двигатель).
-
Реактивные топлива (авиационные керосины) предназначены для использования в самолетах с турбовинтовыми двигателями. Получают их, как правило, при прямой перегонке нефти. Применяют реактивные топлива двух видов:
-для летательных аппаратов с дозвуковой скоростью полета (Т1, Т2);
-для летательных аппаратов сверхзвуковых (Т6, Т8), они имеют повышенную плотность и высокую теплоту сгорания.
Отличаются топлива этих групп температурами начала кипения и вскипания 98% объема.
В дополнение к требованиям, предъявляемым к бензинам, реактивные топлива должны иметь низкую температуру начала кристаллизации.
Дизельное топливо используется в двигателях с воспламенением от сжатия. Оно вспрыскивается в сжатый двигателем воздух. Получают его прямой перегонкой или другими способами.
Самовоспламеняемость дизельного топлива оценивается цитановым числом (ц.ч.). Наибольшее ц.ч. у парафиновых углеводородов, меньшее - у нафтеновых, самое низкое - у ароматических. Ц.ч. повышается при смешении топлива с компонентами, содержащими парафиновые углеводороды или специальными присадками. У летних топлив ц.ч. составляет 40-45 ед, у зимних – 50-55 ед.
Дизельные топлива предназначены:
- для быстроходных двигателей (высокооборотных, более 1000 об/мин),марки - А (арктические), С (специальные), З (зимние), Л (летние);
- для среднеоборотных двигателей (500-1000об/мин) - марки ДА, ДС, ДЛ, ДЗ;
- для малооборотных двигателей (до 500 об/мин) – ДТ, ДМ.
Газотурбинное топливо используется в газовых турбинах на электростанциях, речных и морских судах, локомотивах, автомобилях. Получают его из дистиллятов коксования, крекинга, прямой перегонки.
Печные топлива по своим свойствам аналогичны дизельному топливу марки Л, их получают из дистиллятов прямой перегонки.
Котельной топливо (мазут) используется для паровых котлов тепловых электростанций, в судовых установках, промышленных печах, оно представляет собой остатки прямой перегонки или крекинга. Вырабатывают его трех сортов:
- топочное марок 40, 100;
- флотское Ф5, Ф12;
- для мартеновских печей МП –малосернистое (до 0,5% серы), МП-1 – малосернистое - (до 1% серы), МПВА – высокоароматизированное, высокосернистое.
Различаются марки топлива зольностью, содержанием воды, серы, смол.
Сжиженные газы получают на базе пропана и бутана. Используются:
- смесь пропана (75% по массе) и бутана техническая зимняя;
- смесь пропана и бутана (не менее 60%) летняя;
- бутан технический.
Сжиженные газы являются бытовыми топливами и сырьем для химической промышленности.
Нефтяные масла – высококипящие вязкие фракции нефти, очищенные от нежелательных примесей. Используются они для обеспечения смазки в различных машинах и механизмах и для промышленных целей.
Нефтяные масла классифицируются:
1. по способу выделения из нефти (дистиллятные, остаточные, смешанные);
2. по методу очистки (выщелоченные, селективной очистки и т.д.);
3. по области применения (смазочные или проч.).
Наибольшее распространение имеют смазочные масла, которые подразделяются на 6 групп по области применения:
- индустриальные;
- турбинные;
- компрессорные;
- приборные;
- трансмиссионные;
- моторные – самая большая группа, которая включает авиационные, дизельные и автотракторные масла.
-
Парафин и церезин используются для различных целей:
– жидкие парафины, применяют для получения белково-витаминных концентратов, синтетических жирных кислот, поверхностно-активных веществ (ПАВ);
– твердые парафины (высокоочищенные, технические и неочищенные) применяют в парфюмерной промышленности, для производства жирных кислот, присадок к маслам, смазкам и проч.;
– твердые пищевые парафины используют для пропитки пищевой тары;
– церезины применяют в производстве смазок, кремов, вазелинов, как изоляционный материал.
Ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилол) используют в качестве растворителей, а также как химическое сырье.
Битумы получают из тяжелых нефтяных остатков. Они используются при строительстве дорог, зданий, сооружений, при изготовлении кровельных материалов, полиграфических красок, олиф, лаков.
Нефтяной кокс – пористая твердая масса от серого до черного цвета, полученная при коксовании. Используется для изготовления угольных электродов, реже – как топливо
Пластические смазки классифицируются:
По консистенции – полужидкие, пластичные, твердые.
По назначению – антифрикционные (солидолы), консервационные, уплотнительные.
По типу загустителя – углеводородные (на основе парафина и церезина), мыльные (мыла жирных кислот), неорганические (сажа, силикогель), органические (казеин).
В ОКП нефть и нефтепродукты относят к классу 02. Подклассы:
024 - нефть добытая, нефть, направленная на подготовку, подготовленная, по видам поставок, озокерит природный. Остальные цифры кода определяются видом добычи (материковая, морских месторождений), содержанием серы, воды, солей, механических примесей, направлением дальнейшей переработки (обезвоживание, обессоливание, стабилизация).
025 - нефтепродукты по видам, назначению.
В ТН ВЭД эта продукция входит в группу 27 (раздел У). Товарные позиции:
2709 – нефть сырая и нефтепродукты сырые, полученные из битуминозных материалов;
2710 – нефть и нефтепродукты, полученные из битуминозных материалов, за исключением сырых, легкие, средние и тяжелые дистилляты по назначению, видам и разновидностям, составу;
2711 – газы нефтяные и углеводороды газообразные по видам, назначению, составу;
2712 – вазелин, парафин и прочие твердые углеводороды;
2713 – Кокс, битум и прочие остатки переработки нефти.
Взятие проб и образцов нефти и нефтеродуктов производится по ГОСТ 2517-85 “Нефть и нефтепродукты. Методы отбора проб. ”
Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение определены ГОСТ 1510-84 “Нефть и нефтепродукты. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение. ”