В состав нефти и получаемых из нее нефтепродуктов входит большое количество различных углеводородных соединений, каждое из которых обладает индивидуальными физико-химическими свойствами.
Выделить эти соединения из нефти весьма сложно, и только современные методы хромотографического, спектрофотометрического и других видов анализа позволяют определить лишь состав отдельных нефтепродуктов (легких). В связи с этим, нефть и нефтепродукты разделяют на отдельные, менее сложные части, которые и подвергают анализу. Эти выделенные части получили название нефтяных фракций. В отличие от индивидуальных углеводородов нефтяные фракции не имеют постоянной температуры кипения, а выкипают в некотором интервале температур и характеризуются температурами начала и конца выкипания фракции
(t н.к. и t к.к.), которые зависят от ее химсостава.
Фракционный состав может характеризовать и эксплутационные характеристики нефтепродукта (t н.к., t 10, t 50, t 98).
При определении фракционного состава нефти и нефтепродуктов их перегоняют на стандартной установке при стандартных условиях и строят график температура – отгон (количество перегнанного вещества в об. %). В итоге получают ломаную линию, горизонтальные участки которой соответствуют температурам кипения индивидуальных углеводородов; наклонные характеризуют кипение смесей (рис. 2.4). На наклонном участке есть точка (А), соответствующая t н.к.; точка (С) соответствующая t к.к. и точка (В) – средняя температура кипения фракции. Как правило, веществ, входящих в состав нефтепродуктов, настолько много, что горизонтальные участки сливаются с наклонными в одну плавную линию (рис. 2.5).
Нефтяные фракции обычно обозначаются через температуры начала и конца ее кипения: 62–85 °С; 85–105 °С; 105–140 °С и т.п.
Перегонку нефти и нефтепродуктов с целью разделения их на фракции осуществляют методами постепенного и однократного испарения.
Сущность метода перегонки с постепенным испарением заключается в следующем: образующиеся пары непрерывно отводятся из перегонного аппарата, конденсируются и собираются в виде фракций дистиллята.
Если пары нефтепродукта не выводят из аппарата до тех пор, пока не будет достигнута заданная температура, при которой происходит отделение паровой фазы от жидкой в один прием (однократно) – это перегонка с однократным испарением (ОИ).
Однако методы однократного и постепенного испарения не позволяют добиться четкого погоноразделения нефтепродуктов на составные части, поэтому указанные методы постепенного и однократного испарения дополняют дефлегмацией или ректификацией. В данном случае часть паров конденсируется и стекает обратно в перегонный аппарат. При этом происходит массообменный процесс между стекающей флегмой и поднимающимися парами. Последние обогащаются легкокипящими компонентами, а жидкая фаза – высококипящими. Этим самым достигается более четкое погоноразделение.
При определении фракционного состава нефти и нефтепродуктов используют 5 основных методов:
1. Низкотемпературная ректификация – для сжиженных газов и фракций углеводородов с температурой кипения ниже 20 °С;
2. Среднетемпературная перегонка – для фракций, выкипающих
до 350 °С;
3. Вакуумная перегонка – для фракций с температурой кипения
свыше 350 °С;
4. Молекулярная дистилляция – для высокомолекулярных продуктов (смол, полициклической ароматики);
5. Перегонка методом однократного испарения (ОИ).
Рассмотрим сущность каждого из методов.