Состав нефти

Для описания состава нефти используют элементный состав; фракционный состав; химический состав.

1. Элементный :состав: С - 82,5-87%, Н- 11,5-14,5%; О – 0,5-035% (до 0,7%);

N – до 1,8%; S – до 5,3% (до 10%); в незначительных количествах присутствуют в т.ч. и металлы -Ca, Mg, Fe, Ni, V и др.

2. Фракционный состав. Поскольку нефть нельзя разделить на отдельные компоненты, используют деление нефти путем перегонки на фракции (по температурам кипения), характеризующиеся температурными пределами выкипания: температурой начала (t н.к.) и конца кипения (t к.к.). При этом определяют количество фракции, выкипающих в температурном интервале (%масс. или % об.). По результатам строят кривую ИТК (истинных температур кипения). Фракции, выкипающие до 200 ⁰С, отбирают при атмосферном давлении; более высококипящие – под вакуумом. До 300 ⁰С отбирают 10-градусные фракции; затем – 50-градусные.

Фракционный состав (кривая ИТК) показывает потенциальное содержание в нефти отдельных нефтяных фракций, являющихся основой для получения товарных нефтепродуктов (автомобильных, реактивных, дизельных топлив, смазочных масел и др.). Большинство нефтей содержат 15-20% бензиновых фракций (до 180 ⁰С) и 45-50 % фракций, выкипающих до 300-350 ⁰С.

1. Химический состав и его распределение по фракциям.

Химический состав определят выбор метода переработки нефти, ассортимент и эксплуатационные свойства получаемых нефтепродуктов.

Парафиновые углеводороды – С_n Н _2n+2 нормального или изостроения. Общее содержание их в нефтях (за исключением ГО) – 25-35% (до 40-50% - в парафинистых нефтях). С утяжелением фракций содержание алканов в них уменьшается: природные и попутные нефтяные газы практически полностью состоят из алканов; впрямогонных бензинах – до 60-70%; в масляных фракциях – до 5-20% алканов.

Газообразные алкнаы. В природных газах – в основном метан (93-99%); в попутных нефтяных и газах гзоконденсатных месторождений (жирные газы)- в значительных количествах содержатся С₂-С₄ и >.

Жидкие алканы. Содержатся в бензиновых (С₅-С₁₀) и керосиновых (С₁₁-С₁₅); имеют в основном нормальное или слаборазветвленное строение.

Твердые алканы Входят в состав. Нефтяных парафинов и церезинов. Присутствуют во всех нефтях в количестве до 5% (в парафинистых- до 10-20%). Парафины – смесь алканов разной молекулярной массы преимущественно н-строения с пластинчатой или ленточной структурой кристаллов. Присутствуют в масляных фракциях (С₁₈-С₃₅, М.М.=200-500) и остатках Церезины – высокоплавкие УВ (С₃₆-С₅₅, М.М.=500-700) мелкокристаллической структуры; состоят, в основном, из цикланов и аренов с длинными алкильными цепями н- и изостроения. Парафины и церезины – нежелательные компоненты в составе нефтепродуктов (вызывают застывание). Твердые УВ используют в различных областях, в частности, в нефтехимии, как сырье для производства СЖК, спиртов, ПАВ, деэмульгаторов и др.

Нафтеновые углеводороды – циклоалканы (цикланы) входят в состав всех нефтяных фракций (25-80%); в бензиновых и керосиновых – гомологи циклопентана и циклогексана (с короткими алифатическими заместителями). В высококипящих фракциях – полициклические конденсированные (или реже - неконденсированные) нафтены с 2-3 циклами.

Моноциклические нафтеновые УВ придают бензинам выскокие эксплуатационные свойства; в маслах – обеспечивают малое изменение вязкости от температуры (высокий индекс).

Ароматические углеводороды – арены (15-20%); в бензиновых фракциях – гомологи бензола; в средних топливных и в масляных – производные полициклических аренов с числом циклов до 4. Ароматические УВ – ценный компонент автомобильных бензинов (с высокими ОЧ); нежелательный компонент в реактивных и дизельных топливах. Моноциклические арены сдлинными боковыми изопарафиновыми цепями придают смазочным маслам хорошие вязкотемпературные свойства (без боковых цепей – нежелательны).

Гибридные углеводороды - делят на 3 типа: алкано-циклановые;, алкано-ареновые; алкано-циклано-ареновые. В бензиновых фракциях присутствуют простейшие алкано-циклановые гибридные УВ; в масляных фракциях – высокомолекулярные гибридные УВ (моно- и бициклические цикланы с длинными алифатическими радикалами – до 50-70%). В высокомолекулярной части нефти распространены гибридные УВ 3-го типа.

Гетероатомные соединения нефти.

Гетероатомные соединения (сер0-, азот- и кислородсодержащие) содержатся во всех нефтях; они являются нежелательными компонентами – ухудшают качество получаемых нефтепродуктов, осложняют переработку и требуют применения гидрогенизационных процессов. Гетеросоединения присутствуют в большей степени в тяжелых нефтях; концентрируются в высококипящих фракциях и остатках.

Серосодержащиеся соединения. S – наиболее распростаненный гетероэлемент. Содержание в нефтях – от сотых долей до 5-6% (реже – до 14%). С утяжелением фракции содержание S увеличивается; максимальное количество – в гудроне.

S-содержащие соединения можно разделить на 4 группы:

-элементарная сера и сероводород; сера обладает высокой коррозионной активностью

-меркаптаны (тиолы- RSH) - как и сероводород обладают кислотными свойствами и высокой коррозионной активностью;

-алифатические сульфиды (тиоэфиры) – нейтральны при низких температурах; при 130-160 град. разлагаются с образованием сероводорода и меркаптанов; тиоэфиры составляют основную часть сернистых соединений (до 50-80% от всех серосодержащих) в топливных фракциях;

- моно- и полициклические сульфиды – наиболее термически устойчивы.

S, Н₂ S и RSH – весьма агрессивны; это нежелательные компоненты нефти, которые необходимо полностью удалять в процессах очистки нефтепродуктов.

Азотсодержащиеся соединения – содержатся во всех нефтях (до 1%) в виде соединений с основными и нейтральными свойствами; концентрируются, главным образом, в высококипящих фракциях и нефтяных остатках.

Азотистые основания – гетероциклические соединения (число колец – до 3) с атомом азота в одном (редко – в двух) кольце.

Нейтральные азотистые соединения (до 80% от всех азотсодержащих).

N-содержащие соединения термически стабильны и не оказывают отрицательного влияния на качество нефтепродуктов; но в процессах переработки возможно снижение активности катализаторов, осмоление, потемнение нефтепродуктов.

Кислородсодержащие соединения – в основном входят в состав АСВ; до 10% приходится на долю кислых и нейтральных О-содержащих соединений, содержащихся преимущественно высококипящих фракциях.

Кислые соединения – нефтяные кислоты (преимущественно – нафтеновые кислоты), фенолы; В бензиновых фракциях присутствуют алифатические кислоты н- и разветвленного строения; с утяжелением фракции – увеличивается степень разветвленности, появляются нафтеновые кислоты; в масляных фракциях – преимущественно нафтеновые кислоты (до 90% от всех О-содержащих).

Асфальто-смолистые (смоло-афальтеновые) вещества (АСВ) – концентрируются в тяжелых нефтяных остатках (мазут, гудрон, битум и т.д.); содержание в зависимости от типа нефти изменяется в широких пределах- от долей % до 45% (в остатках – до 70%). АСВ делят на 4 группы:

-смолы – растворимы в низкомолекулярных растворителях (изооктан, петролейный эфир);

-асфальтены – не растворимы в низкомолекулярных растворителях, но растворяются в бензоле, толуоле, четыреххлористом углероде;

-карбены – не растворимы в предыдущих растворителях, но растворяются в сероуглероде и хинолине;

-карбоиды – не растворимы ни в каких растворителях.

Все АСВ отрицательно влияют на качество смазочных масел (увеличивают нагарообразование, снижают смазывающую способность и т.д.) и подлежат удалению. В битумах – придают «+» качества.

Классификация нефтей.

Единой общепринятой классификации нефтей нет; принято использовать классификации нефти по плотности, а также химическую и технологическую.

-По плотности – легкие (до 828 кг/м³),утяжеленные (828-884 кг/м³), тяжелые (свыше 884 кг/м³); для переработки с целью получения топлив и масел - лучше использовать легкие нефти, содержащие большое количество топливных фракций и малое количество смол и серы.

-Химическая классификация – по преимущественному содержанию в нефти одного или нескольких классов УВ. По классификации ГрозНИИ выделяют 6 типов нефтей: парафиновые; парафино-нафтеновые; нафтеновые; парафино-нафтено-ароматические; нафтено-ароматические; ароматические.

В парафиновых –во всех фракциях большое количество алканов (в бензиновых фракциях – н/м 50%, в маслах – н/м 20%).

В парафино-нафтеновых нефтях (большинство нефтей Поволжья и Западной Сибири) преобладают алканы и циклоалканы; ароматических УВ и АСВ мало.

В нафтеновых нефтях (Баку) и их фракциях – преимущественно циклоалканы (до 60% и >) количество твердых парафинов, смол, асфальтенов минимально.

В парафино-нафтено-ароматических – примерно равное количество УВ всех трех классов; твердых УВ – до 1,5%, смол и асфальтенов – до 10%.

В нафтено-ароматических – в легких фракциях в небольшом количестве алканы; в тяжелых преобладают цикланы и арены; АСВ – 15-20%.

В ароматических (Казахстан, Татарстан – бугурусланская)– преобладают арены во всех фракциях; нефти отличаются высокой плотностью.

-Технологическая классификация:

- по содержанию серы: три класса - малосернистые (до 0,5%), сернистые (0,51-2%), высокосернистые (более 2%)

- по содержанию смол – малосмолистые (до 18%), смолистые (18-35%), высокосмолистые (более 35%)

- по содержанию парафина: три группы – малопарафинистые (до 1,5%), парафинистые (1,51-6;), высокопарафинистые (более 6%).