Химическая и технологическая классификация нефтей.

План лекции:

1. Фракционный состав нефти.

2. Химический состав нефти.

3. Химические классификации нефтей.

4. Технологическая классификация нефти.

 

Нефть представляет собой сложную смесь органических соединений. В ее составе обнаружены сотни УВ-дов различного строения, многочисленные гетероорганические соединения. Поэтому исследование состава нефти и свойств ее компонентов – трудная задача. Успех исследования нефти в большой степени зависит от используемых методов ее разделения и анализа.

Разделение сложной смеси компонентов на смеси более простого состава или, в пределе, на индивидуальные составляющие называется фракционированием.

Важным показателем химического состава нефтей является фракционный состав, который определяется путем перегонки (разгонки) при атмосферном давлении и ректификации под вакуумом. При лабораторной перегонке – метод постепенного испарения - при постепенно повышающейся температуре, из нефти отгоняют части – фракции, отличающиеся друг от друга пределами выкипания. Каждая из фракций характеризуется температурами начала и конца кипения. На НПЗ используют схемы с однократным испарением и дальнейшей ректификацией.

При атмосферной перегонке из нефти получают светлые фракции (дистилляты), выкипающие до 350⁰С, название которым присвоено в зависимости от направления их дальнейшего использования:

н.к. (начало кипения) – 140⁰С) – бензиновая фракция

140 – 180⁰С – лигроиновая фракция (тяжелая нафта)

140-220⁰С (180-240⁰С) – керосиновая фракция

180-350⁰С (220-350⁰С, 240-350⁰С) – дизельная фракция (легкий или атмосферный газойль,

соляровый дистиллят)

Остаток после отбора светлых дистиллятов (фракция, выкипающая выше 350⁰С) называется мазутом. Его разгоняют под вакуумом (5-1 мм рт. ст.) для получения следующих фракций:

Для получения топлив

350-500⁰С – вакуумный газойль (вакуумный дистиллят)

> 500⁰С – вакуумный остаток (гудрон)

Для получения масел

300-400⁰С (350-420⁰С) – легкая масляная фракция (трансформаторный дистиллят)

400-450⁰С (420-490⁰С) – средняя масляная фракция (машинный дистиллят)

450-490⁰С – тяжелая масляная фракция (цилиндровый дистиллят)

> 490⁰С - гудрон

Мазут и полученные из него фракции называют темными.

Нефти различных месторождений различаются по фракционному составу, содержанию светлых и темных фракций.

В химическом отношении нефть – это сложная смесь УВ-ов и углеродистых соединений, содержащая также кислород, азот, серу и реже другие элементы. Она состоит из следующих основных элементов: углерод (83-87%), водород (12-14%), кислород, азот и сера (1-2%), содержание серы возрастает иногда до 6-8%. В нефтях выделяют УВ-ную часть, асфальто-смолистую, парафины, серу и зольную часть. Первая часть состоит из трех групп УВ-ов: метановые (алканы), нафтеновые (циклоалканы) и ароматические (арены). Первые относятся к предельным УВ-ам и имеют формулу С_nН_2n+2 . Нафтеновые Ув-ы, или циклоалканы - С_nН_2n. Ароматические УВ-ы, или арены - С_nН_n. В нефтях обнаружены Ув-ы почти всех гомологических рядов, за исключением алкенов, которые, как правило, в нефтях не содержатся.

Химический и фракционный состав нефтей необходимо знать для выбора наиболее рационального комплекса процессов нефтепереработки, их моделирования, обоснования мощности нефтеперерабатывающих установок, а также для развития представлений о генезисе нефти и решения задач нефтяной геологии.

Углеводородный состав нефти многообразен. В нефтях обнаружены УВ-ы почти всех гомологических рядов, за исключением алкенов, которые, как правило, в нефтях не содержатся. Нефти различных месторождений сильно различаются по содержанию УВ-ов. Известны нефти с повышенным содержанием алканов, циклоалканов и аренов.

Поскольку свойства нефти определяют направление ее переработки и влияют на качество получаемых нефтепродуктов, оказалось целесообразным разработать классификацию нефтей, которая отражала бы их химическую природу и определяла возможные направления переработки. Классификация нефтей имеет большое значение для определения правильного направления их переработки. В разное время предлагались различные классификации нефтей.

Химическая классификация по плотности нефти

В зависимости от плотности нефти делятся на:

· легкие (ρ₁₅ < 0,828);

· утяжеленные (ρ₁₅ = 0,828 - 0,884);

· тяжелые (ρ₁₅ > 0,884)

В легких нефтях содержатся больше бензиновых фракций, относительно мало смол и серы. Из нефтей этого типа вырабатывают смазочные масла высокого качества. Тяжелые нефти характеризуются высоким содержанием смол, чтобы получить из них масла, необходимо применять специальные методы очистки. Однако, тяжелые нефти – наилучшее сырье для производства битумов. Классификация нефтей по плотности приблизительна.

Горным бюро США была предложена химическая классификация нефтей, в основу которой положена связь между плотностью и УВ-ным составом нефтей. Недостатки этой классификации – в известной условности границ плотностей характерных фракций и в том, что обозначения отдельных классов не отражают действительного состава нефтей.

Классификация Грозненского НИИ отражает химический состав нефти. В основу этой классификации положено преимущественное содержание в нефти какого-либо одного или нескольких классов УВ-ов. Согласно этой классификации различают следующие нефти:

 

 

1. парафиновые (все фракции содержат алканы – узеньская и жетыбайская нефти);

2. парафино-нафтеновые (наряду с алканами содержатся циклоалканы, арены практически отсутствуют – нефти Волго-Уральского бассейна и Западной Сибири);

3. нафтеновые (алканов мало, преобладают циклоалканы до 60% - доссорская и макатская нефти);

4. парафино-нафтено-ароматические (УВ-ы всех трех классов содержатся примерно в равных количествах);

5. нафтено-ароматические (преимущественное содержание циклоалканов и аренов, смол и асфальтенов 15-2-%);

6. ароматические (много аренов, высокая плотность – прорвинская нефть).

Свою классификацию нефтей предложили С.С. Наметкин и А.Ф. Добрянский. Они сгруппировали нефти по 14 признакам и выделили 7 классов нефтей, отличающихся содержанием алканов.

К.А. Канторович выделил 4 основных типа нефтей: А – алкановый парафинистый; В – алкановый малопарафинистый; С – циклано-алкановый и Д – циклановый.

Ал. Петров все исследованные нефти (около 400) отнес к категориям А и Б (по содержанию нормальных и изопреноидных УВ-ов в нефтях).

С 1967 г. действует технологическая классификация нефтей.

Согласно этой классификации нефти оцениваются по следующим показателям:

1) содержание серы в нефти и нефтепродуктах;

2) содержание фракций до 350⁰С;

3) потенциальное содержание базовых масел;

4) индекс вязкости базовых масел;

5) содержание парафинов.

 

 

Класс	Содержание серы, %	Тип	Содержание фрак-ций до 350^0С, %	Груп-па	Потенциальное содержание базовых масел, %
в нефти	в бензине (н.к.-180^0С)	в реак-тивном топливе (120-240^0С)	в ди-зельном топливе (240-350^0С)	на нефть	на мазут выше 350^0С
	≤ 0,50	≤ 0,10	≤ 0,10	≤ 0,20		≥ 55,0		> 25,0 15,0-24,9	> 45,0 < 45,0
	0,51-2,00	≤ 0,10	≤ 0,25	≤ 1,00		45,0-54,9		15,0-24,9	30-44,9
	> 2,00	> 0,10	> 0,25	> 1,00		< 45,0		< 15,0	< 30,0

 

 

Таблица 1. Технологическая классификация нефтей

 

Продолжение таблицы 1

Класс	Подгруппа	Индекс вязкости базовых масел	Вид	Содержание парафинов в нефти, %	Депарафинизация
не требуется	Требуется
		> 95 90-95		≤ 1,50	Для получения реактивного и дизельного топ-лив, дистиллят-ных базовых масел	-
		85-89,9		1,51-6,00	Для получения реактивного и дизельного летнего топлив	Для получения дизельного зимнего топлива и дистиллятных базовых масел
		< 85		> 0 6,00	-	Для получения реактивного и дизельного топлив, дистиллятных базовых масел

По содержанию серы нефти делятся на 3 класса: 1 –малосернистые (≤ 0,50); 2 – сернистые (0,51-2%); 3 – высокосернистые (> 2,00).

По выходу светлых фракций, перегоняющихся до 350⁰С, нефти делят на 3 типа: 1 - ≥ 55,0 %; 2 – 45,0-54,9 %; 3 - < 45,0 %.

По потенциальному содержанию базовых масел все нефти делят на 4 группы: 1 - > 25,0 %; 2 – 15,0-24,9 %; 3 – 15,0-24,9 %; 4 - < 15,0 %.

В зависимости от значения индекса вязкости (ИВ) базовых масел различают 4 подгруппы: 1 – ИВ > 95; 2 – ИВ = 90-95; 3 – ИВ = 85-89,9; 4 – ИВ < 85.

По содержанию твердых алканов (парафинов) в нефти нефти делят на 3 вида: 1 – ≤ 1,5 % (малопарафинистые); 2 – 1,51-6,00 % (парафинистые); 3 – > 6,00 % (высокопарафинистые).

В данной классификации указывается какие продукты можно получать из нефти с депарафинизацией (ДП) и без депарафинизации. ДП не требуется для получения реактивного, дизельного топлив. С ДП получают дизельное зимнее топливо, базовые масла.

Используя технологическую классификацию для любой промышленной нефти можно составить шифр.

Например, шифр жетыбайской нефти: 13213.

1-класс (серы 0,1%); 3-тип (до 350⁰С-41,2%); 2-группа (масел-20,5%); 1-подгруппа (ИВ=95-100); 3-вид (парафинов 23,4%)

По шифру нефти легко составить представление о наиболее рациональных путях ее переработки.

Контрольные вопросы:

1. Какие фракции получают из нефти?

2. Каков химический состав нефти?

3. Что лежит в основе классификации нефти ГрозНИИ?

4. Как классифицировал нефти Ал. Петров?

5. В чем сущность технологической классификации нефти?

6. Как составляют шифр нефти?

Литература:

 

1. Батуева Ю.И., Гайле А.А., Поконова Ю.В. и др. Под ред. Сюняева З.И. Химия нефти. - Л., Химия, 1984.

2. Химия нефти и газа. Под ред. Проскурякова В.А., Драбкина А.Е. -Л., Химия, 1989.