15. Нефть и нефтепродукты

Нефть и продукты ее переработки представляют обширную группу грузов, находящих­ся в различных агрегатных состояниях и имеющих специфические свойства.

Сырая нефть представляет собой горючую маслянистую жид­кость, обладающую характерным запахом, цвет которой меняется от светло–желтого до коричневого, почти черного. Физические и хи­мические свойства нефти зависят от ее месторождения и даже го­ризонта залегания.

Нефть – это сложная смесь различных веществ, поэтому для ее характеристики необходимо выяснить химический, групповой и фракционный состав. Химический состав нефти: углерод 83 – 87 %, водород 11 – 14 %, кислород и азот 0,1 – 1,5 %, сера 0,05 – 5,0 %. Групповой состав нефти характеризует количественное содер­жание парафиновых (10 – 70 %), нафтеновых (25 – 75 %), аромати­ческих (5 – 30 %) углеводородов и различных гетероорганических соединений. По групповому составу определяют способы переработ­ки нефти и назначение полученных нефтепродуктов.

Сырая нефть делится: по плотности: на легкую (0,65 –0,87 г/см³(т/м³)), среднюю (0,871 –0,91) и тяжелую (0,911 –1,05);

по содержанию серы: мало–, средне– и высокосернистой (опасно обводнение).

Фракционный состав определяет количество продукта в процен­тах от общего объема, выкипающее в определенных температурных режимах. В нефти различают легкие (светлые) фракции, выкипаю­щие при температуре до 350°С, и тяжелые (темные) с температу­рой кипения выше 350°С. Легкие являются основой для получения светлого топлива (бензин различного назначения, керосин и т. д.), тяжелые – для получения мазута и продуктов его переработки. Содержание легких фракций в объеме нефти составляет не более 30 – 50 %. Фракционный состав существенно влияет на плотность и испаряемость, которые характеризуют эффективность использова­ния нефтепродуктов и величину потерь от испарения.

Наиболее важной физической характеристикой нефти являет­ся ее высокая теплотворная способность, достигающая 46 МДж/кг, поэтому в настоящее время нефть перерабатывают в основном для получения различных сортов топлива.

Процесс переработки нефти состоит из трех этапов: подготов­ки к переработке, переработки и очистки полученных нефтепродук­тов. В зависимости от состава нефти и необходимости получения продуктов определенного качества различают физические и химические способы переработки.

В процессе физического способа (прямой перегонки) нефть разделяют на фракции по температу­рам кипения без разрушения молекулярной структуры. Техноло­гический процесс прямой перегонки состоит из нагревания, испа­рения, конденсации и охлаждения при атмосферном давлении. В результате получают: бензин (3 – 15 %), лиг­роин (7 – 10 %), керосин (8 – 20 %), газойль (7 – 15 %), масляные дистилляты (20 – 25 %) и мазут (65 – 90 %).

Разгонка мазута на фракции производится на аппаратах, работающих в условиях ва­куума, что позволяет снизить температуру кипения с 450 – 500 до 220°С и избежать разложения углеводородов. В результате полу­чают тяжелый газойль, соляр, масляные дистилляты и гудрон. Сравнительно небольшой выход бензинов при прямой перегон­ке нефти вызвал необходимость внедрения химиче­ских способов переработки: крекинг (термический и каталитиче­ский), пиролиз и др.

Термический крекинг (процесс расщепления длинных молекул тяжелых углеводородов на более короткие мо­лекулы низкокипящих фракций) протекает в условиях высоких температур (до 500 – 700°С) и высокого давления (4 – 6 МПа). В результате термического крекинга получают светлое топливо из мазута или нефтяных остатков (гудрона и полугудрона): крекинг–бензин (30 – 35 %), крекинг–газы (10 – 15 %), крекинг–остатки (50 – 55 %). Полученные крекинг–бензины нестабильны, а поэтому используются только как составные части моторного топлива.

Каталитический крекинг протекает при высоких температурах и присутствии катализаторов (алюмосиликатов), что позволяет снизить давление до 0,2 – 0,3 МПа. При таком способе переработки значительно повышается качество полученных нефтепродуктов, а выход крекинг–бензинов достигает 35– 40 %, однако подготовка исходного сырья достаточно сложная.

Пиролиз – процесс получения жидкой смолы и газов из керо­сина при температуре 650°С. Из жидкой смолы в последующих стадиях переработки извлекают ценные ароматические углеводо­роды (бензол, толуол и др.).

Последним этапом переработки нефти является очистка полу­ченных полуфабрикатов (особенно светлых) с целью удаления смолистых веществ, кислородных и сернистых соединений, явля­ющихся вредными примесями и снижающих качество нефтепро­дуктов. Товарные нефтепродукты получаются компоновкой одно­родных полуфабрикатов, полученных различными способами пере­работки нефти с введением в смесь специальных присадок и до­бавок, обеспечивающих необходимые эксплуатационные качества.

Продукты переработки нефти (светлые и темные) в зависимо­сти от назначения условно делятся на три группы: топливо, сма­зочные материалы, прочие продукты.

К светлым относятся: бензин, керосин, лигроин, топливо для реактивных двигателей, некоторые сорта дизельного топлива; к темным – сырая нефть, мазут, моторное топливо.

К группе топлива относятся: топливные газы, моторное топли­во, дизельное, топливо для реактивных двигателей, газотурбинных установок, котельное (в основном малосернистые и сернистые ма­зуты) и печное топливо. Наличие серы повышает токсичность и коррозионность мазута. Мазуты делятся на топочные, флотские и топливо для мартеновских печей. Вязкие мазуты при перевозке необходимо подогревать.

Группа смазочных материалов в зависимости от агрегатного состояния подразделяется на жидкие масла и пластичные (кон­систентные) смазки. Жидкие масла используются для смазки тру­щихся деталей и узлов установок, работающих в самых различ­ных режимах и условиях. Кроме того, жидкие масла могут ис­пользоваться как диэлектрики, охлаждающие жидкости при закалке, как жидкости в гидравлических системах и т. д. Основ­ным свойством смазочных масел является способность образовы­вать на поверхности трущихся тел достаточно прочную масляную пленку, прочность которой тем больше, чем выше вязкость масла., Масла должны быть стабильными, стойкими против окисления, обладать антикоррозионными свойствами. Пластичные смазки имеют мазеобразную консистенцию. По назначению они подраз­деляются на антифрикционные, защитные (антикоррозионные) и уплотнительные. Пластичные смазки получают введением в жид­кие нефтяные масла специальных загустителей.

К группе прочих нефтепродуктов относится большой ассорти­мент продуктов, имеющих самое различное применение – это рас­творители и осветительные керосины; парафины и церезины, би­тумы нефтяные и пек; электродный кокс и сажа; специальные продукты узкого применения (нефтяные кислоты, пенообразовате­ли для литейных форм, смягчители для резины и др.). К группе прочих относятся также нефтепродукты, служащие сырьем для нефтехимической и химической промышленности: низкомолекуляр­ные предельные углеводороды (метан, этан, пропан, бутан), низ­комолекулярные омфины (этилен, пропилен, бутилен), ароматиче­ские углеводороды (бензол, толуол, ксилол, нафталин), а также сернистые и кислотные соединения.

Коэффициенты объемного расширения  в зависимости от плотности нефтепродуктов приведены в лаб. раб. 8.

Температура при наливе должна быть на 5°С меньше температуры вспышки, если нет или температура вспышки меньше 61°С – то жидкость относится к легко воспламеняемым жидкостям (ЛВЖ).