Тема 7. Химический состав, физические свойства и технологическая характеристика нефтей

Нефть — сложная смесь алканов (парафиновые или ациклические насыщенные углеводороды), некоторых цикланов (нафтенов) и ароматических углеводородов различной молекулярной массы, а также кислородных, сернистых и азотистых соединений. Нефть содержит: углерод (84-87%), водород (12-14%), кислород, азот и серу. Массовое содержание гетероатомов в составе нефти существенно меньше, чем в углях, а часто и в газах. Кроме того, и соотношение между количеством разных гетероатомов в угле и нефти различно. Так нефти содержат меньше кислорода и относительно больше серы и азота.

Плотность нефти 0,65-1,05. Теплота сгорания 43,7—46,2 Мдж/кг, диэлектрическая проницаемость 2—2,5, электрическая проводимость 2×10^-10—0,3×10^-18 ом^-1×см^-1. Температура вспышки нефти колеблется от 30 до 120°С в зависимости от фракционного состава и давления насыщенных паров. Нефть растворима в органических растворителях, в воде при обычных условиях практически нерастворима, но может образовывать с ней стойкие эмульсии.

Значительную часть нефти и попутного газа составляют парафиновые углеводороды. Из них выделены все алканы нормального строения от СН₄ до С₃₃Н₆₈. Кроме них встречаются и разветвленные алканы в количествах, составляющих доли процента. По агрегатному состоянию парафины делятся на газообразные (С₁-С₄), жидкие (С₅-С₁₅) и твердые (С_>16), кристаллизующиеся при 20ºС.

Под фракционным составом нефти понимают количественное содержание в ней веществ, выкипающих в определенных температурных границах. В результате прямой перегонки при атмосферном давлении из нефти выделяются следующие светлые фракции:

• бензиновая 40-200ºС;

• лигроиновая 150-250ºС;

• керосиновая 180-300ºС;

• газойлевая 250-350ºС.

Остаток от атмосферной перегонки, называемый мазутом¹⁷, далее подвергается вакуумной перегонке для получения смазочных масел. Фракции мазута различаются не по температуре кипения, а по вязкости. В порядке возрастания вязкости различают дистилляты: соляровый, трансформаторный, веретенный, машинный, автоловый, цилиндровый. Остаток после разгонки мазута - гудрон или полугудрон.

Количество и соотношение фракций, содержащихся в разных сортах сырой нефти, различно. Как правило, содержание светлых фракций составляет 30-50 мас.%, хотя известны легкие светлые нефти, содержащие, в основном, бензино-керосиновые фракции. Углеводородный состав нефтей изменяется в различных месторождениях. Бензиновые и керосиновые фракции большинства нефтей РФ характеризуются значительным содержанием алканов (свыше 50%). Во фракциях отдельных нефтей преобладают нафтеновые углеводороды (50—75%). Содержание ароматических углеводородов в бензиновых и керосиновых фракциях большинства нефтей колеблется от 3 до 15% и от 16 до 27% соответственно. Масляные дистилляты иногда значительно различаются по углеводородному составу. Наибольшим содержанием ароматических углеводородов (в некоторых случаях до 53—65%) отличаются фракции высокосернистых нефтей.

Состав и свойства нефти и газа относятся к основным показателям, определяющим направления их применения. Определение свойств и оценка качества нефти, газа, конденсата и попутных полезных ископаемых производятся в соответствии с требованиями стандартов и технических условий, в которых учитываются технология добычи, способы транспортировки и переработки сырья, обеспечивающие его комплексное использование (табл. 2.1–2.5).

Таблица 2.1