Петрова Непрод товары

верстия вновь устремляются вверх, пока не окажутся под колпаком, где темпе- ратура достаточно низка для их конденсации.

Фракции, получаемые при прямой перегонке, называют светлыми фракциями, или светлыми дистиллятами. Обычно при прямой перегонке получают следующие фракции, название которым присвоено в зависимо- сти от направления их дальнейшего использования:

дистиллят) – 180 – 350 °С.

Выход бензина при прямой перегонке составляет от 5 до 20 % от массы нефти. Остаток после отбора светлых фракций называется мазутом. Мазут разгоняют под вакуумом и при более высоких температурах, при этом в зависимости от направления переработки получают следующие фракции:

Для получения топлив:

350–500 °С – вакуумный газойль (вакуумный дистиллят);

>500 °С – вакуумный остаток (гудрон).

Для получения масел:

350– 20 °С – легкая масляная фракция (трансформаторный дистил-

лят);

420–490 °С – средняя масляная фракция (машинный дистиллят); 450–490 °С – тяжелая масляная фракция (цилиндровый дистиллят);

>490 °С – гудрон.

Мазут и получаемые из него фракции называются темными. Нефти различных месторождений заметно различаются по фракционному соста- ву, содержанию темных и светлых фракций. Так, в Ярегской нефти (рес-

210

публика Коми) содержится 18,8 % светлых фракций, а в Самотлорской нефти (Западная Сибирь) – 58,8 %.

Вторичная переработка нефти

Прямогонные продукты не удовлетворяют требованиям современной техники и поэтому подвергаются дальнейшей переработке. Прямогонные бензины содержат сернистые соединения, ухудшающие экологические по- казатели топлив, вызывающие коррозию двигателя, отравляющие катали- заторы, поэтому их подвергают гидроочистке.

Гидроочистка – это термокаталитический процесс, обеспечиваю- щий гидрирование сероорганических соединений нефти до сероводорода, который затем улавливается и отделяется. Сероводород является источни- ком получения серы. Гидроочищенные прямогонные продукты поступают на установки вторичных процессов глубокой переработки нефти. В основе вторичных процессов переработки нефти лежат химические реакции рас- щепления, изомеризации, гидрирования углеводородов под действием вы- соких температур и давления, в присутствии катализаторов (термокатали- тические процессы) или без них (термические процессы).

Крекинг – расщепление тяжелых углеводородов для получения до- полнительного количества бензинов и дизельных топлив. Различают сле- дующие виды крекинга:

− термический – производится при 500 - 750 ° С и давлении 4 – 6 МПа, выход бензина при этом достигает 60 – 70 %. Тяжелые нефтепродукты (ма- зут, гудрон), подверженные термическому крекингу при низком давлении (коксование), используют для производства газойля, моторных топлив и кокса. Высокотемпературный крекинг (пиролиз), осуществляемый при температуре 650-750 ° С и атмосферном давлении, дает возможность пере- рабатывать тяжелое остаточное сырье в газ, используемый в химической промышленности, а также получать ароматические углеводороды (бензол, толуол, нафталин и др.);

211

− каталитический – производится с использованием катализаторов. Использование катализаторов повышает селективность процесса, позволя- ет расширить возможности в использовании сырья при получении высоко- качественных товарных продуктов. Для переработки средних и тяжелых фракций с большим содержанием сернистых и смолистых соединений большое распространение получил каталитический крекинг с использова- нием водорода – гидрокрекинг. При этом процессе выход светлых фракций возрастает до 70 %, содержание серы в них снижается.

Газообразные продукты, неизбежно получающиеся в результате тер- мических и каталитических процессов, собираются и перерабатываются различными химическими способами (алкилирование, полимеризация, изомеризация и др.). В результате получается довольно широкая гамма вы- сокооктановых компонентов бензинов, присадок и сырья для нефтехими- ческих процессов.

Риформинг каталитический – процесс получения высокооктановых компонентов бензинов из бензиновых и лигроиновых фракций нефти. Он состоит из сложных каталитических превращений (дегидрирование, изо- меризация, дегидроциклизация и др.). Риформинг на платиновом катализа- торе называется платформингом, на молибденовом – гидроформингом.

Алкилирование – введение в молекулы углеводородов соединений алкила, например, метила СН3 (метилирование), этила С2Н5 (этилирова- ние). Применяется для получения высокооктановых компонентов бензина.

Получаемые различными способами нефтепродукты очищаются от нежелательных примесей и смешиваются (подвергаются компаундирова- нию) для получения товарных продуктов. При необходимости в них вво- дятся специальные добавки – присадки, улучшающие те или иные свойства продуктов.

212

4.Классификация и показатели качества нефти

Существует несколько классификаций нефти. В соответствии с ГОСТ Р 51858-2002 «Нефть. Общие технические условия» нефть классифицирует- ся по физико-химическим свойствам, степени подготовки, содержанию се- роводорода и легких меркаптанов на классы, типы, группы, виды. Признаки классификации нефти одновременно являются показателями, по которым осуществляется приемка нефти по качеству.

В зависимости от массовой доли серы нефть подразделяют на классы

1 – 4:

По плотности, а при поставке на экспорт – дополнительно по выхо-

ду фракций и массовой доле парафина нефть подразделяют на пять типов: 0 тип – особо легкая, плотность при температуре 20 °С не более

830 кг/м3;

1 тип – легкая, 830,1 –850 кг/м3; 2 тип – средняя, 851,0 – 870,0 кг/м3;

3 тип – тяжелая, 870,1 – 895,0 кг/м3; 4 тип – битуминозная, более 895,0 кг/м3.

Показатель плотности экспортной нефти определяют при температуре

15 °С, так как в зарубежных стандартах используется температурная шкала Фаренгейта (плотность определяют при 60 °F).

По степени подготовки нефть подразделяют на группы 1 – 3 по таким показателям, как содержание воды, концентрация хлористых солей, давле- ние насыщенных паров, массовая доля механических примесей (Табл. 4.2.).

По массовой доле сероводородов и легких меркаптанов нефть подраз-

деляют на 2 вида. Для первого вида содержание сероводорода должно быть

213

не более 20 млн -1 (ppm), для второго вида – не более 100; содержание мер- каптанов соответственно – не более 40 млн -1 и не более 100 млн -1.

Условное обозначение нефти состоит из четырех цифр, соответст- вующих обозначениям класса, типа, группы и вида нефти. При поставке нефти на экспорт к обозначению типа добавляется индекс «э».

Например, нефть с массовой долей серы 0,15 %, плотностью при тем-

пературе 20 °С 814,8 кг/м3, массовой долей воды 0,05 %, концентрацией хлористых солей 25 мг/см3, массовой долей механических примесей 0,02 %, давлением насыщенных паров 58,7 кПа (440 мм рт. ст.); долей органических хлоридов 1 млн-1, долей сероводорода 5 млн-1, легких меркаптанов 8 млн-1, обозначают: «Нефть 1.0.1.1 ГОСТ Р 51858».

Технологическая классификация нефти действует в России с 1967 г. и

определяет использование ее как сырья для тех или иных нефтепродуктов. По технологической классификации нефти подразделяют на:

−классы (1–3) – по содержанию серы;

−типы (Т1– Т3) – по выходу светлых фракций, перегоняемых до 350 ° С;

−группы (М1– М4) – по потенциальному содержанию базовых масел;

−подгруппы (И1– И2) – по индексу вязкости базовых масел;

−виды (П1– П2) по содержанию парафинов в нефти.

214

Химическая классификация подразделяет нефти различных месторож- дений по их углеводородному составу на шесть групп:

−парафиновые (метановые) – легкие, богатые бензином, керосином, содержащие парафиновых углеводородов в бензинах не менее 50 %;

−нафтеновые, содержащие нафтеновых углеводородов свыше 60 %;

−ароматические, содержащие ароматических углеводородов свыше

60%;

−парафино-нафтеновые, содержащие преимущественно алканы и наф- тены, смол и асфальтопеков мало. Выход бензиновых фракций около 25 %;

−парафино-нафтено-ароматические имеют приблизительно одинаковое содержание названных углеводородов. В них мало твердого парафина, смол и асфальтопеков;

−нафтено-ароматические содержат в основном циклопарафины и аре-

ны. Выход бензиновых фракций 10 – 15 %, смол и асфальтопеков до 15 –

20 %.

Нефти первых трех групп встречаются редко, наибольшее распро- странение имеют нефти смешанного состава.

Классификация нефти по химическому составу является весьма ус- ловной, поскольку содержание углеводородов во фракциях с различными температурами кипения для одной и той же нефти неодинаково: в одних фракциях преобладают парафиновые углеводороды, в других – нафтеновые и т.д.

Тема 4.2. Нефтепродукты

План

1.Классификация нефтепродуктов.

2.Топливо.

3.Нефтяные масла.

4.Нефтехимическое сырье.

5.Прочие нефтепродукты.

215

1.Классификация нефтепродуктов

Ассортимент нефтеперерабатывающей промышленности насчитыва- ет более 500 наименований газообразных, жидких и твердых нефтепродук- тов в зависимости от их назначения. Нефтепродукты по назначению клас- сифицируются на следующие группы: топлива, нефтяные масла, парафины и церезины, ароматические углеводороды, нефтяные битумы, нефтяной кокс и прочие нефтепродукты.

2. Топливо

Топливом в общепринятом смысле принято считать горючие веще- ства для получения при их сжигании тепловой энергии. Практическая цен- ность топлива определяется количеством теплоты, выделяющейся при его полном сгорании. Так, при сжигании 1 кг древесины выделяется теплота, равная 10,2 МДж, каменного угля – 22 МДж, бензина – 44 МДж.

Для сопоставления запасов различных видов топлива и уровня его использования применяют так называемое условное топливо, теплота сго- рания которого равна 7000 ккал/кг (29,3 МДж/кг).

Моторные бензины.

Моторные бензины предназначены для поршневых авиационных и автомобильных двигателей внутреннего сгорания с принудительным вос- пламенением (от искры). Несмотря на различия в условиях применения ав- томобильные и авиационные бензины характеризуются в основном общи- ми показателями качества, определяющими их физико-химические и экс- плуатационные свойства.

Современные автомобильные и авиационные бензины должны удов- летворять следующим требованиям:

− иметь хорошую испаряемость, позволяющую получить однородную топливовоздушную смесь при любых температурах;

216

−иметь групповой углеводородный состав, обеспечивающий устойчи- вый, бездетонационный процесс сгорания на всех режимах работы двига- теля; не изменять своего состава и свойств при длительном хранении;

−не оказывать вредного влияния на детали топливной системы и ок- ружающую среду.

Автомобильные бензины используются в бензиновых двигателях (карбюраторных или инжекторных) внутреннего сгорания. По составу ав- томобильные бензины представляют собой смесь компонентов, получаемых

врезультате различных технологических процессов: прямой перегонки нефти, каталитического риформинга, каталитического и термического кре- кинга и гидрокрекинга вакуумного газойля, изомеризации прямогонных фракций, алкилирования, коксования. В состав автомобильных бензинов входят углеводороды, выкипающие при температуре от 35 до 200 °С.

Основные показатели качества бензинов – фракционный состав и ок- тановое число.

Фракционный состав характеризуется температурой начала кипения, температурами испарения 10 %, 50 %, 90 % и 98 % объема. Количество лег- кокипящих углеводородов в бензинах ограничивается температурой начала кипения, которая для автомобильных бензинов всех марок должна быть не ниже 35 ° С. При таком условии уменьшаются потери легкокипящих угле- водородов бензина от испарения при хранении.

Фракция выкипания 10 % объема бензина называется пусковой. Чем ниже температура выкипания этой фракции, тем лучше пуск двигателя. Фракция выкипания от 10 % до 90 % называется рабочей. Температура ее испарения должна быть не выше 160 – 180 ° С.

Сфракционным составом бензина связаны такие характеристики дви- гателя, как его пуск, образование паровых пробок в системе питания, про- грев и приемистость, экономичность и долговечность работы.

Октановое число является основным показателем качества бензина, характеризующим его детонационную стойкость. Детонацией называется

217

чрезмерно быстрое сгорание топливной смеси в цилиндре двигателя, что вызывает металлический «стук», вибрацию, перегрев и, как следствие, бы- стрый износ двигателя. Октановое число – это условная единица измерения детонационной стойкости, численно равная процентному содержанию изо- октана С8Н18 в его смеси с н-гептаном С7Н16, эквивалентной по детонацион- ной стойкости испытуемому топливу. У изооктана детонационная стой- кость принята за 100 единиц, а у н-гептана она равна нулю. Для измерения октанового числа применяют специальную установку – одноцилиндровый двигатель с изменяемой степенью сжатия. В установку заливают бензин и измеряют детонацию. Затем в ту же установку последовательно заливают смеси изооктана и н-гептана в разных пропорциях, добиваясь того же уров- ня детонации. Доля изооктана в такой смеси и говорит об октановом числе бензина. Измеряют его двумя способами – моторным и исследовательским. Моторный метод отличается от исследовательского более жесткими усло- виями работы двигателя – выше обороты и температура горючей смеси. Ес- ли марка бензина содержит буквенный индекс «И», то это значит, что окта- новое число данного бензина определяют исследовательским методом; если только букву «А» – моторным. Моторный метод лучше характеризует ан- тидетонационные свойства бензина в условиях форсированной работы дви- гателя и его высокой теплонапряженности, исследовательский – при экс- плуатации двигателя в городе, когда работа его связана с относительно не- высокими скоростями, частыми остановками и меньшей теплонапряженно- стью. Результаты моторного метода, как правило, на 4 - 8 единиц октаново- го числа меньше, чем результаты исследовательского метода.

Для повышения детонационной стойкости (повышения октанового числа) в процессе компаундирования можно увеличить в бензине долю вы- сокооктановых компонентов. Однако это весьма дорогостоящий способ, по- этому используют более дешевый – введение в состав бензина специальных химических соединений – антидетонаторов.

218

Наиболее эффективным и дешевым антидетонатором является тетра- этилсвинец (ТЭС). Бензины с содержанием ТЭС называются этилирован- ными. Однако это вещество является сильнейшим ядом и, выделяясь из двигателя вместе с отработавшими газами, отравляет атмосферу, почву, во- ду.

ВЕвропе и США от применения этилированного бензина отказались еще в середине 90-х годов 20 в., так как в современных автомобилях стали использовать каталитические нейтрализаторы отработавших газов. Продук- ты сгорания этилированного бензина разрушают нейтрализатор и выводят его из строя через несколько часов работы двигателя. В России закон о за- прете производства и оборота этилированного бензина был принят в 2003 году.

Нейтрализаторы обеспечивают соблюдение экологических требова- ний к автотранспортным средствам, которые регламентируются правилами Европейской экономической комиссии ООН.

Эти правила периодически пересматриваются в сторону ужесточения требований. Каждая новая модификация правил получает условное обозна-

чение: Евро-1 (1993 г.), Евро-2 (1996 г.), Евро-3 (2000 г.), Евро-4 (2005 г.).

С 1 июля 2002 года в России стал действовать ГОСТ Р 51866-2002 (ЕН 228-99) «Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия». Этот стандарт соответствует европейским нормам Евро-3 и учи- тывает требования Европейской Директивы по топливам 98/70/ЕС. ГОСТ Р 51866 регламентирует показатели качества для бензинов марок Ре- гуляр Евро-92, Премиум Евро-95 и Супер Евро-98.

Вотношении безопасности топлива в соответствии с законом «О техническом регулировании» в России в 2008 г. был принят технический регламент «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, ди-

219