ъйъ. Самостоятельная работа. 1 Алканы нефти и газа

• Название: 1 Алканы нефти и газа
• Дата: 25.05.2022
• Размер: 112.38 Kb.
• Имя файла: Самостоятельная работа.docx
• Тип: Самостоятельная работа; #549741
• страница: 4 из 9

6. Фракционный состав нефти

Фракции нефти, их состав и применение

Петролейная фракция — это смесь легких жидких углеводородов (пентанов и гексанов). Петролейную фракцию (или петролейный эфир) получают из попутных нефтяных газов, из газоконденсата и из легких фракций нефти. Температура кипения петролейного эфира — 40-70 °C (легкий) и 70—100 °C (тяжёлый). Поэтому он относится к наиболее легковыкипающим фракциям нефти и при ее фракционном разделении выделяется одним из первых. Петролейный эфир представляет собой бесцветную жидкость с плотностью 0,650—0,695 г/см3. Он является растворителем жиров, масел, смол и других углеводородных соединений. Петролейный эфир используется в качестве растворителя в жидкостной хроматографии, а также в качестве растворителя при экстракции различных углеводородов, нефти, битумоидов из горных пород. Также петролейный эфир часто используют в качестве топлива для зажигалок и каталитических грелок.

Бензиновая фракция нефтей и конденсатов представляет собой сложную смесь углеводородов (до С11) различного строения. Примерно 70 компонентов этой смеси выкипают до 125°C , а в интервале 125-150°C — выкипает 130 углеводородных компонентов этой фракции. Эта фракция используется для получения различных видом и сортов топлива для двигателей внутреннего сгорания. Она представляет собой смесь различных углеводородов, в том числе неразветвленных и разветвленных алканов. Поэтому бензиновую фракцию нередко подвергают термическому риформингу, чтобы превратить неразветвленные молекулы в разветвленные. В основном в состав бензиновых фракций нефти входят нормальные и изомерные парафиновые углеводороды С5 – С11. Среди нафтеновых углеводородов в наибольшем количестве содержатся метилциклопентан, циклогексан, метилциклогексан, а также высокое содержание легких ароматических углеводородов - толуола и метаксилола. Состав бензиновых фракций определяется составом исходной нефти, которая подвергается переработке. Поэтому свойства бензинов (углеводородный состав, октановое число и т.д.) во-многом определяются свойствами нефти, из которой они изготовлены. Далеко не все нефти подходят для производства бензина высокого качества. Например, в бензиновых фракциях нефтей Ставропольского края преобладают нормальные парафиновые углеводороды. Их содержание достигает 46 - 69 % во фракциях, выкипающих до 120°C и 51 - 78 % во фракциях, выкипающих до 200°C. Вследствие этого бензины имеют невысокие октановые числа. Плохое моторное топливо имеет нулевое октановое число, а у хорошего топлива октановое число равно 100. Октановое число бензиновой фракции, получаемой из сырой нефти, обычно не превышает 60. Особенно ценным является наличие в бензиновых фракциях нефти циклопентана, циклогексана и их производных. Из этих углеводородов получают ароматические углеводороды, например бензол, содержание которого в нефти незначительно.

Лигроиновая фракция (тяжелая нафта) нефти является высокооктановой. Она также представляет собой сложную смесь углеводородов, но уже более тяжелых, по сравнению с петролейной и 17 бензиновой фракциями (состав С8 — С14). В ней содержится значительно больше ароматических углеводородов (до 8 %), чем в бензиновой фракции. Также в ней нафтены почти в З раза превышают содержание парафинов. Плотность лигроиновой фракции 0,78—0,79 г/см3. В промышленности она используется как компонент товарных бензинов, осветительных керосинов и реактивных топлив, а также как органический растворитель и наполнитель жидкостных приборов. До активного использования дизельного топлива лиграиновая фракция служила сырьем для производства моторного топлива для тракторов. Состав неочищенного лигроина, выходящего из нефтеперегонного куба, или лигроина первой перегонки, зависит, главным образом, от состава сырой нефти. Лигроин из парафинистой нефти содержит больше насыщенных соединений с неразветвленной цепью или циклических соединений. Как правило, большая часть низкосернистых нефтей и лигроинов являются парафинистыми. Нафтеновая нефть содержит больше ненасыщенных, циклических и полициклических соединений. Нефти с более высоким содержанием серы чаще бывают нафтеновыми. Очистка различных лигроинов первой перегонки может немного отличаться в зависимости от состава, определяемого составом сырой нефти.

Керосиновая фракция — это фракция прямой атмосферной перегонки нефти с границами кипения от 180 до 315°С. Плотность при 20°С — 0,854 г/см3. Температура начала кристаллизации — минус 60°С. Керосиновая фракция обычно представлена углеводородами, имеющими от 9 до 16 атомов углерода. Наряду с парафинами, моноциклическими нафтенами и углеводородами ряда бензола она содержит в своем составе бициклические — нафтеновые, ароматические и нафтено-ароматические углеводороды. Керосиновые фракции ввиду высокого содержания изопарафинов и низкого содержания бициклических ароматических углеводородов являются высококачественным топливом для 18 реактивных двигателей. Они отвечают требованиям на современные и перспективные реактивные топлива с повышенной плотностью, умеренным содержанием ароматических углеводородов, хорошими показателями по термической стабильности и низкотемпературным свойствам. Углеводородный состав и товарные качества керосиновых фракций зависят от свойств и характеристик природной нефти. Например, керосиновые фракции циклано-ароматических нефтей (беспарафиновых) Грозненского района содержат много ароматических углеводородов, мало алканов, имеют высокое октановое число ( - 40) и могут служить тракторным топливом, но не дизельным. Керосиновые фракции нефтей Сураханского месторождения характеризуются как низкосортное тракторное топливо; для получения из них тракторного керосина требуется значительное облегчение фракционного состава. А исследование керосиновых фракций нефтей Сахалина показало, что они по своему углеводородному составу являются ценным сырьем не только для получения высококачественного топлива, но и для промышленности нефтехимического синтеза. Керосиновая фракция, выкипающая в интервале температур 120-230 (240)°C используется как топливо для реактивных двигателей, при необходимости подвергается демеркаптанизации, гидроочистке. Керосиновая фракция получаемая из малосернистых нефтей в интервале температур 150 — 280°C или 150 - 315°C используются как осветительные керосины. Фракция, выкипающая при 140 — 200°C применяется в качестве растворителя (уайт-спирит) для лакокрасочной промышленности.

Дизельная фракция, выкипающая в пределах 180 - 360°C, используется в качестве товарного топлива для быстроходных дизелей, а также как сырье для других процессов переработки нефтепродуктов. Кроме названных фракций вырабатываются также углеводородные газы, керосиновые фракции. Дизельные фракции содержат мало ароматических 19 углеводородов (до 25 %), а нафтены преобладают над парафинами. Эти фракции преимущественно состоят из производных циклопентана и цикло-гексана, имеют высокие цетановые числа и относительно низкие температуры застывания. Дизельные фракции парафинистых нефтей содержат значительное количество алканов нормального строения, благодаря чему имеют сравнительно высокую температуру застывания (-10) - (- 11)°C. Для того чтобы получить из таких фракций дизельное зимнее топливо с температурой застывания — минус 45°C и дизельное арктическое топливо с температурой застывания — минус 60°C, эти фракции подвергают депарафинизации с применением карбамида. В дизельных фракциях обнаружены разнообразные органические кислород- и азотсодержащие соединения: спирты и кетоны парафинового и нафтенового рядов, алкилфенолы, пиридины, хинолины и, возможно, другие азотсодержащие гетероциклические соединения.

Мазут- это смесь углеводородов (с молекулярной массой от 400 до 1000), нефтяных смол (с молекулярной массой 500—3000 и более), асфальтенов, карбенов, карбоидов и органических соединений, содержащих различные микроэлементы — металлы и неметаллы (V, Ni, Fe, Mg, Na, Ca, Ti, Hg, Zn и другие). Физико-химические свойства мазута зависят от химического состава исходной нефти и степени отгона светлых (дистиллятных) фракций и характеризуются следующими данными : вязкость 8—80 мм²/с (при 100 °C), плотность 0,89—1 г/см³ (при 20 °C), температура застывания 10—40°С, содержание серы 0,5—3,5 %, золы до 0,3 %. Мазут до конца XIX века выбрасывали как отходы производства. Сейчас его применяют как жидкое котельное топливо или используют как сырье для дальнейшей переработки – вакуумной перегонки . Тяжелые фракции невозможно перегнать при атмосферном давлении – при необходимой для их кипения высокой температуре начинается разрушение молекул. Мазут разогревается в трубчатых печах до температуры более 7000С, переводится в парообразное состояние и разгоняется на ректификационных колонках под вакуумом на фракции (масляные дистиллятные фракции), в остатке остается масляный гудрон. Из дистиллятных фракций непосредственно получают цилиндровое, веретенное и машинное масла. А в условиях вакуума их перегонку можно осуществлять при пониженной температуре – около 400 С. В результате получают продукцию, которая подходит для переработки в моторное топливо, масла, парафины и церезины, и тяжелый остаток – гудрон. Продувая гудрон горячим воздухом, получают битум. Из остатков перегонки и крекинга также производят кокс. Мазут, применяемый для получения тепловой энергии при сжигании в топках котлов (таблицы), делится на флотский марок Ф5 и Ф12 (легкие виды топлива) и топочный марок М40 (мало- и среднесернистый — средний вид топлива), М100 и М200 (мало-, средне-, высокосернистый — тяжелый вид топлива). Флотский мазут предназначен для использования в судовых котлах, газотурбинных установках и двигателях. Топочный мазут марки 40 используется в судовых котлах, промышленных печах, отопительных котельных. Мазуты марок 100 и 200 в основном используются на крупных тепловых электростанциях и теплоэлектроцентралях.

Гудрон представляет собой остаток, образующийся в результате отгонки из нефти при атмосферном давлении и под вакуумом фракций, выкипающих до 450—600 °C (в зависимости от природы нефти). Выход гудрона — от 10 до 45 % от массы нефти. Гудрон — вязкая жидкость или твердый асфальтоподобный продукт черного цвета с блестящим изломом. В состав гудрона входят парафиновые, нафтеновые, ароматические углеводороды (45-95 %), асфальтены (3- 17 %), а также нефтяные смолы (2-38 %). Кроме того, в гудроне концентрируются практически все присутствующие в нефти металлы. Так, например, содержание ванадия может достигать 0,046 %, а — 0,014 % и выше, особенно для нефтей и природных битумов, изначально характеризующихся высокими процентными содержаниями микроэлементов. В зависимости от природы нефти и степени извлечения 22 светлых фракций плотность гудрона составляет от 0,95 до 1,03 г/см³, коксуемость от 8 до 26 % по массе, температура плавления 12—55 °C. Гудрон используют для производства дорожных, кровельных и строительных битумов, малозольного кокса, смазочных масел, мазута и моторного топлива. При исследовании качества новой нефти (т. е. при составлении ее технического паспорта), ее фракционный состав определяют на стандартных перегонных аппаратах, снабженных ректификационными колоннами (например, на АРН-2 по ГОСТ 11011-85). Это позволяет значительно улучшить четкость погоноразделения и построить по результатам перегонки так называемую кривую истинной температуры кипения в координатах «температура — выход фракций в % мас.» (или % об.). Нефти различных месторождений значительно различаются по фракционному составу и, следовательно, по потенциальному содержанию дистиллятов моторного топлива и смазочных масел. Большинство нефтей содержит 10-30 % бензиновых фракций, выкипающих до 200 % и 40-65% керосиногазойлевых фракций, перегоняющихся до 350 °С. Известны месторождения легких нефтей с высоким содержанием светлых (до 350 °С). Так, Самотлорская нефть содержит 58 % светлых, а газоконденсаты большинства месторождений почти полностью (85-90 %) состоят из светлых низкокипящих фракций. Преимущественно из высококипящих фракций состоят тяжелые и очень тяжелые нефти, примером которых является нефть Ярегского месторождения, добываемая шахтным способом. Нефти различного фракционного состава могут залегать в пределах одного месторождения, но на разных глубинах.