Свойства и качества нефтепродуктов

2

Введение

Сегодняшний стремительный рост экономики и личного благосостояния граждан привел к значительному росту автопарка страны, что повлекло за собой интенсивное потребление нефтепродуктов, причем нефтепродуктов высокого качества, на уровне мировых стандартов. Наиболее часто используемые виды топлива в России, впрочем, как и во всем мире - это бензин и реже - дизельное топливо. Это так называемые светлые нефтепродукты. Но есть еще и темные нефтепродукты, не используемые в качестве автомобильного топлива, но имеющие широкое применение в народном хозяйстве - мазут, битум и т.д.

Цель работы - рассмотреть свойства и качества товарных продуктов, получаемых из нефти.

1. Переработка нефти

Переработка нефти - сложный многоступенчатый технологический процесс, результатом которого является широкий ассортимент товарных продуктов, отличающихся строением, физико-химическими свойствами, составом и областями применения; на нефтеперерабатывающих заводах после предварительной очистки от механических примесей, обессоливания и обезвоживания нефть поступает на переработку по одному из вариантов:

· по топливному варианту нефть поступает на атмосферно-вакуумную перегонку, где после многократной конденсации и испарения на тарелках ректификационной колонны происходит разделение нефти на фракции, после ректификации светлые продукты по-фракционно направляются на гидроочистку или каталитический риформинг, а вакуумный газойль и гудрон - на крекинг; выход светлых нефтепродуктов составляет 85% и выше в зависимости от состава перерабатываемой нефти;

· по масляному варианту после отбора светлых нефтепродуктов, оставшийся после ректификации мазут направляют на глубокую вакуумную перегонку с температурами 350-500оС, где выделяют масляные дистилляты, которые подвергают комплексной очистке и используют для получения товарных масел; по м.в. получают также ряд ценных продуктов для нефтяного синтеза, строительной и химической отраслей промышленности.

2. Товарные нефтепродукты

Нефтепродукты - это смеси различных газообразных, жидких и твердых углеводородов, получаемые из нефти и нефтяных попутных газов. Разделяются на следующие основные группы: топлива, нефтяные масла, нефтяные растворители, осветительные керосины, твердые углеводороды, битумы нефтяные, прочие нефтепродукты.

К топливам относят углеводородные газы (газы нефтепереработки, газы нефтяные попутные, газы природные горючие), бензины, топливо для воздушно-реактивных двигателей (реактивные топлива и газотурбинные топлива), дизельные топлива, котельные топлива и др.

Нефтяные масла - тяжелые дистиллятные и остаточные фракции нефти, подвергнутые специальной очистке. Подразделяются на смазочные масла и масла специального назначения. Последние используют для технологических целей и при эксплуатации механизмов. К ним относят:

- электроизоляционные - трансформаторные, конденсаторные, кабельные;

- для гидравлических систем; для технологических целей - закалочные и поглотительные жидкости, мягчители и т.п.;

- для фармакопеи и парфюмерии (белые масла).

В качестве растворителей используют узкие бензиновые и керосиновые фракции, полученные прямой перегонкой нефти. Растворители применяют в резиновой промышленности, для приготовления клея, экстрагирования масел из семян и жмыхов, изготовления лаков и красок, при получении поливинилхлорида и т.д. Осветительные керосины - прямогонные керосиновые фракции, применяемые в осветительных и калильных лампах и как бытовое топливо.

К твердым углеводородам относят парафин, церезин и озокерит и их смеси с маслами.

Битумы представляют собой твердые или вязкие жидкие вещества, получаемые из остаточных продуктов нефтепереработки (из остатков после перегонки смолистых нефтей, из гудронов и др.).

Прочие нефтепродукты включают: кокс нефтяной, пластичные смазки, углерод технический, получаемые при пиролизе или каталитическом риформинге, ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы и др.), а также асидол (в т.ч. мылонафт), различные фракции перегонки нефти и продукты их переработки (в частности, алкилат, нефтяные смолы) и др.

Обычно различают светлые и темные нефтепродукты. К первым относят авиа- и автобензины, бензины-растворители, авиакеросин, осветительные керосины, дизельные топлива, к последним - мазут, а также получаемые в результате его перегонки дистиллятные масла и гудрон.

Часть товарных нефтепродуктов вырабатывают непосредственно из нефти или различных нефтяных фракций и остатков; многие нефтепродукты (напр., авто- и авиабензины, котельные топлива, масла) получают смешением (компаундированием) отдельных компонентов - продуктов переработки нефти. Смешение компонентов позволяет производить товарный продукт необходимого качества и при этом рационально использовать свойства каждого компонента.

Для оценки качества нефтепродуктов определяют ряд их физико-химических свойств.

К числу важнейших физических свойств относят: вязкость, плотность и фракционный состав. Для установления последнего нефтепродукты перегоняют со строго определенной скоростью из колбы стандартных форм и размеров. Фракционный состав представляют в виде зависимости между температурой паров нефтепродуктов в колбе и количеством конденсата (нефтепродукты, сконденсировавшегося в холодильнике и собранного в приемнике). Для бензинов обычно приводят пять точек: температуру начала кипения и температуры выкипания 10%, 50%, 90% и 97,5% топлива. Для некоторых других нефтепродуктов, например, дизельных топлив, часто указывают количество вещества, выкипающего до определенной заданной температуры, напр. до 360 °С. Фракционный состав масел обычно определяют при пониженном давлении (в вакууме) во избежание разложения высококипящих фракций при температурах их кипения.

Измеряют также давление (упругость) паров (главным образом для бензинов) в стальной бомбе при соотношении объемов жидкой и паровой фаз 1:4 при 38 °С. Обычно в технических условиях ограничивают верхнее значение давления паров, как меру предотвращения образования "паровых пробок" в топливной системе двигателя.

Определяют температуру помутнения (для моторных топлив), при которой из топлива начинают выделяться кристаллы высокоплавких углеводородов или воды; температуру застывания (для масел, остаточных котельных топлив, дизельных и реактивных топлив и авиабензинов), при которой нефтепродукт в условиях опыта загустевает настолько, что уровень его в пробирке остается неподвижным в течение 1 минуты при наклоне под углом 45^o; температуру вспышки; температуру воспламенения; температуру плавления твердых нефтепродуктов (парафина, озокерита и др.), которая соответствует моменту полного затвердевания (кристаллизации) предварительно расплавленного продукта.

Цвет характеризует качество очистки нефтепродуктов от смолистых и других окрашенных веществ; при этом цвет нефтепродуктов сравнивают с цветом специально окрашенных стекол.

Дуктильность, или растяжимость, битумов характеризует их способность растягиваться, не обрываясь, в тонкие нити под влиянием приложенной силы; определяется в специальном приборе (дуктилометре) путем растягивания образца битума стандартной формы с определенной скоростью при 25 °С.

К важнейшим химическим свойствам нефтепродуктов относят: содержание серы, смол, парафина и некоторые другие показатели.

Содержание серы определяют несколькими способами. Для светлых нефтепродуктов наиболее распространен так называемый ламповый метод: навеска нефтепродукта сжигается в лампочке известной массы; продукты сгорания поглощаются титрованным раствором NaHCO₃, избыток которого оттитровывают раствором НСl. Метод иногда используют и для темных нефтепродуктов, которые предварительно разбавляют каким-либо легким нефтепродуктом с известным содержанием серы. Чаще навеску темного нефтепродукта сжигают в калориметрической бомбе в атмосфере О₂ и количество образовавшихся ионов SO₄^2- определяют гравиметрически после осаждения их хлоридом Ва. Присутствие в нефтепродуктах агрессивных сернистых соединений, в частности элементной серы и меркаптанов, обнаруживают по изменению цвета медной пластинки после контакта ее с испытуемым нефтепродуктом. Иногда пользуются так называемой докторской пробой, когда наблюдают изменение цвета элементной серы под влиянием продуктов взаимодействия с Na₂PbO₂ меркаптанов и H₂S, имеющихся в нефтепродукте.

Содержание смол устанавливают, выделяя их из нефтепродуктов адсорбцией на каком-либо твердом адсорбенте (чаще всего на силикагеле) с последующей десорбцией подходящим экстрагентом, например смесью этанола с бензолом. В некоторых маслах и тяжелых остаточных топливах определяют так называемые акцизные смолы - вещества, способные реагировать с концентратом H₂SO₄ в строго регламентированных условиях опыта. В бензинах, реактивных и дизельных топливах определяют количество так называемых фактических смол, для чего навеску топлива испаряют в струе воздуха или водяного пара, а остаток взвешивают.

Содержание парафина устанавливают следующим образом: навеску нефтепродукта растворяют в подходящем растворителе, например, в бензине, раствор охлаждают до температуры от -20 до -40 °С и осаждают твердые углеводороды этанолом или пропанолом. Осадок отделяют на фильтре, охлаждаемом до заданной температуры, промывают смесью этанола с бензином для удаления масла и растворяют в петролейном эфире. Последний отгоняют и остаток взвешивают.

О содержании органических кислот судят по величине кислотного числа или кислотности - массе КОН (мг), необходимого для нейтрализации соответственно 1 г или 100 мл нефтепродукта.

Устойчивость к окислению бензинов и некоторых других продуктов характеризуют величиной индукционного периода - интервалом времени, в течение которого испытуемый нефтепродукт, находящийся в атмосфере О₂ под давлением 0,7 МПа при 100°С, практически не окисляется. Устойчивость к окислению некоторых реактивных топлив оценивают по количеству осадка, образующегося при жидкофазном окислении его в специальном приборе в течение 4 ч при 150°С, моторных масел - по изменению механических свойств тонкой пленки масла, находящегося на металлической поверхности в контакте с воздухом при 260°С.

Коррозионную активность масел оценивают по изменению массы (г/м²) металлической пластинки при воздействии на нее в течение 50 ч нагретого до 140°С испытуемого масла, слой которого периодически соприкасается с кислородом воздуха. О коррозионных свойствах топлив судят обычно по наличию или отсутствию в них активных сернистых соединений, что устанавливают с помощью медной пластинки.

Коксуемость - способность нефтепродукта образовывать углистый остаток (кокс) при испарении нефтепродукта в стандартном приборе и в строго определенных условиях нагрева; определяется главным образом для моторных и цилиндровых масел, тяжелых остаточных топлив, 10%-ного остатка от перегонки дизельных топлив, а также для сырья процессов каталитического и термического крекинга, производства нефтяных коксов и битумов и др.

Высота некоптящего пламени характеризует осветительную и нагревательную способность светлых нефтепродуктов (осветительных керосинов, реактивных и дизельных топлив) при сжигании их в лампах, нагревательных приборах и т.д. Этот показатель зависит от группового химического состава нефтепродуктов и прежде всего от содержания ароматических углеводородов. Испытуемый образец сжигают в лампе специальной конструкции и измеряют максимальную высоту некоптящего пламени.

Имеется также ряд показателей, определяющих потребительские свойства нефтепродуктов. К ним относят, в частности, показатели детонационной стойкости бензинов (октановое число) и воспламеняемости дизельных топлив (цетановое число).

Заключение

Вырабатываемые на нефтеперерабатывающих заводах продукты подразделяют на следующие группы, различающиеся по составу, свойствам и областям применения:

1) топлива - бензины (топлива для двигателей с принудительным зажиганием), реактивные, дизельные, газотурбинные, печные, котельные, сжиженные газы коммунально-бытового назначения;

2) нефтяные масла;

3) парафины и церезины;

4) ароматические углеводороды;

5)нефтяные битумы;

6) нефтяной кокс;

7) пластические смазки;

8) присадки к топливам и маслам;

9) прочие нефтепродукты различного назначения.

Список литературы

1. Конь M.Я. Товарные нефтепродукты, свойства и применение. 2 изд. - М., 1978.

2. Нефтепродукты: Справочник. / Под ред. Б.В. Лосикова. - М., 1966.

3. Папок К.К., Рагозин Н.А. Словарь по топливам, маслам, смазкам, присадкам и специальным жидкостям. 4 изд. - М., 1975.

4. Товарные нефтепродукты, их свойства и применение: Справочник. / Под ред. Н.Г. Пучкова. - М., 1971.