По какому свойству веществ нефть разделяют на фракции

Современная цивилизация строится на использовании углеводородов, в частности нефти и продуктов ее переработки. При этом значение данного полезного ископаемого не ограничивается лишь тем, что оно является источником моторного топлива. Напротив, существуют целые промышленные производства – нефтеперегонные и нефтехимические, которые имеют большое значение для экономики нашей страны, а продукты перегонки нефти в последующем используются практически в каждой отрасли народного хозяйства.

Массовое использование нефтепродуктов – явление, которое имеет свои корни в относительно недавнем прошлом. По сути, до XIX века нефтяные промыслы были единичными и использовали «черное золото» в основном в качестве освещения и отопления. Однако было вполне очевидно, что именно развитие нефтяной промышленности обеспечит технологический прорыв человечества. Недаром известный русский ученый Д. И. Менделеев сравнивал использование нефти для отопления со сжиганием для этих целей ассигнаций (бумажных денег).

В то же время следует понимать, что сырая нефть в чистом виде, которая добывается в скважинах, практически не имеет применения, по крайней мере, на сегодняшний день. Используются же продукты переработки, а для ее осуществления необходимо наличие развитых нефтеперерабатывающих мощностей.

Что такое фракционный состав нефти

Нефть – уникальное природное полезное ископаемое, которое представляет собой черную жидкость маслянистой консистенции, имеющую специфический вид и запах. На сегодняшний день нет единого научного мнения о ее происхождении в природе. Так, наиболее популярная теория гласит, что процессы нефтеобразования проходили миллионы лет, а само полезное ископаемое являет собой остатки органических веществ. Иными словами, нефть образовалась из очень древних живых организмов.

Несмотря на то что данная теория получила всеобщее признание, отдельные ученые заявляют, что этот природный ресурс имеет абиогенное происхождение. Иными словами, нефть есть результат химического и физического воздействия высоких температур и давления на неорганические вещества.

Это полезное ископаемое крайне неоднородно распространено по планете. Так, наиболее крупные месторождения приходятся на районы Персидского и Мексиканского заливов, Западную Сибирь, Каспий, Норвежское море и т. д. На сегодняшний день многие из них близки к исчерпанию, что заставляет правительства и нефтяные компании проводить усиленную геологоразведку и совершенствовать методы нефтедобычи для разработки более труднодоступных участков залегания ресурса.

Нефть имеет крайне сложный химический состав. По сути, она состоит из огромного количества различных соединений, обладающих разной молекулярной массой. На сегодняшний день не существует методик, которые бы позволили получать из нефти-сырца необходимый конечный продукт. Однако возможно разделение ее на фракции, углубленная переработка которых позволяет решить данную проблему.

По сути, фракция нефти представляет собой определенную группу соединений, объединенных общими химическими свойствами. Основной их особенностью выступает тот факт, что выкипают они только в определенном температурном интервале. Это их свойство позволяет осуществлять процесс ректификации, то есть первичной перегонки нефти. При использовании различных методов очистки происходит вторичная перегонка для получения более качественного продукта.

В соответствии со стандартами, принятыми в нефтеперерабатывающей промышленности, существует определенная градация фракций. Так, они бывают:

• Легкими.

В их число входят петролейная и бензиновая фракции. Они образуются при температуре до +140 градусов.

• Средние.

Считаются лигроиновые, керосиновые и дизельные. Вместе с легкими они относятся к светлым нефтяным фракциям.

• Тяжелые.

При высокой температуре, составляющей более +350 градусов, и в условиях вакуума образовывается мазут (темная фракция). Из него путем углубленной перегонки получают вакуумный газойль, а также гудрон в качестве остатка.

Виды и свойства нефтяных фракций

Современные методы нефтепереработки позволяют проводить ректификацию сырой нефти для получения соответствующих фракций. Они имеют разные физико-химические свойства и, соответственно, применяются в различных отраслях промышленности и сферах народного хозяйства. Разберем каждую фракцию более подробно.

Петролейная

Является наиболее быстровыкипаемой фракцией и выделятся при ректификации одной из первых. Также она известна под некоторыми другими названиями. Несколько устаревшим среди них является термин «петролейный эфир», что говорит о летучести и легкости этих нефтяных соединений. Название «масло Шервуда» более распространено в западных странах.

Петролейный эфир состоит из легких углеводородов, преимущественно пентанов и гексанов. По своему внешнему виду он представляет собой несколько маслянистую совершенно бесцветную жидкость, плотность которой довольно низкая.

Температуры, при которых происходит выделение петролейной фракции, также весьма небольшие и составляют от +45°С до +70°С для легкого эфира и от +70°С до +100°С для тяжелого.

Масло Шервуда используется, в первую очередь, в качестве растворителя, в том числе и в нефтеперерабатывающей промышленности, а также представляет собой довольно экологичное и дешевое топливо для небольших горелок и зажигалок.

Бензиновая

Состав бензиновой фракции намного более сложный по сравнению с петролейной. В ее числе элементы на парафиновой основе, такие как: циклогесксан, метилциклопент и некоторые другие. В целом, имеется более 200 различных химических веществ.

Следует отметить, что количество различных видов углеводородов в составе бензиновых соединений может быть различным, равно как и октановое число. Оно непосредственно зависит от качества нефти из конкретного месторождения. Для повышения качества конечного продукта нередко используется нефтяная смесь.

Получают соединения бензинового типа при температуре от +100°С до +140°С.

Продукты углубленной переработки используются для получения топлива для двигателей внутреннего сгорания (тот же автомобильный бензин), а также ароматических эфиров, используемых в нефтехимической промышленности.

Лигроиновая

За счет того, что содержание нафтенов в ней значительно превышает количественное число парафинов, эта фракция также известна под названием «нафта». Кроме этого, она содержит большое количество ароматических эфиров.

Температура, при которой возможно вскипание нафты, составляет от +140°С до +180°С. Здесь же следует отметить, что в ее составе довольно большое естественное содержание серы.

Лигроиновые фракции используют для того, чтобы получить керосин и реактивное топливо. Кроме этого, из тяжелой нафты получается бензин с высоким октановым числом. В промышленности ее используют в качестве растворителя.

Любопытный факт, что до того момента, как стали использовать специальное дизельное топливо, именно нафта применялась для изготовления топливных смесей для тракторов, грузовиков и проч.

Керосиновая

В состав керосиновой фракции входят углеводородные соединения с углеродным числом от 6 до 12. При этом в ней отмечается повышенное содержание изопарафинов. И, напротив, содержание ароматических углеводородов относительно низкое.

Получают ее при температуре от +180°С до 315°С.

Данная фракция является основной для получения качественного реактивного топлива, для чего используется метод гидрокрекинга.

Кроме этого, она применяется для изготовления керосина, получаемого в качестве топлива для осветительных фонарей, а также уайт-спирита – широко распространенного в промышленном производстве растворителя.

Дизельная

Дизельное топливо получают из нефти при температуре кипения от +220°С до +350°С. Применяется в дизельных двигателях. В своем составе содержит циклогексаны и циклопентаны. Отмечается большое количество нафтенов при небольшом содержании ароматических углеводородов. В зависимости от качества нефти в дизельном топливе может присутствовать небольшое число органических веществ.

Следует отметить, что двигатели подобного типа используются в транспортных средствах, которые применяются для работы в довольно суровых климатических условиях. При низких температурах дизельное топливо может застыть. Чтобы этого не произошло, при нефтеперегонке используются методы дополнительной дефрагментации для снижения количества содержания в нем нафтенов. Также качество дизеля повышается за счет применения катализаторов гидроочистки, что, впрочем, относится ко всем легким фракциям.

Мазут

Открывает класс тяжелых нефтяных фракций. Его получают при температуре от +350°С до +500°С. При этом используется метод вакуумной перегонки.

Мазут представляет собой вязкую субстанцию с температурой застывания от +10°С до +40°С.

Его состав многокомпонентен. Так, имеются сложные углеводороды с молекулярной массой до 1000. Кроме этого, присутствуют нефтяные смолы. Имеются органические соединения.

Практическое использование мазута зависит от степени его вязкости. Согласно стандартам по этим критериям выделяются три его вида. Все из них используются в качестве топлива на ТЭЦ и небольших теплоподстанциях.

Гудрон

Эта фракция являет собой остаток после выкипания всех остальных. Гудрон содержит большое количество всевозможных примесей и тяжелых металлов. Кроме этого, в его составе имеются парафины, нафтены, ароматические углеводороды невысокого качества.

Остаток после ректификации нефти имеет широкое промышленное применение. Так, из него делают технологический кокс и битум, которые используются при строительстве автодорог и в строительной сфере.

Методы определения фракционного состава нефтепродуктов

Такое сложное по своему составу полезное ископаемое как нефть имеет разное качество. Оно зависит от конкретного месторождения. Кроме этого, даже в пределах одного из них нефть в разных слоях залегания также имеет неоднородный состав. В этой связи анализ фракционного состава нефтепродуктов имеет принципиальное значение в нефтеперерабатывающей промышленности.

Сегодня на территории стран СНГ действует единый стандарт этой процедуры, установленный межгосударственным ГОСТом 2177-99, который полностью соответствует международному ISO 3405-88.

Так, выделяется два метода определения наличия фракционного состава нефти.

• Метод А.

Применяется для легких фракций нефти. Для этого используется специальный прибор, который изготовлен из особого закаленного стекла, способный выдержать высокую температуру.

Сам метод заключается в планомерном нагревании испытуемого образца (примерно 100 мл нефтепродукта). При этом при помощи специальных формул и графиков фиксируется начало и окончание парообразования, а также объем полученного продукта в рамках каждого температурного диапазона.

• Метод Б.

Принцип проведения исследования аналогичен тому, что используется в методе А, однако в качестве оборудования используются специальные приборы, которые создают крайне высокие температуры в условиях вакуума. Применяется для определения состава тяжелых фракций.  

01.11.2019