Физико-химические свойства нефти и её фракций

Министерство образования Российской Федерации

Челябинский государственный университет

Институт экономики отраслей, бизнеса и администрирования

Кафедра экономики отраслей и рынков

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа по дисциплине:

« Технология переработки нефти и газа »

Тема: Физико-химические свойства нефти и её фракций.

 

 

 

 

 

 

                                                                                Выполнил:

                                                                               студент гр. 21ПЗ-501 

                                                                         Валиахметова К.О.

Проверил: Колмакова Н.С.

 

 

Челябинск 2014

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Основные свойства нефти……………………………………………………..5

2. Классификация нефтей………………………………………………………...7

3. Физико-химические свойства нефти и ее фракций…………………………12

Список литературы………………………………………………………………17

 

 

 

 

 

Введение

Нефть — природная маслянистая горючая жидкость со специфическим запахом, состоящая в основном из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы и некоторых других химических соединений. Относится к каустобиолитам (ископаемое топливо).

Подавляющая часть месторождений нефти приурочена к осадочным породам. Цвет нефти варьирует в буро-коричневыхтонах (от грязно-жёлтого до тёмно-коричневого, почти чёрного), иногда она бывает чисто чёрного цвета, изредка встречается нефть окрашенная в светлый жёлто-зелёный цвет и даже бесцветная, а также насыщенно-зелёная нефть. Имеет специфический запах, также варьирующий от легкого приятного до тяжелого и очень неприятного. Цвет и запах нефти в значительной степени обусловлены присутствием азот-, серо- и кислородсодержащих компонентов, которые концентрируются в смазочном масле и нефтяном остатке. Большинство углеводородов нефти (кроме ароматических) в чистом виде лишено запаха и цвета.

На протяжении XX века и в XXI веке нефть является одним из важнейших для человечества полезных ископаемых.

По химическому составу и происхождению нефть близка к природным горючим газам и озокериту. Эти ископаемые объединяют под общим названием петролитов. Петролиты относят к ещё более обширной группе так называемых каустобиолитов — горючих минералов биогенного происхождения, которые включают также другие ископаемые топлива (торф,бурые и каменный уголь, антрацит, сланцы).

Нефть обнаруживается вместе с газообразными углеводородами на глубинах от десятков метров до 5—6 км. Однако на глубинах свыше 4,5—5 км преобладают газовые и газоконденсатные залежи с незначительным количеством лёгких фракций. Максимальное число залежей нефти располагается на глубине 1—3 км. На малых глубинах и при естественных выходах на земную поверхность нефть преобразуется в густую мальту, полутвёрдый асфальт и другие образования — например, битуминозные пески и битумы.

Фракционный состав является важным показателем качества нефти. В процессе перегонки на нефтеперерабатывающих заводах при постепенно повышающейся температуре из нефти отгоняют части — фракции, отличающиеся друг от друга пределами выкипания.

При атмосферной перегонке получают следующие фракции, выкипающие до 350 °С, — светлые дистилляты:

• до 100 °С — петролейвая фракция;

• до 180 °С — бензиновая фракция;

• 140–180 °С — лигроиновая фракция;

• 140–220 °С — керосиновая фракция;

• 180–350 °С (220–350 °С) — дизельная фракция.

Последнее время фракции, выкипающие до 200 °С, называют легкими, или бензиновыми, от 200 до 300 °С — средними, или керосиновыми, выше 300 °С — тяжелыми, или масляными.

Все фракции, выкипающие до 300 °С, называют светлыми, остаток после отбора светлых дистиллятов (выше 350 °С) называется мазутом. Мазут разгоняют под вакуумом, при этом получают следующие фракции в зависимости от переработки:

• для получения топлива (350–500 °С) — вакуумный газойль (вакуумный дистиллят);

• более 500 °С — вакуумный остаток (гудрон).

Получение масел происходит в следующих температурных интервалах: 300–400 °С — легкая фракция, 400–450 °С — средняя фракция, 450–490 °С — тяжелая фракция, более 490 °С — гудрон. Асфальтосмолопарафиновые отложения (АСПО) также относят к тяжелым компонентам нефти — Тпл ~80 °С.

 

1. Основные свойства нефти

1. Плотность нефти в зависимости от химического состава и количества растворенного газа колеблется от 700 до 1000 кг/м3. Она возрастает по мере увеличения содержания в ней тяжелых смолисто-асфальтеновых компонентов. Плотность газов при температуре 00С и давлении 1 атм для метана составляет 0,716 кг/м3, для этана – 1,356 кг/м3, пропана – 2,019 кг/м3, бутана 2,672 кг/м3, пентана – 3,215 кг/м3. Плотность воздуха при тех же условиях составляет 1,292 кг/м3.

2. Вязкость. Вязкостью жидкости называется ее способность оказывать сопротивление действующей силе. Единицей измерения вязкости в системе СИ является миллипаскаль в секунду – мПа·с. Чем больше в нефтях ароматических и нафтеновых циклов, тем выше ее вязкость. При нормальном давлении с повышением температуры вязкость нефти уменьшается, а вязкость газов возрастает. Вязкость воды составляет 1 мПа·с, нефти – от 1 до 25 мПа·с.

3. Текучесть – величина обратная вязкости. Чем меньше вязкость, тем больше текучесть.

4. Температура кипения. Чем больше атомов углерода  входит в состав молекул, тем выше температура кипения углеводородов. Легкие нефти закипают раньше, чем тяжелые.

5. Фракционный состав нефти. Фракции нефти, выкипающие при температуре 950С, называются петролейным эфиром, от 95-1950С  - бензином, от 190-2600С – керосином, от 260-3500С – дизельным топливом, от 350-5300С – маслами, свыше 5300С – остатком (мазут, смола, битум). Для нормальной нефти (плотностью 850 кг/м3) выход бензиновой фракции составляет 27%, керосина – 13%, дизельного топлива – 12%, тяжелого газойля – 10%, смазочных масел – 20%, мазута, смол – 18%. На заводах глубокой переработки нефти по крекинг-технологии выход бензиновой фракции доводится 45%.

6. Теплота сгорания – количество теплоты выделяющееся при сгорании 1 кг. топлива. Для угля она составляет 33600 Дж/кг, для нефти – 43250-45500 Дж/кг, для газа – 37700-56600 Дж/кг.

7. Цвет нефти изменяется в широких пределах от бесцветного, светло-желтого, желтого до темно-коричневого и черного. Некоторые нефти при дневном освещении имеют зеленоватый и синеватый оттенки.

8. Люминесценция – холодное свечение веществ под действием различных факторов. Различают флюоресценцию и фосфоресценцию. Флюоресценцией называют свечение веществ непосредственно после прекращения возбуждения в течение не более 10-7 сек. Если вещество продолжает светиться более длительное время, то говорят о фосфоресценции. В ультрафиолетовых лучах легкие нефти флюоресцируют интенсивно голубым цветом, тяжелые – желто-бурым и бурым цветами.

9. Электропроводимость. Нефти являются диэлектриками, т.е. не проводят электрический ток.

10. Оптическая активность. Нефти способны слабо вращать плоскость поляризации светового луча. Величина угла оптического вращения уменьшается с уменьшением возраста нефтей.

11. Молекулярный вес. Молекулярный вес сырой нефти колеблется в пределах 240-290. Наиболее тяжелые фракции нефтей – смолы и асфальтены имеют высокий молекулярный вес – 700-2000.

12. Коэффициент теплового расширения нефти характеризует ее способность увеличивать объем при нагревании. Зависит от состава нефти.

13. Давление насыщения. В природных условиях нефти не всегда полностью насыщены газом. Давление (при постоянной температуре), при котором из нефти начинает выделяться растворенный в ней газ в свободную фазу, называется давлением насыщения.

14. Обратная (ретроградная) растворимость – растворимость нефтей в газах. В области повышенных давлений при достаточно большем объеме газовой фазы жидкие углеводороды растворяются в газе, переходя в парообразное состояние. Образуется газоконденсатная смесь (залежь). Нефть меньше всего растворяется в метане. Добавка к метану более тяжелых газообразных углеводородов увеличивает его растворяющую способность. С повышением давления при постоянной температуре и с повышением температуры при постоянном давлении растворимость жидких углеводородов в газах увеличивается. Она падает с повышением молекулярного веса углеводородов. Хуже всего растворяются смолы и асфальтены. Если понизить давление в пласте, то конденсат выделится в свободную фазу. Количество растворенной в газе нефти называется конденсатным фактором. Конденсатный фактор газов возрастает с глубиной, по мере увеличения давления. На глубине 3 км он составляет 200-250 см3/м3, на глубине 4 км 400-450 см3/м3.

2. Классификация нефтей

 В природе наблюдается огромное разнообразие нефтей и газов. Классификация их производится по каждому признаку (свойству) отдельно и на количественной основе. По этим признакам выделяются марки нефтей.

1. По химическому составу  различаются три класса нефтей:

• Метановые, нафтен-метановые

• Нафтеновые,метан-нафтеновые

• Нафтен-ароматические.

К первой группе относятся нефти, добываемые в Волго-Уральской провинции, в Западной Сибири, Чечено-Ингушетии, Дагестане, Западной Украине и др. Нефти второй группы добываются в Западно-Предкавказской провинции (Кубань), в Апшерон-Нижнекуринской провинции (Баку), в Туркмении, на Эмбе, на Сахалине. Нефти третьего типа встречаются редко: на Кубани, Эмбе, Ухте и др.

2. По содержанию серы  различаются нефти трех типов:

I. малосернистые (S<0,5%)

II. сернистые (S - 0,5 – 2%)

III. высокосернистые (S>2,0%)

3. По содержанию легких  фракций (выкипающих при температуре  до 350 С) выделяются три типа нефтей

Т1>45%

Т2- 30 – 45%

Т3<30%

4. По содержанию базовых  масел выделяются четыре класса  нефтей:

М1>25%

М2- 20 – 25%

М3- 15 – 20%

М4<15%

5. По содержанию парафина  различаются нефти трех типов:

П1 – малопарафиновые (<1,5%)

П2 –парафиновые (1,5 – 6%)

П3 – высокопарафиновые (>6%)

6. По степени вязкости  выделяются три типа нефтей:

И1– 1–5мПа×с

И2- 5-25мПа×с

И3>25мПа×с

7. По удельному весу  различаются нефти пяти классов:

1. очень легкие – 700 – 750 кг/м3

2. легкие – 750 – 830 кг/м3

3. нормальные – 830 – 860 кг/м3

4. тяжелые – 860 – 900 кг/м3

5. очень тяжелые – 900 – 1000 кг/м3

По этим признакам составляется шифр нефти. Например IТ2М3И1П3 – нефть малосернистая, со средним содержанием легких фракций, малосмолистая, маловязкая, высоко-парафинистая. Такую характеристику имеет нефть Жетыбайского месторождения (п-ов Мангышлак). В России особо легкие нефти добываются в Калининградской, Саратовской, Новосибирской областях, на Северном Кавказе, в Эвенкии (Восточная Сибирь). Наиболее тяжелые нефти добываются в Пезенской, Ульяновской областях, в Удмуртии, Краснодарском крае. Тяжелые нефти извлекаются на севере Волго-Уральской провинции, в Астраханской, Сахалинской областях. В остальных районах добывается нормальная нефть плотностью 830 – 870 кг/м3.

Малосернистые (S<0,6%) нефти добываются на юге Волго-Уральской провинции, на Северном Кавказе, в Калининградской, Новосибирской областях, сернистые – в Среднеобской области Западной Сибири. Высокосернистые (S>1,8%) нефти извлекаются в Центральных и Северных частях Волго-Уральской провинции, на юге Тюменской области.

Конденсаты представляют легкую нефть светлого, желтого, оранжевого цветов. Это – готовое топливо для машин и ценнейшее химическое сырье. Выход бензиновой фракции из них составляет 44-85%. Плотность их колеблется от 698 до 840 кг/м3. Вязкость низкая – от 0,5 до 1,5 мПа·с. Химический состав их: преобладают алканы – 55-70%, содержание нафтенов – 20-30%, аренов – 8-20%. В природных (пластовых) условиях конденсат находится в растворенном в газе (парообразном) состоянии, выделяется в свободную фазу в виде жидкости при снижении давления, например, при разработке газоконденсатных месторождений и залежей.