Физико-химические свойства нефти и её фракций

В основе методов переработки нефти и газа и применения товарных нефтепродуктов в различных областях народного хозяйства лежат физико-химические процессы. Управление этими процессами требует глубокого знания физических и физико-химических свойств газа, нефти, нефтяных фракций, составляющих их углеводородов и других органических соединений нефтяного сырья. Одни из констант, характеризующих эти свойства, входят в формулы для расчетов нефтезаводской аппаратуры, другие используются для контроля производства, третьи прямо или косвенно отражают эксплуатационные свойства нефтепродуктов, являясь, таким образом, условными показателями их качества. Ниже рассмотрены основные показатели физико-химических свойств нефти и нефтепродуктов.   
 
    Физико-химические свойства нефтей и составляющих их фракцийоказывают влияние на выбор ассортимента и технологию получениянефтепродуктов. При определении направления переработки нефти стремятся по возможности максимально полезно использовать индивидуальныеприродные особенности нх химического состава.  
 
 
     Физико-химические свойства нефтей, их элементарный состав, углеводородный состав газов, растворенных в нефтях, потенциальное содержание фракций, выкипающих от н. к. до 450—500 °С, качество товарных  и нефтяных продуктов или их компонентов, приведена характеристика дистиллятов, которые могут служить сырьем для каталитического риформинга и каталитического крекинга, и остатков как сырья для термоконтактного крекингаили коксования.  
 
    Рассмотренные выше свойства нефтей являются основными. Число физико-химических характеристик нефтей значительно больше, что вызвано необходимостью разностороннего их описания, связанной со сложными проблемами добычи, транспортировки, переработки и применения нефтей и нефтепродуктов. Все многообразие свойств нефтей и их фракций в конечном счете является отражением структуры молекул компонентов нефтей, ихсложного взаимодействия между собой и внешней средой. Эти признаки могут служить основанием для классификации физико-химических свойств нефтяных фракций.  
    В настоящее время работы, посвященные изучению физико-химических свойств нефтей и фракций, в основном направлены на выявление, расширение и уточнение взаимных связей их параметров.  
    Физико-химические свойства нефти — удельный вес, содержание смол, асфальтенов, газов, бензиновых фракций, вязкость и давление насыщения — изменяются в пределах одной залежи по мощности и по простиранию пласта.    
    В нефтях действующих скважин определяли содержание фракций, выкипающих до ЗООС асфальтенов смол силикагелевых парафина икарбоновых кислот. Таким образом, оценивали концентрации компонентов, изменение которых в составе нефти могло в той или иной степени повлиять навеличины показателей физико-химических свойств нефти. 
    Основное различие между ароматической частью туймазинских и бакинских масел заключается в количестве и физико-химических свойствах третьей фракции. В то время как в масле МК-22 и МС-20 из бакинских нефтей имеется 10—11% ароматических углеводородов с выше 1,53, в туймазинских маслах средней и наибольшей глубины очистки (см. табл. 4, образец 2 и 3) их содержится 5,4—3,9% и только в образце 1, очищенном всего только 200% фенола, количество их достигает 8,4%. 
    Физико-химические свойства дистиллятных фракций нефтей. 
 
    Товарные качества нефтей и нефтяных фракций характеризуются помимо фракционного и химического составов также многими показателями их физико-химических свойств. Некоторые из них входят в ГОСТы на товарные нефтепродукты, косвенно или непосредственно характеризуя их эксплуатационные свойства. Другие показатели используются для лабораторного контроля и автоматического регулирования технологических процессов нефтепереработки. Значения показателей физико-химических свойств нефтей и их фракций необходимы для расчета нефтезаводской аппаратуры.  
 
    Рассмотрены физико-химические свойства нефти и ее фракций, методы разделения смесей и характеристика получаемых из них товарных продуктов.  
 
    Большое место уделено физико-химическим свойствам нефти и ее фракций, являющихся базовой характеристикой как исходной нефти, так и продуктов ее переработки. Кратко описаны методы их экспериментального и расчетного определения, характер взаимозависимостей, потребительское значение.  
 
 3. Физико-химические свойства нефти и ее фракций 

Физико-химические свойства нефтей и их фракций являются функцией их химического состава и структуры отдельных компонентов, а также их сложного внутреннего строения, обусловленного силами межмолекулярного взаимодействия. Поскольку нефть и ее фракции состоят из большого числа разнообразных по химической природе веществ, различающихся количественно и качественно, свойства нефтепродуктов представляют собой усредненные характеристики, и показатели их непостоянны как для различных нефтей и фракций, так и для одинаковых фракций из разных нефтей.   
    Большое промышленное значение карбамидное комплексо-образование нефти имеет в производстве топлив и масел. В связи с достаточной осведомленностью работников науки и производства с теми преимуществ вами, которые дает переработка обеспарафиненной нефти, конкретные примеры промышленного использования компонентов, не образующих комплекс, т. е. депарафинированной нефти и нами не приводятся.   
    Основные физико-химические свойства бензиновых фракций долинскойнефти 
    Изучение физических и физико-химических свойств нефти, нефтепродуктов и углеводородов имеет очень большое значение для всех разделов науки о нефти. В химии нефти определение таких свойств, как удельный все, молекулярный вес, показатель преломления, удельная рефракция, критические температуры растворения и другие позволяет установить химический состав отдельных фракций нефти. Многие физические свойства характеризуют и нефть в целом.  
    Исследование физико-химических свойств нефтей, стандартных бензиновых и керосино-газойлевых фракций 
    Для современных промышленных установок, перерабатывающих типовые восточные нефти, рекомендуются следующие фракции, из которых составляются материальные балансы переработки бензин 62—140°С (180°С), керосин 140 (180)-240°С, дизельные топлива 240—350 °С, вакуумные дистилляты 350—490 °С (500 °С), тяжелый остаток — гудрон >490(500 °С). Нефти сильно различаются по фракционному составу. Некоторые нефти богаты содержанием компонентов светлых, и количество в них фракций, выкипающих до 350 °С, достигает 60—70 вес. %. Фракционный состав нефтей играет важную роль при составлении и разработке технологической схемы процесса, расчете ректификационной системы и отдельных аппаратов установки. Температуры выкипания отдельных фракций зависят от физико-химических свойств, нефти. Последние учитываются при разработке и выборе схем первичной переработки, аппаратурном и материальном оформлении установки. Так, при переработке нефтей, содержащих серу, требуются дополнительные процессы гидроочистки для обессеривания нефтепродуктов, а для парафинистых нефтей —депарафинизационные установки по обеспарафиниванию фракций, особенно керосино-газойлевых. Для проектирования новых установок необходимо разработать соответствующий регламент и получить нужные рекомендации.  
    Недостатком такой классификации является ограниченность, так как она основана только на характеристике группового состава фракций, выкипающих до 250° С. Более глубокое изучение химического состава нефтей было проведено в ГрозНИИ . Исследования показали, что физико-химические свойства нефтей и нефтепродуктов зависят от относительного содерн<ания в них не только алкановых и циклановых, т о и ароматических yi-леводородов. Наэтой основе в ГрозНИИ была разработана так называемая научная классификация нефтей. По этой классификации намечались следующие шесть типов нефтей 1) метановый (южноискин-ская Эмбенского района, пенсильванская в США) 2) нафтеновый 
    Нагнетаемые в пласт газы могут взаимодействовать как с породой, так и снекоторыми компонентами нефти. В результате этого взаимодействияпроисходит ряд физико-химических изменений, приводящих не только кувеличению нефтеотдачи, но и к изменению свойств жидкой и газовой фаз нефти. При исследовании изменения физико-химических свойств нефтей инефтяных фракций под воздействием двуокиси углерода, проведенном в Башкирском государственном университете Л. И. Мирсояповой, было замечено, что растворение в нефти углекислого газа сопровождается десорбцией углеводородов от метана до гексана с высокомолекулярных компонентов нефти.  
    Физико-химические свойства узких фракций среднего образца нефти района Заманкул.   
    К физико-химическим свойствам нефти, ее фракций и конечных нефтепродуктов относится комплекс показателей, характе-рйзующих ихфизические свойства и их связь с химическим составом, а также химмотологические свойства, т. е. свойства, определяющие поведение нефтепродукта при использовании его потребителем.  
    В результате обработки нефти карбамидом изменялись в сторону понижения как температура застьтания фракций, так и температура размягчения остатка. З действие карбамидного комплексо образования на физико-химические свойства нефти, ее фракций и остатков достигает большой глубины.

Для выработки новых смазочных материалов — закалочных масе, смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) на масляной основе,интерес представляют масляные фракции. После обработки карбамидом исследуемых нефтей получены масляные фракции, удовлетворяющие требованиям по температуре застьшания. Обработка высокопарафинистых нефтей с целью использования их фракций для специальных масел и масляных СОЖ осуществляется при массовом соотношении нефть карбамид = 1 0,5. Ниже приведены физико-химические свойства масляных фракций и сделано сопоставление их с техническими требованиями, предъявляемыми к базовымосновам новых смазочных материалов.

     Физико-химические свойства нефтей и их фракций являются функцией их химического состава н структуры отдельных компонентов, з твкже их сложноговнутреннего строения, обусловленного силами межмолеку-лярного взаимодействия.  
    Физические свойства деароматизированной керосиновой фракциианастасьевской нефти приводим ниже Пд— 1,4534, df — 0,8275, анилиновая точка — 76,1°, температура кипения 223—28Г. Физические свойства продуктовразделения этой vppaкции тиомочевиной представлены в табл. 15, 16, там жеданы физико-химические свойства узких фракций термо-диффузиэнного разделения (ТА) и (Ф).  
    По физико-химическим свойствам нефти аптсеноманских отлон ений характеризуются высокой плотностью, высокой молекулярной массой, отсутствием легких фракций, малым содержанием серы и асфальтено-смолистых веществ. В них полностью отсутствуют к-алканы и изонреноиды. Существуют две точки зрения о генезисе этих нефтей.  
    По основным физико-химическим свойствам нефть Северо-Бузачинского месторождения (скв. 175) относится также к группе тяжелых нефтей (плотность ее при 20°С равна 921,2—921,7 кг/м) с большим содержаниемасфальтосмолистых компонентов и малым выходом бензиновых фракций. Смол силикагелевых в ней содержится 20%, асфальтенов — 2,85%. Выход коксасоставляет 6,4%, фракций, выкипающих до 200°С, — 3,75%,а до 300°С. 
    Физико-химические свойства нефтей, узких фракций и нефтепродуктовопределяли стандартными методами в соответствии с действующими ГОСТами или негостированными методиками (молекулярный вес, содержание парафина, смол силикагелевых, асфальтенов), ссылка на которые имеется в программах исследования. 
    Выявлено сходство физико-химических свойств нефтей, добываемых в районе Урала, Поволжья, Западной Сибири, и их составляющих, что позволило получить простые и однозначные математические зависимости междумолекулярной массой и каким-либо сщним физическим свойствомфракции.  
    Физико-химические свойства масляных фракций 300—350° и 500— 550° изнефтей различных горизонтов далеко не одинаковы. Как показано на рис. 5 и 9, они изменяются, подчиняясь общей закономерности, свидетельствующей об облегчении состава этих фракций с увеличением глубины залегания самих нефтей. Таким образом, удельный вес масляных фракций постепенно снин ается от нефтей карбона к нефтям девоиа, анилиновые же точки их постепенно повышаются от нефтей карбона к нефтям I горизонта девона и далее к нефтям III горизонта. Также изменяется температура застывания масляных фракций.Вязкостно-весовые константы фракций понижаются от пефтей карбона к нефтям девона.

Список литературы

1. Берлин М.А., Горечейков  В.Г., Волков Н.П. Переработка нефтяных  и природных газов. - М.: Химия, 1981.

2. В.Г., Волков Н.П. Переработка  нефтяных и природных газов. - М.: Химия, 1981.

3. Гальперин Н.И. Основные  процессы и аппараты химической  технологии, кн.2 - М.: Нефтехимия, 1981.

4. Ентус H.Р., Шарихин В.В. Трубчатые  печи в нефтеперерабатывающей  и нефтехимической промышленности. - M.: Нефтегаз, 1987.

5. Касаткин А.Г., Основные  процессы и аппараты химической  технологии, 8 изд. - М.: Нефтехимия, 1971.

6. Клименко А.П. Сжиженные  углеводородные газы, 3 изд. - М.: Нефтехимия, 1974.

7. Коуль А.Л., Ризенфельд  Ф.С. Очистка газа, пер. с англ., 2 изд. - М.: Химия, 1968.

8. Орехов И.И., Обрезков  В.Д. Холод в процессах химической  технологии. - Л.: Наука и труд, 1980.

9. Ольков П.Л., Маджам М.Т., Азнабаев Ш.Т. и др. Физико-химические свойстваузких фракций твердых углеводородов туймазинской нефти // Башкирский химический журнал.- 1999.