Нефть

Нефть - это природная  горючая маслянистая жидкость, распространенная в осадочной оболочке Земли; важнейшее  полезное ископаемое. В состав нефти  входит смесь углеводородов самого разнообразного строения. Их молекулы представляют собой и короткие цепи атомов углерода, и длинные, и нормальные, и разветвленные, и замкнутые в кольца, и многокольчатые. Путем перегонки из нее получают различные продукты нефти: бензин, реактивное топливо, осветительный керосин, дизельное топливо, мазут".

Свойства нефти

Кроме углеводородов в состав нефти входит небольшое количество кислородных и сернистых соединений и совсем немного азотистых. Нефть и газ встречаются в земных недрах как вместе, так и раздельно. Нефть включает в себя большую и сложную группу жидких, газообразных и твердых углеводородов, т.е. соединения углерода и водорода, а также иных примесей (азот, кислород и серу).

По свойствам нефть  немного легче воды и практически  в ней не растворяется. Так как  нефть – смесь различных углеводородов, то у нее нет определенной температуры кипения. Среди определенных свойств нефти нет цвета - она варьирует от светло-коричневой, почти бесцветной, до темно-бурой, почти черной, а по свойствам плотности (от легкой 0,65-0,70 г/см3, до тяжелой 0,98-1,05 г/см3).

Различают легкую (0,65-0,87 г/см3), среднюю (0,871-0,910 г/см3) и тяжелую (0,910-1,05 г/см3) нефть. Теплота сгорания 43,7-46,2 МДж/кг (10 400-11 000 ккал/кг).

Нефть растворима в органических растворителях, в воде при обычных  условиях практически нерастворима, но может образовывать с ней стойкие эмульсии.

Состав нефти

В составе нефти выделяют углеводородную, асфальтосмолистую  и зольную составные части. Также  в составе нефти также  выделяют порфирины и серу. Углеводороды, содержащиеся в нефти, подразделяют на три основные группы: метановые, нафтеновые и ароматические. Метановые (парафиновые) углеводороды химически наиболее устойчивы, а ароматические - наименее устойчивы (в них минимальное содержание водорода). При этом ароматические углеводороды являются наиболее токсичными компонентами нефти. Асфальтосмолистая составная нефти частично растворима в бензине: растворяемая часть - это асфальтены, нерастворяемая - смолы. Интересно, что в смолах содержание кислорода достигает 93% от его общего количества в составе нефти. Порфирины - это азотистые соединения органического происхождения, они разрушаются при температуре 200-250°С. Сера присутствует в составе нефти либо в свободном состоянии, либо в виде соединений сероводородов и меркаптанов. Сера является наиболее широко распространённой коррозийной примесью, которую нужно удалять на нефтеперебатывающем заводе. Поэтому цена на нефть с высоким содержанием нефти оказывается на много ниже, чем на низкосернистую нефть.

Важнейшими характеристиками  свойств сырой нефти являются: плотность, содержание серы, фракционный состав, а также вязкость и содержание воды, хлористых солей и механических примесей. 
Плотность нефти, зависит от содержания тяжелых углеводородов, таких как парафины и смолы. Для ее выражения используется как относительная плотность нефти, выраженная в г/см3, так и плотность нефти, выраженная в единицах Американского института нефти - API, измеряемая в градусах.

Относительная плотность = масса соединения/ масса воды  
API = (141,5/ относительная плотность) - 131,5,

Нефть	Относительная плотность, г/см3	Плотность API, °API
Легкая	0,800-0,839	36°-45,4°
Средняя	0,840-0,879	29,5°-36°
Тяжелая	0,880-0,920	22,3°-29,3°
Очень тяжелая	0,880-0,920	Менее 22,3°

 

По плотности можно  ориентировочно судить об углеводородном составе сырой нефти и нефтепродуктов, поскольку ее значение для углеводородов различных групп различно. Более высокая плотность сырой нефти указывает на большее содержание ароматических углеводородов, а более низкая - на большее содержание парафиновых углеводородов. Углеводороды нафтеновой группы занимают промежуточное положение. Таким образом, величина плотности до известной степени будет характеризовать не только химический состав и происхождение продукта, но и его качество. Наиболее качественными и ценными являются легкие сорта сырой нефти (российская Siberian Light). Чем меньше плотность сырой нефти, тем легче процесс ее переработки нефти и выше качество получаемых из нее нефтепродуктов.

По содержанию серы сырую  нефть в Европе и России подразделяют на малосернистую (до 0,5%), сернистую (0,51-2%) и высокосернистую (более 2%), в США - на сладкую (до 0,5%), среднесладкую/ среднекислую (0,51-2%) и кислую (более 2%). Классификация, принятая в США, кажущаяся на первый взгляд необычной, имеет, однако, прямое отношение к вкусу. На заре добычи нефти в Пенсильвании, получаемый из нее керосин использовался в качестве лампового масла для освещения помещений. Керосин с большим содержанием серы давал отвратительный запах при сгорании, поэтому больше ценился керосин с низким содержанием серы, сладкий на вкус. Отсюда и произошла эта терминология.

Нефть является смесью нескольких тысяч химических соединений, большинство  из которых - комбинация атомов углерода и водорода - углеводороды; каждое из этих соединений характеризуется собственной  температурой кипения, что является важнейшим физическим свойством нефти, широко используемым в нефтеперерабатывающей промышленности. На каждой из стадий кипения нефти испаряются определенные соединения, этот процесс называют перегонкой нефти. Соединения, испаряющиеся в заданном промежутке температуры, называются фракциями, а температуры начала и конца кипения - границами кипения фракции или пределами выкипания. Фракции, выкипающие до 350°С, называют светлыми дистиллятами. Фракция, выкипающая выше 350°С, является остатком после отбора светлых дистиллятов и называется мазутом. Мазут и полученные из него фракции - темные. Названия фракциям присваиваются в зависимости от направления их дальнейшего использования.

Как правило, сырая нефть  содержит следующие фракции из которых  потом получаются и основные продукты нефти:

Температура кипения	Фракции
выше 430°C	Мазут
230-430°С	Газойль
160-230°С	Керосин
105-160°С	Нафта
32-105°С	Бензин
менее 32°С	Углеводородные газы

Различные нефти сильно отличаются по составу. В легкой нефти  обычно больше бензина, нафты и керосина, в тяжелых - газойля и мазута. Наиболее распространены нефти с содержанием бензина 20-30%.

Присутствие механических примесей в составе  сырой нефти объясняется условиями ее залегания и способами добычи. Механические примеси состоят из частиц песка, глины и других твердых пород, которые, оседая на поверхности воды, способствуют образованию нефтяной эмульсии. В отстойниках, резервуарах и трубах при подогреве сырой нефти часть механических примесей оседает на дне и стенках, образуя слой грязи и твердого осадка. При этом уменьшается производительность оборудования, а при отложении осадка на стенках труб уменьшается их теплопроводность. Массовая доля механических примесей до 0,005% включительно оценивается как их отсутствие.

Вязкость определяется структурой углеводородов, составляющих нефть, т.е. их природой и соотношением, она характеризует свойства распыления и перекачивания нефти и нефтепродуктов: чем ниже вязкость жидкости, тем  легче осуществлять ее транспортировку  по трубопроводам, производить ее переработку. Особенно важна эта характеристика для определения качества масленых фракций, получаемых при переработке нефти и качества стандартных смазочных масел. Чем больше вязкость нефтяных фракций, тем больше температура их выкипания.

Плотность нефтепродуктов

Плотность принадлежит  к числу наиболее распространенных показателей, определяемых для нефтепродуктов. В России стандартизированы 2 метода определения плотности: ареометрический  и пикнометрический (ГОСТ 3900-85). Сущность метода определения плотности ареометром заключается в погружении ареометра в испытуемый нефтепродукт, снятии показания по шкале ареометра при температуре определения и пересчете результатов на плотность при температуре 15о С.

Плотность нефтепродукта  принято определять при температуре 15° С и относить к плотности воды при 4° С, принятой за единицу.

Если необходимо определить плотность нефтепродукта для  установления его количества в цистерне, пробоотборник опускают до 1/з высоты цистерны от ее дна, выдерживают на этом уровне не менее 5 мин, затем извлекают его из цистерны, быстро выливают содержимое обратно в цистерну, снова опускают до того же уровня, извлекают его и определяют плотность и температуру нефтепродукта.

Дизельное топливо

Ди́зельное то́пливо — жидкий продукт, использующийся как топливо в дизельном двигателевнутреннего сгорания, а также — и в газодизелях.

Различают так называемое зимнее и летнее дизельное топливо. Основное отличие в температуре  предельной фильтруемости< и температурах помутнения и застывания указанной в стандартах на это топливо. Требования межгосударственного стандарта ГОСТ 305-82 «Топливо дизельное. Технические условия» регламентируют кинематическую вязкость при 20 °C для летних сортов в пределах 3,0÷6,0 сст, для зимних сортов 1,8÷5,0 сст, для арктических 1,5÷4,0 сст. Этот стандарт требует также отсутствия воды во всех марках топлива.

Физические свойства дизельного топлива.

Летнее дизельное топливо: Плотность: не более 860 кг/м³. Температура  вспышки: +62 °C. Температура застывания: −5 °C.

Зимнее дизельное топливо: Плотность: не более 840 кг/м³. Температура  вспышки: +40 °C. Температура застывания: −35 °C.

Арктическое дизельное  топливо: Плотность: не более 830 кг/м³. Температура  вспышки: +35 °C. Температура застывания: −50 °C.

Бензин

Бензи́н — горючая смесь лёгких углеводородов с температурой кипения от 35 до 215 °C. Плотность около 0,750 г/см³. Температура замерзания ниже −60°С.

В России применяются  следующие марки автомобильных  бензинов:

Н-80 (А-76) («нормаль»)

АИ-92 («регуляр»)

АИ-95 («премиум»)

АИ-98 («супер»)

На Российском рынке  встречаются различные по качествам  бензины, например, в соответствии с  современными экологическими требованиями ряд заводов выпускает бензины  марок АИ-92ЭК, АИ-95ЭК с повышенными  экологическими показателями.

Октановое число

Показатель по условной шкале детонационной стойкости бензинов — топлива для двигателей с искровым зажиганием. Определяется в испытательных двигателях сравнением с образцовым топливом. Испытуемое топливо сравнивают с эталонным топливом по способности вызвать детонацию в двигателях. Существуют различные методы испытания.

Широко используют моторный и исследовательский методы.

Испытания на детонационную  стойкость проводят или на полноразмерном автомобильном двигателе, или на специальных установках с одноцилиндровым  двигателем. На специальных установках с одноцилиндровым двигателем определение октанового числа принято проводить в двух режимах: более жёсткий (моторный метод) и менее жёсткий (исследовательский метод). Октановое число топлива, установленное исследовательским методом, как правило, несколько выше, чем октановое число, установленное моторным методом. Точность определения октанового числа, более правильно именуемая воспроизводимостью, составляет 0,6. Это означает, что бензин с октановым числом 93 может показать на другой установке при соблюдении всех требований метода определения октанового числа совсем другую величину, например 92,5.

Исследовательский метод  определения октанового числа

Исследовательское октановое  число (ОЧИ) определяется на одноцилиндровой  установке с переменной степенью сжатия, называемой УИТ-85, при частоте вращения коленчатого вала 600 об/мин, температуре всасываемого воздуха 52°С и угле опережения зажигания 13 град. Оно показывает, как ведёт себя бензин в режимах малых и средних нагрузок. 

Моторный метод определения  октанового числа

Моторное октановое число (ОЧМ) определяется так же на одноцилиндровой установке, при частоте вращения коленчатого вала 900 об/мин, температуре всасываемой смеси 149°С и переменном угле опережения зажигания. ОЧМ имеет более низкие значения, чем ОЧИ. ОЧМ характеризует поведение бензина на режимах больших нагрузок. Оказывает влияние на высокую скорость и детонацию при частичном дроссельном ускорении и работе двигателя под нагрузкой, движении в гору и т.д. 

 

 

 

Основные характеристики бензинов

Марка топлива	ГОСТ, ТУ	Октановое число (моторный метод)	Октановое число (исследовательский  метод)
А-76	ГОСТ 2084-77	76	Не нормируется
А-80	ТУ38.001165-87	76	80
Аи-92	ТУ38.001165-87	83	92
Аи-95	ГОСТ2084-77	85	95
Аи-98	ГОСТ2084-77	88	98