2) Состав нефти. Фракционный состав нефти. Качественные характеристики нефтей.

2.1) Состав нефти. Фракционный состав нефти.

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. Соединения, испаряющиеся в заданном промежутке температуры, называются фракциями, а температуры начала и конца кипения - границами кипения фракции или пределами выкипания. Таким образом, фракционирование - это разделение сложной смеси компонентов на более простые смеси или отдельные составляющие.

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:

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%.

2.2) Качественные характеристики нефтей.

Качество, как сырой нефти, так и нефтепродуктов, получаемых из нее, определяется ее составом: именно он определяет направление переработки нефти и влияет на конечные продукты.

Важнейшими характеристиками сырой нефти являются: плотность, содержание серы, фракционный состав, а также вязкость и содержание воды, хлористых солей и механических примесей.

Бензины должны обладать следующими свойствами: иметь определенный фракционный состав, давление насыщенных паров, детонационные свойства и химическую стабильность, не должны коррозировать аппаратуру.

Фракционный состав характеризует температуру начала и конца кипения фракций, получаемых при разгонке бензина в интервале температур 25-200°С. Давление насыщенных паров должно быть не выше определенного предела.

Детонационные свойства - весьма важная характеристика бензинов. В цилиндр двигателя внутреннего сгорания поступает смесь паров бензина с воздухом, которая сжимается поршнем и зажигается от запальной свечи (искры). Образующиеся при горении газы двигают поршень. Чем больше степень сжатия смеси в цилиндре, тем выше коэффициент полезного действия двигателя. Величина степени сжатия ограничивается характером горения смеси в цилиндре. При запале смеси от искры образующееся пламя может распространяться в цилиндре двигателя с различной скоростью. При нормальном горении скорость распространения пламени равна 10-15 м/сек, однако, при некоторых степенях сжатия наступает детонация, при которой пламя распространяется со скоростью 1500-2500 м/сек. Появление детонации сопровождается стуком в цилиндре, перегревом, черным дымом на выхлопе и приводит к повышению расхода топлива, снижению мощности двигателя и преждевременному его износу.

Склонность бензинов к детонации характеризуется октановым числом.

Октановое число бензина определяется сравнением его поведения при сжатии в цилиндре двигателя внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия, с поведением стандартной смеси, состоящей из изооктана (2,2,4-триметилпентан) и н-гептана в этих же условиях. При этом принято считать, что изооктан (2,2,4-триметилпентан), который мало склонен к детонации, имеет октановое число -100, а н-гептан, чрезвычайно склонный к детонации - 0. Октановое число будет равно содержанию изооктана в стандартной смеси, которая детонирует при той же степени сжатия, что и испытуемый бензин. Если, например, детонационная стойкость бензина оказалась такой же, как смеси, содержащей 80% изооктана и 20% н-гептана, то его октановое число будет равным 80. Бензины, детонационная стойкость которых выше, чем у изооктана, имеют октановое число больше чем 100.

Октановые числа автомобильных бензинов около 76. Авиационные бензины для самолетов с поршневым двигателем выпускаются с октановыми числами выше 100, например, IJ^QJL

Октановое число зависит от состава топлива - его увеличивают изопарафины и ароматические соединения. Одним из средств повышения детонационной стойкости бензинов, т. е. получения высокооктановых топлив, является изомеризация и ароматизация содержащихся в них углеводородов.

Высокооктановые топлива, могут быть получены также составлением смесей из так называемого базового бензина, бензина прямой гонки или крекинга, с высокооктановыми компонентами - изооктаном, изопентаном, этилбензолом, изопропилбензолом и другими. Для увеличения октанового числа к бензинам можно также добавлять так называемые антидетонаторы, из которых получил распространение тетраэтилсвинец - Pb(C₂H₅)₄, применяемый в смеси с бромистым этилом и монохлорнафталином (этиловая жидкость). Введение на 1 кг бензина 4 л этиловой жидкости, например, повышает октановое число бензина от 70 до 89. Этиловая жидкость ядовита и работа с ней, а также с этилированными бензинами, требует осторожности.

Химическая стабильность - склонность бензинов к смолообразованию, изменению химического состава при его хранении и при работе двигателей внутреннего сгорания. Химическая стабильность определяется составом топлива и снижается в присутствии олефинов и диолефинов.

Коррозийное действие бензина увеличивается с повышением содержания в них серы и увеличением кислотности.

Тракторное топливо, в основном керосин, характеризуется, в общем, теми же показателями, что моторные бензины. Октановое число керосина должно быть не менее 40.

Дизельное топливо - керосин, газойль, соляровый дистиллат - используется для поршневых двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Экономичность работы дизельных двигателей зависит от фракционного состава и цетанового числа дизельного топлива. Фракционный состав дизельного топлива должен быть таков, чтобы оно представляло собою довольно узкую фракцию, выкипающую в среднем в пределах 200-350 °С. Цетановое число характеризует способность топлива давать воспламенение в цилиндре двигателя; чем оно выше, тем лучше топливо. Цетановое число определяется сравнением поведения дизельного топлива при использовании его в двигателе с поведением эталонной смеси цетана (С₁₆Н₃₄), Цетановое число которого принято за 100, с аметилнафталином (С₁₀Н₇СН₃) - цетановое число принято за 0.

Котельное топливо - мазут и другие нефтяные остатки. Мазут, если он не используется для получения смазочных масел или для получения бензина и других моторных топлив, сжигается в топках котлов паровозов, пароходов, тепловых электростанций, а также промышленных печах.

По условиям работы реактивного самолета, развивающего большую скорость при значительной высоте полета, реактивное топливо должно обладать максимальной теплотворностью на единицу объема, иметь плотность в пределах 0,75-0,85, сгорание его должно быть быстрым и полным, топливо должно иметь низкую температуру застывания порядка - 60°С, быть стабильным при хранении.

К газообразным нефтяным топливам относятся попутные газы и газы, получаемые при переработке нефти и нефтепродуктов. Смазочные масла по областям применения можно разделить на следующие группы: 1) индустриальные - веретенное машинное и др., 2) для двигателей внутреннего сгорания - автотракторное (автолы), авиационные масла и др., 3) трансмиссионные, 4) турбинные, 5) компрессорные, 6) для паровых машин - цилиндровые, 7) масла специального назначения.

Качество масел характеризуется смазывающей способностью, вязкостью, температурами застывания и вспышки, плотностью, содержанием воды, кислотностью, коксуемостью, зольностью, стабильностью.