Загальні відомості про нафту і технологію її переробки основний склад нафти

Нафта за зовнішніми ознаками являє собою маслянисту рідину з характерним запахом, темного кольору (іноді можуть бути “світлі” нафти), за хімічним складом – дуже складну природну суміш різних сполук. В залежності від складу густина нафти коливається в широкому діапазоні: від 810 до 986 кг/м³. Бувають також нафти легкі і важкі. Елементарний хімічний склад нафти різних родовищ не однаковий. Основними елементами нафти є вуглець (83…87%), водень (12…14%), а також кисень (0,1…0,3%), сірка (від 0,01 до 5%), азот (0,02…1,7). Склад нафти деяких родовищ наведений в таблиці.

Для переробки нафти на паливно-мастильні матеріали для автотракторної, дорожньо-будівельної, сільськогосподарської та іншої техніки за якістю одержуваних продуктів та технологією переробки краще ті, які містять малу кількість сірки. Сумарний вміст сірки, азоту та кисню в малосірчистих нафтах складає менше 1%, в високосірчистих – іноді досягає 5% і більше.

За груповим хімічним складом нафта являє собою складну суміш вуглеводнів, сірчаних, кисневих та азотних сполук. У складі нафти є три групи вуглеводнів: парафінові, нафтенові та ароматичні, в нафтопродуктах можуть бути ненасичені вуглеводні, які з’являються в процесі переробки нафти чи нафтопродуктів.

Парафінові вуглеводні (загальна формула С_nН_2n+2) з вмістом атомів вуглецю від 1 до 4 за нормальних умов є газоподібні, від 5 до 16 – рідкі, більше 16 – тверді речовини. Починаючи з бутану, вуглеводні, що мають однакову молекулярну масу і кількість вуглецевих і водневих атомів в молекулі, можуть мати різні структурні формули. Вуглеводні з ланцюговою структурою називаються нормальними і позначаються літерою “н.”, з розгалуженою – ізомерами і позначаються префіксом “ізо-“. Фізичні та хімічні властивості вуглеводнів нормальної та розгалуженої структури не однакові. Чим складніше молекула, більше її молекулярна вага, тим більше ізомерів має речовина. Так, октан С₈Н₁₈ має 17 ізомерів, тетрадекан С₁₄Н₃₀ - 2835 ізомерів.

Парафінові вуглеводні мають саму високу масову теплоту згоряння з усіх класів вуглеводнів, бо вони містять саму велику кількість водневих атомів. За нормальних умов парафінові вуглеводні хімічно стабільні, тому палива і оливи, які містять велику кількість парафінових вуглеводнів, стабільні при зберіганні. При високих температурах стійкість до окислення киснем повітря у нормальних і ізопарафінових вуглеводнів різна: стійкішими є ізопарафінові вуглеводні і чим більше розгалужена їх молекула, тим більша стійкість до окислення при високих температурах. Тому н.парафінові вуглеводні як менш стійкі до окислення при високих температурах є небажаними компонентами бензинів, бо мають погані антидетонаційні властивості, тобто низькі октанові числа. Так, октанове число н.пентану становить 61,9; н.гексану – 26,0; н.гептану – 0,0; н.октану – мінус 20 за моторним методом. Високі октанові числа мають газові вуглеводні, котрі використовуються як паливо для газобалонних автомобілів.

В дизельних паливах н.парафінові вуглеводні покращують самозаймання робочої суміші, тобто покращують цетанові числа (див.розділ 3.3). Так, цетанові числа для н.парафінових вуглеводнів складають: для н.октану – 63,8; н.декану – 76,9; н.тетрадекану – 96,1; н.гексадекану – 100; н.октадекану – 102,6. Але поряд з високими цетановими числами н.парафінові вуглеводні мають великий недолік: вони погіршують низькотемпературні властивості палив. Так, нормальний н.гексадекан має температуру плавлення + 18,15⁰С, н.октадекан - +28,18⁰С.

В оливних фракціях н.парафінові вуглеводні покращують в’язкісно-температурні властивості (оцінюються індексом в’язкості), але погіршують низькотемпературні показники.

Ізопарафінові вуглеводні мають більш високі октанові числа порівняно з н.парафіновими однакової маси, наприклад, октанові числа для C₆Н₁₄ і С₇Н₁₆ різної будови становлять: для н.гексану – 26,0 і 2,3-диметилбутану – 94,3; а для н.гептану – 0,0 і 2,3-диметилпентану – 88,5. З ускладненням розгалуженності молекули октанове число вуглеводнів підвищується. Ізопарафінові вуглеводні мають цетанові числа менші порівняно з н.парафіновими вуглеводнями однакової маси, але вони покращують низькотемпературні властивості порівняно з н.парафіновими вуглеводнями.

Нафтенові вуглеводні (загальна формула С_nН_2n) є похідними циклопентану і циклогексану. Майже всі нафтенові вуглеводні мають бокові ланцюги. Вуглеводні, до складу яких входять декілька нафтенових кілець, називаються поліциклічними.

Нафтенові вуглеводні мають меншу теплоту згоряння порівняно з парафіновими, тому що містять меншу кількість водню в молекулі. Вони мають більш високі октанові числа порівняно з н.парафіновими, наприклад, октанові числа для н.гексану і циклогексану становлять 26,0 і 77,2 відповідно. Тому вони в бензині є більш бажаними компонентами ніж н.парафінові вуглеводні.

Цетанові числа нафтенових вуглеводнів нижчі порівняно з цетановими числами н.парафінових вуглеводнів, наприклад, цетанові числа для н.гептану і метилциклогексану становлять 56,3 і 20,0, для н.гексадекану (н.цетану) і н.гексилциклогексану – 100,0 і 35,0 відповідно. Але більш низькі температури плавлення нафтенових вуглеводнів порівняно з н.парафіновими роблять їх цінними компонентами дизельних палив .

В оливних фракціях нафтенові вуглеводні підвищують в’язкість, а з довгими боковими ланцюгами – індекс в’язкості (див. розділ 5.2.1.).