10.3 Рідке та газоподібне паливо.

Нафта - в'язка, масляниста рідина з характерним запахом звичайно чорного або темно-бурого кольору. У воді практично не розчиняється, але може утворювати стійкі емульсії. Нафту, щільність якої до 900кг/м³ називають легкою (бензиновою), а більше за 900 кг/м³ - важкою. За хімічним складом нафта являє собою складну суміш вуглеводів з домішками сполук сірки та азоту, кисню, води і мінеральних речовин.

Розрізняють склади нафти:

Елементний - у % по масі становить: 83...87%С, l2...14%H, 0,01...3,0%N, 0,1 –2,0 О₂, 0,03...1,7%S;

Груповий - залежить від вмісту вуглеводів: алкани (парафінові вуглеводи) - до 70%; циклани (нафтенові вуглеводи) - 75%; арени (ароматичні вуглеводи) - до 35%; а також алкени та алкадієни.

Фракційний — визначається розділенням нафти при різних температурах кипіння її складових. Фракція нафти - її частина (група вуглеводів) яка википає в певному інтервалі температур.

Сума фракцій, що википають при температурі до +350⁰С називають світлими нафтопродуктами. Залишок атмосферної (первинної) перегонки нафти, що википає після +350⁰C називають мазутом. Шляхом вакуумної перегонки з мазуту виділяють оливні фракції (масляні дистиляти), що википають при температурі +350...+500°С. Усі фракції, що википають після +350°С, називають темними нафтопродуктами. Залишок після вакуумної перегонки мазуту називають гудроном.

Нафту класифікують за певними ознаками (Рис. 10.3.)

К лас	Вміст сірки,%		Тип	Вихід паливних фракцій		Група	Вихід масляних дистилятів, %
І – мало сіркова ІІ – сіркова ІІІ - високосіркова	<5 0,51...2,0 >2,0		Т1 Т2 Т3	>55 45…54,9 <45		М1 М2 М3 М4	25 15...25 15...25 <15

Рисунок 10.3. Класифікація нафти.

Кожній нафті за наведеною класифікацією присвоюють шифр відповідно до її характеристики. Маючи шифр будь-якої нафти, можна зробити висновок про її склад і характеристику. Наприклад, шифр туймазинської нафти:

II T2 M2 I3 П2

За вмістом сірки За вмістом парафіну

За виходом паливних фракцій Індекс в’язкості

За виходом масляних дистилятів

10.3.1 Продукти переробки нафти.

З нафти отримують (Рис. 10.4) паливо, мастила та інші речовини які є сировинною для хімічної та інший галузей промисловості. Нафтопродукти отримують шляхом переробки сирої нафти, газоконденсатної та хімічної сировини. Переробку нафти поділяють на первину та вторинну (Рис. 10.5)

Нафта

Рисунок 10.4 Найважливіші продукти отримувані з нафти.

Всі нафтопродукти за ISO 8681 поділяють на класи:

F – палива;

S – розчинники і сировина для хімічної промисловості;

L – змащувальні матеріали, індустріальні масла і подібні продукти;

W – парафіни;

B – бітуми.

Нафтові палива (клас F) умовно поділяють на:

• дистилятні: бензини автомобільні та авіаційні, дизельне паливо для високо оборотних поршневих двигунів, реактивне, газотурбінне, побутове паливо;

• залишкові: важкі палива для низько- та середньооборотних морських дизелів, котельних установок тощо.

За призначенням нафтові палива поділяють на групи і підгрупи (Табл. 10.10)

Таблиця 10.10

Класифікація палива за призначенням

Група	Підгрупа	Марка
Бензини	Авіаційний Автомобільний	Б А
Газотурбінні	Реактивне Для судових і стаціонарних енергетичних установок (судове)	Р Г
Дизельні	Для високооборотних дизелів (дистиляне) Для низько- та середньооборотних дизелів (суміш)	Д ДТ
Мазути	Флотський Топочний Мартенівський	Ф М МП
Побутові	Пічне Керосин (ГОСТ 4.25-83)	П К

Нафтові палива (клас F) за поділяють на групи:

G – газоподібні палива нафтового походження, які складаються переважно з метану та (або) етилену;

L – зріджені газоподібні палива нафтового походження, що складаються переважно з пропану, пропену та (або) бутану і бутену;

D – дистилятні палива нафтового походження за виключенням зріджених нафтових газів і палив (бензин, гас, газойль, дизельне паливо). Важкі дистиляти можуть містити невелику кількість залишкових фракцій;

R – залишкові палива. Нафтові палива, що містять залишкові фракції процесу перегонки;

C – нафтові кокси та тверді палива, що складаються переважно з вуглецю.

Первинну переробку починають з підготовчих операцій:

зневоджування –видалення води відстоюванням у резервуарах;

знесолювання— видалення розчинених газів відстоюванням у резервуарах при пониженому тиску;

деемальгування - руйнування стійкої емульсії нафти і бурової води.

Первинна обробка (дистиляція) базується на фізичних процесах розділення на фракції за рахунок різної температури кипіння. Дисти­люють нафту запобігаючи розкладанню (руйнуванню структури вуглеводів. При збільшенні молекулярної маси змінюється фізичний стан вуглеводів:

газоподібні - містять у молекулі до чотирьох атомів вуглецю (від СН₄ до С₄H₁₀);

рідкі - містять у молекулі від 5 до 17 атомів вуглецю;

тверді - містять у молекулі більше 17 атомів вуглецю (парафін, церезін).

Первинну переробку здійснюють під тиском близьким до атмосферного. Отримують такі дистиляти (фракції)(табл. 10.11)

Таблиця 10.11

Фракції первинної переробки

Дистилят	Температура кипіння,0С	Дистилят	Температура кипіння,0С
Легкий бензиновий (ефір петролейний)	30…90	Гасовий	200…300
Бензиновий	40…170	Газойлевий	250…350
Лігроїновий	160…200	Соляровий	300…400
		Залишок мазут

Дистиляцією, отримують незначну кількість бензину (до 20% від кількості перероблювальної нафти) низької якості. Якщо в мазуті міститься більше 1% сірки, то його використовують як енергетичне паливо. Більш якісний мазут дистилюють для отримання мастильних фракцій, або використовують як сировину для вторинної переробки. Для отримання мастильних фракцій використовують понижений тиск (0,08...0,09 МПа) і виробляють соляровий, веретенний, машинний та циліндровий дистиляти. Залишок – гудрон, який використовують у будівництві, або як сировину для вторинної переробки.

Вторинна (деструктивна) переробка базується на термохімічних процесах розщеплення молекул важких вуглеводів з метою отримання, головним чином, моторного палива. Найбільш поширенні такі методи:

Крекінг (англ: “cracking” від "crack" - розщеплювати) буває термічним і каталітичним. Термічний крекінг проводять за температури 470...540°С і тиску до 7МПа. Технологічна система термічного крекінгу нафтопродуктів залежить від виду сировини. Крім бензину отримують крекінг-залишки (використовують на теплових електростанціях і в промислових печах) та крекінг- газ (використовують для синтезу полімерів, різних органічних сполук і високооктанового бензину). Каталітичний крекінг дозволяє понизити температуру до 450...520°С і тиск до 0,2...0,3МПа та підвищити вихід і якість бензинів.

Піроліз проводять за температури 700...1000°С і тиску, близькому до атмосферного для отримання ароматичних вуглеводів і газів. Гази піролізу – сировина для виробництва продукції органічного синтезу (етиловий і метиловий спирт, барвники, лікарські препарати, синтетичні волокна, каучук тощо).

Синтез вуглеводів перетворює гази крекінгу в рідину.

Гідрогенізація. Переробляють середні і важкі нафтові фракції з великим вмістом сірчанистих і смолистих сполук.

Коксування полягає у розкладанні нафтових залишків (мазуту, гудрону, крекінг-залишку) при нагріванні без доступу повітря. Отримують рідке пальне і кокс, який згоряє без твердого залишку. Отриманий кокс використовують для виробництва електродів для електропечей, у ядерній енергетиці тощо.

Товарні нафтопродукти відрізняються один від одного хімічним та фракційним складом, властивостями та сферами застосування. Їх поділяють на групи:

1. Нафтові палива;

2. Нафтові оливи;

3. Пластичні мастила;

4. Парафіни, церезини, вазеліни;

5. Нафтові бітуми;

6. Технічний вуглець (сажа);

7. Нафтовий кокс;

8. Присадки до палив та олив;

9. Розчинники та ароматичні вуглеводи;

10. Інші нафтопродукти.

Отриманні нафтопродукти потребують очистки від домішок, які впливають на стабільність властивостей. Використовують хімічні та фізико хімічні методи очистки.

Хімічна очистка нафтопродуктів буває:

Кислотною. Масляні дистиляти обробляють концентрованою сірчаною кислотою, яка розчиняє смоли і певні сполуки.

Лужною. Масляні дистиляти обробляють лугом (NaOH) для видалення органічних кислот, сполук сірки та залишків сірчаної кислоти після кислотної очистки.

Селективною. Полягає в обробці нафтопродуктів певним розчинником який, не змішуючись з конкретним дистилятом, розчиняє смоли та кислі сполуки.

Фізико-хімічна очистка нафтопродуктів буває:

Контактною. Нафтопродукт обробляють вибілюючою глиною яка поглинає (сорбує) смоли.

Гідрочисткою. Дизельне паливо обробляють воднем при підвищеній температурі і тиску в присутності каталізаторів для видалення сполук сірки.

За міжнародною класифікацією (ISO8216/0-86) маркування палива літерно-цифрове шестиелементне:

• перший елемент: статус документа (абревіатура ISO);

• другий елемент: клас товару (для палива – F);

• третій елемент: група палив;

• четвертий, п’ятий та шостий елементи: властивості палива (для морського транспорту, максимальна в’язкість тощо).