2. Элементарный состав нефти

Представляя собой жидкость более легкую, чем вода, нефть разных мест, иногда даже и соседних, различна по многим свойствам: цвету, плотности, летучести, температуре кипения. Однако любая нефть — это жидкость почти нерастворимая в воде и по элементарному составу содержащая преимущественно углеводороды с подмесью небольшого количества кислородных, сернистых, азотистых и минеральных соединений, что видно не только по элементарному составу, но и по всем свойствам углеводородов. В бакинской (апшеронской) нефти Марковников и Оглоблин нашли от 86,6 до 87,0% углерода и от 13,1 до 13,4% водорода. В пенсильванской нефти С. К. Девилль нашел 83–84% углерода, 13,7–14,7% водорода, в рангунской (в Бирме) 83,8% углерода и 12,7% водорода, в огайской Мабери нашел только 83,6–85,8% углерода и 13,05–14,6% водорода. Недостающее до 100% отвечает содержанию кислорода, серы, азота, воды и минеральных подмесей. Количество серы в некоторых сортах нефти едва составляет несколько сотых % (например, в обыкновенной зеленой бакинской нефти всего 0,06%). Азота всегда мало, обыкновенно меньше 0,2%. Минеральных подмесей (золы) еще меньше, и пока не известен ни один случай, когда количество их доходило бы до 0,1%. Поэтому за вычетом суммы всех других составных начал в сырой нефти надо принимать от 1 до 4% кислорода.

3. Фракционный состав нефти

Нефть представляет собой сложную смесь веществ — преимущественно жидких углеводородов. Разделение сложных смесей на более простые или на индивидуальные компоненты называется фракционированием. Методы, применяемые для фракционирования нефти, основаны на различии физических и химических свойств разделяемых компонентов. При исследовании и переработке нефти применяются самые разнообразные методы разделения: перегонка при атмосферном давлении под вакуумом, азеотропная и другие виды перегонок, ректификация, дегазация (физическая стабилизация), экстракция, кристаллизация из растворов, хроматография и др.

Наиболее распространенные методы фракционирования — это перегонка (дистилляция) и ректификация. Перегонку производят на нефтеперерабатывающих заводах после отделения попутных газов.

Она основана на разнице температур кипения углеводородов, входящих в состав нефти. Поскольку нефть содержит сотни различных веществ, многие из которых имеют близкие температуры кипения, выделение индивидуальных углеводородов практически невозможно. Поэтому перегонкой нефть разделяют на фракции, которые кипят в довольно широком интервале температур.

1 — колба; 2 — термометр; 3 — водяной холодильник; 4 — приемник

Рисунок 1 — Схема лабораторной установки для перегонки нефти

На рисунке 1 приведена схема ла­бораторной установки для перегонки нефти. Нефть нагревают в колбе (1). Вначале начинают перегоняться угле­водороды с более низкой температурой кипения. Пары этих углеводородов по­ступают в холодильник (3), где кон­денсируются при охлаждении водой. Жидкие углеводороды собираются в колбе-приемнике (4). Повышая темпе­ратуру перегонки, можно перегнать углеводороды с более высокой темпе­ратурой кипения. Меняя приемники, можно разделить нефть на несколько фракций, кипящих в определенном интервале температур. Контроль за температурой перегонки осуществляет­ся с помощью термометра (2).

В промышленности разделение неф­ти происходит на непрерывно действую­щих ректификационных колоннах (рис. 2, а, б). Ректификационная ко­лонна — это огромный стальной ци­линдр высотой 50–60 м, диаметром до 3 м. Внутри цилиндра на некотором расстоянии друг от друга располага­ются горизонтальные перегородки (та­релки) с большим числом отверстий. Нагретая до 300–350°С нефть пода­ется в нижнюю часть ректификацион­ной колонны.

а — общая схема ректификационной колонны (разрез); б — схема устройства тарелок: 1 — переточная труб­ка; 2 — колпачок; 3 — тарелка; 4 — патрубок

Рисунок 2 — Ректификационная колонна

Пары нефти через отвер­стия в тарелках поднимаются вверх, постепенно охлаждаясь. Наиболее лег­колетучие углеводороды (пары) подни­маются до самого верха колонны и сжижаются на верхних тарелках. Ме­нее летучие сжижаются ниже, подняв­шись на незначительную высоту. Обра­зовавшиеся жидкие фракции выводятся с тарелок из колонны.

Перегонкой при обычном давлении нефть разделяют на четыре фракции: бензиновую (30–180°С), керосиновую (120–315 °С), дизельную (180–350°С) и мазут (остаток после перегонки).

При более тщательной перегонке каж­дую из этих фракций можно разделить еще на несколько более узких фракций (фракции, кипящие в меньшем интер­вале температур). Так, из бензиновой фракции (смесь углеводородов С₅—С₁₂) можно выделить петролейный эфир (40–70°С), собственно бензин (70–120°С) и лигроин (120–180°С). В со­став петролейного эфира входят наибо­лее легкокипящие углеводороды — пентан и гексан. Петролейный эфир — прекрасный растворитель жиров и смол. Бензин содержит предельные углеводо­роды неразветвленного строения от пентанов до деканов, циклоалканы (циклопентан и циклогексан) и бен­зол. Бензин применяется в качестве горючего для авиационных и автомобильных двигателей внутреннего сго­рания.