1.3.4. Техническая характеристика нефтей
Как и в случае углей, показатели, по которым характеризуются технологические свойства нефтей, весьма разнообразны. Основные показатели качества ‑ это фракционный и химический состав, плотность, вязкость, молекулярная масса, температура вспышки, самовоспламенения и застывания. Конкретный набор определяемых показателей зависит от ожидаемого направления переработки нефти. Существуют стандартные методы установления величин таких показателей, а также полуэмпирические зависимости, позволяющие их рассчитать.
Часть технических характеристик нефтей используется для построения их классификации. В частности, в основу российской классификации положены следующие показатели качества: содержание серы, выход светлых фракций (выкипающих до 350 оС), содержание базовых масел, индекс вязкости базовых масел, суммарное содержание парафина.
Содержание серы
Общее содержание серы в нефти определяется путем сжигания навески образца в кварцевой трубке, улавливания сернистого газа (SO2) и окисления его до SO3. Метод Эшка применяется только при анализе твердых нефтепродуктов и нефтяных коксов.
Выход фракций, выкипающих до 350 оС
Светлые фракции, отгоняющиеся из нефти при атмосферном давлении, характеризуют ее свойства как источника моторного топлива. Выход фракций определяется в виде массовой доли дистиллятов ректификации нефти, отгоняющихся в интервале температур от начала кипения до 350 оС. Характеристики, определяющие фракционный состав нефтей, часто оценивают по кривой истинной температуры кипения (ИТК) нефти, связывающей выход отгоняемых фракций с температурой кипения. Для оценки выхода тяжелых фракций кривая ИТК дополняется зависимостью вязкости нефтепродуктов от содержания фракций (рис. 1.18).
Ордината точки на кривой ИТК ‑ температура, при которой отгоняется массовая доля исходной нефти, выраженная ее абсциссой. Например, из нефти, которой отвечает приведенная кривая ИТК, при t=350 оС отгоняется 44 мас.% светлых фракций. Если нас интересует, каков возможный отбор определенной фракции, то надо задаться интервалом температур ее выкипания и найти соответствующий интервал выходов. Например, как видно из рис. 1.18, для газойлевого дистиллята температура начала кипения 250 оС, а выход суммы более легких фракций 26 мас.%. Тогда отбор газойля при температуре конца кипения 350 оС составит 44‑26=18 мас.%.
Потенциальное содержание и индекс вязкости базовых масел
Потенциальное содержание базовых масел определяется с помощью кривой ИТК. В данном случае основным показателем является вязкость отбираемых фракций. Например, если необходим отбор первой масляной фракции с максимальной вязкостью при 50 оС 12,5 мм2/с, обращаются к кривой n50. Точке 12,5 мм2/с для кривой вязкости, приведенной на рис. 1.18, отвечает выход 52 мас. % отгона. Считая выход всех предыдущих фракций (до первой масляной), который включает и газойлевую, равным 44 мас.%, получим выход первой масляной фракции, составляющий 52‑44=8 мас.%.
Потенциальное содержание масляных фракций существенно превышает реальный отбор как вследствие нечеткости ректификации, так и за счет термических превращений, связанных с деструкцией и конденсацией молекул компонентов нефти. В результате этих реакций фактически меняется фракционный состав.
Кроме общего выхода базовых масел важной характеристикой нефтей и нефтепродуктов, служащих сырьем для получения смазочных масел, является индекс вязкости базовых масел. Известно, что вязкость жидкости меняется с температурой. Чем менее выражена эта зависимость, тем выше качество смазочного масла. Безразмерный индекс вязкости характеризует изменение вязкости жидкости при нагревании ее при стандартных температурах (как правило, при 50 и 100 оС).
Суммарное содержание парафина
Суммарное содержание твердого парафина в нефти определяют путем его осаждения или экстракции селективными растворителями. Твердый парафин ‑ ценное сырье для химической промышленности, но нефти, содержащие его большие количества, легко застывают при низкой температуре. Это ухудшает условия их транспортировки. Кроме того, высокопарафинистые нефти дают топливные фракции худшего качества.