Нефть и нефтепродукты.

Нефть – горючая маслянистая жидкость, распространенная в осадочной оболочке Земли, важнейшее полезное ископаемое. Нефть состоит из 90-98% водорода и углерода и небольшого количества, а именно 0,1-1% кислорода, 0,1-3% серы, 0,01-0,4% азота, а также металлов: ванадия, никеля, титана, калия, фосфора, германия.

Общие теплофизические характеристики: плотность нефти 820-900 кг/м³, молекулярная масса 250-300 гр/моль, теплота сгорания 40-44 МДж/кг, температура кипения в среднем 100-150ºC, температура застывания – 20+20ºC.

Структурно-групповой состав нефти. Растворенные газы. В условиях залегания они представляют собой гомологический ряд (от метана ch4 и до пентана c5h12).

1 Парафиновые и изопарафиновые углеводороды С гексана С₆Н₁₄ и далее до С₁₅Н₃₂

Эти жидкие продукты составляют основы нефти. С с16н34 и далее эти парафины являются твердыми.

2 Нафтеновые соединения – насыщенные углеводороды, основанные главным образом на циклопентане, циклогексане и их производных.

СН₂

СН₂ СН₂

СН₂ СН₂

СН₂

Циклогексан

3 Ароматические соединения – органические соединения, молекулы которых содержат циклы из 6 атомов углерода с тремя двойными связями. К ним относятся бензол, ксилол, толуол и их производные.

СН СН

СН СН СН СН – СН₃

СН СН СН СН

СН СН

Бензол Толуол

4 Сернистые соединения – к ним относятся сульфиды, дисульфиды, теафены. Пример, С₃Н₈S – этилметилсульфид, C₂H₆S₂ – диметилдисульфид, C₅H₆S – 2-метилтеафен.

5 Кислородосодержащие соединения – это соединения такие как фенол, крезол (орто-, мета-, паракрезолы), нафтен, карбоновые кислоты. Это соединения, содержащие группу COOH.

СН₃ – С = О Н – С = О

ОН О – СН₃

Уксусная кислота Метилформиат

6 Азотосодержащие соединения – к ним относится хинолин С₉Н₇N и его производные (атофан, хинозол).

Элементы классификации нефти.

В зависимости от содержания парафина нефть бывает:

Малопарафинистая – содержание парафина 1,5%,

парафинистая – содержание парафина 1,6-6%,

высокопарафинистая – содержание парафина более 6%.

По содержанию серы нефть подразделяют на:

малосернистую – содержание серы менее 0,5%,

сернистую – содержание серы 0,5-2%,

высокосернистую – содержание серы более 2%.

Кроме того, нефть может содержать механические примеси, минеральные соли и воду.

Стадии переработки нефти.

1. Очистка нефти от механических примесей и воды.

2. Прямая перегонка нефти, в процессе которой нефть разделяется на фракции (первичный процесс переработки нефти).

3. Вторичный процесс переработки нефти (крекинг).

В первичной переработке нефть разгоняют на фракции в зависимости от температуры кипения. Фракции с температурой кипения выше 360ºC разгоняют с использованием вакуума, чтобы не перегреть установку. Самая легкая фракция – бензин 170ºC, затем идут лигроин 160-200ºC, керосин 190-300ºC, газойль 270-350ºC, мазут – выше 400ºC.

Продуктами нефтепереработки являются: 1) топливо жидкое и газообразное; 2) растворители, смазочные масла и смазки; 3) битумы (твердые или смолоподобные водо-нерастворимые смеси углеводородов и их производных). Также продуктами переработки нефти могут быть индивидуальные углеводороды: этиленпропиленовые фракции, бензол, толуол. Специальное топливо (тракторное, дизельное, котельное, реактивное).

Если нефть сернистая, то в процессе переработки используют гидроочистку, когда через нефть пропускают водород. Недостаток этого способа в том, что он дорогостоящий.

Бензин.

Бензин – смесь легких углеводородов с температурой начала кипения 20ºC и конца кипения 200ºC, имеет органическую детонационную стойкость. При нормальном сгорании скорость горения 10-20 м/с, при детонационном – 2500 м/с. Склонность бензина к детонации характеризуется октановым числом.

Считается, что изооктан имеет октановое число 100, при этом нормальный гептан имеет октановое число 0.

Для улучшения эксплутационных свойств к бензину добавляются специальные вещества, называемые присадками. Самая известная присадка – тетраэтилсвинец Pb(C₂H₅)₄. Это бесцветная маслянистая жидкость, легко воспламеняется и горит. Она повышает октановое число: 3мл на бак горючего повышает октановое число от 70 до 90. однако это соединение очень опасно и ядовито.

Керосин Топливо для реактивных двигателей – фракция керосина с температурой кипения 150-200ºC, а для самолетов с большой высотой полета используется утяжеленный керосин с температурой кипения 195-300ºC.

Во всех случаях в топливе не должно содержаться непредельных углеводородов. Так как при сгорании они имеют тенденцию к образованию смол, которые имеют большую молекулярную массу, это приводит к образованию и выпадению осадков, засорению двигателя и т. д.

Ароматические углеводороды склонны к нагарообразованию при горении. Нагар является сильно гигроскопичным, тянет воду, которая может превращаться в кристаллики льда, что портит топливную систему.