Плотность фракций нефти плавно увеличивается с увеличением температуры кипения фракции

Содержание в сырье воды

Воды в промысловой нефти, особенно на старых месторождениях, может быть до 90, а иногда и до 98-ми процентов, что никак не соответствует необходимым требованиям к товарному сырью. Содержание воды в нефти нормируется по следующим причинам:

нефть с водой может образовывать эмульсии с высокой вязкостью, и транспортировка такой смеси по трубопроводам на большие расстояния является слишком энергозатратной;
транспортировка вместе с нефтью пластовой воды является нерациональной, поскольку вода в этом случае выступает в качестве ненужного балласта;
увеличение за счет такого балласта объемов прокачиваемых жидкостей приводит к повышению эксплуатационных затрат;
при низких температурах окружающей среды вода, содержащаяся в нефти, имеет свойство кристаллизоваться, что значительно усложняет её перекачку (забиваются фильтры, ломается насосное оборудование);
в пластовой воде растворено значительное количество солей, вызывающих коррозионный износ труб и применяемого оборудования.

Определение содержания пластовой воды в нефти регламентировано ГОСТ-ом номер 2477.

Индивидуальный состав нефтепродуктов

В настоящее время индивидуальный состав продуктов нефти может быть достаточно надежно определен методами газожидкостной хроматографии только для единичных бензиновых фракций. Поэтому индивидуальный углеводородный состав не может быть положен в основу прогнозных методов расчета теплофизических свойств (ТФС) ввиду его недоступности для потребителей.

В то же время фракционный состав и структурно-групповой углеводородный состав могут иметь более плодотворное применение на пути построения методов расчета теплофизических свойств нефти.

Поэтому ниже рассмотрены методики пересчета и экстраполяции кривых разгонок и способы расчета структурно-группового углеводородного состава фракций.

Качество работы ректификационных колонн Линас

Установки Линас позволяют работать в различных технологических режимах. Даже в стандартном варианте установки Линас отличаются очень высоким качеством получаемых продуктов. Однако установка дополнительных секций дает ректификационной колонне Линас ряд коммерческих преимуществ, недоступных для традиционной ректификации:

Повышенный выход дизельной фракции на колонне высокой четкости деления.
Увеличение глубины отбора светлых фракций из нефтяного сырья на колонне с дополнительной ректификационной секцией (промежуточной).

1. Повышенный выход дизельной фракции.

При перегонке нефтяного сырья на колонне с повышенной четкостью деления фракций становится возможным увеличить выход дизельной фракции на 5…10% от общей производительности установки в зависимости от состава сырья.

Качество продуктов, получаемых на ректификационной колонне, определяется четкостью деления между фракциями исходного сырья. Чем выше и эффективнее колонна, тем большую четкость деления она имеет.

Нефть является многокомпонентной смесью, которая состоит из большого количества веществ с различными температурами кипения. В процессе разделения в ректификационной колонне они группируются по целевым фракциям. При этом вещества с близкими температурами кипения попадают в зону перекрытия между соседними фракциями. Чем выше четкость деления в ректификационной колонне, тем меньше близкокипящих веществ оказываются в зоне перекрытия соседних фракций. То есть граничные фракции содержат меньше близкокипящих веществ из соседних фракций, а температурная зона перекрытия фракций при этом сужается.

Одним из методов оценки четкости деления фракций является определение разности между температурами кипения 95% нижекипящей фракции и 5% вышекипящей фракции. Разность между этими значениями составляет зону перекрытия между фракциями:

dT = 95% н.ф. – 5% в.ф.

При атмосферной перегонке нефти на традиционных колоннах, применяемых в промышленности, перекрытие между фракциями может доходить до +30…40оС (см. рис.1).

В приведенном примере конец кипения бензина составляет 203оС, а начало кипения дизельной фракции – 143оС. Первые 5% дизельной фракции выкипают при температуре 155оС, а 95% фракции бензина выкипает при температуре 192оС. Граница перекрытия между фракциями составляет 192о – 155о = +37оС.
Формально фракции соответствуют предъявляемым требованиям качества. Но фракция бензина содержит в себе много легких компонентов дизельной фракции, а дизельная фракция, в свою очередь, содержит много тяжелых компонентов бензина. Попытка увеличить выход дизельной фракции за счет смещения границы деления вниз по температурной шкале приводит к насыщению дизельной фракции легкими компонентами бензина. А это, в свою очередь, приводит к провалу температуры вспышки дизельной фракции.

Авто бензины. Понятие.

Требования, предъявляемые к качеству топлива

Высокие теплотворные характеристики. При горении бензина должно выделяться максимальное количество тепла, продукты сгорания должны иметь малую молекулярную массу, небольшие теплоёмкость и теплопроводность, высокое значение произведения удельной газовой постоянной на температуру горения (RT). Высокое значение RT желательно получить за счёт увеличения Т. Прокачиваемость. Бензины должны надёжно прокачиваться по топливной системе машин, трубопроводам, насосам, системам регулирования и другим агрегатам и коммуникациям при любых условиях окружающей среды – низкой и высокой температурах, различных давлениях, запылённости и влажности.Оптимальная испаряемость. В условиях хранения и транспортирования испарение должно быть минимальным. При применении в двигателе бензина должны иметь такую испаряемость, чтобы обеспечить надёжное воспламенение и горение топлива с оптимальной скоростью в камерах сгорания двигателей.

Минимальная коррозионная активность. Топлива не должны содержать компоненты, которые разрушают конструкционные материалы двигателя, средства хранения и транспортирования.Высокая стабильность в условиях хранения и применения. Топлива в течение длительного времени не должны изменять физико-химические и эксплуатационные свойства.Нетоксичность. Продукты сгорания также должны быть нетоксичными.

Плотность — фракция — нефть

Плотность фракций нефти и различных нефтепродуктов является характерной величиной, В большинстве случаев она возрастает с увеличением молекулярного веса веществ, входящих в состав нефтепродуктов. Плотность повышается при увеличении в нефтепродуктах ароматических углеводородов.

Предлагаемый метод расчета фракционного состава и плотности фракций нефти опробован на ряде наиболее массовых отечественных и зарубежных нефтей: западно-сибирской, туймззинской, ромашкинской, арланской, арабской, иракской, киркукской, нефти месторождения Северная Румейла и ряда нефтей различных месторождений США.

Амосову ( 1951); d4 — плотность фракции нефти при 20 / 4 С ( плотность нефти измеряется относительно плотности воды, которая может быть взята при той же температуре, что и нефть, или при стандартной 4 С); Габс — ср.

Амосову ( 1951); 4 — плотность фракции нефти при 20 / 4 С ( плотность нефти измеряется относительно плотности воды, которая может быть взята при той же температуре, что и нефть, или при стандартной 4 С); Габс — ср.

Для расчета плотности узких фракций по известной плотности нефти и отгону фракции от нефти известна формула L 6 J, рекомендованная авторам и для расчета плотности фракций нефти, выкипающих до 450 С.

Плотность большинства нефтей в среднем колеблется от 0 81 до 0 90, хотя встречаются нефти легче или тяжелее указанных пределов. Плотности последовательных фракций нефти плавно увеличиваются. Плотность идентичных узких нефтяных фракций зависит от химического их состава и возрастает в зависимости от преобладания классов углеводородов в следующем порядке: алканы — цикланы — арены.

Выход и относительная плотность западносибирской нефти.

Разработанная программа позволяет вычислять плотность продленны: фракций нефти, а также плотность исходной нефти по известным плотностям и выходам фракций. Для уточнения значений плотности продленных фракций нефти в программе предусмотрено сравнение расчетной плотности остатка, определенного по выходу и плотности узких фракций, входящих в состав остатка, с экспериментальной плотностью остатка.

Высоковязкие смолистые нефти имеют плотность близкую к единице. На величину плотности нефти оказывает существенное влияние наличие растворенных газов, фракционный состав нефти и количество смолистых веществ в ней. Плотности последовательных фракций нефти плавно увеличиваются. Плотность узких фракций нефти зависит также от химического состава.

Это объясняется тем, что в гомологических рядах углеводородов по мере возрастания молекулярного веса также возрастают температура кипения и плотность. Повышение плотности последовательных фракций нефти происходит и за счет концентрации в высококипящих фракциях малолетучих смолистых веществ.

Высоковязкие смолистые нефти имеют плотность, близкую к единице. На величину плотности нефти оказывает существенное влияние наличие растворенных газов, фракционный состав нефти и количество смолистых веществ в ней. В большинстве случаев, чем больше геологический возраст и соответственно больше глубина залегания пласта, тем меньшую плотность имеет нефть. Плотности последовательных фракций нефти плавно увеличиваются. Плотность узких фракций нефти зависит также от химического состава. Для углеводородов средних фракций нефти с одинаковым числом углеродных атомов плотность возрастает для представителей разных классов в следующем порядке: нормальные апканы нормальные аякены изоалканы изоалкены алкил-циклопентаны алкшциклогексаны алкипбензолы апкилнафталины.

Хлор-органические соединения

Среди всех присутствующих в нефтях галогенов самыми проблемными являются хлор-органические химические соединения (сокращенно – ХОС), поскольку они выступают в качестве дополнительного (к хлоридам неорганического ряда) источником коррозии труб и аппаратуры, а также перерабатывающих установок.

Наибольшую активность ХОС проявляют в процессах предварительной гидроочистки сырой нефти, дизельных видов топлива, а также в аппаратах риформинга и газового фракционирования. Температуры выкипания ХОС, как правило, совпадают с температурами выкипания бензиновых нефтяных фракций, из-за чего основной вред они наносят установкам каталитического риформинга, вызывая быстрое коррозионное повреждение воздействием HCl. Кроме того, на таких установках происходит частичная дезактивация используемого катализатора.

ХОС могут попасть в нефтяное сырье как в процессе его добычи, так и в ходе его транспортировки. Чаще всего это органические реагенты, содержащие хлор и HCl, закачиваемые в пласт вместе с промывочными растворами, при глушении и удалении из продуктивного пласта отложений солей, которые снижают приток сырья к забою скважины.

С 2001 года Министерство энергетики РФ своим постановлением запретило применение хлор-органических реагентов в добывающих процессах при извлечении нефти. В том же году вышло постановление о нормировании концентрации ХОС в товарной нефти.

Согласно этому нормативу, допустимая концентрация ХОС не должна превышать 0,01 ppm. Определение этого параметра производится согласно требованиям стандарта ASTM D 4929-99, который был разработан Американским институтом нефти.

Фракционный состав нефти и нефтепродуктов

Определение данного вида состава нефти и ее продуктов происходит путем разделения по температурам кипения методом перегонки и ректификации.

Совокупность выхода (в процентах по массе или объему) отдельных фракций, которые выкипают в определенных температурных диапазонах, называется фракционным составом нефти, нефтепродукта или смеси. Для более полной характеристики определяется относительная плотность и средняя молярная масса каждого погона и смеси в целом. По результатам испарения строят кривую ИТК, которая содержит достаточно полную информацию о составе смеси.

Ректификация по ГОСТ 11011-85 в аппарате АРН-2 ограничивается температурой 450—460 °С из-за возможного термического разложения остатка. Проведение данного вида исследования нефтей рекомендуется в устройстве для перегонки АРН-2 по методу ГрозНИИ в колбе Мановяна до температуры выкипания 560—580 °С. При этом не происходит искажения кривой ИТК.

Фракционный состав, особенно светлых товарных нефтепродуктов и широких фракций, часто определяют перегонкой в аппарате Энглера по ГОСТ 2177-82, что значительно проще ректификации. Кривая разгонки по Энглеру позволяет достаточно надежно определить характеристические температуры кипения фракций. Однако при расчете фазовых равновесий предпочтительнее иметь кривую ИТК. Для получения такой кривой предложен ряд эмпирических процедур.

Например, для светлых нефтепродуктов известна методика БашНИИНП. Основываясь на том, что разность температур, полученных при разгонке товарного нефтепродукта по ИТК и по Энглеру, в определенной точке выкипания нефтепродукта является почти постоянной, можно записать

Способы переработки нефти

Разделение нефти на необходимые составные части осуществляется разгонкой (фракционной перегонкой). Это наиболее простой метод переработки нефти, впервые в мире появившийся в России.

К основным способам получения топлив из нефти относятся: прямая перегонка (дистилляция), термический и каталитический крекинги, гидрокрекинг и каталитический риформинг (рис. 1).

Прямая перегонка заключается в нагреве нефти при атмосферном давлении и выделении фракций, различающихся температурами кипения. При температуре от 30 до 200 ºC отбирают бензиновую фракцию, от 200 до 300 ºC – дизельное топливо. Остаток после перегонки – мазут (до 80%), который поступает в куб дистилляционной колонны, работающей под вакуумом. При этом верхний слой представляет собой соляровый дистиллят (температура кипения 280-300 ºC), который является исходным сырьем для крекинга бензинов и дистилляционных масел: индустриальных, цилиндровых, моторных и т. д.

Крекинг (от английского cracking – расщепление) производят нагреванием нефти до 450-550 оС под давлением в несколько атмосфер. При этом молекулы тяжёлых углеводородов, находящихся в сырой нефти в больших количествах, расщепляются до более коротких, среди которых много непредельных. Первую в мире установку по крекингу жидкой нефти запатентовали в 1891 году российские инженеры В.Г. Шухов и С. Гаврилов. Процесс каталитического крекинга ведут в присутствии катализатора.

Термический и каталитический крекинги используют для увеличения выхода легких фракций из нефти. Исходным сырьем служит соляровая фракция, представляющая собой смесь углеводородов с числом атомов углерода от 16 до 20. При ее нагревании до 450-550 ºC, в присутствии катализатора (алюмосиликат) или без него, происходит расщепление углеводородов.

Сырьем для термического крекинга является полугудрон – остаток после недостаточно полного отгона масляных фракций. При этом выход бензина составляет 30-35%. Термический крекинг сопровождается образованием ненасыщенных углеводородов, поэтому бензины термического крекинга характеризуются низкой химической стабильностью и невысокой детонационной стойкостью. На современных заводах термический крекинг не применяется.

Гидрокрекинг происходит при давлении до 20 МПа и температуре 480-500 °С в среде водорода с катализатором, благодаря чему ненасыщенные углеводороды не образуются, и полученный бензин имеет высокую химическую стабильность. Сырьем служит полугудрон.

Для улучшения качества бензина прямой перегонки используют каталитический риформинг, который протекает в присутствии водорода при температуре 460-510 ºC и давлении 4 МПа. При этом происходит перестройка молекул, что ведет к образованию ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилолов и др.) из алканов и нафтенов и повышению детонационной стойкости.

Риформинг (от английского reform – преобразовывать, улучшать) проводят в присутствии катализаторов, способствующих ароматизации насыщенных углеводородов и повышающих долю ароматических углеводородов с 10 до 60%. Раньше в качестве катализаторов применяли оксиды молибдена и алюминия, сейчас используют катализаторы, содержащие платину (поэтому такой процесс называют платформингом). У бензина, получаемого путем каталитического риформинга, октановое число еще выше и состаляет 77-86.

Коксование тяжелых фракций процессов крекинга проводится при температуре 550 ºC и атмосферном давлении. При этом образуются кокс, газообразные углеводороды и жидкая фракция, из которой извлекается бензин.

Синтезирование побочных газообразных продуктов крекинга и коксования направлено на получение высокооктановых компонентов: изооктана, алкилата, алкилбензола и других нефтепродуктов, которые используются в качестве добавок при получении технических сортов бензина.

Очистка автомобильных топлив является заключительной стадией подготовки базовых продуктов. Их необходимо очистить от избытка сернистых соединений, органических кислот и смолисто-асфальтеновых веществ. Для удаления сернистых соединений применяют метод гидроочистки при температуре до 300-430 ºC и давлении 5-7 МПа в присутствии катализатора и водорода. Карбоновые кислоты нейтрализуют щелочью с последующей промывкой водой и сушкой. Зимние сорта дизельного топлива получают удалением из жидкой фазы растворенные твердые углеводороды. Этот процесс называется депарафинизацией. Он обеспечивает понижение температуры застывания дизельного топлива.

Вторичная перегонка

Вторичная переработка проводится для увеличения выхода нефтепродуктов. Есть два метода: термический и каталитический, которые, в свою очередь, имеют множество ответвлений.

Термические методы

Растрескивание. Разделение ранее полученных промежуточных продуктов на фракции с более низким молекулярным весом. Его проводят при температуре 470-550 ° С и давлении 2-7 МПа. В качестве оборудования используются трубчатые печи: именно в них происходит нагрев с различными химическими превращениями, изменяющими состав углеводородов.

Продукция: легкие фракции крекинг-бензина, керосин-газойль, диатермический газойль, газ с повышенным содержанием непредельных углеводородов и остаток крекинга.

Установка ЭЛОУ-АВТ Омского НПЗ.

Пиролиз. Нефтяное сырье перерабатывается в специальных установках или газогенераторах при температурах 700-1000 ° С. Там углеводороды переводятся в газообразную форму, после чего их гасят закачкой воды. На заключительном этапе газы подвергаются очистке и последующему разделению на фракции в ректификационных колоннах.

Пиролизом получают этилен, пропилен и другие углеводородные газы с высоким содержанием непредельных углеводородов.

Готовить. Это наиболее тяжелая форма термического крекинга нефтяных остатков. Углеводороды первой перегонки подвергаются термообработке при 480-550 ° С с последующим разделением на различные фракции.

Процесс может происходить по-разному: в зависимости от потребностей конечного продукта, отсроченное коксование в камере, периодическое коксование в коксовом аппарате или непрерывное коксование в слое несущего кокса.

Этот метод используется для производства нефтяного кокса, углеводородного газа, бензина и керосина.

Химический состав нефти

Нефть представляет собой легковоспламеняющуюся маслянистую жидкость, цвет которой варьируется от светло-желтого до черного, и в основном состоит из углеводородных соединений.

из школьного курса химии известно, что все химические элементы образуют между собой различные соединения, соотношение элементов в которых зависит от их валентности. Например, вода (H2O) состоит из двух атомов одновалентного водорода и одного двухвалентного кислорода.

Самым простым углеводородом с химической точки зрения является метан (CH4), горючее газообразное вещество, составляющее основу всех природных газов. Обычно в природном газе содержится от 90 до 95 процентов или более метана.

Углерод в сочетании с водородом образует огромное количество соединений, различающихся по химическому строению и свойствам.

Для удобства все нефтяные углеводороды разделены на три группы:

Алканы (метановая группа) с общей формулой CnH2n + 2. Эта группа является насыщенным углеводородом, поскольку задействованы все его валентные связи. С химической точки зрения они наиболее инертны, т.е не могут вступать в реакцию с другими химическими соединениями. Структура алканов может быть линейной (нормальные алканы) или разветвленной (изоалканы).
Цикланы (нафтеновая группа) с общей формулой СnH2n. Их главная особенность — пяти- или шестичленное кольцо из атомов углерода. Другими словами, цикланы, в отличие от алканов, имеют циклическую структуру с замкнутой цепью. Эта группа также представляет собой предельные (насыщенные) соединения, к тому же они практически не вступают в реакции с другими химическими элементами.
Арени (ароматическая группа) с общей формулой CnH2n-6. Их структура состоит из шестичленных колец, в основе которых лежит ароматическое бензольное кольцо (C6H6). Их отличает наличие двойных связей между атомами. Арены бывают моноциклическими (бензольное кольцо), бициклическими (двойные бензольные кольца) и полициклическими (кольца соединены по принципу соты).

Нефть и природный газ не являются веществами с постоянным и строго определенным химическим составом. Это сложные смеси природных углеводородов в газообразном, жидком и твердом состоянии. Однако это сочетание непросто в здравом смысле. Это ближе к определению «сложный углеводородный раствор», где легкие соединения действуют как растворители, а растворенные вещества представляют собой высокомолекулярные углеводороды (включая асфальтены и смолы).

Основное отличие раствора от простой смеси состоит в том, что компоненты, входящие в его состав, могут взаимодействовать друг с другом как с химической, так и с физической точки зрения, и в результате таких взаимодействий они приобретают новые свойства, которых не было в оригинальные составы.

Методы определения фракционного состава нефтепродуктов

Фракционирование масла необходимо для выбора направления обработки основного сырья, чтобы узнать точное содержание базовых масел при перегонке масла. Исходя из этого, все свойства фракций классифицируются.

Метод А: использование автоматических устройств для определения фракционного состава масла и отдельных псевдокомпонентов. Бутылки используются из жаропрочного стекла, дно и стенки которого имеют одинаковую толщину.
Метод Б: Использование четырех- или шестислотового аппарата. Колбы круглодонные вместимостью 250 мл. Метод используется только для перегонки темных нефтепродуктов.

Температура испарения бензина

Какая температура нужна, чтобы превратить бензин в пар? Процесс этот начинается, когда теплее 30°С, а для тяжелых фракций достигает 205°С. Тут бензин начинает смешиваться с воздухом и попадает в камеру сгорания, запуская движение автомобиля. Чем холоднее на улице, тем больше энергии затрачивается на испарение, и тем сложнее запустить двигатель и продолжать движение. Поэтому зимние сорта бензина включают фракции, которые легко испаряются при низких температурах.

Современные автомобили имеют систему прямого впрыска, поэтому температура испарения бензина уже не так важна, но до сих пор только она определяет, насколько быстро и равномерно бензиновые пары смешиваются с воздухом в цилиндре, а значит, насколько эффективно будет работать мотор. Эту величину занижают с помощью присадок или с помощью повышения доли высоких фракций.

Имеет значение, как долго во время хранения и транспортировки химический состав бензина сохраняется неизменным. Если в бензин добавлять сжиженный газ, он превращается в пар при достаточно низкой температуре и возможно еще до того, как будет израсходован бак. На практике даже только что купленный бензин уже может иметь свойства ниже марочных. Такое бывает, если продавец к топливу, у которого истек срок хранения, добавил пропан или метан (именно от этого на заправках сильно пахнет газом), получив из 92 бензина 95.

Физико-химические свойства бензина

Какие физические и химические свойства топлива нужно знать автолюбителю? Жидкости в составе бензина называются фракциями и различаются температурой кипения, плотностью, вязкостью, скоростью вступления в реакцию с воздухом и так далее. Помимо углеводородных фракций, в нем содержатся природные соединения серы, водорода, кислорода, со своими свойствами. Какой окажется доля разных фракций в конкретном бензине чаще всего определить нельзя. Есть и разные прибавки, которые нужны для улучшения качества топлива, его хранения, устойчивости к детонации

Большую часть этих характеристик важно знать скорее инженерам, которые проверяют качество бензина перед тем, как он попадет на заправку

Для обывателя важно понимать, на что влияет температура кипения бензина и октановое число. Для разных марок бензина это будут разные показатели

Октановое число входит в название марки бензина. Так, название АИ-92 означает, что бензин тестировался исследовательским способом (АИ), который показал, что его октановое число 92. Эта цифра показывает, насколько бензин устойчив к детонации, или взрыву. За точку отчета, то есть 100, принят изооктан – очень устойчивый к детонации углеводород; октановое число показывает, каков процент изооктана в смеси с гептаном, у которого детонационные свойства низкие. Фактически октановое число 92 означает, что бензин этой марки устойчив к детонации так же, как смесь изооктана и гептана 92:8; в бензине АИ-95 эта пропорция 95:5, то есть детонационная устойчивость выше, и так далее. Число может быть и выше 100, если свойства топлива выше, чем у изооктана.