Минеральные компоненты нефти

Минеральными компонентами нефти называют элементы, которые образуют золу при сжигании нефти, предварительно очищенной от механических примесей. Коли­чество золы, образующейся при сжигании нефти, невелико — обычно сотые доли процента. Спектральные исследования нефтяной золы показывают присутствие никеля, ванадия, натрия, серебра, кальция, алюминия, меди и др. По-видимому, указанные элементы входили в состав некоторых органических соединений или присутствовали в виде солей нефтяных кислот. Особую проблему составляет очистка нефтепродуктов от следов ванадия. Образующаяся при сгорании нефтепродуктов пятиокись ванадия V₂O₅ является сильным корро­дирующим веществом для деталей газотурбинных двигателей и дви­гателей внутреннего сгорания, а также сильным каталитическим ядом в процессах нефтепереработки.

А. Ф. Добрянский приводит (по данным литературы) следу­ющие сводки состава нефтяной золы (в % масс. от исходной навески):

SiO₂ ……………………………………………………..5,43–60,49

Fe₂O₃ ……………………………………………………7,71–48,87

А1₂О₃……………………………………………………7,51–38,82

MnO……………………………………………………..0,16–0,47

NiO………………………………………………………0,03–4,35

CaO………………………………………………………1,09–11,05

MgO………………………………………………………0,78–4,26

K₂O……………………………………………………….0–1,83

Na₂O………………………………………………………0,8–12,36

Li₂O……………………………………………………….0–0,14

P₂O₅……………………………………………………….0–0,02

V₂O₅………………………………………………………0–5,07

SO₃………………………………………………………..1,4–21,04

Cl………………………………………………………….0–0,20

МЕТОДЫ ВЫДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ

Перегонка

Важнейшими методами разделения компонентов нефтей и про­дуктов их переработки по молекулярным массам остаются различ­ные виды перегонки и ректификации. Ни одна схема анализа неф­тей не обходится без фракционирования при атмосферном давле­нии или под вакуумом.

При исследовании фракций, содержащих углеводороды С₂₀ и более высококипящих, можно использовать молекулярную пере­гонку. При обычной перегонке молекулы, испарившиеся с поверх­ности нагреваемой жидкости, сталкиваются между собой, часть их отбрасывается назад к поверхности испарения и конденсируется, поэтому приходится затрачивать дополнительную энергию, повы­шать температуру системы. Молекулярная перегонка проводится при глубоком вакууме (остаточное давление < 0,1 Па); расстоя­ние между поверхностями испарения и конденсации небольшое (10–30 мм), меньше длины свободного пробега молекул. При этом испарившиеся молекулы не сталкиваются и достигают конденса­тора с минимальными затратами энергии, что позволяет перего­нять вещества при температуре ниже их температур кипения.

Ректификация применяется также для стабилизации бензина — удаления растворенных в нем газов — и для разделения бензина на узкие фракции.

Для разделения смесей веществ с близкими температурами кипения, например аренов С₈, применяют сверхчеткую ректифи­кацию, для которой характерно большое число тарелок в колоннах и высокая кратность орошения.

Эффективность ректификационных колонн, необходимая для получения продуктов заданной чистоты, зависит от коэффициента относительной летучести (α) разделяемых компонентов. Углеводо­родные системы в первом приближении можно рассматривать как идеальные, подчиняющиеся закону Рауля. В этом случае:

a = P₁⁰ / P₂⁰ ,

где P₁⁰, P₂⁰ — давление насыщенного пара компонентов при темпе­ратуре системы.

Так, арены С₈ отделяют от наиболее высококипящего изомера о-ксилола (коэффициент относительной летучести ключевой пары компонентов м-ксилол — о-ксилол при 180°С α = 1,135) в колон­нах, оборудованных 150–200 тарелками при кратности орошения в колонне 7–9. При этих условиях чистота о-ксилола составляет около 99%.

Для выделения этилбензола из смеси с ксилолами (коэффи­циент относительной летучести ключевой пары п-ксилол — этилбензол при 180°С α = 1,05) применяют несколько последовательно соединенных колонн, содержащих суммарно 300–400 тарелок, при кратности орошения ≈100.

Наряду с абсорбцией одним из методов газоразделения являет­ся низкотемпературная ректификация с использованием таких хладагентов, как аммиак или пропан.

В нефтехимии ректификация широко применяется в качестве метода выделения и очистки разнообразных продуктов нефтехими­ческого синтеза. При этом по мере повышения селективности про­цессов роль ректификации возрастает, в ряде случаев появляется возможность использования ректификации вместо более сложных методов — экстракции, экстрактивной или азеотропной ректифи­кации.