Классификация и показатели качества нефти.

Сущ-ет несколько классиф-ций нефти.В соответствии с ГОСТ Р 51858-2002 «Нефть.Общие технич условия» нефть классифиц-ся по физико-хим св-вам,степени подготовки,содержанию сероводорода и легких меркаптанов на классы,типы,группы,виды.В зависимости от массовой доли серы нефть подразделяют на классы 1–4:

1 класс–малосернистая,серы до 0,60 % включ.;

2 класс–сернистая,0,61–1,80 %;

3 класс–высокосернистая,1.81–3,50 %;

4 класс–особо высокосернистая,свыше 3,50 %.

По плотности(Показатель плотности экспортной нефти определяют при температуре 15 °С.),по выходу фракций и массовой доле парафина нефть подразделяют на 5 типов:

0 тип–особо легкая,плотность при температуре 20 °С не более 830 кг/м³;

1 тип–легкая,850 кг/м³;

2 тип–средняя,870,0 кг/м³;

3 тип–тяжелая,895,0 кг/м³;

4тип–битуминозная,более 895,0 кг/м³.

По степени подготовки нефть подразделяют на 3 группы по таким показателям,как содержание воды,концентрация хлористых солей,давление насыщенных паров,массовая доля механич примесей.

Условное обозначение нефти состоит из 4 цифр,соответствующ обозначениям класса,типа,группы и вида нефти.При поставке нефти на экспорт к обозначению типа добавляется индекс «э».

Технологич классификация нефти действует в РФ с 1967 и определяет использование ее как сырья для тех или иных нефтепродуктов.По технологич класс-ции нефти подразделяют на:

-классы (1–3)–по содержанию серы;

-типы (Т1–Т3)–по выходу светлых фракций,перегоняемых до 350 °С;

-группы (М1–М4)– о потенц-му содержанию базовых масел;

-подгруппы(И1–И2)–по индексу вязкости базовых масел;

-виды(П1 – П2) по содержанию парафинов в нефти.

Хим класс-ция подразделяет нефти различных месторождений по их углеводородному составу на шесть групп:

- парафиновые(метановые)–легкие,богатые бензином,керосином, содержащ парафиновых углеводородов в бензинах не менее 50 %;

- нафтеновые,содержащие нафтеновых углеводородов свыше 60 %;

- ароматические,содержащие ароматич-х углеводородов свыше 60 %;

- парафино-нафтеновые,содержащие преимущественно алканы.Выход бензиновых фракций около 25 %;

- парафино-нафтено-ароматические имеют приблизительно одинаковое содержание названных углеводородов. В них мало твердого парафина, смол и асфальтопеков;

- нафтено-ароматические содержат в основном циклопарафины и арены. Выход бензиновых фракций 10 – 15 %.

Нефти первых трех групп встречаются редко,наибольшее распространение имеют нефти смешанного состава.Клас-ция нефти по хим составу явл условной,поскольку содержание углеводородов во фракциях с различными температурами кипения для одной и той же нефти неодинаково: в одних фракциях преобладают парафиновые углеводороды,в др–нафтеновые и т.д.

Нефтепродукты. Виды и характеристика моторных бензинов.

Моторные бензины.

Моторные бензины предназначены для поршневых авиационных и автомобильных двигателей внутреннего сгорания с принудительным воспламенением (от искры). Несмотря на различия в условиях применения автомобильные и авиационные бензины характеризуются в основном общими показателями качества, определяющими их физико-химические и эксплуатационные свойства.

Современные автомобильные и авиационные бензины должны удовлетворять следующим требованиям:

- иметь хорошую испаряемость, позволяющую получить однородную топливовоздушную смесь при любых температурах;

- иметь групповой углеводородный состав, обеспечивающий устойчивый, бездетонационный процесс сгорания на всех режимах работы двигателя; не изменять своего состава и свойств при длительном хранении;

- не оказывать вредного влияния на детали топливной системы и окружающую среду.

Автомобильные бензины используются в бензиновых двигателях (карбюраторных или инжекторных) внутреннего сгорания. По составу автомобильные бензины представляют собой смесь компонентов, получаемых в результате различных технологических процессов: прямой перегонки нефти, каталитического риформинга, каталитического и термического крекинга и гидрокрекинга вакуумного газойля, изомеризации прямогонных фракций, алкилирования, коксования. В состав автомобильных бензинов входят углеводороды, выкипающие при температуре от 35 до 200 °С.

Основные показатели качества бензинов – фракционный состав и октановое число.

Фракционный состав характеризуется температурой начала кипения, температурами испарения 10 %, 50 %, 90 % и 98 % объема. Количество легкокипящих углеводородов в бензинах ограничивается температурой начала кипения, которая для автомобильных бензинов всех марок должна быть не ниже 35 °С. При таком условии уменьшаются потери легкокипящих углеводородов бензина от испарения при хранении.

Фракция выкипания 10 % объема бензина называется пусковой. Чем ниже температура выкипания этой фракции, тем лучше пуск двигателя. Фракция выкипания от 10 % до 90 % называется рабочей. Температура ее испарения должна быть не выше 160 – 180 °С.

С фракционным составом бензина связаны такие характеристики двигателя, как его пуск, образование паровых пробок в системе питания, прогрев и приемистость, экономичность и долговечность работы.

Октановое число является основным показателем качества бензина, характеризующим его детонационную стойкость.Детонацией называется чрезмерно быстрое сгорание топливной смеси в цилиндре двигателя, что вызывает металлический «стук», вибрацию, перегрев и, как следствие, быстрый износ двигателя. Октановое число – это условная единица измерения детонационной стойкости, численно равная процентному содержанию изооктана С₈Н₁₈ в его смеси с н-гептаном С₇Н₁₆, эквивалентной по детонационной стойкости испытуемому топливу. У изооктана детонационная стойкость принята за 100 единиц, а у н-гептана она равна нулю. Для измерения октанового числа применяют специальную установку – одноцилиндровый двигатель с изменяемой степенью сжатия. В установку заливают бензин и измеряют детонацию. Затем в ту же установку последовательно заливают смеси изооктана и н-гептана в разных пропорциях, добиваясь того же уровня детонации. Доля изооктана в такой смеси и говорит об октановом числе бензина. Измеряют его двумя способами – моторным и исследовательским. Моторный метод отличается от исследовательского более жесткими условиями работы двигателя – выше обороты и температура горючей смеси. Если марка бензина содержит буквенный индекс «И», то это значит, что октановое число данного бензина определяют исследовательским методом; если только букву «А» – моторным. Моторный метод лучше характеризует антидетонационные свойства бензина в условиях форсированной работы двигателя и его высокой теплонапряженности, исследовательский – при эксплуатации двигателя в городе, когда работа его связана с относительно невысокими скоростями, частыми остановками и меньшей теплонапряженностью. Результаты моторного метода, как правило, на 4 - 8 единиц октанового числа меньше, чем результаты исследовательского метода.

Для повышения детонационной стойкости (повышения октанового числа) в процессе компаундирования можно увеличить в бензине долю высокооктановых компонентов. Однако это весьма дорогостоящий способ, поэтому используют более дешевый – введение в состав бензина специальных химических соединений – антидетонаторов.

Наиболее эффективным и дешевым антидетонатором является тетраэтилсвинец (ТЭС). Бензины с содержанием ТЭС называются этилированными. Однако это вещество является сильнейшим ядом и, выделяясь из двигателя вместе с отработавшими газами, отравляет атмосферу, почву, воду.

В Европе и США от применения этилированного бензина отказались еще в середине 90-х годов 20 в., так как в современных автомобилях стали использовать каталитические нейтрализаторы отработавших газов. Продукты сгорания этилированного бензина разрушают нейтрализатор и выводят его из строя через несколько часов работы двигателя. В России закон о запрете производства и оборота этилированного бензина был принят в 2003 году.

Нейтрализаторы обеспечивают соблюдение экологических требований к автотранспортным средствам, которые регламентируются правилами Европейской экономической комиссии ООН.

Эти правила периодически пересматриваются в сторону ужесточения требований. Каждая новая модификация правил получает условное обозначение: Евро-1 (1993 г.), Евро-2 (1996 г.), Евро-3 (2000 г.), Евро-4 (2005 г.).

С 1 июля 2002 года в России стал действовать ГОСТ Р 51866-2002 (ЕН 228-99) «Топлива моторные. Бензин неэтилированный. Технические условия». Этот стандарт соответствует европейским нормам Евро-3 и учитывает требования Европейской Директивы по топливам 98/70/ЕС. ГОСТ Р 51866 регламентирует показатели качества для бензинов марок Регуляр Евро-92, Премиум Евро-95 и Супер Евро-98.

Октановое число бензина можно повысить введением либо антидетонаторов, либо присадок (добавок).

Антидетонаторы увеличивают октановое число, действуя как катализаторы на процесс сгорания топлива, поэтому их применяют в очень малых количествах по отношению к массе топлива.

В отличие от антидетонаторов присадки увеличивают октановое число бензина за счет своего количества. Присадки, как правили, имеют собственное октановое число выше 100.

Качество и безопасность автомобильных бензинов подтверждается процедурой обязательного подтверждения соответствия в форме сертификации.

Авиационные бензины. Авиационные бензины предназначены для применения в поршневых авиационных двигателях. Межгосударственный стандарт предусматривает две марки авиационных бензинов: Б-91/115 и Б-95/130. Марка авиабензина означает его октановое число по моторному методу, указываемое в числителе, и сортность на богатой смеси — в знаменателе дроби.

В настоящее время разработаны технические условия на авиационные бензины марок Б-100/130 и Б-100/130 малоэтилированный — ТУ 38.401-58-197-97. Установленные нормы к качеству указанных бензинов соответствуют требованиям АSТМ D 910 и европейским спецификациям на бензины марок 100 и 100LL.

В связи с тем, что к авиационным бензинам предъявляются более жесткие требования, чем к автомобильным, в их состав входят компоненты ограниченного числа технологических процессов - прямой перегонки нефти, каталитического риформинга, алкилирования, ароматизации.

Для безопасности в обращении авиационные бензины маркируют специальными красителями. Бензины Б-91/115 и Б-92 окрашиваются в зеленый цвет, Б-95/130 — в желтый цвет, Б-100/130 – в голубой цвет.

Реактивное топливо.

Реактивные топлива (авиационные керосины) предназначены для использования в современных самолетах с воздушно-реактивными двигателями (ВРД). В этих двигателях топливо в камеру сгорания подается непрерывно, и, вследствие этого процесс горения протекает постоянно. Лишь для запуска двигателя используют постороннее зажигание. Так же непрерывно поступает в камеру сгорания ВРД и воздух (требуемый для сжигания топлива), предварительно сжатый и нагретый в компрессоре. Газообразные продукты сгорания из камеры сгорания поступают в турбину, где часть энергии превращается в механическую работу вращения колеса турбины, от вала которого приводится в движение ротор компрессора, а также топливный и масляный насосы. После турбины продукты сгорания топлива в виде газового потока проходят реактивное сопло и, расширяясь в нем, создают реактивную силу тяги, с помощью которой и осуществляется полет самолета.

Реактивные топлива получают из среднедистиллятной фракции нефти, выкипающей в пределах температур 140 - 280°С.

В соответствии со стандартами реактивные топлива вырабатывают двух видов: для летательных аппаратов с дозвуковой скоростью полета (Т-1, ТС-1, Т-1С, Т-2, РТ); для летательных аппаратов сверхзвуковых (Т-6, Т-8В). Они имеют повышенную плотность и высокую теплоту сгорания.

Массовыми топливами в настоящее время являются топлива двух марок – ТС-1 (высшего и первого сортов), РТ (высшей категории качества).

Топливо РТ получают, как правило, гидроочисткой прямогонных дистиллятов и смешением с антиокислительной и противоизносной присадками. При гидроочистке удаляются агрессивные и нестабильные соединения, содержащие серу, азот и кислород.

Дизельное топливо.

Дизельное топливо предназначено для быстроходных дизельных и газотурбинных двигателей наземной и судовой техники. Главной особенностью работы дизельного двигателя является то, что топливо подается форсункой непосредственно в цилиндр двигателя под большим давлением, где уже находится сжатый воздух.

В результате высокого сжатия (в 18 раз против 8 - 10 раз у карбюраторных двигателей) давление в цилиндре достигает 40 кг/см², температура поднимается выше 500 °С, и происходит самовоспламенение топлива.

Основу дизельного топлива составляют углеводороды с температурой кипения 180-350 °С.

Важным эксплуатационным свойством дизельного топлива является его способность быстро воспламеняться и плавно сгорать.

Самовоспламеняемость дизельного топлива оценивается цетановым числом (ц.ч.) – процентным содержанием (по объему) цетана в искусственно изготовленной смеси с a-метилнафталином. Чем выше цетановое число, тем лучше пусковые свойства дизельного топлива, больше полнота сгорания, меньше нагарообразование в камерах сгорания и форсунках. Наибольшее цетановое число у парафиновых углеводородов, меньшее – у нафтеновых, самое низкое – у ароматических. Цетановое число повышается при смешении топлива с компонентами, содержащими парафиновые углеводороды, или специальными присадками. У летних топлив ц.ч. составляет 40 - 45 единиц, у зимних – 50 - 55 единиц.

Нефтеперерабатывающая промышленность вырабатывает дизельное топливо следующих марок:

Л – летнее (при температурах окружающего воздуха выше ^оС);

З – зимнее (при температурах до –20 °С и до –30 °С)

А – арктическое, температура применения которого до – 50 °С. Содержание серы в дизельном топливе марок Л и З не превышает 0,2 %; марки А - 0,4 %. Дизельное топливо, поставляемое на экспорт, содержит не более 0,2 % серы. Экологически чистое дизельное топливо содержит серы не более 0,05 - 0,1 %.

Принято следующее условное обозначение дизельного топлива:

- летнее обозначают с учетом содержания серы и температуры вспышки (Л-0,2-40);

- зимнее – обозначают с учетом содержания серы и температуры застывания (З-0,2-35).

В условное обозначение арктического топлива входит только содержание серы (А-0,2).

Энергетическое топливо.

Газотурбинное топливо используется в газовых турбинах на электростанциях, речных и морских судах, локомотивах, автомобилях. Получают его из дистиллятов коксования, крекинга, прямой перегонки.

Котельное топливо (мазут) используется в стационарных паровых котлах тепловых электростанций, судовых энергетических установках, промышленных печах.

Изготавливают мазуты из продуктов прямой перегонки нефти с вовлечением крекинг-остатков, экстрактов, гудронов, асфальтосмолистых веществ и других тяжелых продуктов переработки нефти.

Мазуты подразделяют на марки в зависимости от состава, назначения и вязкости (цифра указывает на вязкость при 50 °С):

- топочные мазуты марок 40, 100;

- флотские мазуты марок Ф-5, Ф-12;

- для мартеновских печей: МП – малосернистое (до 0,5% серы), МП-1 – сернистое (до 1% серы), МПВА – высокоароматизированное, высокосернистое;

- экспортный мазут марок М-1,0, М-2,5.(получают смешением 85-90 % остатков переработки нефти и 10-15 % дистиллятных фракций).

Печное топливо. Печное бытовое топливо используется для сжигания в отопительных установках небольшой мощности, расположенных непосредственно в жилых помещениях, а также в теплогенераторах средней мощности, используемых в сельском хозяйстве для приготовления кормов, сушки зерна, фруктов, консервирования и других целей.

Печное топливо по составу занимает промежуточное положение между мазутами и дизельным топливом, вырабатывается из дизельных фракций прямой перегонки нефти и из дистиллятов крекинга и коксования.

Парафины представляют собой смесь углеводородов метанового ряда нормального строения с 18-35 атомами углерода в молекуле.Применяют их в кач-ве сырья в нефтехимич промыш-ти при произ-ве моющих средств и вещв,для пропитки бумаги,в произ-ве свечей,спичек. В зависимости от области применения парафины подразделяются на технич, высокоочищенные и для пищевой промыш-ти.

Церезины–смесь парафин-х углеводородов изомерного строения с 36-55 атомами углерода в молекуле.Церезины применяют в произ-ве смазок, вазелинов,кремов,мастик,свечей.

Ароматические углеводороды–бензол,толуол,ксилол.Они использ-ся в кач-ве растворителей,такж как хим сырье.

Битумы получают из тяжелых нефтяных остатков-это смесь высокомолекулярных углеводородов и смолисто-асфальтовых вещ-в. Используются при строительстве дорог,при изготовлении олиф, лаков.По назначению битумы делят на дорожные, кровельные(для покрытия крыш) и изоляционные.

Нефтяной кокс–пористая твердая масса от серого до черного цвета, представляющая собой технический углерод нефтяного происхождения.По способу получения нефтяные коксы подразделяют на коксы замедленного коксования (остаточные продукты переработки нефти) и коксы, получ при коксовании в кубах крекинговых остаточных продуктов переработки нефти.