Количественная и качественная оценка нефти и нефтепродуктов

   Ароматические углеводороды - наиболее токсичные компоненты нефти (Mitchell et al, 1972).0ни являются хроническими токсикантами (Baker, 1971). В частности, к очень активным и быстродействующим токсикантам относятся низкокипящие арены - бензол, ксилол, толуол и др. Многие ароматические углеводороды характеризуются ярко выраженной мутагенвостью и канцерогенностью (Исмаилов, 1990). Наиболее опасна группа полиароматических углеводородов (Ильницкий, 1975, Шабад, 1973). Содержание одного из наиболее токсичных соединений - 3,4 бензпирена в нефтях колеблется от 250 до 8050 млрд-1 (Алексеева, Теплицкая, 1981).

   Одним из значительных компонентов нефти являются твердые метановые углеводороды (парафины), содержание которых может достигать 15-20%. Парафины содержатся практически во всех нефтях. По содержанию парафинов выделяются три группы нефтей: малопарафиновые (парафина - до 1,5%), парафиновые (1,5-6,0%), высокопарафиновые (более 6%) (Требин и др., 1980).

В нефтях идентифицированы фенантрены, хризены, пирены, бензпирены, тетрафены (Алексеева, Теплицкая, 1981).

 

   К неуглеводородным компонентам нефти относятся смолы и асфальтены, играющие очень важную роль в химической активности нефти. Их содержание колеблется от 1-2 до 6-40% (Панов и др., 1986). С этими группами соединений связана основная часть микроэлементов нефти. Наиболее высоки концентрации V и Ni, а на отдельных месторождениях в нефтях и углеводородных газах довольно много Hg и As (Озерова, Пиковский и др., 1979; Озерова, Пиковский, 1982,1985).

 

Основные характеристики нефти представлены в таблице.

Таблица. Характеристика состава и свойств нефти (по Стокеру  и Сигеру)

Фракция	Массовая доля в сырой  нефти, %	Диапазон температур кипения, 0С	Растворимость в дистиллированной воде х 104, % (по массе)
Парафины:
С6- С12	0,1 - 20	69 - 230	9,5 - 0,1
С13 - С25	0 - 10	230 - 450	0,01 - 0,004
Циклопарафины:
С6 - С12	5 - 30	70 - 230	55 - 1,0
С13(С23	5 - 30	230 - 405	1,0 - 0
Ароматические углеводороды:
моно-и дициклические  С6 - С11	0 - 5	80 - 240	1780 - 0
полициклические С12 - С18	0 - 5	240 - 400	12,5 - 0
Нафтено-ароматические  углеводороды
С9 - С25	5 - 30	180 - 400	1,0 - 0
Остатки	10 -70	400	0

 

   Важными с экологических позиций компонентами нефти являются присутствующие в ней соединения серы (элементарная, сероводородная, сульфидная, меркаптановая). В России нефть классифицируют по содержанию серы на три класса: малосернистая (до 0,5 %), сер-нистая (0,5-2 %) и высокосернистая (св. 2 %).

   Еще один неуглеводородный компонент сырой нефти - минерализованные пластовые воды. Состав пластовых вод, которые извлекаются вместе с нефтью, концентрации в них солей и соотношения ионов, а соответственно, и степень их экологической опасности раз-нообразны. Основные группы вод - хлоридно-натриевые (преобладающие) и хлоридно-кальциевые. Все воды нефтяных месторождений высоко минерализованы. Выделяются рас-солы (выше 100 г/л) и соленые воды (10-50 г/л). Для нефтяных вод характерно повышенное содержание галогенов (Cl, Br, J), а также бора, бария, стронция, а в ряде случаев -двухвалентного железа и сероводорода.

   Для территории России все пластовые воды по степени вредности объединены в пять групп: 1) хлоридно-натриевые с минерилизацией (свыше 100 г/л), 2) хлоридно-кальциевые (свыше 100 г/л), 3) хлоридно-натриевые (100-50 г/л), 4) хлоридно-натриевые (50-10 г/л), 5) хлоридно-натриевые (10-1 г/л) (Батоян, 1983). При этом даже в пределах одного бассейна состав пластовых вод достаточно разнообразен. Пластовые воды, отделяющиеся от добы-ваемой нефти в процессе ее первичной подготовки, составляют основные объемы сточных вод промыслов - около 82-84% (Панов и др., 1986). По мере увеличения срока эксплуатации промыслов объем сточных вод непрерывно растет, а их минерализация падает. Человек использует нефть издавна (с 6-го тыс. до н.э.). Путем перегонки из нефти по-лучают бензин, реактивное топливо, мазут. Мировые запасы нефти составляют около 141 млрд. т (2000 г.). Наибольшие запасы нефти сосредоточены в Саудовской Аравии (35,5 млрд.т), Ираке (15,4), Кувейте (12,9), ОАЭ (12,6), Иране (12,2), Венесуэле (10,5), и России (6,6).

Классификация

   Химическая классификация – за ее основу принято преимущественно содержание в нефти одного или нескольких классов углеводов. Различают 6 типов нефти: парафиновые, парафино-циклановые, циклановые, парафино-нафтено-ароматические, нафтено-ароматические и ароматические. В парафиновой нефти все фракции содержат значительное количество алканов: бензиновые – не менее 50 %, а масляные – 20 % и более. Количество асфальтенов и смол исключительно мало.

В парафино-циклановой нефти  и их фракциях преобладают алканы и циклоалканы, содержание аренов и  САВ мало. К ним относят большинство  нефтей Урало-Поволжья и Западной Сибири. Для циклановой нефти характерно высокое (до 60 % и более) содержание циклоалканов во всех фракциях. Они содержат количество твердых парафинов, смол и асфальтенов. К циклановым относят нефти, добываемые в Баку (балаханская и сураханская) и на Эмбе (доссорская и макатская) и др.

В парафино-нафтено-ароматических  нефтях содержатся примерно в равных количествах углеводы всех трех классов, твердых парафинов не более 1,5 %. Количество смол и асфальтенов достигает 10 %. Нафтено-ароматические нефти характеризуются  преобладающим содержанием цикланов и аренов, особенно в тяжелых фракциях. Ароматические нефти характеризуются  преобладанием аренов во всех фракциях и высокой плотностью. К ним  относят прорвинскую в Казахстане и бугурусланскую в Татарстане.

Технологическая классификация

Нефти подразделяют на:

 

• 3 класса (I–III) по содержанию серы в нефти (малосернистые, сернистые  и высокосернистые), а также в  бензине (начало кипения – 180 °С), в  реактивном топливе (120-240 °С) и дизельном  топливе (240-350 °С);

• 3 типа по потенциальному содержанию фракций, перегоняющихся до 350 °С (T1-T3);

• 4 группы по потенциальному содержанию базовых масел (М1-М4);

• 4 подгруппы по качеству базовых масел, оцениваемому индексом вязкости (И1-И4);

• 3 вида по содержанию парафинов (П1–П3).

 

Техническая классификация

По ГОСТ России Р 51858–2002 нефть подразделяют:

• По содержанию общей серы на четыре класса (1–4);

• По плотности при 20 °С на пять типов (0–4);

• По содержанию воды и хлористых  солей на 3 группы (1–3);

• По содержанию сероводорода и легких меркаптанов на 3 вида (1–3).

 

Классификация процессов  переработки нефти

Технологические процессы нефтеперерабатывающего завода принято классифицировать на следующие две группы: физические и химические.

Физическими (массообменными) процессами достигается разделение нефти на составляющие компоненты (топливные  и масляные фракции) без химических превращений и удаление (извлечение) из фракций нефти, нефтяных остатков, масляных фракций, газоконденсата и  газов нежелательных компонентов (полициклических аренов, асфальтенов, тугоплавких парафинов), неуглеводных соединений. Физические процессы по типу массообмена можно подразделить на типы:

• Гравитационные (электрообессоливающая  утановка), ректификационные (атмосферная  трубчатка (перегонка);

• Атмосферно-вакуумная  трубчатка, газофракционирующая установка  и др.);

• Экстракционные (деасфальтизация, селективная очистка, депарафинизация  кристаллизацией);

• Адсорбционные (депарафинизация  цеолитная, контактная очистка);

• Абсорбционные (абсорбционно-газофракционирующая  установка, очистка от H2S, CO2).

В химических процессах переработка  нефтяного сырья осуществляется путем химических превращений с  получением новых продуктов, не содержащихся в исходном сырье. Химические процессы, применяемые на современных нефтеперерабатывающих  заводах, по способу активации химические реакции подразделяют на:

 

• Термические (термолитические) – термодеструктивные и термоокислительные;

• Каталитические – гетеролитические, гомолитические и гидрокаталитические.

В термодеструктивных процессах  протекают преимущественно реакции  распада (крекинга) молекул сырья  на низкомолекулярные, а также реакции  конденсации с образованием высокомолекулярных продуктов, например кокса, пека и др.

Классификация товарных нефтепродуктов

Принято классифицировать нефтепродукты  по их назначению, т. е. по направлению  их использования в отраслях народного  хозяйства.

В соответствии с этим различают: моторные топлива, энергетические топлива, нефтяные масла, углеродные и вяжущие  материалы, нефтехимическое сырье, нефтепродукты специального назначения.

Моторное топливо в  зависимости от принципа работы двигателей подразделяют на: бензины (авиационные  и автомобильные), реактивное топливо  и дизельное топливо.

Энергетические топлива  подразделяют на: газотурбинные, котельные  и судовые.

Нефтяные масла подразделяют на смазочные и несмазочные. Смазочные  масла подразделяют на моторные для  поршневых и реактивных двигателей; и трансмиссионные и осевые, предназначенные  для смазки автомобильных и тракторных гипоидных трансмиссий (зубчатых передач  различных типов) и шеек осей железнодорожных  вагонов и тепловозов.

Индустриальные масла  предназначены для смазки станков, машин и механизмов различного промышленного  оборудования, работающих в разнообразных  условиях и с различной скоростью  и нагрузкой. По значению вязкости их подразделяют на легкие (швейное, сепараторное, вазелиновое, приборное, веретенное, велосит  и др.), средние (для средних режимов  скоростей и нагрузок) и тяжелые (для смазки кранов, буровых установок, оборудования мартеновских печей, прокатных  станов и др.).

Энергетические масла (турбинные, компрессорные и цилиндровые) –  для смазки энергетических установок  и машин, работающих в условиях нагрузки, повышенной температуры и воздействия  воды, пара и воздуха.

Несмазочные (специальные) масла  предназначены не для смазки, а  для применения в качестве рабочих  жидкостей в тормозных системах, в пароструйных насосах и гидравлических устройствах, в трансформаторах, конденсаторах, маслонаполненных электрокабелях в  качестве электроизолирующей среды (трансформаторное, конденсаторное, гидравлическое, вакуумное), а также такие как вазелиновое, медицинское, парфюмерное, смазочно-охлаждающие  жидкости и др.

Углеродные и вяжущие  материалы включают: нефтяные коксы, битумы, нефтяные пеки (связующие, пропитывающие, брикетные, волокнообразующие и  специальные).

Нефтехимическое сырье. К  этой группе можно отнести: арены (бензол, толуол, ксилолы, нафталин и др.), сырье  для пиролиза (нефтезаводские и попутные нефтяные газы, прямогонные бензиновые фракции, алкен содержащие газы и  др.).

А также парафины и церезины. Вырабатываются как жидкие (получаемые карбамидной и адсорбционной  депарафинизацией нефтяных дистиллятов), так и твердые (получаемые при  депарафинизации масел). Жидкие парафины являются сырьем для получения белкововитаминных  концентратов, синтетически жирных кислот и поверхностно-активных веществ.

Нефтепродукты специального назначения подразделяют на:

• Термогазойль (сырье для  производства технического углерода).

• Консистентные смазки (антифрикционные, защитные и уплотнительные).

• Осветительный керосин.

• Присадки к топливам и  маслам, деэмульгаторы.

• Элементная сера.

• Водород и др.

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Показатели качества нефти

   Проведена оценка качества нефтей основных российских нефтегазоносных провинций, в том числе Волго-Уральской и Западно-Сибирской, наиболее важных в настоящее время для ТЭК страны. Дан сравнительный анализ качества нефтей России и ряда зарубежных месторождений по их физико-химическим характеристикам.

   Стратегия развития России в области энергетики предусматривает увеличение объемов переработки нефти до 220-225 млн т в год. Значительную часть полученных нефтепродуктов планируется экспортировать, в том числе и в Западную Европу. Однако постоянное ужесточение экологических и качественных требований Европейского Союза к потребляемым нефтепродуктам может привести к сокращению экспортных возможностей нефтеперерабатывающей отрасли России. В силу этого задача обеспечения мирового уровня качества выпускаемой продукции становится для отечественных НПЗ все более актуальной. Сложность ее решения в значительной степени определяется качеством поступающего на переработку сырья. Следовательно, определение качества нефти, добываемой из различных месторождений на территории страны, приобретает важное значение как для производителей, так и для потребителей нефти [1].

Для сырой нефти основными  качественными характеристиками являются плотность, содержание серы и фракционный  состав. В ТУ 39-1623-93 "Нефть российская, поставляемая для экспорта" по перечисленным  физико-химическим свойствам нефть  разделена на четыре типа  (см. табл. 1).