Нефтяное товароведение
| Вид материала | Учебное пособие |
- Методические указания и контрольные задания для студентов- заочников образовательных, 559.1kb.
- Товароведение и зкспертиза напитков лабораторний практикум, 1701.15kb.
- Методические указания и задания домашней контрольной работы для студентов-заочников, 399.12kb.
- Вопросы к экзамену по дисциплине «Товароведение» специальность 1-25 01 10 «Коммерческая, 71.32kb.
- Товароведение, экспертиза и стандартизация, 486.07kb.
- Сквозной программы по практической подготовке студентов направление подготовки 100800., 33.89kb.
- Программы (ооп) Подготовка бакалавров по направлению «Товароведение» проводится в рамках, 144.89kb.
- Технологический факультет, 164.71kb.
- Производство промышленной продукции в натуральном выражении, 21.6kb.
- Методические рекомендации по организации преддипломной, 778.67kb.
Гетероатомные соединения нефти
Помимо углеводородов, в нефти присутствуют и гетероатомные соединения. К гетероатомным соединениям относят органические соединения, в состав которых, кроме углерода и водорода, входят в больших или меньших количествах кислород, сера и азот. Несмотря на то, что по данным элементного анализа суммарное содержание гетероатомов в нефти не велико, сами гетероорганические соединения могут доставлять до 20 % масс. от сырой нефти. Так же, как и для углей изучение состава и свойств гетероатомных соединений в нефти может помочь в определении ее происхождения. Предполагают, что гетероатомные соединения являются промежуточными продуктами различных превращений нефти. Кислородные соединения
Кислород в нефти встречается в следующих функциональных группах и соединениях: карбонильная группа (в основном кетоны), простые эфиры, сложные эфиры, фенолы, спирты кислоты, смолисто-асфальтеновые вещества.
Подавляющее количество кислород, содержится в нефти в фенолах (особенно много фенолов в смолистых нефтях), нафтеновых и алифатических кислотах.
Алифатические кислоты представлены в нефтях кислотами нормального и изомерного строения, в том числе изопреноидного. Нафтеновые кислоты являются производными нафтеновых углеводородов — циклопентана и циклогексана. Ароматические кислоты являются производными бензола и полициклических аренов. Следует отметить, что в парафиновых нефтях, т. е. в нефтях богатых парафиновыми углеводородами, преобладают алифатические кислоты, а в нафтеновых — нафтеновые.
нафтеновые кислоты
Нафтеновые кислоты стараются удалить из нефти, так как они образуют соли с металлами, что ведет к разрушению аппаратуры и трубопроводов. Вместе с тем, нафтенаты щелочных металлов — это деэмульгаторы нефти и используются для ее обезвоживания.
^
Серосодержащие соединения
Содержание сернистых соединений в нефтях колеблется в широких пределах — от следовых количеств до 7 % маcc. Насчитывается более 200 различных сернистых соединений, найденных и идентифицированных в нефтях. В основном сера в нефти содержится в виде: элементной серы, сероводорода, меркаптанов, сульфидов (тиоэфиры) и дисульфидов (дитиоэфиры), циклических соединений и их гомологов.
Сера как простое вещество и в виде сероводорода содержится в нефтях в растворенном состоянии. Содержание меркаптановой серы достигает 15 % масс. от ее общего содержания. Сосредоточены меркаптаны в бензиновых фракциях. Сульфиды распространены в бензиновых и легроино-керосиновых фракциях, где они составляют от 50 до 80 % масс. от суммы всех сернистых соединений, а дисульфиды — в керосино-газойлевых фракциях. На них приходится до 15 % масс. всей серы. Циклические соединения — тиацикланы (циклические сульфиды), тиофен и их гомологи — сосредоточены в керосиновых и масляных фракциях. Они составляют всего лишь несколько процентов от суммы сернистых соединений.
В сырой нефти сера преобладает в меркаптанах, сульфидах и дисульфидах, а после термической обработки входит в состав тяжелых продуктов переработки в основном в ароматические гетероциклические соединения.
Сера — самый вредный элемент в нефти, так как входит в очень агрессивные соединения (сера, сероводород и меркаптаны), приводящие к коррозии металла и ухудшающие антидетонационные свойства топлив и качество вторичных продуктов переработки нефти (нефтяной кокс).
Азотсодержащие соединения
Большая часть азота сосредоточена в смолистых веществах, но встречается и в виде аминогрупп ароматического или алифатического характера. Азотистые соединения нефтей подразделяют на две основные группы: азотистые основания и «нейтральные» (слабоосновные) соединения.
Азотистые основания равномерно распределены по фракциям нефти и составляют от 20 до 40 % масс. от общего количества азотистых соединений. Очевидно, в низкокипящих фракциях нефти сосредоточены аминогруппы алкильного характера, а в высоко-кипящих - молекулы, содержащие несколько конденсированных бензольных или нафтеновых циклов.
К «нейтральным» азотистым соединениям относят производные индола и карбазола, циклические амиды и порфирины. Кроме того, в нефтях обнаружены также гетероциклические соединения, содержащие, кроме азота, серу (тиазолы).
Смолисто-асфальтеновые вещества
В группу гетероатомных соединений нефти включают смолисто-асфальтеновые вещества, содержащие в себе все гетероатомы нефти: кислород, азот и серу. Суммарно содержание в них гетероатомов достигает 14 % масс. Гудрон, получаемый после отгонки из нефти светлых фракций и масляных дистиллятов, состоит из смолисто-асфальтеновых соединений.
В составе этих соединений различают смолы и асфальтены.
Смолы — это конденсированные циклические соединения с длинными алифатическими боковыми цепями. Густые вязкие вещества бурого цвета. Их плотность больше воды (1,1 г/см3), и молекулярная масса колеблется в пределах 600—700 кг/кмоль.
Асфальтены — полициклические ароматические сильно конденсированные системы с короткими алифатическими боковыми цепями. Твердые высокоплавкие хрупкие вещества черного цвета, не растворимые в алканах. Молекулярная масса равна 2000—3000, а иногда превышает 6000 кг/кмоль. Молекулы асфальтенов можно рассматривать как продукт конденсации (соединения) нескольких молекул смол.
^ 2.3 Классификация нефтей
Классификация нефтей является базой, которая позволяет предопределить ассортимент и качество продуктов, подобрать наилучшие условия переработки тех или иных нефтей.
С того момента, как добыча нефти и ее переработка вышли на промышленный уровень, классификация нефти претерпевала изменения и дополнения.
Химическая классификация основана на групповом составе нефтей. По этой классификации различают следующие нефти: метановая; нафтеновая; метано-нафтеновая; ароматическая; метано-нафтено-ароматическая; нафтено-ароматическая.
Существует промышленная классификация, основанная на плотности нефти. В этой классификации выделяют 3 типа нефти: легкие, чья плотность ниже 0,878 г/см3; утяжеленные — от 0,878 до 0,884 г/см3; тяжелые — выше 0,884 г/см3.
Широкое распространение имела также технологическая классификация нефти. Согласно этой классификации нефть подразделяется на три класса по содержанию серы, три типа по выходу фракций, выкипающих до 350 °С, четыре группы по потенциальному содержанию базовых масел, две подгруппы по индексу вязкости и три вида по содержанию твердого парафина. В целом нефть характеризуется шифром, составляемым последовательно из обозначений класса, типа, группы, подгруппы и вида, которым соответствует данная нефть (табл.)
Таблица
| Класс | Содержание серы, % масс | Тип | Выход светлых нефтепродуктов, %масс. | Группа | ^ Содержание базовых масел, % масс. | Подгруппа | Индекс вязкости базовых масел | Вид | Содержание парафина, % масс. |
| I Малосер- нистая | <0,50 | Т1 | >45,0 | М1 | >25 | И1 | 85 | П1 малопа-рафинистая | <1,5 |
| II сернистая | 0,51÷2,00 | Т2 | 30,0÷44,9 | М2 М3 | 15÷25 15÷25 | И2 | 40÷85 | П2 парафи-нистая | 1,51÷6,00 |
| III Высоко- сернистая | >2,00 | Т3 | <30,0 | М4 | <15 | И3 | | П3 высоко-парафинистая | >6,00 |
Приведем несколько примеров шифров, которыми обозначаются нефти различных месторождений.
1 Нефть сернистая, содержание серы 0,51-2,00 % маcc.; выход светлых нефтепродуктов ≥45 % мае.; содержание базовых масел 15-25 % масс.; индекс вязкости базовых масел >85; парафинистая, содержание парафина 1,51-6,00 % масс. - обозначают «I IТ1М2И1П2».
2 Нефть малосернистая, содержание серы ≤0,5 % маcc.; выход светлых нефтепродуктов 30,0-44,9 % маcc.; содержание базовых масел < 15 % маcc,; индекс вязкости базовых масел >85; высокопарафинистая, содержание парафина ≥6,00 % масс. - обозначают «IТ2М4И1П3».
В настоящее время действует классификация нефтей по ГОСТ Р 51858—2002. Согласно этому стандарту нефть по физико-химическим свойствам, степени подготовки, содержанию сероводорода и легких меркаптанов нефти подразделяют на классы типы, группы и виды. В зависимости от массовой доли серы нефти подразделяют на классы 1-4 (табл.100000). По плотности, а при поставке на экспорт - дополнительно по выходу фракции и массовой доле парафина нефти подразделяют на пять типов (табл 10000) По степени подготовки нефти подразделяют на группы 1-3 (табл. 1.12). Па массовой доле сероводорода и легких меркаптанов нефти подразделяют на виды 1-3 (табл.100000).
Условное обозначение нефти состоит из четырех цифр, соответствующих обозначениям класса, типа, группы и вида нефти. При поставке нефти на экспорт к обозначению типа добавляется индекс «э». Структура условного обозначения нефти:
^ X X X X ГОСТР
Табл.
Классы нефтей
| Класс нефти | Наименование | Массовая доля серы, % масс |
| 1 | Малосернистая | До 0,60 включ. |
| 2 | Сернистая | 0,61-1,80 |
| 3 | Высокосернистая | 1,81-3,50 |
| 4 | Особо высокосернистая | Свыше 3,50 |
Табл.
Типы нефтей
| Наименование параметра | Норма для типа нефти | ||||||||||
| 0 (особо легкая) | 1 (легкая) | 2 (средняя) | 3 (тяжелая) | 4 (битуми- нозная) | |||||||
| Для экономики страны | для экспорта | для экономики страны | для экспорта | для экономики страны | для экспорта | для экономики страны | для экспорта | для экономики страны | для экспорта | ||
| Плотность при температуре 15 оС, кг/м3 | Не более 834,5 | 834,5 ÷854,4 | 854,4÷874,4 | 874,4÷899,3 | Более 899,3 | ||||||
| Выход фракции, не менее,%, до температуры: | | | | | | | | | | | |
| 200ºС | - | 30 | - | 27 | - | - | - | - | - | - | |
| 300ºС | - | 52 | - | 47 | - | - | - | - | - | - | |
| 350ºС | - | 62 | - | 57 | - | - | - | - | - | - | |
| Массовая доля парафина, не более, % | - | 6 | - | 6 | - | - | - | - | - | - | |
Если по одному из показателей (плотности или выходу фракций) нефть относится к типу с меньшим номером, а по другому — к типу с большим номером, то нефть признают соответствующей типу с большим номером.
Таблица.
Группы нефтей
| Наименование показателя | Норма для нефти группы | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Массовая доля воды, не более, % | 0,5 | 0,5 | 1,0 |
| Концентрация хлористых солей, не более, мг/дм3 | 100 | 300 | 900 |
| Массовая доля механических примесей, не более, % | 0,05 | ||
| Давление насыщенных паров, не более, кПа | 66,7 | 66,7 | 66,7 |
| Содержание хлорорганических соединений, мил-1 (ppm) | Не нормируется. Определение обязательно | ||
Если по одному из показателей нефть относится к типу с меньшим номе ром, а по другому — к типу с большим номером, то нефть признают соответствующей с большим номером.
Таблица 1.13.
Виды нефтей
| Наименование показателя | Норма для нефти вида | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Массовая доля сероводорода, не более, мил-1 (ppm) | 20 | 50 | 100 |
| Массовая доля метил- и этилмеркаптанов, мил-1 (ppm) | 40 | 60 | 100 |
Нефть с массовой долей сероводорода менее 20 мил-1 считают не содержащей сероводород.
Рассмотрим несколько примеров классификации нефти.
1. нефть (при поставке потребителю в России): массовая доля серы 1,15% (класс 2); плотность при 15оС 860,0 кг/м3 (тип 2); концентрация хлористых солей 120 мг/дм3 , массовая доля воды 0,40% (группа 2); при отсутствии сероводорода (вид 1) - обозначают «2.2.2.1 ГОСТ Р 51858-2002».
2. нефть (при поставке на экспорт): массовая доля серы 1,15% (класс 2); плотность при 15оС 860,0 кг/м3 , объемная доля фракции до 200ºС – 26%, до 300ºС – 46%, до 350ºС - 55%, массовая доля парафина 4,1% (тип 2э); концентрация хлористых солей 90 мг/дм3, массовая доля воды 0,40% (группа 1); при отсутствии сероводорода (вид 1) - обозначают «2.2э.1.1 ГОСТ Р 51858-2002».
По шифру нефти можно составить представление о наиболее рациональных схемах ее переработки и обосновать необходимость в процессах облагораживания нефтепродуктов.
^ 2.4. Классификация нефтепродуктов
Нефтеперерабатывающая промышленность вырабатывает исключительно большой ассортимент (более 500 наименований) газообразных, жидких и твердых нефтепродуктов. Требования к ним весьма разнообразны и диктуются постоянно изменяющимися условиями применения или эксплуатации того или иного конкретного нефтепродукта.
В основу классификации товарных нефтепродуктов могут быть положены различные принципы, например, по фазовому составу или способу их производства. Поскольку требования как к объему производства, так и к качеству товаров диктуют их потребители, то принято классифицировать нефтепродукты по их назначению, т. е. по направлению их использования в отраслях народного хозяйства.
В соответствии с этим различают следующие группы нефтепродуктов:
1. Моторные топлива.
2. Энергетические топлива.
3. Нефтяные масла.
4. Углеродные и вяжущие материалы.
5. Нефтехимическое сырье.
6. Нефтепродукты специального назначения. Моторные топлива в зависимости от принципа работы двигателей подразделяют на:
1.1. Бензины (авиационные и автомобильные);
1.2. Реактивные.
1.3. Дизельные.
Энергетические топлива подразделяются на:
2.1. Газотурбинные.
2.2. Котельные.
Нефтяные масла подразделяют на смазочные и несмазочные. Различают следующие подгруппы смазочных масел:
3.1. Моторные (для поршневых и реактивных двигателей).
3.2. Трансмиссионные и осевые, предназначенные для смазки автомобильных и тракторных гипоидных трансмиссий (зубчатых передач различных типов) и шеек осей железнодорожных вагонов и тепловозов.
3.3. 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.).
3.4. 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:
4.1. Нефтяные коксы.
4.2. Битумы.
4.3. Нефтяные пеки (связующие, пропитывающие, брикетные, волок-нообразующие и специальные).
Нефтехимическое сырье. К этой группе можно отнести:
5.1. Ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы, нафталин и др.).
5.2. Сырье для пиролиза (нефтезаводские и попутные нефтяные газы, пря-могонные бензиновые фракции, олефинсодержащие газы и др.).
5.3. Парафины и церезины. Вырабатываются как жидкие (получаемые кар-бамидной и адсорбционной депарафинизацией нефтяных дистиллятов), так и твердые (получаемые при депарафинизации масел). Жидкие парафины являются сырьем для получения белкововитаминных концентратов, синтетических жирных кислот и поверхностно-активных веществ.
Нефтепродукты специального назначения подразделяют на:
6.1. Термогазойль (сырье для производства технического углерода).
6.2. Консистентные смазки (антифрикционные, защитные и уплот-нителъные).
6.3. Осветительный керосин.
6.4. Присадки к топливам и маслам, деэмульгаторы.
6.5. Элементная сера.
6.6. Водород и др.
В РФ систему классификации нефтепродуктов и смазочных материалов определяет ГОСТ 28576-90 (ИСО 8681-86)
Таблица Классификация нефтепродуктов и родственных продуктов
| Класс | Продукты | Класс | Продукты |
| F | Топлива | L | Смазочные материалы, индустриальные масла и родственные продукты |
| S | Растворители и сырье для химической промышленности | B | Битумы |
| W | Парафины |
Примеры полного обозначения нефтепродуктов по данной классификации:
- ИСО—L—G—68, где
L— класс (смазочные материалы);
G — категория (группа смазочных материалов для направляющих скольжения);
68— число (класс вязкости по ИСО).
- ИСО-L—HL—32, где
L — класс (смазочные материалы);
HL — категория (где Н — группа смазочных материалов для
гидравлических систем);
32— число (класс вязкости по ИСО).
- ИСО—F—DST—2, где
F — класс (топлива);
DST—категория (где D — группа дистиллятных топлив);
2— число (класс обозначения).
- ИСО—F—RMB—32, где
F — класс (топлива);
RMB—категория (где R — остаточное жидкое топливо);
10 — число (максимальная вязкость при 100°С, мм2/с).
^ 3. Товарная характеристика топлив
Топлива, используемые в современной технике, являются в основном продуктами переработки нефти. Их качество улучшают технологическими методами (вторичные процессы переработки) или добавлением специальных присадок. В зависимости от назначения, технологии получения, сырьевого источника нефтяных топлив производится их классификация. Дня потребителей наиболее актуальна классификация нефтяных топлив по назначению. Классификация нефтяных топлив по назначению связана с типами двигателей, для которых они предназначены.
Нефтяные топлива можно разделить на следующие виды: 1. Топлива для поршневых двигателей с искровым зажиганием (принудительным воспламенением):
а) бензины автомобильные;
б) бензины авиационные.
2. Топлива для поршневых двигателей с воспламенением от сжатия:
а) топлива для быстроходных дизелей;
б) топлива для средне- и малооборотных дизелей. 3. Топлива для реактивных двигателей:
а) реактивные топлива для дозвуковой авиации;
б) реактивные топлива для сверхзвуковой авиации. 4. Топлива для газотурбинных двигателей:
а) топлива для транспортных газотурбинных двигателей;
б) топлива для стационарных газотурбинных установок. 5. Топлива для котельных установок:
а) топлива для транспортных котельных установок;
б) топлива для стационарных котельных установок. К нефтяным топливам для тепловых двигателей предъявляются следующие общие требования:
- высокие энергетические характеристики;
- оптимальная скорость горения и высокая полнота сгорания;
- минимальная коррозионная активность по отношению к деталям силовой установки, средствам транспортирования, хранения и заправки;
- стабильность в условиях применения и хранения;
- хорошая прокачиваемость в системах топливопитания двигателей и топочных устройств, топливопроводах средств транспортирования и хранения;
- высокие экологические свойства.
Нефтяное топливо - это вещество или совокупность веществ нефтяного происхождения, находящиеся в любом агрегатном состоянии, способных в результате горения образовывать высокотемпературные конечные продукты.
^ 3.1.Классификация нефтяных топлив
Общая классификация нефтяных топлив (класс F по ГОСТ 28576-90 (ИСО 8681-86)) устанавливается ГОСТом 28577.0-90(ИСО8216/0-86).
В этот стандарт включены пять нефтепродуктов
Продукты обозначаются символом, состоящим из групп букв, например ИСО-F-Д S T 2.
В обозначения входят: аббревиатура ИСО, буква, обозначающая класс (F- для топлив), которую отделяют дефисом от аббревиатуры и последующих букв; буквы (от одной до четырех), обозначающего категорию топлива; цифра, указывающая на основе свойство топлива.
| Группа топлива | Характеристика |
| G | Газообразные топлива. Газообразные топлива нефтяного происхождения, состоящие в основном из метана и (или) этана. |
| L | Сжиженные газообразные топлива. Газообразные топлива нефтяного происхождения, состоящие в основном из пропана и пропена и (или) бутена и бутана. |
| D | Дистилятные топлива. Топлива нефтяного происхождения (бензины, керосины, газойли и дизельные топлива), за исключением сжиженных нефтяных газов и топлив. Тяжелые дистилляты, которые могут содержать не- большое количество остатков. |
| R | Остаточные топлива. Нефтяные топлива, содержащие остаточные фракции процесса перегонки. |
| C | Нефтяные коксы. Твердые топлива нефтяного происхождения, состоящие в основном из углерода и полученные в процессе гидрокрекинга. |