Реферат на тему:
Характеристика нафт і нафтових фракцій
Поділ нафти на більш прості складові частини ( чи фракції, дистиляти)
за температурою кипіння (фракційна перегонка або фракціонування),
відіграє значну роль у сучасній нафтопереробці й у дослідженнях
фракційного, групового й індивідуального вуглеводневого складу нафт і
нафтопродуктів. Фракційний склад показує вміст фракцій, що википають у
визначених температурних межах.
Для визначення фракційного складу нафт у лабораторній практиці широке
поширення одержали наступні методи перегонки:
1) низькотемпературна ректифікація – для зріджених газів і фракцій
вуглеводнів, що киплять при температурі менше 20 °С;
2) середньотемпературна перегонка – для нафтопродуктів, що википають до
350°С;
3) вакуумна перегонка – для рідин, що википають при температурі вище
350°С;
4) молекулярна дистиляція – для високомолекулярних речовин;
5) перегонка методом одноразового випару.
Звичайно нафти густиною менше 0,9 г/см3 починають кипіти при температурі
нижче 100 °С. Температура початку кипіння нафти залежить від її
хімічного складу, причому при одній і тій же густині нафтенові й
ароматичні вуглеводні киплять при більш низькій температурі, ніж
метанові.
При переробці нафти в лабораторних умовах відбирають наступні фракції:
від 40 до 180-200 °С – бензинові фракції, у яких можуть виділяти вузькі
відгони:
від 40 до 70-90 °С – петролейний ефір і
від 160 до 205 °С – лігроїн;
від 200 до 300 °С – гасові фракції;
270-350 °С – газойлева фракція;
300-370 °С – солярова фракція;
залишок після відгону усіх фракцій називається мазутом.
У промислових умовах перегонка нафти здійснюється одноразовим випаром з
подальшою ректифікацією, при якій відбирають наступні світлі фракції:
бензинову (до 180 °С), гасову (120-315 °С), дизельну чи гасо-газойлеву
(180-350 °С) і різні проміжні відгони. Світлі фракції за допомогою
наступного очищення, змішання, а іноді і після вторинного перегону
перетворюються в продукти прямого гону нафти.
До світлих товарних нафтопродуктів прямого перегону відносять бензин
(автомобільний і авіаційний), розчинник у лакофарбовому виробництві, що
заміняє скипидар, (“уайт-спірит”), розчинник для гумової промисловості,
екстракційний, петролейний ефір, лігроїн (приладовий), гас
(освітлювальний, для технічних цілей). Мазут переробляється перегоном
під вакуумом для одержання масляних фракцій.
Дистиляційні олії (авіаційні, автомобільні, дизельні, індустріальні і
білі), що утворюються після перегону мазуту, відбираються за в’язкістю,
а не за температурою кипіння і густиною.
Залишок після перегону мазуту (вище 500 °С) називається гудроном, чи
напівгудроном у залежності від в’язкості. Використовуються вони для
готування високов’язких мастил, будівельних і дорожніх нафтових бітумів.
“Залишковими оліями” називають продукти, що одержують з гудронів
екстракцією органічними розчинниками.
Значна частина мазуту використовується як паливо на електростанціях і в
суднових двигунах. Деяка кількість мазуту є сировиною для одержання
легких моторних палив методами крекінгу. Перегону на олії піддають
тільки мазути так званих “масляних нафт”, мазути яких у деяких випадках
використовуються для змащування без перегонки.
Усі процеси переробки нафти зв’язані з нагріванням чи охолодженням, що
вимагає усебічного вивчення теплових властивостей нафт і нафтопродуктів.
Чим легша нафта чи її фракція, тим більше значення її коефіцієнта
теплового розширення. Питома теплоємність нафт при температурах від 0 до
50 °С коливається у вузьких межах – від 1,7 до 2,1 Дж/К·г. Найчастіше з
підвищенням густини нафти вона зменшується. Теплоємність окремих
відгонів однієї і тієї ж нафти зменшується в міру підвищення густини,
молекулярної маси фракцій і залежить від хімічного складу нафтопродукту
і температури.
Теплота випару нафтових дистилятів при атмосферному тиску складає
160-320 кДж/кг. Теплота згоряння нафт коливається від 40 до 45 МДж/кг,
причому вона тим більше, чим менше густина нафти чи фракцій.
При переробці нафти основна маса процесів супроводжується хімічними
реакціями, розчиненням, адсорбцією, абсорбцією і змочуванням поверхонь
реакторів, що протікають з поглинанням чи виділенням тепла. Тепловий
ефект процесу в цілому складається з теплот цих етапів.
Розчинення вуглеводневих газів і нафтової пари у рідких нафтопродуктах
супроводжується виділенням тепла, дорівнює теплоті їхньої конденсації.
Розчинення твердих вуглеводнів у рідких нафтопродуктах звичайно
супроводжується поглинанням тепла.
При адсорбції газів і нафтової пари на поверхні твердих тіл виділяється
теплота, кількість якої залежить від природи речовини, яка адсорбується
й адсорбенту. При зануренні твердої речовини в рідкий нафтопродукт
виділяється теплота змочування, величина якої залежить від природи
речовини і хімічного складу нафтопродукту.
Для різних нафт поверхневий натяг на границі з повітрям коливається в
межах 25-30 мН/м. Нафтопродукти, погано очищені від полярних домішок,
також мають низький поверхневий натяг на границі з водою. Для добре
очищених бензинів і олій поверхневий натяг становить до 50 мН/м.
Найбільший поверхневий натяг при температурі 20 °С мають ароматичні
вуглеводні, найменший – алкани, а нафтени й олефіни займають проміжне
положення.
Поверхневий натяг вуглеводнів і нафтових фракцій лінійно зменшується з
підвищенням температури і при критичній температурі дорівнює нулю. Зі
збільшенням тиску поверхневий натяг у системі газ-рідина зменшується.
Для нафт і нафтопродуктів, як для складних сумішей, немає однієї точки
затвердіння чи точки плавлення, а характерна наявність температурних
інтервалів затвердіння і плавлення. Рідка нафта звичайно застигає при
температурі близько -20 °С, але іноді і при +10 °С, що залежить від
вмісту в ній твердих парафінів. Найбільш низьку температуру затвердіння
(до –80 °С) мають бензини.
Температурою спалаху називають температуру, при якій з нафтопродукту, що
нагрівається в стандартних умовах, виділяється стільки пари, що вони при
піднесенні відкритого полум’я і доступності повітря загоряються з
коротким спалахом, утворюючи легке полум’я, що перебігає, й відразу ж
гасне. Чим вище температура кипіння нафтопродуктів, тим вище температура
їхнього спалаху. Бензинові фракції мають температуру спалаху до -40 °С,
гасові – понад 28 °С, масляні від 130 до 350 °C. Температура спалаху дає
уявлення про те, наскільки дані продукти багаті легколеткими фракціями,
і вказує на ступінь пожежонебезпеки і вибухонебезпеки стосовно
нафтопродуктів.
Температура самозаймання – це та температура, при якій нафтопродукт при
наявності кисню повітря загоряється без зіткнення рідини чи її пари з
полум’ям або іскрою, а тільки внаслідок підігріву ззовні (через стінку).
Для бензину вона дорівнює 420-530 °С, гасу – 380-440 °С, газойлю –
340-360°С й реактивного палива – 380 °С. Алкани мають найнижчу
температуру самозаймання (пентан – 284,4 °С), нафтени – середню
(циклопентан -385 °С) і арени – найвищу (бензол – 591,7 °С).
Колір нафти змінюється від жовтого до чорного забарвлення з ростом її
густини. Нафтові вуглеводні (бензин, лігроїн, гас і деякі висококиплячі
продукти), як правило, безбарвні, якщо добре очищені. Однак найчастіше
крекінг-бензини, гасі висококиплячі продукти прямої перегонки нафти в
залежності від ступеня очищення мають ясно-жовтий і жовтий колір.
Для більшості нафт і їхніх фракцій характерна флуоресценція: вони мають
синюватий чи зеленуватий колір у відбитому світлі, що пов’язано з
присутністю в них хризену, октилнафталіну й інших багатоядерних
вуглеводнів ароматичного ряду.
Нафти і нафтові фракції з температурою кипіння понад 300°С володіють
люмінесценцію – світінням, що виникає при їхньому опроміненні
ультрафіолетовими променями. До люмогенних речовин входять нафтенові
кислоти, поліциклічні ароматичні вуглеводні і смоли.
Показник заломлення нафтопродуктів визначають при проходженні світлового
променя з повітря в нафтопродукт, і тому він завжди більше одиниці. Для
вуглеводнів різних класів, при однаковій кількості атомів вуглецю в
молекулах, найменшою рефракцією володіють алкани, потім ідуть олефіни,
нафтени й арени. Показник заломлення суміші вуглеводнів є адитивною
функцією її складу і тому використовується при визначенні
структурно-групового вуглеводного складу олій.
Майже усі нафти і її важкі відгони мають здатність обертати площину
поляризації променів світла, причому для більшості з них характерне
слабке праве обертання. Оптична активність зростає з підвищенням
температури кипіння фракції. Штучні нафти, на відміну від природних,
оптичної активності не виявляють. Оптичну активність природних нафт
пояснюють наявністю в них продуктів розкладання холестерину і
фітостерину, тобто характерних стеринів, що містяться в рослинах і
тваринах. Це приводиться в якості одного з доказів органічного
походження нафти.
Безводні нафти і нафтопродукти є діелектриками, і деякі з них
застосовуються як електроізоляційний матеріал (парафін) чи ізолююче
середовище (трансформаторна олія) у трансформаторах, масляних реостатах
і вимикачах. Діелектрична проникність нафт і нафтопродуктів у порівнянні
з іншими діелектриками невелика і їх діелектрична постійна коливається в
межах 1,86-2,5. Вивчення діелектричних властивостей олій різного
групового складу показало, що найбільш стійкими електричними параметрами
володіють олії, що не мають ароматичних вуглеводнів, асфальто-смолистих
речовин і твердих парафінів.
Нафта і нафтопродукти при терті (заповненні сховищ і перекачуванні з
великою швидкістю по трубах, а також фільтрації) сильно електризуються і
на їхні поверхні можуть накопичуватися заряди статичної електрики, у
зв’язку з чим можуть відбуватися вибухи і пожежі. Найбільш небезпечні в
цьому відношенні світлі нафтопродукти, що особливо сильно
електризуються. Для запобігання вибухів і пожеж апаратуру, трубопроводи
і резервуари заземлюють, а також застосовують спеціальні антистатичні
присадки до нафтопродуктів.
З водою ані нафти, ані нафтопродукти практично не змішуються, а їхня
взаємна розчинність дуже мала і не перевищує сотих часток відсотка. У
нафтових вуглеводнях вода розчиняється в невеликих кількостях – від
0,003 до 0,13 % при 40 °С. Розчинність води підвищується з ростом
температури і зниженням молекулярної маси вуглеводнів. Взаємна
розчинність води і нафтопродуктів має велике практичне значення в
зв’язку з можливістю виділення з моторного палива мікрокрапельок чи
кристаликів води, що може ускладнювати роботу двигунів.
Важливе значення в хімії нафти має питання про дію на нафту і
нафтопродукти різних органічних розчинників. Аполярні розчинники цілком
розчиняють нафту і нафтопродукти крім твердих парафінів і церезинів.
Спирти розчиняють нафтопродукти вибірково. Полярні органічні розчинники
(анілін, нітробензол, фенол) добре розчиняють ароматичні вуглеводні і не
розчиняють алкани і нафтени.
Повна розчинність нафтових вуглеводнів настає тільки при цілком певній
температурі, яку називають критичною температурою розчинення (КТР). У
практиці дослідження хімічного складу нафтопродуктів велике поширення
одержали КТР у аніліні чи так звані анілінові точки (АТ). Найбільш
низькі анілінові точки в аренів, середні в нафтенів і олефінів і
максимальні в алканів.
Вибірковість дії розчинників покладена в основу методу ”холодного
фракціонування нафти”. Метод вибірного дробового холодного розчинення й
осадження застосовується при очищенні олій.
Нафтопродукти є добрими розчинниками жирів, олій, йоду, сірки, каучуку,
причому розчинна здатність до жирів тим вище, чим більше в них аренів.
ЛІТЕРАТУРA
Саранчук В.И., Айруни А.Т., Ковалев К.Е. Надмолекулярная организация,
структура и свойства углей.- К.: Наукова думка.
Саранчук В.И., Бутузова Л.Ф., Минкова В.Н. Термохимическая деструкция
бурых углей.- К.: Наукова думка, 1984.
Нестеренко Л.Л., Бирюков Ю.В., Лебедев В.А. Основы химии и физики
горючих ископаемых.- К.: Вища шк., 1987.-359с.
Бухаркина Т.В., Дигуров Н.Г. Химия природных энергоносителей и
углеродных материалов.-Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева,-1999.-195с.
Агроскин А. А., Глейбман В. Б. Теплофизика твердого топлива.– М. Недра
1980.– 256 с.
Глущенко И. М. Теоретические основы технологии твердых горючих
ископаемых.– К. : Вища шк. Головное изд-во, 1980.– 255 с.
Еремин И. В., Лебедев В. В., Цикарев Д. А. Петрография и физические
свойства углей. — М. : Недра, 1980. — 266 с.
Касаточкин В. И., Ларина Н. К. Строение и свойства природных углей.– М
: Недра, 1975.– 159 с.
Раковский В. Е., Пигулееская Л. В. Химия и генезис торфа.–М. : Недра,
1978.–231 с.
Саранчук В. И. Окисление и самовозгорание угля.– К. : Наук. думка,
1982.– 166 с.
Стрептихеев А. А., Деревицкая В. А. Основы химии высокомолекулярных
соединений.– 3-е изд., перераб. и доп.– М. : Химия, 1976.– 436 с.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
