Сырая нефть

04.09.2019

Молекулы углеводородов


Во всех типах сырой нефти встречается четыре вида молекул, относящихся к различным рядам углеводородов. Относительное содержание молекул каждого ряда различается и влияет на химические и физические свойства данного типа нефти. Ряды углеводородов — это парафины (алканы), нафтены, ароматические углеводороды и битум. Углеводороды, в которых атомы углерода соединены одинарной связью, называются предельными. Если же молекула содержит одну и более двойные связи, то этот углеводород — непредельный.

Молекула, относящаяся к ряду алканов (парафинов), представляет собой прямую цепь атомов углерода с одинарными связями между ними (см. рис. 1.1). Общая формула для алканов — CnH2n+2. Каждая молекула состоит из пяти и более атомов углерода. Если же молекула алкана содержит более 18 атомов углерода, то вещество находится в твердом состоянии (твердый парафин) и образует парафинистую нефть.

Нафтены относятся к ряду циклоалканов (циклопарафинов) и представляют собой замкнутые циклы с насыщенными связями между атомами углерода (см, рис, 1.2). Общая формула нафтенов — CnH2n. Каждая молекула также состоит из пяти и более атомов углерода. В нефти с высоким содержанием нафтенов обычно также находится большое количество битума, что снижает ее стоимость.

Ароматические молекулы, например бензола, представляют собой замкнутые циклы, в которых части связей между атомами углерода являются непредельными (двойными) (см. рис. 1.3). Общая формула ароматических углеводородов — CnH2n-6, каждая молекула содержит не менее шести атомов углерода. На нефтеперерабатывающем заводе из сырой нефти с высоким содержанием ароматики получают бензин с наибольшим октановым числом, она является ценным сырьем для нефтехимической промышленности. За подобную нефть производители обычно переплачивают. У обычной сырой нефти, только что добытой из скважины, резкий запах бензина, а у нефти, богатой ароматикой, — фруктовый (сладковатый).

Молекула битума содержит от 40 до 60 атомов углерода. Цвет битума меняется от коричневого до черного. Битум может быть твердым или полутвердым при нормальных условиях и характеризуется высокой температурой кипения.

В таблице 1.2 приведено содержание различных типов углеводородов в сырой нефти.

На нефтеперерабатывающие заводы поступает два типа нефти. Первый — нефть асфальтового основания, которая содержит малое количество твердого парафина или не содержит его вовсе. Она обычно черного цвета. В результате переработки из такой нефти получают большое количество высококачественного бензина и битум. Второй тип — нефть на парафиновом основании, практически не содержит битума и имеет зеленоватый цвет. При переработке она дает большое количество парафина, высококачественные смазочные масла и керосин. Сырая нефть смешанного основания представляет собой сочетание обоих типов нефти.

Плотность в градусах API


Сорта сырой нефти можно сравнивать и дифференцировать по плотности. Наиболее часто используемая шкала плотностей — шкала градусов API. Это аббревиатура от названия Американского нефтяного института (American Petroleum Institute), расположенного в Вашингтоне. Данная шкала стандартизирует характеристики промышленного оборудование и процессов. Плотность в °АРI рассчитывают по следующей формуле:

Например, плотность для пресной воды равна 1°API. Для различных сортов сырой нефти варьирует от 5 до 55, в среднем — от 25 до 35, для легких сортов нефти — от 35 до 45°АРI, Легкие сорта нефти очень текучи, прозрачны, являются богатым сырьем для бензина и представляет наибольшую ценность. Тяжелая нефть имеет плотность менее 25°АРI. Такие сорта нефти характеризуются высокой вязкостью, они окрашены в темные цвета, содержат значительное количество битума и менее ценны.

Сера


Сера — нежелательная примесь в составе ископаемого топлива, такого как сырая нефть, природный газ, уголь. При сгорании серы образуется диоксид серы — газ, загрязняющий атмосферу и являющийся причиной кислотных дождей, В процессе нефтепереработки серу необходимо удалять, в противном случае это приведет к повреждению химического оборудования завода. По содержанию серы сырая нефть подразделяется на малосернистую и высокосернистую, В малосернистых сортах сырой нефти содержание серы не превышает 1% по весу, а высокосернистые сорта содержат более 1%. За каждый баррель малосернистой нефти нефтепереработчики платят на 1—3 дол. больше. В общем случае тяжелые сорта нефти обычно являются высокосернистыми, а легкие сорта — малосернистыми. На нефтеперерабатывающем заводе малосернистая нефть содержит от 0 до 0,6% серы, сернистая — от 0,6 до 1,7%, а высокосернистая — более 1,7%. Большая часть серы, находящейся в нефти, химически связана с атомами углерода. Очень малое ее количество может содержаться в виде простого вещества в растворе, а также в виде сероводорода (H2S).

Эталонная сырая нефть


Эталонной сырой нефтью называется стандарт, в соответствии с которым оценивают остальные виды нефти, а также регулируют цены. В США эталонная западнотехасская сернистая нефть (West Texas Intermediate, WTI) имеет плотность от 38 до 40°АРI и содержит 0,3% серы, в то время как второй эталон, западнотехасская высокосернистая нефть (West Texas Sour, WTS), — 33°АРI и 1,6% серы. Брент, эталон сырой нефти для стран Северного моря, аналогичен WTI, — 38°АРI и 0,3% серы. На Ближнем Востоке используется эталон Дубай — 31°АРI и 2% серы.

Температура застывания


Все сорта сырой нефти содержат некоторое количество алканов. Если молекулы представляют собой цепочку, состоящую из 18 и более атомов углерода, они являются твердыми парафинами. При обычной температуре парафины — твердые вещества. Сырая нефть, которая содержит значительное количество твердых парафинов, называется парафинистой. В подземном коллекторе, где находится нефть, неизменно высокая температура, поэтому парафинистая нефть существует в виде жидкости. Поднимаясь по скважине на поверхность, она остывает и может стать твердой. Это может затруднить функционирование насосно-компрессорной колонны и фонтанной арматуры на поверхности. В таком случае скважину приходится закрывать на капитальный ремонт для удаления твердого парафина.

Содержание парафина в сырой нефти можно оценить по температуре застывания нефти. Чтобы ее определить, пробу нефти нагревают в лабораторных условиях, затем по мере остывания выливают из сосуда. Наиболее низкая температура, при которой нефть все еще будет вытекать прежде чем затвердеет, называется температурой застывания. Температура застывания сырой нефти варьирует от +125°F до -75°F (от +52°C до -60°С). Более высокая температура застывания характерна для нефти с большим содержанием парафина. Понятие температура помутнения также имеет отношение к температуре застывания, при которой в процессе охлаждения нефть впервые мутнеет вследствие появления твердого парафина. Эта величина на 2—5°F (1—3°С) выше, чем температура застывания. Сорта нефти с очень высоким содержанием парафина имеют желтый оттенок, с меньшим — зеленоватый, а с низким содержанием парафина или при его отсутствии — черный.

В Северном море нефть из месторождения Экофиск застывает при +10°F (-12°С), нефть из Брента — при -27°F (-3°С), а из месторождения Статфьорд — при -40°F (+4,5°С) и содержит большее количество парафина. Сорта сырой нефти из области Алтамонт бассейна Уинта (штат Юта) характеризуются крайне высокой температурой застывания — от +65° до +125°F (от +18°С до +52°С) и разбросом от тяжелой (19°АРI) нефти до легкой (52°АРI).

Свойства


Цветовые оттенки сырой нефти различаются от бесцветного до зеленовато-желтого, красного, коричневого и черного. В общем, чем темнее сырая нефть, тем ниже ее плотность в °API. Запах меняется от бензинового (малосернистая нефть) до резкого неприятного (высокосернистая) и сладковатого (нефть с высоким содержанием ароматики). Теплотворная способность сырой нефти колеблется от 18 300 до 19 500 б.т.е./фунт.

Нефтяные потоки


Нефтяной поток — это сырая нефть, которую можно закачать в стране-экспортере. Она может быть как из одного месторождения, так и смесью нефтей из нескольких месторождений. В таблице 1.3 приведены характеристики для некоторых существующих нефтяных потоков.

Система мер


Английской единицей измерения объема сырой нефти является баррель (бар.), содержащий 42 американских галлона (гал.) или 34,97 английских (имперских) галлона. Производительность нефтяной скважины измеряется в баррелях сырой нефти в день (дебит скважины). Метрическими единицами измерения служат метрические тонны или кубические метры. Метрическая тонна тяжелой сырой нефти (20°АРI) соответствует 6,75 бар., тонна средней нефти (30°API) —7,19 бар., легкой (40°АРI) — 7,64 бар., кубический метр (куб. м) нефти эквивалентен 6,29 бар.

Нефтепереработка


В процессе нефтепереработки происходит разделение сырой нефти на несколько компонентов по их точкам кипения. В упрощенном виде: чем длиннее молекула углеводорода, тем выше его точка кипения. На нефтеперерабатывающих заводах нефть сначала нагревают до тех пор, пока большая часть компонентов не испарится. Горячий пар затем поступает в ректификационную колонну. Газы в колонне поднимаются, а оставшаяся жидкость опускается. Колонна снабжена колпачковыми тарелками, заполненными жидкостью (см. рис. 1.4). Поднимающийся пар, проходя сквозь тарелки, охлаждается и конденсируется на них, затем его отбирают через боковые отводы. Каждая жидкость после охлаждения представляет собой фракцию (или погон) (см. рис. 1.5). Тяжелые фракции выходят при более высоких температурах, легкие — при низких. Фракциями являются (в порядке понижения температуры): тяжелый газойль, легкий газойль, керосин, нафта (лигроин), а также прямогонный бензин.

Бензин — продукт наибольшего спроса. Его также получают и из других фракций с помощью крекинга. Он состоит из «коротких» молекул, каждая из них содержит по 5—10 атомов углерода. Более длинные и менее ценные молекулы других фракций используют для крекинга как исходное сырье, которое под действием температуры, давления и едких химических веществ расщепляется с образованием бензина.

Из сырой нефти на нефтеперерабатывающем заводе производят и чистые нефтепродукты, являющиеся исходным сырьем для нефтехимии. Наиболее распространенные виды такого сырья — метан, этилен, пропилен, бутилен и нафтен. Сырье поступает на нефтехимические заводы, где молекулы подвергаются превращениям, образуя большое количество различных продуктов: пластмасс, синтетических волокон, удобрений, тефлона, полистирола, лекарств, красителей, взрывчатых веществ, антифриза и синтетического каучука.

Средние выходы продуктов переработки нефти приведены в таблице 1.4.




Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна