Классификация нефтей и нефтепродуктов

4. Классификация нефтей и нефтепродуктов

Нефти различных месторождений и древ в пределах одного месторождения могут значительно отличаться друг от друга по химическому и фракционному составу, а также по содержанию серы, парафина и смол. В разное время предлагались различные химические, генетические, про­мышленные и товарные классификации нефтей. В настоящее время дейст­вует технологическая классификация нефтей СНГ. Согласно этой класси­фикации все нефти оцениваются по следующим показателям:

1) содержание серы в нефтях и нефтепродуктах;

2) потенциальное содержание фракций, перегоняющихся до 350° С;

3) потенциальное содержание и качество базовых масел;

4) содержание парафина и возможность получения реактивных, дизельных зимних или летних топлив и дистиллятные базовых ма­сел с депарафинизацией или без нее.

По содержанию серы нефти делятся на три класса: I малосернистые (не выше 0,5%); II - сернистые (от 0,51 до 2%); Ш  высокосернистые (выше 2%).

Малосернистая нефть содержит не более 0,5% серы, при этом бензиновая и реактивно-топливная фракции не более 0,1%, дизельная - не более 0,2%. Если серосодержащие соединения сосредоточены в тяжелых остатках, а дистиллятные топливные фракции содержат серу в количествах, не превышающих нормы, установленные для 1 класса, то нефть отно­сят к малосернистой. Если содержание серы в каком-либо одном или не­скольких видах дистиллятных топлив превышает указанные пределы, то нефть не может считаться малосернистой.

Рекомендуемые материалы

Сернистая нефтъ содержит от 0,51 до 2,0% серы, при этом бензиновая фракция - не более 0,10%, реактивно-топливная - не более 0,25%, ди­зельная - не более 1,0%. Если один или несколько видов дистиллятных то­плив содержат серу в большем количестве, то нефть относят к высокосер­нистой.

Высокосернистая нефть содержит более 2%серы, содержание серы в дистиллятах из этой нефти составляет: в бензиновом - более 0,1%, реактивно-топливном - более 0,25%, дизельном - более 1,0%. Если дистиллятные топлива из высокосернистой нефти содержат серу в меньших количе­ствах и по содержанию серы отвечает требованиям, предъявляемым к топливам из сернистой нефти, то даже при содержании серы в нефти более 2% такую нефть следует отнести к сернистой.

По содержанию фракций до 350°С нефти делятся на три типа: Ti - не

менее 45%; Tz - 30-44,9%; Тз - менее 30%.

По выходу светлых фракций, перегоняющихся до 350°С, нефти делят натри типа, а по суммарному содержанию дистиллятйых и остаточных ба­зовых масел - на 4 группы, В зависимости от значения индекса вязкости базовых масел различают 4 подгруппы.

Если в нефти содержится не более 1,5% парафина и из этой нефти можно без депарафинизации получить реактивное топливо, зимнее дизельное топливо с пределами перегонки 24р 350°С и температурой застывания не выше -45°С, а также индустриальные базовые масла, то такую нефть относят к малопарафинистым. Если в нефти содержится 1,5-6,0% парафинов и из нее можно без депарафинизации получить реактивное топливо и летнее дизельное топливо с пределами кипения 240-350°С и температурой застывания не выше-10'С, то нефть относят к парафинистым. Для получе­ния дизельного зимнего топлива и базовых дистиллятных масел из этих нефтей требуется депарафинизация. Нефти, в которых содержится более 6,0% парафина, называют высокопарафинистыми. Из них и реактивное, и летнее дизельное топливо получают только после депарафинизации.

Если из параф инистой нефти летнее дизельное топливо можно полу­чить только после депарафинизации, то нефть следует относить к третьему классу. И наоборот, если для выработки летнего дизельного топлива из нефти, содержащей более б% парафина, депарафинизации не требуется, то такую нефть относят ко второму классу.

По потенциальному содержанию базовых масел все нефти делятся на четыре группы: Mi - не менее 25% в расчете на нефть; Mz - 15-25%В рас­чете на нефть и не менее 45% в расчете на мазут; Мз - 15-25% в расчете на нефть и 30-45% в расчете на мазут; М4 - не менее 15% в расчете на нефть.

Топливном - более 0,25%, дизельном - более 1,0%. Если дистиллятные топлива из высокосернистой нефти содержат серу в меньших количе­ствах и по содержанию серы отвечает требованиям, предъявляемым к топливам из сернистой нефти, то даже при содержании серы в нефти более 2% такую нефть следует отнести к сернистой.

По содержанию фракций до 350°С нефти делятся на три типа: Ti - не

менее 45%; Tz - 30-44,9%; Тз - менее 30%.

По выходу светлых фракций, перегоняющихся до 350°С, нефти делят натри типа, а по суммарному содержанию дистиллятйых и остаточных ба­зовых масел - на 4 группы, В зависимости от значения индекса вязкости базовых масел различают 4 подгруппы.

Если в нефти содержится не более 1,5% парафина и из этой нефти можно без депарафинизации получить реактивное топливо, зимнее дизельное топливо с пределами перегонки 24р-350°С и температурой застывания не выше -45°С, а также индустриальные базовые масла, то такую нефть относят к малопарафинистым. Если в нефти содержится 1,5-6,0% парафинов и из нее можно без депарафинизации получить реактивное топливо и летнее дизельное топливо с пределами кипения 240-350°С и температурой застывания не выше-10'С, то нефть относят к парафинистым. Для получения дизельного зимнего топлива и базовых дистиллятных масел из этих нефтей требуется депарафинизация. Нефти, в которых содержится более 6,0% парафина, называют высокопарафинистыми. Из них и реактивное, и летнее дизельное топливо получают только после депарафинизации.

Если из парафинистой нефти летнее дизельное топливо можно полу­чить только после депарафинизации, то нефть следует относить к третьему классу. И наоборот, если для выработки летнего дизельного топлива из нефти, содержащей более б% парафина, депарафинизации не требуется, то такую нефть относят ко второму классу.

По потенциальному содержанию базовых масел все нефти делятся на четыре группы: Mi - не менее 25% в расчете на нефть; Mz - 15-25%В рас­чете на нефть и не менее 45% в расчете на мазут; Мз - 15-25% в расчете на нефть и 30-45% в расчете на мазут; М4 - не менее 15% в расчете на нефть.

Топливном - более 0,25%, дизельном - более 1,0%. Если дистиллятные топлива из высокосернистой нефти содержат серу в меньших количе­ствах и по содержанию серы отвечает требованиям, предъявляемым к топливам из сернистой нефти, то даже при содержании серы в нефти более 2% такую нефть следует отнести к сернистой.

По содержанию фракций до 350°С нефти делятся на три типа: Ti - не

менее 45%; Tz - 30-44,9%; Тз - менее 30%.

По выходу светлых фракций, перегоняющихся до 350°С, нефти делят натри типа, а по суммарному содержанию дистиллятных и остаточных ба­зовых масел - на 4 группы, В зависимости от значения индекса вязкости базовых масел различают 4 подгруппы.

Если в нефти содержится не более 1,5% парафина и из этой нефти можно без депарафинизации получить реактивное топливо, зимнее дизельное топливо с пределами перегонки 24р 350°С и температурой застывания не выше -45°С, а также индустриальные базовые масла, то такую нефть относят к малопарафинистым. Если в нефти содержится 1,5-6,0% парафинов и из нее можно без депарафинизации получить реактивное топливо и летнее дизельное топливо с пределами кипения 240-350°С и температурой застывания не выше-10'С, то нефть относят к парафинистым. Для получе­ния дизельного зимнего топлива и базовых дистиллятных масел из этих нефтей требуется депарафинизация. Нефти, в которых содержится более 6,0% парафина, называют высокопарафинистыми. Из них и реактивное, и летнее дизельное топливо получают только после депарафинизации.

Если из парафинистой нефти летнее дизельное топливо можно полу­чить только после депарафинизации, то нефть следует относить к третьему классу. И наоборот, если для выработки летнего дизельного топлива из нефти, содержащей более б% парафина, депарафинизации не требуется, то такую нефть относят ко второму классу.

По потенциальному содержанию базовых масел все нефти делятся на четыре группы: Mi - не менее 25% в расчете на нефть; Mz - 15-25%В рас­чете на нефть и не менее 45% в расчете на мазут; Мз - 15-25% в расчете на нефть и 30-45% в расчете на мазут; М4 - не менее 15% в расчете на нефть.

Топливном - более 0,25%, дизельном - более 1,0%. Если дистиллятные топлива из высокосернистой нефти содержат серу в меньших количе­ствах и по содержанию серы отвечает требованиям, предъявляемым к топливам из сернистой нефти, то даже при содержании серы в нефти более 2% такую нефть следует отнести к сернистой.

По содержанию фракций до 350°С нефти делятся на три типа: Ti - не

менее 45%; Tz - 30-44,9%; Тз - менее 30%.

По выходу светлых фракций, перегоняющихся до 350°С, нефти делят натри типа, а по суммарному содержанию дистиллятных и остаточных ба­зовых масел - на 4 группы, В зависимости от значения индекса вязкости базовых масел различают 4 подгруппы.

Если в нефти содержится не более 1,5% парафина и из этой нефти можно без депарафинизации получить реактивное топливо, зимнее дизель­ное топливо с пределами перегонки 24р-350°С и температурой застывания не выше -45°С, а также индустриальные базовые масла, то такую нефть относят к малопарафинистым. Если в нефти содержится 1,5-6,0% парафинов и из нее можно без депарафинизации получить реактивное топливо и летнее дизельное топливо с пределами кипения 240-350°С и температурой застывания не выше-10'С, то нефть относят к парафинистым. Для получе­ния дизельного зимнего топлива и базовых дистиллятных масел из этих нефтей требуется депарафинизация. Нефти, в которых содержится более 6,0% парафина, называют высокопарафинистыми. Из них и реактивное, и летнее дизельное топливо получают только после депарафинизации.

Если из парафинистой нефти летнее дизельное топливо можно полу­чить только после депарафинизации, то нефть следует относить к третьему классу. И наоборот, если для выработки летнего дизельного топлива из нефти, содержащей более б% парафина, депарафинизации не требуется, то такую нефть относят ко второму классу.

По потенциальному содержанию базовых масел все нефти делятся на четыре группы: Mi - не менее 25% в расчете на нефть; Mz - 15-25%В рас­чете на нефть и не менее 45% в расчете на мазут; Мз - 15-25% в расчете на нефть и 30-45% в расчете на мазут; М4 - не менее 15% в расчете на нефть.

Кроме того, все нефти делятся по качеству базовых масел, оцениваемому индексом вязкости, еще на две подгруппы: Hi индекс вязкости вы­ше 85; И2-индекс вязкости 40-85.

По содержанию парафина нефти делятся на три вида: П1 малопарафиновые (не выше 1,5%); П2 - парафиновые (1,516,0%); П3 - высокопорофиновые (более 6%).

Кроме того, указывается для каждого вида, какие продукты можно получать без депарафинизации или с применением депарафинизации. Так, из нефти, отнесенной к виду Hi, можно получать реактивное топливо, дизельное зимнее топливо и дистиллятные базовые масла без депарафинизации. Используя эту классификацию, для любой промышленной нефти можно составить шифр. Так, например, Жетыбайская нефть с полуострова Мангышлак получает шифр IT₂M₃И₁П₃.

По шифру нефти легко составить представление о наиболее рациональных путях ее переработки и о возможности замены ею ранее применявшейся нефти в данном технологическом процессе,

В таблице приводится выборочный справочный материал, характеризующий некоторых промышленные нефти.

Нефть и нефтепродукты представляют собой сложную жидкую смесь близкокипящих углеводородов и высокомолекулярных углеводородных соединении с гетероатомами кислорода, серы, азота, некоторых металлов и органических кислот. Определить индивидуальный химический состав нефти практически невозможно, поэтому ограничиваются определением группового химического состава, т.е. отдельных рядов и групп углеводородов.

Несмотря на многообразие углеводородов, основными структурными элементами нефти являются углерод и водород, а элементарный состав колеблется в небольших пределах: углерод 83-87%, водород 11-14%. На долю других элементов, объединяемых группой, смолисто-асфальтеновые вещества представляют собой высокомолекулярные органические соединения, содержащие углерод, водород, серу, азот и металлы. К ним относятся: нейтральные смолы, растворимые в бензинах; асфальтены, не растворимые в петролейном эфире, но растворимые в горячем бензоле; карбены, растворимые в сероуглероде; карбониты, ни в чем не растворимые. При сгорании нефти получается зола (сотые доли процента), состоящая из окислов кальция, магния, железа, алюминия, кремния, натрия и ванадия. Кстати, соединения последнего являются переносчиками кислорода и способствуют активной коррозии.

В нефти можно обнаружить более половины элементов таблицы Менделеева. Элементарный (часто говорят «химический») состав нефти полностью не известен. У же¹¹.:

Сейчас обнаружены 425 индивидуальных углеводородов, содержащих серу, азот и кислород. Трудность определения состава заключается в том, что выделить из нефти соединения; < можно пока лишь путем перегонки, при этом состав нефти может, значительна, измениться в  результате различных реакций,

Определить индивидуальный химический состав нефти практически невозможно, поэтому ограничиваются определением группового химического состава, т.е. отдельных рядов и групп углеводородов. Углеводороды, различающиеся с держанием углерода и водорода в молекуле, а также строением, являются основным компонентом нефти. Углеводороды принято разделять на парафиновые (насыщенные алканы), нафтеновые и ароматические. Преобладание той или иной группы углеводородов придает этим продуктам специфические свойства. В зависимости от преобладания в нефти. Одного из трех представителей углеводородов (более 50%) нефти именуются метановые, нафтеновые или ароматические. В случае, когда к доминирующему присоединяется другой углеводород в количестве не менее 25%, то им дают комбинированное название, например, метанонафтеновые.

Приведенная выше классификация нефтей по углеводородному составу позволяет дать новое определение нефти: нефть представляет собой раствор чистых углеводородов и гетероатомных органических соединений, т. е. углеводородов, содержащих в молекуле атомы кислорода или азота, или серы. Именно раствор,  а не смесь, причем не обычный раствор, а раствор различных соединений друг в друге.

Разделение таких многокомпонентных смесей проводят на части, состоящие из углеводородов, близких по составу, которые принято называть фракциями. Нефть и нефтепродукты имеют температуру начала кипения t_н.к. И конца кипения t_к.кФракционный состав нефтяной смеси определяется обычно простой перегонкой или ректификацией, а на практике его определяют стандартным перегонным аппаратом и измеряют в объемных или массовых единицах. Разделение таких сложных смесей, как нефть и конденсат, наиболее простые называют фракционированием. Нефтепродукты и конденсата, получаемые из нефти, являются фракциями, вскипающими в достаточно узких температурных пределах, определяемых техническими условиями. При перегонке нефти, имеющей типичный состав, можно получить: 31% бензиновых фракций, 10% керосиновых, 51% дизельных, 20% базового масла и около 15% составит мазут.

Эти фракции являются базовыми для получения товарных нефтепродуктов, ассортимент которых достаточно велик и весьма разнообразен. Отечественной промышленностью освоен выпуск свыше 500 наименований нефтепродуктов, поэтому даны показатели только тех, которые занимают значительное место в грузообороте объектов хранения или часто встречающихся в повседневной жизни.

Условно товарные нефтепродукты делятся на светлые, темные, пластичные смазки и нефтехимические продукты. К светлым нефтепродуктам относят и бензины, керосины, топлива для реактивных двигателей, дизельные топлива. Темные нефтепродукты — это различные масла и мазуты.

В процессе перегонки составляющие его компоненты отгоняются в порядке возрастания их температур кипения. При определении фракционного состава по ГОСТ 2177-82 перегонку ведут до 300°С. При этом отмечают температуру начала перегонки (н. к.) и объемы дистиллятов при 100, 120, 150, 160°С, а далее через каждые 20°С до 300°С. Обычно бензиновые фракции выкипают в пределах 35÷205°С, керосиновые - 150÷315°С, дизельные 180÷420°С, тяжелые масляные дистилляты -420÷490°С, остаточные масла – выше 490°С.                                                                     

Перегонку нефтепродуктов с температурами кипения до 370°С ведут при атмосферном давлении, а с более высокими — в вакууме или с применением водяного пара (для предупреждения их разложения). Кстати, автомобильные бензины А-72, А-76, АИ-93 имеют практически один и тот же фракционный состав. Авиационные бензины отличаются повышенным содержанием легких фракций. Содержание в продукте тех или иных фракции определяется техническими условиями на данный нефтепродукт и зависит от его назначения, Нефти классифицируются по содержанию в них бензиновых, керосиновых и масляных фракций.

Фракционный состав нефтяных смесей определяется обычно простой перегонкой с дефлегмацией или ректификацией, разгонку легких фракций проводят при низких температурах и повышенных давлениях, средних фракций  при атмосферном давлении, тяжелых фракций в вакууме. Для разгонки используют специальные аппараты: Энглера,  Богданова, Гадаскина, АРЫ - 2 и др. Фракционный состав легких нефтяных фракций рекомендуется определять также хроматографическим методом, который по сравнению с традиционными ректификационными методами имеет ряд преимуществ: он позволяет наряду с фракционным составом смеси определять индивидуальный углеводородный состав бензиновых фракций, сокращает время анализа, уменьшает величину пробы, повышает надежность метода и дает возможность использовать однотипную аппаратуру.

Отметим, что индивидуальный покомпонентный состав нефтяных смесей определяется методами фракционной разгонки смеси на лабораторной ректификационной колонке с последующим использованием для анализа узких фракций адсорбционной газожидкостной хроматографии, масс-спектроскопии и прочих современных методов анализа сложных смесей.

Выше отмечалось, что фракционный состав определяет количество углеводородов с определенными свойствами. Следовательно, по имеющимся данным о физико-химических свойствах можно судить о фракционном составе. Известно, что наиболее «чувствительна» к изменению углеводородного состава вязкость нефти.

При обработке данных о свойствах нефтей для определения фракций Фр, выкипающих при температуре до 200°С в ТюмГНГУ была получена эмпирическая зависимость

  (1.1)

где  - фракционный состав нефти при 200°С, % вес; - параметр, характеризующий степень изменения динамической вязкости при изменении температуры.

Для нефтей с динамической вязкостью  МПа и плотностью 795-890 кг/м³ параметр  можно определить по формуле

  (1.2)

где  и - динамическая вязкость нефти, соответственно, при температурах 20 и 50°С, Пас.

Формула (1.2) была проверена на различных нефтях более 200 месторождений Западной, Восточной Сибири, Башкирии, Казахстана, Ставропольского края и справедлива для абсолютного большинства нефтей с температурой начала кипения до 85° С и содержанием парафинов и смол до 25%.

Относительная ошибка при  определении  фракционного  состава нефтей отечественных месторождений при 200°С по формуле (1.2) составляет около 20% и объясняется различием содержания в нефтях смол, парафинов и других примесей. Несколько большие отклонения при расчете наблюдаются для среднеазиатских нефтей, проявляющих аномальные и вязкопластичные свойства. Дополнительные исследования позволили установить, что для нефтей ряда регионов: Башкирии, Татарстана, Пермской области, Удмуртии расчеты по формуле (1.2) дают заниженные результаты, для нефтей Западной и Восточной Сибири, Сахалинской области - завышенные. Обработка полученных результатов методами математической статистики позволила уточнить предложенную формулу и рекомендовать ее к использованию в следующем виде:

                (1.3)

где К₁- коэффициент, учитывающий глубину стабилизации нефти на промысле или потерю нефти в резервуарных парках; n - показатель вязкости, для Башкортостана и Куйбышевской области n = 0,680, Татарстана - 0,685, Саратовской области, Западной и Восточной Сибири - 0,66, Сахалинской области - 0,655, Пермской области и Удмуртии -0,675, для туркменских, узбекских и таджикских нефтей n =0,64, Казахстана - 0,675.

Таким образом, при отсутствии фактических данных об углеводородном составе нефти для практических инженерных расчетов можно рекомендовать формулу (1.3), обеспечивающую погрешность расчетов не более 10%.

Известно, что физические свойства нефти зависят от преобладания в них отдельных углеводородов или различных их групп. Например, большое содержание в нефти парафинов, смол и асфальтенов повышает ее вязкость, особенно при пониженных температурах. В зависимости от состава и ряда свойств производится классификация нефтей, позволяющая выбрать наиболее целесообразный способ транспортировки и хранения.

Во многих нефтях Западной Сибири (Усть-Балыкская, западно-сургутская и самотлорская и др.) содержание парафина не превышает 4%. Наблюдаются зависимость - чем больше в нефти парафина, тем меньше в ее составе смол и асфальтенов; чем больше геологический возраст нефти, тем больше в ее составе парафина. Высокопарафиновые нефти характеризуются наименьшим содержанием серы, ванадия и никеля. Высокое содержание парафина в нефти существенно осложняет и удорожает процессы ее добычи, транспортировки и переработки. При добыче высокопарафинистых нефтей снижается и даже полностью прекращается дебит скважин из-за закупорки их так называемыми асфальто-парафиновыми отложениями (АСПО). АСПО из скважин приходится удалять механическим путем, тепловой обработкой, промывкой растворителями.

Парафин при перекачке высоко парафиновых нефтей отлагается на внутренних стенках трубопровода. В магистральных трубопроводах толщина отложений парафина достигает 30 мм. Чтобы предотвратить это явление, при транспортировке нефтей применяют способ горячей перекачки. При этом каждые 25—150 км длины трубопровода нефть дополнительно подогревают. Одним из крупнейших в мире горячих нефтепроводов является трубопровод    «Усть-Гурьев-Куйбышев»,    перекачивающий    высокопарафиновые Мангышлакские нефти. Мангышлакские нефти перед закачкой в трубу нагревают до 67-77 °С.

По содержанию серы нефти классифицируются на три класса: малосернистые (до 0,2% серы), сернистые (0,2 - 3,0% серы) и высокосернистые (более 3,0%). Сера в нефти находится в виде сероводорода, меркаптанов и сульфидов до 6%, иногда - в свободном виде. Сера и ее соединения активно взаимодействуют с металлами, также вызывая сильную коррозию. Обнаруживают их по резкому запаху и действию на растворы свинцовых солей. Следует заметить, что содержание серы в нефти ухудшает ее качество, вызывая серьезные осложнения в технологии переработки, подготовки и транспорта нефтей.

Известно, что в пластовых условиях в нефти всегда растворено некоторое количество газа, имеющего в своем составе, кроме углеводородов, и не углеводородные газы - азот, углекислый газ и др. Азот, как примесь безвредная и инертная, почти не контролируется анализами. Его содержание в нефтях обычно не превышает 1,7%. Углеводородных соединений азота довольно много -  пиридин,  хинолин и т. д.

Газ, который извлекается из недр, принято называть попутным. Газ, выделяющийся в промысловых системах, называют нефтяным газом. Количественно содержание газа в нефти характеризуется так называемым газовым фактором. В зависимости от состава газ подразделяют на сухой (легкий) и жирный (тяжелый). Сухой газ состоит преимущественно из легких углеводородов метана и этана. В жирном газе содержание фракций пропана, бутана и выше достигают таких величин, что из него можно получать сжиженные газы, газовый бензин или конденсаты. Нефть, содержащую газ, принято называть газонасыщенной нефтью.

Таблица 1. Краткая характеристика некоторых нефтей