Классификация нефтей, требования к экспортному продукту

Лекция №2

Классификация нефтей, требования к экспортному продукту

Классификации добываемых нефтей

Нефть - это сложная смесь жидких углеводородов, в которых растворены газообразные и другие вещества. Нефть - горючая маслянистая жидкость со специфическим запахом, распространенная в осадочной оболочке Земли и являющаяся важнейшим полезным ископаемым.

Залежи нефти находятся в недрах Земли на разной глубине, где нефть заполняет свободное пространство между некоторыми породами. Нефть залегает на глубинах от десятков метров до 5-6 км. Максимальное число залежей нефти располагается на глубине от 1 до 3 км.

Нефть сильно варьируется по цвету от (светло-коричневой до темно-бурой, почти черной) и по плотности (от легкой 0,65-0,70 г/см³, до тяжелой 0,98-1,05 г/см³).

Начало кипения нефти - обычно выше 128 °С, температура застывания колеблется от +30° до -60°С и зависит, в основном, от содержания парафинов (чем их больше, тем температура застывания выше). Теплоемкость нефти 1,7-2,1 кДж/кг; теплота сгорания 43,7-46,2 МДж/кг; относительная диэлектрическая проницаемость 2-2,5; удельная электрическая проводимость 2´10-10-0,3´10-18  Ом^-1см^-1.

Рекомендуемые материалы

Вязкость изменяется в широких пределах и зависит от химического и фракционного состава нефти и смолистости (содержания в ней асфальтосмолистых веществ). Температура вспышки нефти колеблется от
 -35 до +120°С в зависимости от фракционного состава и давления насыщенных паров. Нефть растворима в органических растворителях, а в воде при обычных условиях практически нерастворима, но может образовывать с ней стойкие  эмульсии.

В составе нефти выделяют углеводородную, асфальтосмолистую и зольную составные части, а также порфирины и серу. Углеводороды, содержащиеся в нефти, подразделяют на три основные группы: метановые, нафтеновые и ароматические. Метановые (парафиновые) углеводороды химически наиболее устойчивы, а ароматические - наименее устойчивы (в них минимальное содержание водорода). При этом ароматические углеводороды являются наиболее токсичными компонентами нефти. Асфальтосмолистая составная нефти частично растворима в бензине: растворяемая часть - это асфальтены, нерастворяемая - смолы. В смолах содержание кислорода достигает 93% от его общего количества в составе нефти. Порфирины - это азотистые соединения органического происхождения, разрушающиеся при температуре 200-250°С. Сера присутствует в составе нефти либо в свободном состоянии, либо в виде соединений сероводородов и меркаптанов. Зольная часть нефти - это остаток, получаемый при ее сжигании, состоящий из различных минеральных соединений.

При выходе из нефтяного пласта нефть содержит взвешенные частицы горных пород, воду, растворенные в ней соли и газы. Нефть, получаемую непосредственно из скважин называют сырой нефтью, которая сразу транспортируется в ближайшие установкисбора. В большинстве случаев добываемая нефть проходит промысловую подготовку, так как она может быть предназначена для экспорта или для транспортирования в отдаленные от мест добычи нефтеперерабатывающие заводы.

Примеси,  входящие в состав сырой нефти (остатки пород, соли, газы), вызывают коррозию оборудования и серьезные затруднения при транспортировании и переработке нефтяного сырья. Именно поэтому перед транспортированием сырая нефть подготавливается: из нее удаляется вода, большое количество механических примесей, солей и выпавших твердых углеводородов. Также следует выделить из нефти газ и наиболее летучие ее компоненты. Если этого не сделать, то при хранении нефти даже за то время, которое пройдет, пока она не попадет на нефтеперерабатывающий завод, газ и наиболее легкие углеводороды будут утеряны. А между тем, газ и летучие жидкие углеводороды являются ценными продуктами. Кроме того, при трубопроводной транспортировке нефти из нее необходимо удалять все легкие газы. В противном случае на возвышенных участках трассы возможно образование газовых мешков.

Таким образом, качество товарной нефти формируется при подготовке сырой нефти к транспортированию. Стоимость товарной нефти существенно зависит от ее качества. Поэтому во всех учетно-расчетных операциях между поставщиком и покупателем наряду с определением массы продукта производят контроль качественных параметров нефтей.

Нефть можно  классифицировать по различным признакам.

На основе классификации нефти присваивают индекс из пяти цифр.

Нефть делят на классы (по содержанию серы):

- не более 0,5 масс. % (везде в дальнейшем масс.%), (малосернистые);

- от 0,51 до 2 % (сернистые);

- более 2 % (высокосернистые).

Нефть подразделяют на типы (по содержанию фракций, выкипающих до 350 °С):

1 - указанных фракций не менее 55 %;

2- от 45 до 54,9%;

3 - менее 45 %.

Нефть разделяют на группы (по суммарному содержанию базовых масел в расчете на нефть):

1 - базовых масел не менее 25 %;

2-от 15 до 24,9%;

3 -менее 15 %.

Подразделяют нефть на подгруппы (по индексу вязкости):

- индекс вязкости 95 и более;

- от 90 до 95;

- от 85 до 89,9;

- менее 85.

При классификации используют разделение нефти на виды (по содержанию твердых парафинов):

1 - парафинов не более 1,5 %;

2- от 1,51 до 6%;

3   - более 6 %.

Используя такую классификацию, можно составить индекс для любой промышленной нефти. Сочетание обозначений класса, типа, группы, подгруппы и вида составляет шифр технологической классификации нефти. Эту классификацию применяют для сортировки нефти при направлении ее на переработку по соответствующей схеме (топливной или масляной). За рубежом нефть классифицируют, в основном, по плотности и содержанию серы. В зависимости от месторождения нефть имеет различный качественный и количественный состав.

Минерализация пластовых вод и неорганические вещества в нефти

Пластовые воды, добываемые с нефтью и образующие с ней дисперсную систему, содержат значительное количество растворимых минеральных солей. В пластовой воде содержатся растворенные газы, химические соединения, образующие неустойчивые коллоидные растворы (SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃); имеются твердые неорганические вещества, нерастворимые в воде и находящиеся во взвешенном состоянии.

Основную долю растворенных веществ составляют хлориды натрия, магния и кальция.  Также могут присутствовать йодистые и бромистые соли щелочных и щелочноземельных металлов, сульфиды натрия, железа, кальция, соли ванадия, мышьяка, германия. Но в отличие от хлоридов, содержание которых исчисляется процентами и десятками процентов от общего количества растворенного вещества, содержание остальных солей исчисляется сотыми, тысячными и еще меньшими долями процентов. В связи с этим минерализацию пластовой воды часто измеряют по содержанию ионов хлора в единице объема с последующим пересчетом на эквивалент натриевых солей.

Нефть не содержит хлорсодержащих солей. Они попадают в нее вместе с эмульгированной водой. Поэтому одновременно с солями в нефти определяют и ее обводненность которую измеряют в %.

Помимо хлоридов пластовые воды могут содержать значительное количество гидрокарбонатов кальция и магния, которые часто называют солями временной жесткости.

Неорганические вещества находятся не только в пластовой воде. Некоторые из них могут растворяться в нефти. К ним относятся различные соединения серы, ванадия, никеля, фосфора и другие.

Наличие солей в нефти приводит к особенно тяжелым и разнообразным осложнениям при транспортировке и переработке:

1. Засорение аппаратуры. Соли отлагаются в горячей аппаратуре. Растворенные в воде соли выделяются при испарении воды и  выкристаллизовываются,  прилипая к поверхностям аппаратуры, оседая в виде прочной корки. Иногда эти соляные корки отламываются, извлекаются потоком нефти далее и осаждаются в последующей по ходу нефти аппаратуре.

2. Коррозия аппаратуры. Коррозия, т.е. разрушение нефтеперекачивающихустройств при переработке «соленных» нефтей, вызывается выделением свободной соляной кислоты в процессе гидролиза некоторых хлористых солей, образованных сильной соляной кислотой и слабым основанием. Например, гидролиз хлорида цинка:

ZnCl₂ + H₂O ↔ (ZnOH)Cl + HCl    pH>7 – среда кислая

Имеющиеся в пластовых водах хлористые соли кальция, магния и натрия, попадая на нефтеперерабатывающие установки, изменяются по-разному. Так, например, хлористый натрий почти не гидролизуется (т.к. соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, практически не подвергаются гидролизу), хлористый кальций гидролизуется до 10% с образованием соляной кислоты при соответствующих условиях, а хлористый магний гидролизуется, разлагаясь до 90% с образованием свободной соляной кислоты. Поскольку гидролиз солей хлористого магния происходит при низких температурах, эту соль следует считать одним из основных и сильных источников коррозии аппаратуры и трубопроводов. Особенно интенсивно происходит гидролиз хлористого магния в присутствии свободной воды, хотя, как установлено, может происходить и за счет кристаллизационной воды самого хлористого магния.

3. Понижение производительности установок. Отложение солей в трубах, уменьшающее их проходные сечения, обусловливает резкое понижение производительности.

Присутствие воды (даже в незначительных количествах) в нефтях, поступающих на переработку, вызывает интенсивное вспенивание их в ректификационных колоннах, что нарушает технологические режимы переработки и, кроме того, загрязняет конденсационную аппаратуру.

Все это приводит к преждевременному выходу из строя технологических аппаратов и трубопроводов и частым остановкам их для чистки.

В зависимости от содержания в нефти хлоридов и воды установлены три группы сырой нефти:

1-я группа - содержание воды около 0.5 %, солей не более 100 мг/л;

2-я группа - воды 1% и солей не более 300 мг/л;

3-я группа -воды 1% и солей не более 900 мг/л.

Механические примеси осложняют транспорт и переработку нефти, вызывая эрозию (механическое истирание) внутренних поверхностей трубопроводов, арматуры и аппаратуры, образование накипи в свободных сечениях теплообменной аппаратуры, змеевиках огневых подогревателей, резкое снижение коэффициентов теплопередачи, повышение зольности остаточных продуктов переработки (мазуты и гудроны) и, кроме того, образование особенно стойких эмульсий.

Технические требования к экспортным нефтям

Все вышеперечисленные параметры классификации нефтей учтены в технических условиях на подготовленную к транспорту и реализации нефть (экспортный продукт).

Нефть, поставляемая на экспорт, должна отвечать требованиям технических условий, нормирующих ее физико-химические свойства и степень подготовки.

По физико-химическим свойствам нефть подразделяют на типы (таблица 1).

Таблица 1 – Подразделение нефти по физико-химическим свойствам на типы

По степени подготовки нефть должна соответствовать нормам, указанным в таблице 2.

Таблица 2 – Нормы на подготовленную нефть

Если нефть по ряду показателей соответствует более высокому типу или группе, но хотя бы по одному - более низкому типу или группе, то нефть относят к более низкому типу, группе.

Технические условия также устанавливают требования к правилам приемки, методам испытания, транспортировке и хранению, безопасности и охране природы