Классификация нефти. Классы, типы, группы и виды нефти
Классификация нефти. Классы, типы, группы и виды нефти.
Количественный и качественный состав компонентов нефти существенным образом влияет на ее свойства, на качество полученных нефтепродуктов, а также определяет направление переработки нефти. Поэтому принята классификация нефти на классы, типы, группы и виды.
Подходы к классификации нефти:
Поэтому принято разделение нефтяного сырья на классы, типы, группы и виды. Существуют научная, технологическая (согласно ГОСТ России Р 51858–2002) и техническая классификация нефти.
Научная классификация, отражающая химический состав нефти:
Данная научная классификация, предполагающая разделение нефтей по содержанию в их составе тех или иных классов углеводородов , предложена Грозненским нефтяным научно-исследовательским институтом (ГрозНИИ). В ее основе лежит выделение в составе нефти одного или нескольких классов углеводородов, составляющих преимущество.
Парафиновые нефти характеризуются тем, что все фракции содержат значительное количество алканов: бензиновые фракции – более 50 %, а масляные фракции – 20 % и более. Количество смолисто-асфальтеновых соединений в них крайне мало.
Парафино-нафтеновые нефти в своем составе наряду с алканами в заметных количествах имеют еще и значительное количество циклоалканов (нафтенов). Содержание аренов невелико. Количество смолисто-асфальтеновых соединений в них крайне мало (также как и в парафиновых нефтях).
Для нафтеновых нефтей характерно высокое (до 60 % и более) содержание циклоалканов (нафтенов) во всех фракциях. Содержание алканов в этих нефтях мало. Смолы и асфальтены имеются в ограниченном количестве.
Парафино-нафтено-ароматические нефти отличаются приблизительно одинаковым содержанием алканов, нафтенов и ароматических углеводородов (аренов). Количество твёрдого парафина не превышает 1-1,5 %. Количество смолисто-асфальтеновых веществ достигает 10 %.
Нафтено-ароматические нефти характеризуются преимущественным содержанием циклоалканов (нафтенов) и аренов (ароматических углеводородов), в особенности в тяжелых фракциях. Алканы имеются только в легких фракциях, причем в небольшом количестве. Содержание твердого парафина не превышает 0,3 %, а смол и асфальтенов содержится 15-20 %.
Ароматические нефти характеризуются высоким содержанием во всех фракциях аренов (ароматических углеводородов).
Классификация нефти по массовой доли серы. Классы нефти:
Классификация нефти по массовой доли серы на классы введена ГОСТ Р 51858-2002 «Нефть. Общие технические условия».
В зависимости от массовой доли серы нефть подразделяют на классы 1 – 4:
| Класс нефти | Наименование | Массовая доля серы, % |
| 1 | малосернистая | до 0,6 |
| 2 | сернистая | от 0,61 до 1,8 |
| 3 | высокосернистая | от 1,81 до 3,5 |
| 4 | особо высокосернистая | свыше 3,5 |
Классификация нефти по плотности. Типы нефти:
Классификация нефти по плотности на типы введена ГОСТ Р 51858-2002 «Нефть. Общие технические условия».
По плотности, а при поставке на экспорт – дополнительно по выходу фракций и массовой доле парафина нефть подразделяют на пять типов:
– 0 – особо легкая;
– 1 – легкая;
– 2 – средняя;
– 3 – тяжелая;
– 4 – битуминозная.
| Наименование параметра |
| Вид нефти | Наименование | Количество парафиновых углеводородов, % |
| П1 | Малопарафинистая | не более 1,5 |
| П2 | Парафинистая | от 1,5 до 6 |
| П3 | Высокопарафинистая | более 6 |
* Данная классификация является технической.
Классификация нефти по выходу светлых фракций до 350 °С:
По выходу светлых фракций до 350 °С нефть делят на три типа:
| Тип нефти | Выход светлых фракций, % |
| Т1 | не менее 45 |
| Т2 | от 30,0 до 44,9 |
| Т3 | менее 30 |
* Данная классификация является технической.
Откуда берется нефть
Нефтяные месторождения — уникальное хранилище энергии, образованной и накопленной на протяжении миллионов лет в недрах нашей планеты. В этом материале — о том, какой путь проделала нефть, прежде чем там оказаться, из чего она состоит и какими свойствами обладает
Две гипотезы
У ученых до сих пор нет единого мнения о том, как образовалась нефть. Существуют две принципиально разные теории происхождения нефти. Согласно первой — органической, или биогенной, — из останков древних организмов и растений, которые на протяжении миллионов лет осаждались на дне морей или захоронялись в континентальных условиях. Затем перерабатывались сообществами микроорганизмов и преобразовывались под действием температуры и давлений в результате тектонического опускания вглубь недр, формируя богатые органическим веществом нефтематеринские породы.
Необходимые условия для превращения органики в нефть возникают на глубине в так называемом нефтяном окне — при температуре от 70 до 190°C. В верхней его части температура недостаточно высока — и нефть получается «тяжелой»: вязкой, густой, с высоким содержанием смол и асфальтенов. Внизу же температура пластов поднимается настолько, что молекулы органического вещества дробятся на самые простые углеводороды — образуется природный газ. Затем под воздействием различных сил, в том числе градиента Градиент давления характеризует степень изменения давления в пространстве, в данном случае — в зависимости от глубины пласта давления, углеводороды мигрируют из нефтематеринского пласта в выше- или нижележащие породы.
60 млн лет может занимать природный процесс образования нефти из органических останков
Природный процесс образования нефти из органических останков занимает в среднем от 10 до 60 млн лет, но если для органического вещества искусственно создать соответствующий температурный режим, то на его переход в растворимое состояние с образованием всех основных классов углеводородов достаточно часа. Подобные опыты сторонники органической гипотезы толкуют в свою пользу: преобразование органики в нефть налицо. В пользу биогенного происхождения нефти есть и другие аргументы. Так, большинство промышленных скоплений нефти связано с осадочными породами. Мало того — живая материя и нефть сходны по элементному и изотопному составу. В частности, в большинстве нефтяных месторождений обнаруживаются биомаркеры, такие как порфирины — пигменты хлорофилла, широко распространенные в живой природе. Еще более убедительным можно считать совпадение изотопного состава углерода биомаркеров и других углеводородов нефти.
Состав и свойства нефти
ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕФТИ МОГУТ ЗНАЧИТЕЛЬНО РАЗЛИЧАТЬСЯ ДЛЯ РАЗНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Основные химические элементы, из которых состоит нефть: углерод — водород — и сера — до 7%. Последняя обычно присутствует в виде сероводорода или меркаптанов, которые могут вызывать коррозию оборудования. Также в нефтях присутствует до 1,7% азота и до 3,5% кислорода в виде разнообразных соединений. В очень небольших количествах в нефтях содержатся редкие металлы (например, V, Ni и др.).
От месторождения к месторождению характеристики и состав нефти могут различаться очень значительно. Ее плотность колеблется от 0,77 до 1,1 г/см³. Чаще всего встречаются нефти с плотностью кипения варьирует от 30 до 600°C в зависимости от химического состава. На этом свойстве основана разгонка нефтей на фракции. Вязкость сильно меняется в зависимости от температуры. Поверхностное натяжение может быть различным, но всегда меньше, чем у воды: это свойство используется для вытеснения нефти водой из пор пород-коллекторов.
Большинство ученых сегодня объясняют происхождение нефти биогенной теорией. Однако и неорганики приводят ряд аргументов в пользу своей точки зрения. Есть различные версии возможного неорганического происхождения нефти в недрах земли и других космических тел, но все они опираются на одни и те же факты. Во-первых, многие, хотя и не все месторождения связаны с зонами разломов. Через эти разломы, по мнению сторонников неорганической концепции, нефть и поднимается с больших глубин ближе к поверхности Земли. Во-вторых, месторождения бывают не только в осадочных, но также в магматических и метаморфических горных породах (впрочем, они могли оказаться там и в результате миграции). Кроме того, углеводороды встречаются в веществе, извергающемся из вулканов. Наконец, третий, наиболее весомый аргумент в пользу неорганической теории состоит в том, что углеводороды есть не только на Земле, но и в метеоритах, хвостах комет, в атмосфере других планет и в рассеянном космическом веществе. Так, присутствие метана отмечено на Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. На Титане, спутнике Сатурна, обнаружены реки и озера, состоящие из смеси метана, этана, пропана, этилена и ацетилена. Если на других планетах Солнечной системы эти вещества могут образовываться без участия биологических объектов, почему это невозможно на Земле?
Этапы образования нефти
СТАДИИ ОБРАЗОВАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НЕФТИ
В ловушке
Помимо чисто научного интереса гипотезы, объясняющие происхождение нефти и газа, имеют еще и политическое звучание. Действительно, раз уж нефть может получаться из неорганических веществ и темпы ее образования не десятки миллионов лет, как предполагает биогенная концепция, а во много тысяч раз выше, значит, проблема скорого исчерпания запасов становится как минимум не столь однозначной. Однако для нефтяников вопрос о том, откуда берется нефть, принципиален скорее с той точки зрения, может ли теория предсказать, где именно нужно искать месторождения. С этой задачей органики справляются лучше.
В сугубо прагматическом отношении для добычи важно знать даже не то, где нефть зародилась, а где она находится сейчас и откуда ее можно извлечь. Дело в том, что в земной коре большая часть нефти не остается в материнской породе, а перемещается и скапливается в особых геологических объектах, называемых ловушками. Даже если предположить, что нефть имеет неорганическое происхождение, ловушки для нее все равно за редким исключением находятся в осадочных бассейнах.
Под действием различных факторов углеводороды отжимаются из нефтематеринских пород в породы-коллекторы, способные вмещать флюиды (нефть, природный газ, воду). Таким образом, нефтяное месторождение — вовсе не подземное «озеро», заполненное жидкостью, а достаточно плотная структура. Коллекторы характеризуются пористостью (долей содержащихся в них пустот) и проницаемостью (способностью пропускать через себя флюид). Для эффективного извлечения нефти из коллектора важно благоприятное сочетание обоих этих параметров.
Типы коллекторов
БОЛЬШАЯ ЧАСТЬ ЗАПАСОВ НЕФТИ СОДЕРЖИТСЯ В ДВУХ ТИПАХ КОЛЛЕКТОРОВ
Терригенные (пески, песчаники, алевролиты, некоторые глинистые породы и др.) состоят из обломков горных пород и минералов. Этот тип коллекторов наиболее распространен: на них приходится 58% мировых запасов нефти и 77% газа. В качестве пустотного пространства, в котором накапливается нефть, в основном выступают поры — свободное пространство между зернами, из которых состоит коллектор.
Карбонатные (в основном известняки и доломиты) занимают второе место по распространенности (42% запасов нефти и 23% газа). Имеют сложную трещиноватую структуру. Нефть обычно содержится в кавернах, появившихся в результате выветривания и вымывания твердой породы, а также в трещинах. Наличие трещин влияет и на фильтрационные свойства коллектора, обеспечивая проводимость жидкости.
Вулканогенные и вулканогенно-осадочные (кислые эффузивы и интрузивы, пемзы, туфы, туфопесчаники и др.) коллекторы отличаются характером пустотного пространства — в основном это трещины, — резкой изменчивостью свойств в пределах месторождений.
Глинисто-кремнисто-битуминозные отличаются значительной изменчивостью состава, неодинаковой обогащенностью органическим веществом. Промышленная нефтеносность глинисто-кремнисто-битуминозных пород установлена в баженовской (Западная Сибирь) и пиленгской (Сахалин) свитах.
Двигаясь по коллектору, флюид в какой-то момент может упереться в непроницаемый для него экран — флюидоупор. Слои такой породы называют покрышками, а вместе с коллектором они формируют ловушки, удерживающие нефть и газ в месторождении. В классическом варианте в верхней части ловушки может присутствовать газ (он легче). Снизу залежь подстилается более плотной, чем нефть, водой.
Классификации ловушек чрезвычайно разнообразны (часть из них см. на рис.). Наиболее простая и с точки зрения геологоразведки, и для дальнейшей добычи — антиклинальная ловушка (сводовое поднятие), перекрытая сверху пластом флюидоупора. Такие ловушки образуются в результате изгибов пластов осадочного чехла. Однако помимо изгибов внутренние пласты претерпевают и множество других деформаций. В результате тектонических движений, например, пластколлектор может деформироваться и потерять свою однородность. В этом случае процессы геологоразведки и добычи оказываются намного сложнее. Еще одна неприятность, которая поджидает нефтяников со стороны ловушек, — замещение проницаемых пород, обладающих хорошими коллекторскими свойствами, например песчаников, непроницаемыми. Такие ловушки называются литологическими.
Разница между тяжелыми и легкими дистиллятами нефти
Тяжелые и легкие фракции перегонки нефти — это многокомпонентная непрерывная смесь гетероатомных соединений и углеводородов. Другое название — дистилляты. Они образуются при разделении нефти на компоненты с менее сложным составом. Данный процесс называют фракционированием — он позволяет получить сырье для производства широкого спектра других нефтепродуктов.
Что такое дистиллят нефти
Дистилляты нефти представляют собой результат многостадийного разделения на фракции, которые имеют разные интервалы выкипания. Разделение может происходить простым и более старым способом — методом дистилляции, или с помощью более современной технологии — ректификации.
Любой дистиллят перегонки нефти не является товарным продуктом. Для поставки потребителю фракции подвергают дальнейшей переработке, например, очистке. Все дистилляты делятся на 3 группы:
Состав фракций определяется месторождения, на котором добывалось сырье. В нефти могут присутствовать алифатические, ароматические, ациклические углеводороды. В большинстве случаев в составе наблюдаются их комбинации. В зависимости от сырья могут получаться ароматические, ациклические или алифатические дистилляты нефти.
Процесс разделения нефти на фракции
Сам процесс перегонки происходит в ректификационных колоннах. Сырье, подлежащее дистилляции, нагревается до определенной температуры. В результате начинается испарение, а образовавшийся газ поступает в трубопровод, где охлаждается и конденсируется на стенках. Капли собираются и образуют дистиллят.
Как происходит перегонка нефти
На каждой стадии процесса разделения нефти на фракции получаются 2 продукта:
Типы дистиллятов прямой перегонки нефти зависят от того, каким способом происходит переработка сырья. Наиболее распространены топливный и топливно-масляный варианты. В первом случае выделяются следующие фракции с определенной температурой выкипания:
При топливно-масляном варианте перегонки получают топливные дистилляты и мазут. Последний отправляют на вакуумную перегонку, которая дает масляный дистиллят и тяжелый остаток гудрон. Чтобы увеличить выход масляного дистиллята, гудрон дополнительно смешивают с мазутом и тоже подвергают вакуумной перегонке.
Масляную фракцию очищают и используют для производства смазок и товарных масел. Остаточным продуктом при вакуумной перегонке выступает сырье для производства битума, который активно применяется в строительной сфере.
Тяжелые дистилляты
Тяжелые фракции нефти еще называются темными нефтепродуктами. В их составе содержится много механических примесей, смол, аморфных и окрашивающих компонентов, чем обусловлен темный, часто почти черный цвет.
Какие фракции нефти относятся к тяжелым:
Мазут получают путем выделения из нефти газойлевых, керосиновых и бензиновых фракций. Нефтепродукт выступает остатком после их выкипания, образуется при температуре 350-360 °C.
Как выглядит мазут
В составе мазута содержится много примесей: смол, органических соединений с микроэлементами, включая металл и неметаллы (V, Ni, Fe, Mg, Na, Ca, Ti, Hg, Zn и др.). Из углеводородов преобладают асфальтены, карбены и карбоиды. Ввиду высокой вязкости мазут применяется как жидкое топливо. В соответствии с ГОСТом нефтепродукт делится на флотский и топочный. Первый является неотъемлемой частью работы судоходного транспорта. Топочный широко применяется на ТЭЦ.
Мазут служит сырьем для выделения масляных фракций. Для этого нефтепродукт подвергают вакуумной перегонке, поскольку тяжелые фракции невозможно перегнать при атмосферном давлении. В результате получают не только технические масла, но и парафины, церезины и тяжелый остаток – гудрон.
Самой тяжелой фракцией нефти является гурон. Он получается после завершения процесса перегонки и выделения всех фракций. Температура выкипания достигает 500 °C (в зависимости от природы нефти могут быть значения от 450 до 600 °C). Около 95% гудрона составляют парафин и нафтен, 3% — асфальтен, 2% — смолы. Также в составе содержатся почти все присутствующие в нефти металлы. Этим объясняются очень вязкая консистенция и черный цвет. Плотность нефтепродукта достигает 950-1030 кг/м3.
Гудрон имеет блескую поверхность
Основная сфера применения гудрона — дорожное строительство. Нефтепродукт служит сырьем для производства битума, из которого изготавливают кровельные материалы, включая мягкую черепицу, рубероид, линокром и пр. Кроме кровельных, выпускаются строительный и дорожный битумы. Не меньшее распространение гудрон получил в производстве кокса.
Легкие дистилляты
Легкие дистилляты нефти — это фракции, которые обладают высокой степенью очистки, что обеспечивает им повышенное качество. Иначе еще называются светлыми нефтепродуктами. Все потому, что ввиду высокого качества очистки имеют оптические свойства, близкие к прозрачным.
Легкие фракции нефти в сравнении с тяжелыми:
К легким фракциям перегонки нефти относятся:
Средние дистилляты нефти:
Самая легкая фракция нефти — это петролейный эфир, получаемый из попутных нефтяных газов и газоконденсата. Именно он выделяется одним из первых. Продукт представляет собой бесцветную жидкость, состоящую преимущественно из n-пентана и n-гексана, без бензола и других истинных эфиров в составе.
Фракция выкипает при температуре до 100 °C: легкая — при 40-70 °C, тяжелая — при 70-100 °C. плотность достигает 650-695 кг/м3. Особенность петролейного эфира заключается в том, что он сразу испаряется при невысокой температуре. Нефтепродукт используют как растворитель при экстракции углеводородов, нефти, битумиоидов из горных пород, а также как топливо для каталитических горелок и зажигалок. Эфир помогает растворять жиры, масла, смолы и другие углеводородные соединения.
Петролейный эфир имеет очень светлый оттенок
Фракция бензина выкипает при температуре от 40 до 225 °C. В составе преобладают алифатические углеводороды C5–C12, в том числе разветвленные и неразветвленные алканы. Для фракции характерно высокое содержание ароматических углеводородов — толуола и метаксилола.
Основное назначение бензиновой фракции — производство топлива для двигателей внутреннего сгорания. Дополнительно фракция используется в качестве сырья в нефтехимической промышленности.
Свойства получаемого топлива определяются особенностями нефти, из которой был извлечен дистиллят. Причем далеко не все нефти подходят для изготовления бензина высокого качества. К примеру, в бензиновых фракциях нефтей Ставропольского края слишком много парафиновых углеводородов. Из-за этого изготавливаемый бензин имеет невысокие октановые числа.
При температуре 120-240 °C выкипает лигроиновая фракция, содержащая смеси алифатических углеводородов C8–C14, т. е. более тяжелых, чем в петролейной и бензиновой. Другие названия: нафта, тяжелый бензин, бензинлигроиновая фракция, дистиллят газового конденсата, дизельное топливо ДГК.
В лигроиновой фракции гораздо больше ароматических углеводородов, чем в бензиновой. Их количество достигает 8%. Другая особенность — повышенное содержание нафтенов, которых в 3 раза больше, чем парафинов. Средняя плотность фракции достигает 780-790 кг/м3.
Лигроин получают из стабильного газового конденсата, или так называемой «белой нефти». Нефтепродукт позиционируется как аналог дизеля, широко используется в качестве моторного топлива. Как горючее лигроин обладает высоким тепловыделением при воспламенении. Как высокооктановый нефтепродукт лигроиновая фракция применяется для производства товарных бензинов.
Сферы применения лигроиновой фракции:
Пределы выкипания керосиновой фракции — от 120 до 315 °C. Она делится на легкую (до 200 °C) и тяжелую (боле 300 °C). Основу составляют углеводороды от C9 до C16: наряду с парафинами, моноциклическими нафтенами и бензолом в составе содержатся бициклические углеводороды (нафтеновые, ароматические, нафтено-ароматические). Плотность при 20 °C составляет 854 кг/м3, температура начала кристаллизации равна –60 °C.
Керосиновая фракция — это дефицитный нефтепродукт, который используют во многих сферах. Она отвечает строгим требованиям на современные и перспективные реактивные топлива с повышенной плотностью, хорошей термической стабильностью и низкотемпературными свойствами. Все по той причине, что в составе керосина много изопарафинов и мало бициклических ароматических углеводородов. За счет этого дистиллят выступает высококачественным реактивным топливом, которое применяют в газотурбинных и воздушно-реактивных двигателях.
Реактивное топливо представляет собой смесь горючего (керосина) и окислителя
Дополнительно фракция идет на производство лакокрасочной продукции, применяется как растворитель для краски. Другие возможности использования зависят от температуры выкипания:
Основным сырьем для производства дизтоплива, используемого в быстроходных видах транспорта, выступает дизельная фракция. Она менее летучая и более вязкая, чем керосиновая. Содержит сложные смеси C9 и более высоких углеводородов, преимущественно нафтенов с высоким цетановым числом и низкой температурой застывания. Пределы выкипания — от 180 до 360 °C.
Для производства низкотемпературных марок дизтоплива фракцию подвергают депарафинизации с применением карбамида. В результате получается зимнее топливо с температурой застывания –45 °C и арктическое, застывающее только при –60 °C.
Кроме производства дизтоплива, фракция используется во вторичной переработке. Она позволяет получить керосин, применяемый в лакокрасочной промышленности и приборостроении, изготовлении химии для автотранспорта.
В заключение
Таким образом, продуктами прямой перегонки нефти являются дистилляты — легкие, средние и тяжелые. Они различаются температурой выкипания, составом, свойствами и сферой применения. Тяжелые и легкие фракции перегонки нефти выступают сырьем для дальнейшей переработки, которая позволяет получить товарный продукт, предназначенный для поставки потребителю.
