XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Значимость определения фракционного состава нефти заключается в том, что оно позволяет определить потенциальный выход светлых фракций, а соответственно выбрать способ переработки нефти.

Наиболее важными источниками углеводородов являются нефть и горючие (природные и попутные) газы.

Все нефти содержат алканы, циклоалканы и арены. Количественное содержание этих углеводородов в различных нефтях неодинаково и зависит от месторождения. Кроме того, в нефтях имеются гетероатомные соединения, содержащие кислород, серу, азот.

Основные фракции, выделяемые при первичной перегонке нефти:

1. Бензиновая фракция — нефтяной погон с температурой кипения от н.к. (начала кипения, индивидуального для каждой нефти) до 150-205 ⁰С (в зависимости от технологической цели получения авто, -авиа-, или другого специального бензина).

Эта фракция представляет собой смесь алканов, нафтенов и ароматических углеводородов. Во всех эти углеводородах содержится от 5 до 10 атомов С.

2. Керосиновая фракция — нефтяной погон с температурой н.к. от 150-180 ⁰С до 270-280 ⁰С. В этой фракции содержатся углеводороды С₁₀-С₁₅.

Используются в качестве моторного топлива (тракторный керосин, компонент дизельного топлива), для бытовых нужд (осветительный керосин) и др.

3. Дизельные фракция — температура кипения от 270-280 ⁰С до 320-350 ⁰С. В этой фракции содержатся углеводороды С₁₄-С₂₀. Используется в качестве компонента дизельного топлива.

4. Мазут — остаток после отгона вышеперечисленных фракций с температурой кипения более 350 ⁰С.

Мазут может использоваться как котельное топливо, или подвергаться дальнейшей переработке: перегонке при пониженном давлении (в вакууме) с отбором масляных фракций или широкой фракции вакуумного газойля (в свою очередь, служащего сырьем для каталитического крекинга с целью получения высооктанового компонента бензина) [6].

В ходе проводимого исследования была подвегнута фракционной разгонке нефть, транспортируемая в НП Козьмино (образец от 2016 года).

Согласно данным [9], нефть ВСТО имеет качество: нефть «малосернистая» (1 класс), «легкая» (1 тип) ГОСТ Р 51858-2002 «Нефть. Общие технические условия».

Трубопроводная система «Восточная Сибирь — Тихий океан», ВСТО – нефтепровод, проходящий от г. Тайшет (Иркутская область) до нефтеналивного порта Козьмино в заливе Находка. Соединяет месторождения Якутии и Восточной Сибири с рынками Азии и США. Протяженность – 4 740 км [9].

В условиях комплекса химических лабораторий филиала ДВФУ в г. Находке определен фракционный состав нефти по ГОСТ 2177-99 [3] на установке АФС-1п, принципиальная схема которого изображена на рисунке 1.

1 — колба	5 — ванна холодильника;
2 — термометр	7 — мерный ци­линдр;
3 — трубка холодильника	8 — асбестовая прокладка;
4, 6 — патрубки для ввода и вывода воды	9 — кожух.

Рисунок 1 – Принципиальная схема стандартного аппарата для разгонки нефтепродуктов

По итогам исследования фракционного состава образца нефти были получены данные о количестве отобранных фракций, результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Фракционный состав нефти

№ фракции	Температурный интервал, 0С	фракция		m, г		V, мл		Выход, %
	Взято: нефть			87,89		105,0		100
Итого					87,89		105,0		100
1	110,0-137,2	Бензиновая		3,41		4,45		3,88
2	137,2-176,2	Бензиновая		14,09		17,18		16,03
3	176,2-221,3	Керосиновая		3,18		4,01		3,62
4	221,3-258	Керосиновая		3,49		4,30		3,97
5	258,0-285,0	Легкая дизельная 1		9,16		11,13		10,42
6	285,0-310,0	Легкая дизельная 2		7,27		8,69		8,27
7	310,0-320,0	Тяжелая дизельная 1		6,81		7,95		7,75
8	320,0-350,0	Тяжелая дизельная 2		19,08		21,98		21,71
Остаток	Свыше 350	Мазут		11,0		12,35		12,5
Потери				10,40		12,97		11,83
Итого				87,89		105,0		100,00

На основании данных таблицы 1 построен график ИТК (кривая истинных температур кипения), представленный на рисунке 2.

Кривые ИТК дают возможность определить потенциальное содержание нефтяных фракций в данной нефти. Кроме того, кривая ИТК служит для технологических расчетов: построения линий однократного испарения (ОИ) нефти и кривых ИТК нефтяных фракций, а в конечнм итоге определять температурные режимы в расчетах ректификации нефти.

Рисунок 2 – График ИТК нефти

Результат разгонки нефти:

Бензиновая фракция = 21,64%.

Керосиновая фракция = 9,37%.

Легкая дизельная фракция (зимнее топливо) = 9,16%.

Тяжелая дизельная фракция (летнее топливо) = 39,11%.

Мазут =11,00 %.

Согласно ГОСТ Р 51858-2002 «Нефть. Общие технические условия».

Для определения типа необходимо знать выход фракций,при 200 и 300ºС, согласно ИТК в исследуемом образце:

до 200 ……..23%,

до 300……...43%

На основании полученных данных будет далее определен тип нефти. Для определения типа согласно по ГОСТ [4] необходимо иметь данные и по плотности нефти.

В условиях лаборатории на базе ДВФУ, филиал в г. Находке была определена плотность исследуемой нефти по ГОСТ 3900-85 [1].

Плотность была определена при помощи ареометра АОН-1.

Поскольку на плотность влияет температура, поэтому была использована формула для пересчета плотности по формуле (1):

(1)

С целью определения группового состава исследуемой нефти определен показатель преломления. Известно, что показатель преломления характеризует оптические свойства нефти, чем больше плотность нефтепродукта, тем выше его показатель преломления. Нефтепродукты с большим отношением углерод-водород имеют высокие плотность и показатель преломления. При одном и том же числе углеродных атомов в молекуле показатель преломления возрастает в последовательности: парафиновые – олефиновые – нафтены – ароматические углеводороды.

Показатель преломления был определен при помощи рефрактометра ИРФ-454 Б2М по ГОСТ 18995.2-73 [2].

Поскольку на показатель преломления влияет температура, полученные результаты были пересчитаны по формуле (2):

(2)

Результаты определения плотности и показателя преломления занесены в таблицу 2.

Таблица 2 - Плотность и оптические свойства нефти и полученных фракций

№ фракции	Температурный интервал 0С	фракция	ρ, кг/м3	n
	нефть		870.2±0,6	1,6134
1	110-137,2	Бензиновая	765,1±0,6	1,4334
2	137,2-176,2	Бензиновая	783,2±0,6	1,4430
3	176,2-221,3	Керосиновая	794,1±0,6	1,4539
4	221,3-258	Керосиновая	811,4±0,6	1,4589
5	258-285	Легкая дизельная	823,8±0,6	1,4630
6	285-310	Тяжелая дизельная	837,5±0,6	1,4744
7	310-320	Тяжелая дизельная	857,2±0,6	1,4759
8	320-350	Тяжелая дизельная	868,1±0,6	1,4841

Для определения типа нефти провели сопоставление полученных экспериментальных данных и требований ГОСТ, результаты в таблице 3.

Таблица 3 – Определение типа нефти

Требования ГОСТ для 1 типа нефти	Требования ГОСТ для 2 типа нефти	Фактические результаты исследования	Выводы
Выход фракций,% до температуры 200 °С, не менее 27 %	Выход фракций,% до температуры 200 °С, не менее 21 %	23%	Соответствует 2 типу
Выход фракций,% до температуры 300 °С, не менее 47%	Выход фракций,% до температуры 300 °С, не менее 42%	43%	Соответствует 2 типу
Плотность при температуре 20°С не более 830,1-850,0 кг/м3	Плотность при температуре 20°С не более 850,1-870,0 кг/м3	870,2±0,6	Соответствует 2 типу

Как видно из данных сравнения с ГОСТ, исследуемая нефть относится ко 2 типу. По информации компании Транснефть [9], нефть 1 группы, но поскольку нами проанализирована нефть образца 2016 года, и в течение прошедшего трехгодового периода, произошло улетучивание легких фракций, что привело к уменьшению их выхода и росту плотности.

Показатель преломления сам по себе, а также вместе с другими свойствами очень важен при характеристике нефтяных фракций. Для узких фракций с одним и тем же молекулярным весом значения показателя преломления сильно увеличиваются от парафинов к нафтенам и к ароматике, значения показателя преломления для полициклических нафтенов и для полициклической ароматики соответственно выше, чем для моноциклических соединений. Для сырых нефтей показатель преломления очень сильно меняется, и при характеристике их это свойство не имеет особого значения. Таким образом, показатель преломления нефтепродуктов зависит от их химического состава [10].

Известно, что показатель преломления бензола, ксилолов, нафталина преломления – 1,5011 и выше. По данным анализа видно, что ароматических углеводородов незначительное количество. Исходя из данных таблицы 2 показатели преломления фракций 1.4334-1.4841, то по нашему предположению данная нефть парафиново (метаново) – нафтеновая.

Литература

ГОСТ 3900-85 Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности (с Изменением N 1, с Поправкой) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200003577 (дата обращения: 23.11.2020)

ГОСТ 18995.2-73. Продукты химические жидкие. Метод определения показателя преломления (с Изменением N 1) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/gost-18995-2-73 (дата обращения: 24.11.2020)

ГОСТ 2177-99 Нефтепродукты. Методы определения фракционного состава [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200005690 (дата обращения: 23.11.2020)

ГОСТ Р 51858-2002 Нефть. Общие технические условия (с Изменениями N 1, 2) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200028839 (дата обращения: 24.11.2020)

Лабораторный практикум по курсу «Химия и физика органических веществ» учебно-методическое пособие для студентов очной, заочной и вечерней формы обучения специальности 050721 (05В072100) «Химическая технология органических веществ». – Казань, 2015. – 79 с.

Кирсанов, Ю.Г. Анализ нефти и нефтепродуктов: [учеб. -метод. пособие] /Ю. Г. Кирсанов, М. Г. Шишов, А. П. Коняева; [науч. ред. О. А. Белоусова]; М-во образования и науки Рос. Федерации, Урал. федер. ун-т. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2016. – 88 с.

Методические указания к выполнению лабораторных работ по определению качества автомобильных топлив и смазочных материалов по дисциплине «Автомобильные эксплуатационные материалы и экономия топливо-смазочных материалов» (для студентов специальности 7.090258 «Автомобили и автомобильное хозяйство» дневной и заочной формы обучения) / Сост.: И.В. Грицук. – Макеевка: ДонГАСА, 2013. – 64 с.

Методические указания для студентов для специальности 240134 «Переработка нефти и газа» по дисциплине «Химия и технология нефти и газа» Разработал преподаватель спец.дисциплин Лобанова Л.И. -Областное государственное бюджетное образовательное учреждение СПО Рязанский колледж электроники. -2013. – 81с.

Перспективы сорта ВСТО стать маркером на восточном направлении, Заместитель вице-президента. Игорь Николаевич Кацал. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www. transneft.ru›files/2012-12/ta0rMLkVGKwEU / (дата обращения: 20.11.2020)

Справочник химика, раздел 21. Химия и химическая технология. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.chem21.info/info/846394/(дата обращения: 10.12.2020)

Код для цитирования: Скопировать