Элементный и фракционный составы нефти

Нефть по геологической классификации относят к горным породам, которую назвали каустобиолитом (от греч. kaustos – горючий, bios – жизнь и lithos – камень), иначе – горючие ископаемые органические происхождения.

В составе нефти идентифицировано около 800 различных углеводородов. Состав нефти не только чрезвычайно сложен, но еще и широко варьирует от месторождения к месторождению и даже в разных залежах одного и того же месторождения.

Физический и химический анализ нефти усложняет тот факт, что нефть – это не чистый раствор одних соединений в других. Нефть – это дисперсная система, которая имеет сложную надмолекулярную структуру. Она состоит из коллоидально-взвешенных компонентов (рис. 2.1).

Усредненный элементный состав нефти представлен в табл. 2.1

В сумме содержание атомов азота, кислорода и серы редко превышает 8–10 % масс. Атомы азота и кислорода входят, в основном, в состав высокомолекулярных соединений. В отличие от азота и кислорода основное количество серы содержится в низкомолекулярных соединениях парафинового ряда.

В состав нефти входит большое количество металлов: щелочные и щелочноземельные (Li, Na, К, Ва, Са, Sr, Mg), металлы подгруппы меди (Си, Ag, Аи), подгруппы цинка (Zn, Cd, Hg), подгруппы бора (В, Al, Ga, In, T1), подгруппы ванадия (V, Nb, Та), многие металлы переменной валентности (Ni, Fe, Mo, Co, W, Сг, Mn, Sn и др.), а также неметаллы (Si, Р, As, C1, Вг, I и др.).

Элементы, содержащиеся в нефти в микроколичествах, могут находиться в ней в виде мелкодисперсных водных растворов солей, тонкодисперсных взвесей минеральных пород, а также в виде химически связанных с органическими веществами комплексных или молекулярных соединений.

Поскольку нефть и нефтепродукты представляют собой сложнейшую многокомпонентную коллоидную систему, состоящую из углеводородов и гетероатомных соединений, то, если использовать обычные методы перегонки, ее не удастся разделить на индивидуальные компоненты.

Поэтому нефть и нефтепродукты разделяют путем перегонки на отдельные фракции (дистилляты), каждая из которых является менее сложной смесью соединений.

При исследовании нефти ее разгоняют на фракции с помощью автоматического аппарата АРН-ЛАБ-11 (рис. 2.2, 1). Он предназначен для определения фракционного состава нефтепродуктов и нефти в соответствии с ГОСТ 2177–99, ISO 3405, ASTM D86 и другими аналогичными стандартами.

На АРН-ЛАБ-11 успешно производится разгонка как светлых, так и темных нефтепродуктов по методам А и Б ГОСТ 2177–99 соответственно.

По результатам фракционирования строят так называемую кривую истинных температур кипения (ИТК) в координатах температура-выход фракций в % масс. (или в % объемных: % об.) (рис. 2.2, 2).

По методике от начала кипения до 300 °С отбирают фракции вначале через каждые 10 °С, а затем – через каждые 50 °С до температуры конца кипения (к. к.) 475–550 °С.

Таким образом, фракционный состав нефти (кривая ИТК) показывает потенциальное содержание в них отдельных нефтяных фракций, являющихся основой для получения таких нефтепродуктов, как автомобильные бензины, реактивные и дизельные топлива, смазочные масла и др.

Для каждого из этих нефтепродуктов соответствующими ГОСТами задают определенный стандартный фракционный состав.

Фракции, выкипающие до 350 °С, отбирают при давлениях, немного превышающих атмосферное, и их называют светлыми. При атмосферной перегонке получают фракции, которым присваивают название в зависимости от того, с какой целью ее производят (табл. 2.2).

Далее мазут разгоняют под вакуумом. При этом в зависимости от необходимой номенклатуры продукции отбирают фракции, представленные в табл. 2.3.

Продукты, которые производят при вторичных процессах переработки нефти так же, как и при первичной перегонке, относят к светлым, если они выкипают до 350 °С, и к темным, если пределы их выкипания превышают 350 °С.

Нефти различных месторождений существенно различаются по фракционному составу, содержанию светлых и темных фракций.

Так, например, в Ярегской нефти содержится 18,8 % светлых фракций, нефть Вехнечонского месторождения содержит 45,1 % масс. светлых фракций, нефть Талаканского месторождения – 49,6 % масс., нефть Юрубчено-Тахомского – 54,6 % масс., а в нефти Самотлорского месторождения содержится 58,8 % светлых фракций.