2. Элементный и фракционный состав нефти

Министерство образования Иркутской области
Государственное бюджетное профессиональное
образовательное учреждение
Иркутской области
«Иркутский авиационный техникум»
(ГБПОУИО «ИАТ»)
2015
КС-15-1
«Нефть и способы её переработки»
Председатель
комиссии:
_____________________________________ (С.Н. Быкова)
Руководитель:
_____________________________________ (Г.В. Перепияко)
(подпись, дата)
(подпись, дата)
Тьютор:
_____________________________________ (Е.П. Зайкова)
(подпись, дата)
Обучающийся:
_____________________________________ (Н.А. Егоров)
(подпись, дата)
Иркутск 2015
Содержание
1. Введение……………………………………………………………………2
1.1 История открытия нефти……………………………………………4
1.2 Процесс образования нефти…………………………………………4-6
2. Элементный и фракционный состав нефти………………………………6-8
3. Переработка нефти…………………………………………………………8-11
3.1 Способы переработки нефти………………………………………11-14
4. Виды бензинов………………………………………………………………14
4.1Технология получения бензина……………………………………...14-16
4.2 Применение бензина…………………………………………………17
5. Виды авиационного топлива………………………………………………17-20
6. Моторные масла……………………………………………………………20-23
6.1 Классификация по химическому составу…………………………23-24
6.2 Присадки……………………………………………………………24-25
7. Экологические проблемы, связанные с нефтяной промышленностью…25-29
8. Заключение…………………………………………………………………30
9. Список использованных источников………………………………………31
2
Введение
Нефть - полезное ископаемое, представляющее из себя маслянистую
жидкость. Это горючее вещество, часто черного цвета, хотя цвета нефти в разных
районах различаются. Она может быть и коричневой, и вишневой, зеленой, желтой,
и даже прозрачной. С химической точки зрения нефть - это сложная смесь
углеводородов с примесью различных соединений, например, серы, азота и других.
Ее запах также может быть различным, так как зависит от присутствия в ее составе
ароматических углеводородов, сернистых соединений.
Как это ни удивительно, нефть, которую стали добывать промышленным
способом только в середине 19 века, сопровождает человечество с древнейших
времен. Если же обратиться к историческим фактам, стоит вернуться на 8 тысяч лет
назад. Примерно за 6 тысяч лет до нашей эры шумеры, жившие в междуречье Тигра
и Евфрата, встретились с удивительным веществом, выступившем не поверхность
земли в виде вязкой массы, похожей на смолу. Это был нефтяной битум, который в
условиях недостатка дерева и камня стали эффективно использовать для возведения
грандиозных построек. Битум добавляли в смесь из глины, песка и гравия, из
которой делали кирпичи. Им же укрепляли кладку, и получившиеся стены
оказывались чрезвычайно прочными.
В настоящее время нефть является основным источником получения
различных видов топлив, пластиков, многочисленных композитных материалов,
медицинских препаратов и др.
Цель проекта:
изучить происхождение, состав, способы переработки нефти и области её
применения.
Задачи: познакомится с углеводородным составом нефти, технологиями
переработки нефти (крекингом, ректификацией, риформингом), составом моторных
масел, экологическими проблемами, возникающими при переработке и
транспортировки нефти.
3
1.1 История открытия нефти
Нефть известна человеку с древнейших времен. Люди уже давно обратили
внимание на черную жидкость, сочившуюся из-под земли. Есть данные, что уже
6500 лет назад люди, жившие на территории современного Ирака, добавляли нефть
в строительный и цементирующий материал при строительстве домов, чтобы
защитить свои жилища от проникновения влаги. Древние египтяне собирали нефть с
поверхности воды и использовали ее в строительстве и для освещения. Нефть также
использовалась для герметизации лодок и как составная часть мумифицирующего
вещества. Первые упоминания о нефти на территории России относятся к XV веку.
Нефть собирали с поверхности воды на реке Ухта. Так же, как и другие народы,
здесь ее использовали в качестве лекарственного средства и для хозяйственных
нужд. Датой начала промышленной мировой нефтедобычи, по данным большинства
источников, принято считать 27 августа 1859 года.
1.2 Процесс образования нефти
Образование нефти – процесс весьма и весьма длительный. Он проходит в
несколько стадий и занимает по некоторым оценкам 50-350 млн. лет.
Наиболее доказанной и общепризнанной на сегодняшний день
является теория органического происхождения нефти или, как ее еще
называют, биогенная теория. Согласно этой теории, нефть образовалась из останков
микроорганизмов, живших миллионы лет назад в обширных водных бассейнах
(преимущественно на мелководье). Отмирая, эти микроорганизмы образовывали на
дне слои с высоким содержанием органического вещества. Слои, постепенно
погружаясь все глубже и глубже (напомню, процесс занимает миллионы лет),
испытывали воздействие усиливающегося давления верхних слоев и повышения
температуры. В результате биохимических процессов, происходящих без доступа
кислорода, органическое вещество преобразовывалось в углеводороды.
4
Часть образовавшихся углеводородов находилась в газообразном состоянии
(самые легкие), часть в жидком (более тяжелые) и какая-то часть в твердом.
Соответственно подвижная смесь углеводородов в газообразном и жидком
состоянии под воздействием давления постепенно двигалась сквозь проницаемые
горные породы в сторону меньшего давления (как правило, вверх). Движение
продолжалось до тех пор, пока на их пути не встретилась толща непроницаемых
пластов и дальнейшее движение оказалось невозможным. Это так
называемая ловушка, образуемая пластом-коллектором и покрывающим ее
непроницаемым пластом-покрышкой.
В этой ловушке смесь углеводородов постепенно скапливалась, образовывая
то, что мы называем месторождением нефти. Как видите, месторождение на самом
деле не является местом рождения. Это скорее место скопление. Но, как бы там ни
было, практика названий уже сложилась.
Поскольку плотность нефти, как правило, значительно меньше плотности
воды, которая в ней всегда присутствует (свидетельство ее морского
происхождения), нефть неизменно перемещается вверх и скапливается выше воды.
Если присутствует газ, он будет на самом верху, выше нефти.
В некоторых районах нефть и углеводородный газ, не встретив на своем пути
ловушку, выходили на поверхность земли. Здесь они подвергались воздействию
различных поверхностных факторов, в результате чего рассеивались и разрушались
Нефть (и сопутствующий ей углеводородный газ) залегает на глубинах от
нескольких десятков метров до 5-6 километров. При этом на глубинах 6 км и ниже
встречается только газ, а на глубинах 1 км и выше - только нефть. Большинство
продуктивных пластов находятся на глубине между 1 и 6 км, где нефть и газ
встречаются в различных сочетаниях. Залегает нефть в горных породах, называемых
коллекторами.
Пласт-коллектор - это горная порода способная вмещать в себе флюиды, т.е.
подвижные вещества (это могут быть нефть, газ, вода). Упрощенно коллектор
5
можно представить, как очень твердую и плотную губку, в порах которой и
содержится нефть.
2. Элементный и фракционный состав нефти
Нефть представляет собой подвижную маслянистую горючую жидкость легче
воды от светло-коричневого до черного цвета со специфическим запахом.
С позиций химии нефть - сложная исключительно многокомпонентная
взаиморастворимая смесь газообразных, жидких и твердых углеводородов
различного химического строения с числом углеродных атомов до 100 и более с
примесью гетеро органических соединений серы, азота, кислорода и некоторых
металлов.
Углеводороды, из которых состоит нефть, - это химические соединения,
состоящие из атомов углерода (C) и водорода (H). В общем виде формула
углеводорода - CxHy. Простейший углеводород, метан, имеет один атом углерода и
четыре атома водорода, его формула - CH4. Метан - легкий углеводород, всегда
присутствует в нефти.
“Рисунок 1”.
В зависимости от количественного соотношения различных углеводородов,
составляющих нефть, ее свойства также различаются. Нефть бывает прозрачной и
текучей как вода. А бывает черной и настолько вязкой и малоподвижной, что не
вытекает из сосуда, даже если его перевернуть.
6
С химической точки зрения обычная (традиционная) нефть состоит из
следующих элементов:

Углерод – 84%

Водород – 14%

Сера – 1-3% (в виде сульфидов, дисульфидов, сероводорода и серы как
таковой)

Азот – менее 1%

Кислород – менее 1%

Металлы – менее 1% (железо, никель, ванадий, медь, хром, кобальт, молибден
и др.)

Соли – менее 1% (хлорид кальция, хлорид магния, хлорид натрия и др.)
Поскольку нефть и нефтепродукты представляют собой многокомпонентную
непрерывную смесь углеводородов и гетероатомных соединений, то обычными
методами перегонки не удается разделить их на индивидуальные соединения со
строго определенными физическими константами, в частности, температурой
кипения при данном давлении. Принято разделять нефти и нефтепродукты путем
перегонки на отдельные компоненты, каждый из которых является менее сложной
смесью. Такие компоненты принято называть фракциями или дистиллятами. В
условиях лабораторной или промышленной перегонки отдельные нефтяные
фракции отгоняются при постепенно повышающейся температуре кипения.
Следовательно, нефть и ее фракции характеризуются не температурой кипения, а
температурными пределами начала кипения (н.к.) и конца кипения (к.к.). При
исследовании качества новых нефтей (т.е. составлении технического паспорта
нефти) фракционный состав их определяют на стандартных перегонных аппаратах,
снабженных ректификационными колонками (например, на АРН-2 по ГОСТ 1101185).
Это позволяет значительно улучшить четкость погон разделения и построить
по результатам фракционирования так называемую кривую истинных температур
7
кипения (ИТК) в координатах температура -выход фракций в % масс, (или% об.).
Отбор фракций до 200°С проводится при атмосферном давлении, а более
высококипящих - под вакуумом во избежание термического разложения. По
принятой методике от начала кипения до 300°С отбирают 10-градусные, а затем 50градусные фракции до температуры к.к. 475 - 550°С. Таким образом, фракционный
состав нефтей (кривая ИТК) показывает потенциальное содержание в них
отдельных нефтяных фракций, являющихся основой для получения товарных
нефтепродуктов (автобензинов, реактивных и дизельных топлив, смазочных масел и
др.). Для всех этих нефтепродуктов соответствующими гостами нормируется
определенный фракционный состав. Нефти различных месторождений значительно
различаются по фракционному составу, а, следовательно, по потенциальному
содержанию дистиллятов моторных топлив и смазочных масел. Большинство
нефтей содержит 15 -25% бензиновых фракций, выкипающих до 180°С, 45 - 55%
фракций, перегоняющихся до 300 - 350°С. Известны месторождения легких нефтей
с высоким содержанием светлых (до 350°С). Так, самотлорская нефть содержит 58%
светлых, а в нефти месторождения Серия (Индонезия) их содержание достигает
77%. Газовые конденсаты Оренбургского и Карачаганакского месторождений почти
полностью (85 - 90%) состоят из светлых. Добываются также очень тяжелые нефти,
в основном состоящие из высококипящих фракций. Например, в нефти Ярегского
месторождения (Республика Коми), добываемой шахтным способом, отсутствуют
фракции, выкипающие до 180°С, а выход светлых составляет всего 18,8%.
3. Переработка нефти
На выходе из скважины сырая нефть имеет очень ограниченную сферу
применения. Фактически вся сырая нефть проходит перегонку, с тем, чтобы
получить из нее такие продукты как бензин, авиационное топливо, мазут и
промышленные виды топлива.
На заре нефтяной отрасли переработка производилась примитивным
перегонным аппаратом, в котором нефть доводилась до кипения, и, затем,
8
конденсировались различные продукты, в зависимости от температуры. Для этого
требовалось ненамного больше умения, чем для изготовления самогона, поэтому в
нефтяную отрасль в девятнадцатом веке пришли производители виски. Сейчас
нефтепереработка представляет собой крупный, сложный, высокотехнологичный и
дорогостоящий производственный комплекс.
Переработка нефти на НПЗ включает следующие основные этапы:

Подготовка нефти к переработке;

Первичная переработка нефти;

Вторичная переработка нефти;

Очистка нефтепродуктов.
Подготовка нефти к переработке заключается в дополнительном
обезвоживании (до 0,1% содержания воды) и обессоливании (содержание солей до
3-4 мг/л) для уменьшения коррозии технологического оборудования и повышения
качества топлив и других нефтепродуктов.
Сырая нефть – это смесь различных углеводородов в разных сочетаниях.
Каждая составляющая имеет свою ценность, но только при выходе из переработки.
Поэтому первой стадией переработки нефти является разделение ее на
составляющие части. Это достигается путем высокотемпературной перегонки – по
сути нагрева. Различные составляющие испаряются при разных температурах и
затем их можно сконденсировать в раздельные «чистые» потоки. Некоторые из этих
продуктов на выходе уже готовы для продажи. Другие подвергаются дальнейшей
переработке, чтобы получить более дорогостоящие продукты.
При простой перегонке процессы, как правило, сводятся к удалению инородных
частиц и внесению незначительных изменений в химические свойства. В крупных
перерабатывающих комплексах производится более сложное преобразование на
молекулярном уровне путем химических реакций. Этот процесс называется крекинг
или конверсия. Результатом является увеличение выхода более качественных
продуктов, таких как бензин, и снижение выхода таких дешевых продуктов, как
мазут и асфальт.
9
Нефтяные скважины и в целом нефтедобывающий комплекс размещаются в
непосредственной близости от нефтяных месторождений, а, как правило, прямо над
месторождением нефти. Выбор места расположения нефтеперерабатывающего
завода (НПЗ) требует более комплексного подхода. При размещении НПЗ
учитывается близость к источникам сырья, магистральным нефтепроводам,
потенциальным потребителям, а также наличие энергетических и трудовых
ресурсов.
В России размещение нефтеперерабатывающих заводов сложилось уже к
концу 70-х годов, в 80-х был построен только один НПЗ – Ачинский. В 2002 году
был введен в строй НПЗ компании ТАНЕКО в Нижнекамске. Завод мощностью 7
млн. тонн нефти в год построен для переработки тяжелой сернистой нефти с
месторождений Татарстана.
На сегодня в России действует 27 крупных нефтеперерабатывающих заводов
(НПЗ), обеспечивающих до 98% первичной переработки нефти. На мини-НПЗ
перерабатывается 2% нефти.
Средняя глубина переработки:

в России - 71,5%

в США - 95%

в Европе - 90%
10
“Рисунок 2”.
3.1 Способы переработки нефти
Первичные процессы
Первичные процессы переработки не предполагают химических изменений
нефти и представляют собой ее физическое разделение на фракции. Сначала
промышленная нефть проходит первичный технологический процесс очистки
добытой нефти от нефтяного газа, воды и механических примесей - этот процесс
называется первичной сепарацией нефти.
Подготовка нефти
Нефть поступает на НПЗ (нефтеперерабатывающий завод) в подготовленном
для транспортировки виде. На заводе она подвергается дополнительной очистке от
механических примесей, удалению растворённых лёгких углеводородов (С1-С4) и
обезвоживанию на электрообессоливающих установках (ЭЛОУ).
11
Атмосферная перегонка
Нефть поступает в ректификационные колонны на атмосферную перегонку
(перегонку при атмосферном давлении), где разделяется на несколько фракций:
легкую и тяжёлую бензиновые фракции, керосиновую фракцию, дизельную
фракцию и остаток атмосферной перегонки — мазут. Качество получаемых фракций
не соответствует требованиям, предъявляемым к товарным нефтепродуктам,
поэтому фракции подвергают дальнейшей (вторичной) переработке.
Вакуумная дистилляция — процесс отгонки из мазута (остатка атмосферной
перегонки) фракций, пригодных для переработки в моторные топлива, масла,
парафины и церезины и другую продукцию нефтепереработки и нефтехимического
синтеза. Остающийся после этого тяжелый остаток называется гудроном. Может
служить сырьем для получения битумов.
Вторичные процессы
Целью вторичных процессов является увеличение количества производимых
моторных топлив, они связаны с химической модификацией молекул
углеводородов, входящих в состав нефти, как правило, с их преобразованием в
более удобные для окисления формы.
По своим направлениям, все вторичные процессы можно разделить на 3 вида:

Углубляющие: каталитический крекинг, термический крекинг, висбрекинг,
замедленное коксование, гидрокрекинг, производство битумов и т.д.

Облагораживающие: риформинг, гидроочистка, изомеризация и т.д.

Прочие: процессы по производству масел, МТБЭ, алкилирования, производство
ароматических углеводородов и т.д.
Риформинг
Каталитический риформинг - каталитическая ароматизация нефтепродуктов
(повышение содержания аренов в результате прохождения реакций образования
ароматических углеводородов). Риформингу подвергаются бензиновые фракции с
12
пределами выкипания 85-180°С. В результате риформинга бензиновая фракция
обогащается ароматическими соединениями и его октановое число повышается
примерно до 85. Полученный продукт (риформат) используется как компонент для
производства автобензинов и как сырье для извлечения индивидуальных
ароматических углеводородов, таких как бензол, толуол и ксилолы.
Каталитический крекинг - процесс термокаталитической переработки
нефтяных фракций с целью получения компонента высокооктанового бензина и
непредельных жирных газов. Сырьем для каталитического крекинга служат
атмосферный и легкий вакуумный газойль, задачей процесса является расщепление
молекул тяжелых углеводородов, что позволило бы использовать их для выпуска
топлива. В процессе крекинга выделяется большое количество жирных (пропанбутан) газов, которые разделяются на отдельные фракции и по большей части
используются в третичных технологических процессах на самом НПЗ. Основными
продуктами крекинга являются пентан-гексановая фракция (т. н. газовый бензин) и
нафта крекинга, которые используются как компоненты автобензина. Остаток
крекинга является компонентом мазута.
Гидрокрекинг — процесс расщепления молекул углеводородов в избытке
водорода. Сырьем гидрокрекинга является тяжелый вакуумный газойль (средняя
фракция вакуумной дистилляции). Главным источником водорода служит
водородсодержащий газ, образующийся при риформинге бензиновых фракций.
Основными продуктами гидрокрекинга являются дизельное топливо и т. н. бензин
гидрокрекинга (компонент автобензина).
Коксование
Процесс получения нефтяного кокса из тяжелых фракций и остатков
вторичных процессов.
Изомеризация
Процесс получения изоуглеводородов (изобутан, изопентан, изогексан,
изогептан) из углеводородов нормального строения. Целью процесса является
13
получение сырья для нефтехимического производства (изопропилена из
изопентана, МТБЭи изобутилен из изобутана) и высокооктановых компонентов
автомобильных бензинов.
Алкилирование — введение алкила в молекулу органического соединения.
Алкилирующими агентами обычно являются: алкилгалогениды, алкены,
эпоксисоединения, спирты, реже альдегиды, кетоны, эфиры, сульфиды,
диазоалканы.
4. Виды бензинов
Бензины
внутреннего
предназначены
сгорания
с
для
применения
принудительным
в
поршневых
воспламенением
двигателях
(от
искры).
В
зависимости от назначения их разделяют на автомобильные и авиационные.
Несмотря на различия в условиях применения автомобильные и авиационные
бензины
характеризуются
в
основном
общими
показателями
качества,
определяющими их физико-химические и эксплуатационные свойства.
Современные автомобильные и авиационные бензины должны удовлетворять
ряду требований, обеспечивающих экономичную и надежную работу двигателя, и
требованиям эксплуатации: иметь хорошую испаряемость, позволяющую получить
однородную
топливовоздушную
температурах;
иметь
смесь
групповой
оптимального
углеводородный
состава
состав,
при
любых
обеспечивающий
устойчивый, без детонационный процесс сгорания на всех режимах работы
двигателя; не изменять своего состава и свойств при длительном хранении и не
оказывать
вредного
влияния
на
детали
топливной
системы,
резервуары,
резинотехнические изделия и др. В последние годы экологические свойства топлива
выдвигаются на первый план.
4.1 Технология получения бензина
Один из способов получения бензина – прямая перегонка нефти. Проходя
через ряд теплообменников, нефть подогревается, очищается и попадает в
ректификационную колонку высотой 15-30 метров. Различные фракции выкипают в
14
разных интервалах температур и конденсируются на разной высоте. Бензин
выкипает при температурах 95 - 180 0С.
Для получения высококачественного топлива и присадок проводят и
вторичную перегонку нефти.
Основными методами деструктивной переработки нефти и получения
высококачественного бензина(получение присадок) являются:
 Термический крекинг – переработка сырья при температуре 450 - 5000С
и давлении 2-5 МПа.
 Каталитический крекинг – протекает при температуре 470-5300С и
давлении 70-370 МПа в присутствии катализатора для получения
желательных углеводородов.
 Каталитический риформинг – это процесс облагораживания
низкокачественного бензина путем его каталитической переработки под
давлением водорода в присутствии катализатора. В результате
каталитического риформинга получается высокооктановый компонент
автомобильных бензинов в результате каталитических превращений
низкооктановых фракций, вырабатываемых при прямой перегонке и
крекинге.
 Гидрокрекинг – это каталитическая переработка нефтяных фракций и
остаточных продуктов дистилляции нефти (мазута, гудрона) под
давлением водорода для получения бензина. Гидрокрекинг протекает
при температуре 260-4500С и давлении 5-20 МПа на целиотсодержащих
катализаторах.
 Гидроочистка проводится для повышения качества и стабильности
светлых дистиллятов при температуре 250-4200С и давлении 2-5МПа в
присутствии катализаторов.
15
 Известны особые случаи, когда для производства бензинов применяется
и иное углеводородное сырьё. Возможен отгон бензиновых фракций
из смолполукоксования и коксования (утилизация тяжелых остатков
крекинга с целью получения дистиллята широкого фракционного
состава) с дополнительной их очисткой (например, в Эстонской
ССР бензин производился из горючих сланцев). Производятся бензины
и из синтез-газа (продукт газификации угля, конверсии метана) при
помощи синтин-процесса (синтез Фишера — Тропша).
Синтезирование применяют для получения индивидуальных
углеводородов, обладающих высокими антидетонационными
свойствами и используемых в качестве добавок к бензинам. Процесс
осуществляется в присутствии катализаторов.
Существуют и другие процессы получения высокооктановых
компонентов бензина (алкилирование, изомеризация).
“Рисунок 3”. Схема производства бензина
16
4. 2 Применение бензина
В конце XIX века единственным способом применения бензина было
использование его в качестве антисептического средства и топлива для примусов
(Использование в качестве топлива для примусов было категорически запрещено
ввиду пожарной опасности, с этой целью ограничивалась снизу температура
кипения керосина). В основном из нефти отгоняли только керосин, а всё остальное
утилизировали. После появления двигателя внутреннего сгорания, работающего
по циклу Отто, бензин стал одним из главных продуктов нефтепереработки. Однако
по мере распространения дизельных двигателей на первый план стало
выходить дизельное топливо, благодаря более высокому КПД.
Бензин применяется как топливо для карбюраторных и инжекторных
двигателей, высокоимпульсное ракетное топливо (Синтин), при
производстве парафина, как растворитель, как горючий материал, сырье для
нефтехимии прямогонный бензин или бензин газовый стабильный (БГС).
5. Виды авиационного топлива
Авиационное топливо — горючее вещество, вводимое вместе с воздухом в
камеру сгорания двигателя летательного аппарата для получения тепловой энергии в
процессе окисления кислородом воздуха (сжигания). Делится на два типа —
авиационные бензины и реактивное горючее. Первые применяются, как правило, в
поршневых двигателях, вторые — в турбореактивных. Также известны разработки
дизельных поршневых авиационных моторов, которые использовали дизельное
топливо, а в настоящее время - керосин.
На данный момент из-за прогрессирующего дефицита нефти ищутся способы
для замены нефтяного авиационного топлива, в том числе рассматриваются
варианты топлив: синтетическое, криогенное (включая жидкий водород),
криогенное метановое топливо (КМТ) и другие. В 1989—90 на жидком водороде и
КМТ был испытан самолёт Ту-155, в 1987—88 на сконденсированном техническом
пропан-бутане (АСКТ) — вертолёт Ми-8ТГ.
17
Любой авиационный двигатель рассчитывается под определённый тип (сорт)
топлива, на котором он выдаёт требуемые параметры по мощности, приёмистости,
надёжности, ресурсу, и рекомендуемые аналоги топлива, на которых допускается,
как правило, ограниченная эксплуатация, с потерей ряда характеристик двигателя.
Также необходимо отметить, что авиационные топлива применяются не только в
авиационной технике.
Авиационные бензины
Для авиабензина основными показателями качества являются:

детонационная стойкость (определяет пригодность бензина к применению в
двигателях с высокой степенью сжатия рабочей смеси без возникновения
детонационного сгорания)

фракционный состав (говорит об испаряемости бензина, что необходимо для
определения его способности к образованию рабочей топливовоздушной смеси;
характеризуется диапазонами температур выкипания (40—180°С) и давлений
насыщенных паров (29—48 кПа))

химическая стабильность (способность противостоять изменениям химического
состава при хранении, транспортировке и применении)
Основной способ добычи авиационных бензинов — прямая перегонка нефти,
каталитического крекинга или риформинга без добавки или с добавкой
высококачественных компонентов, этиловой жидкости и различных присадок.
Классификация авиационных бензинов основывается на их
антидетонационных свойствах, выраженных в октановых числах и в единицах
сортности. Сорта российских авиационных бензинов маркируются, как правило,
дробью: в числителе — октановое число или сортность на бедной смеси, в
знаменателе — сортность на богатой смеси, например, Б-95/130. Встречается
маркировка авиационных бензинов и по одним октановым числам (например, Б-70).
18
Основная область применения авиационных бензинов - топливо поршневых
двигателей. Бензин Б-70 в настоящее время в основном применяется при
техническом обслуживании техники в качестве растворителя.
Реактивные топлива
Керосин — фракция нефти, выкипающая в основном в интервале температур
200—300°С Реактивное топливо, топливо для авиационных реактивных двигателей,
как правило, керосиновые фракции, получаемые прямой перегонкой из
малосернистых (например, Т-1) и сернистых (ТС-1) нефтей.
Керосин — применяется для бытовых целей и как печное и моторное топливо,
а реактивное топливо как горючее для гражданской и военной реактивной авиации.
Для реактивных топлив основными показателями качества являются:

массовая и объёмная теплота сгорания

термостабильность топлива

давление насыщенных паров

вязкость при минусовых температурах

совместимость с конструкционными и уплотнительными материалами

нагарные и противоизносные свойства
Реактивные топлива вырабатываются в основном из среднедистиллятных
фракций нефти, выкипающих при температуре 140—280 С° (лигроинокеросиновых). Широкофракционные сорта реактивных топлив изготовляются с
вовлечением в переработку бензиновых фракций нефти. Для получения некоторых
сортов реактивных топлив (Т-8В, Т-6) в качестве сырья применяются вакуумный
газойль и продукты вторичной переработки нефти.
Реактивные топлива на 96—99 % состоят из углеводородов, в составе которых
различают три основные группы:
19

парафиновые

нафтеновые

ароматические.
Кроме углеводородов в реактивных топливах в незначительных количествах
присутствуют сернистые, кислородные, азотистые, металлорганические соединения
и смолистые вещества. Их содержание в реактивных топливах регламентируется
стандартами.
В России и странах СНГ, эксплуатирующих советскую авиатехнику,
используются следующие типы авиационного топлива:
- ТС-1 - самый массовый вид топлива, предназначенный для всех старых типов
турбовинтовых и дозвуковых турбореактивных двигателей. По своим
характеристикам и области применения примерно соответстует зарубежному
керосину Jet-A
- РТ - высококачественное топливо, получаемое по технологии гидрокрекинга, в
связи с чем оно "сухое", т.е. имеет низкие смазывающие свойства. В процессе
производства в него вводятся антиокислительная и антиизносная присадки.
Предназначено для турбореактивных дозвуковых и некоторых сверхзвуковых
самолётов (Су-27, Ту-22М3 и др.). Зарубежных аналогов нет.
-Т-6 и Т-8В - топлива для двигателей сверхзвуковых самолётов. Производятся
только для нужд Министерства обороны РФ.
6. Моторные масла
Самое первое в мире моторное масло было запатентовано в 1873 году
американским доктором Джоном Эллисом. В 1866 году Эллис изучал свойства
сырой нефти в медицинских целях, но обнаружил, что сырая нефть обладает
хорошими смазочными свойствами. Эллис залил экспериментальную жидкость в
заклинившие клапаны большого V-образного парового двигателя. В результате
клапаны освободились и стали двигаться свободнее, а Джон Эллис
20
зарегистрировал Valvoline (от Valve — «клапан» и Oil — «масло», то есть
«клапанное масло») — первый в мире бренд моторного масла.
Первое синтетическое моторное масло было разработано в Германии ещё в
1939 году, но представлено на открытом рынке лишь в начале 1950-х, массовое же
распространение таких масел пришлось на 1990-е годы, после появления
двигателей, конструкция которых требовала от масла таких качеств, которые
практически невозможно обеспечить при использовании минеральной основы (в
первую очередь это касается высокотемпературной вязкости — масла типа SAE 50,
SAE 60 могут быть практически только синтетическими).
На рубеже 1990-х и 2000-х годов стали появляться улучшенные минеральные
масла, прошедшие дополнительную обработку гидрокрекингом, которые по своим
качествам приближаются к синтетическим — в рекламных целях для них может
использоваться маркировка Synthetic technology и т. п.
Наряду с этим, существуют так называемые полусинтетические масла
(англ. Semi-synthetic, Part-synthetic), основа которых получена путём добавления в
минеральное масло отдельных компонентов, полученных путём органического
синтеза. На самом деле данные масла не являются «полусинтетическими» в
буквальном смысле, более корректным было бы название «минеральные масла с
добавлением синтетических компонентов».
Моторное масло — важный элемент конструкции двигателя. Оно может
длительно и надежно выполнять свои функции, обеспечивая заданный ресурс
двигателя, только при точном соответствии его свойств тем термическим,
механическим и химическим воздействиям, которым масло подвергается в
смазочной системе двигателя и на поверхностях смазываемых и охлаждаемых
деталей. Взаимное соответствие конструкции двигателя, условий его эксплуатации и
свойств масла — одно из важнейших условий достижения высокой надежности
двигателей. Современные моторные масла должны отвечать многим требованиям,
главные из которых перечислены ниже:
21
Оно обеспечивает заданный ресурс двигателя только при точном соответствии
его свойств тем термическим, механическим и химическим воздействиям, которым
масло подвергается в смазочной системе двигателя и на поверхностях смазываемых
и охлаждаемых деталей. Взаимное соответствие конструкции двигателя, условий его
эксплуатации и свойств масла – одно из важнейших условий достижения высокой
надежности двигателей.
Все современные моторные масла состоят из базовых масел и улучшающих их
свойства присадок. В качестве базовых масел обычно используют дистиллятные и
остаточные компоненты различной вязкости (углеводороды), их смеси,
углеводородные компоненты полученные гидрокрекингом и гидроизомеризацией, а
также синтетические продукты (поли-альфа-олефины и эфиры). Большинство
всесезонных масел получают путем загущения маловязкой
основы макрополимерными присадками.
Общие требования к моторным маслам:

высокие моющие, диспергирующе-стабилизирующие и солюбилизирующие
способности по отношению к различным нерастворимым загрязнениям,
обеспечивающие чистоту деталей двигателя;

высокие термическая и термоокислительная стабильности позволяют
использовать масла для охлаждения поршней, повышать предельный нагрев
масла в картере, увеличивать срок замены;

достаточные противоизносные свойства, обеспечиваемые прочностью масляной
пленки, нужной вязкостью при высокой температуре и высоком градиенте
скорости сдвига, способностью химически модифицировать поверхность металла
при граничном трении и нейтрализовать кислоты, образующиеся при окислении
масла и из продуктов сгорания топлива,

отсутствие коррозионного воздействия на материалы деталей двигателя как в
процессе работы, так и при длительных перерывах;
22

стойкость к старению, способность противостоять внешним воздействиям с
минимальным ухудшением свойств;

пологость вязкостно-температурной характеристики, обеспечение холодного
пуска, прокачиваемости при холодном пуске и надежного смазывания в
экстремальных условиях при высоких нагрузках и температуре окружающей
среды;

совместимость с материалами уплотнений, совместимость с катализаторами
системы нейтрализации отработавших газов;

малая вспениваемость при высокой и низкой температурах;

малая летучесть, низкий расход на угар (экологичность).
К некоторым маслам предъявляют особые, дополнительные требования. Так,
масла, загущённые макрополимерными присадками, должны обладать требуемой
стойкостью к механической термической деструкции; для судовых дизельных масел
особенно важна влагостойкость присадок и малая эмульгируемость с водой; для
энергосберегающих — антифрикционность, благоприятные реологические свойства.
Для двухтактных бензиновых двигателей применяются специально
предназначенные для них масла.
6.1 Классификация по химическому составу
В зависимости от химического состава и способа получения основы,
смазочные масла делятся на две большие группы — минеральные (нефтяные)
и синтетические. Минеральные базовые масла производятся непосредственно из
нефти посредством перегонки с последующей кислотной или селективной очисткой
масляных фракций, синтетические — органическим синтезом, также на основе
нефтепродуктов, но с намного более глубокой переработкой исходного сырья. Так
как органическим синтезом можно получать самые разные соединения,
синтетические масла могут очень сильно отличаться по своему составу — так,
различают синтетические масла на основе полиальфаолефинов (ПАО), гликолей,
23
полиорганосилоксанов (силиконов), сложных эфиров, и так далее, а также их смесей
в различных пропорциях.
Базовое моторное масло — это моторное масло без присадок. Все базовые
моторные масла делятся на следующие группы:
I — базовые масла, которые получены методом селективной очистки и
депарафинизации растворителями нефти (обычные минеральные);
II — высокоочищенные базовые масла, с низким содержанием ароматических
соединений и парафинов, с повышенной окислительной стабильностью (масла,
прошедшие гидрообработку — улучшенные минеральные);
III — базовые масла с высоким индексом вязкости, полученные методом
каталитического гидрокрекинга;
IV — синтетические базовые масла на основе полиальфаолефинов (ПАО);
V — другие базовые масла, не вошедшие в предыдущие группы (сложные эфиры
(эстеры), гликоли и др.).
Большинство современных масел основано на смеси нескольких групп базовых
масел и пакетов присадок, что позволяет сгладить недостатки отдельных групп
базовых масс.
6.2 Присадки
Присадка — препарат, который добавляется к топливу, смазочным
материалам и другим веществам в небольших количествах для улучшения их
эксплуатационных свойств.
Виды присадок:

депрессорные

противоизносные
24

восстанавливающие

антидымные

моющие

антиокислительные

диспергирующие

ингибиторы коррозии

промоутеры горения

антитурбулентные
Применение
Масляные присадки для двигателя добавляют в масло при его замене и замене
топливных фильтров. Частицы, содержащиеся в присадках, очень мелкие,
меньше микрона. Они свободно проникают внутрь двигателя через чистые
фильтры. Топливные присадки добавляют в почти пустой бак перед заправкой
бензобака. Частота применения присадок зависит от состояния двигателя и
эксплуатационной
необходимости.
Каждый
производитель
присадок
для
двигателя дает подробную инструкцию по количеству и частоте применения
присадок.
7. Экологические проблемы, связанные с нефтяной
промышленностью
Когда человек научился добывать нефть, так называемое черное золото, он
совсем не задумывался о том, что таит в себе её интенсивная добыча. Тогда люди
пытались добыть как можно больше этого природного богатства. Каждую минуту в
мире добываются тысячи тонн нефти. При этом люди даже не задумываются о
ближайшем будущем нашей планеты. Поначалу казалось, что нефть приносит
людям только пользу и выгоду, позже выяснилось, что ее использование несет
совсем обратную сторону. Люди, когда начали добывать нефть, не понимая о
большой опасности этого промысла стали загрязнять планету, убивать природу,
25
вырубать леса, то есть наносить огромный вред экологии. При добыче нефти
выжигается большая территория лесов (в тундре тайге), которая далее ведет к
невозвратимым результатам. Еще одна огромная проблема добычи нефти — это
глобальное потепление. Большое количество углекислого газа в атмосфере земли
приведет к смене климата на планете. Все это возникает вследствие того, сжигание
нефтепродуктов выводит большое количество углекислого газа в атмосферу. Эти
изменения в климате могут привести к ряду экологических катастроф, среди
которых непредсказуемые изменения погоды, таяние полярных льдов. Нарушение
погодных схем может привести к засухе и превращению значительных территорий
Земного шара в пустыни. А таяние полярных льдов вызовет наводнение и изменения
направления океанических движений.
Загрязнение атмосферы
Запах нефтепродуктов в виде паров бензина, а также продуктов его неполного
сгорания известен каждому. И хотя оно, как правило, не дает острых и очевидных
эффектов, местное население, вынужденное вдыхать в себя эти ароматы, достаточно
активно протестует. Типичными ситуациями являются окрестности
нефтеперегонных заводов, нефтехранилищ, нефтебаз, бензоколонок, автохозяйств,
крупных автостоянок.
Гораздо более серьезные проблемы появляются при возникновении ситуации,
когда взаимодействие летучих углеводородов, входящих в состав нефти и
нефтепродуктов, окислов азота и ультрафиолетового излучения приводит к
образованию смога. В таких случаях количество серьезно пострадавших может
составлять тысячи человек.
Загрязнение вод
Наиболее яркими и общеизвестными случаями печальных последствий
воздействия нефти и нефтепродуктов на окружающую природную среду, является
загрязнение вод. Нефть, разлитая на море, представляет собой, куда большую
опасность, чем нефть, разлитая на суше. Нефть влияет на структуру экосистемы
животных организмов. При нефтяном загрязнении изменяется соотношение видов и
26
уменьшается их разнообразие. Хорошо развиваются микроорганизмы, питающиеся
нефтяными углеводородами, но я довитые для многих морских животных.
Поскольку на воде нефтяное пятно может расползтись на сотни морских миль
и превратиться в тончайшую масляную пленку, которая покрывает даже пляжи.
Такое развитие событий может привести к гибели морских птиц, млекопитающих и
других организмов. Нефтяные пятна на земле достаточно легко устранимы,
поскольку вокруг пятна можно быстро насыпать вал, предотвращающий попадание
диких животных в опасную зону.
Разлитие нефти с трудом поддается контролю, как правило, такое событие
требует быстрых действий зачастую с привлечением человека.
Такие составляющие нефти как бензол и толуол являются высокотоксичными
веществами, однако они легко испаряются. Более тяжелые элементы нефти, такие
как многоядерные ароматические углеводороды, наносят, куда больший вред, они
не так токсичны, но воздействуют на окружающую среду в продолжение более
долгого времени. Нефть, попавшая на пляж и просочившаяся в песок, может
оставаться там, на месяцы и даже годы.
Нефтяные пятна наносят огромный вред морским птицам из-за строения их
оперения, нефть снижает изоляционные возможности их оперения, делая их
беззащитными перед перепадами погоды и создавая проблемы в плавании и
добывании себе корма. Если нефть попала на птичье оперение, это не дает птице
возможность взлететь, что делает ее легкой добычей для хищников. При чистке
своего оперения птицы, как правило, всасывают нефть, что нарушает
функционирование их организма, в первую очередь почек. Большинство птиц
погибают, если в дело не вмешивается человек.
Загрязнение грунтов
27
В отличие от воды, нефть, как правило, не образует больших растеканий по
поверхности почвы. Определенную опасность представляет вариант загорания
пропитанных нефтью и нефтепродуктами грунтов.
Основные же экологические проблемы при попадании нефти на землю
связаны с грунтовыми водами. После просачивания до их поверхности, нефть и
нефтепродукты начинают образовывать плавающие на воде линзы. Эти линзы могут
мигрировать, вызывая загрязнение водозаборов, поверхностных вод. Одним из
наиболее крупных примеров такого рода является ситуация в окрестностях Грозного
в Чечне, под которым на глубине несколько метров образовалась огромная линза
нефти и нефтепродуктов. Аналогичные проблемы отмечаются в окрестностях ряда
нефтеперерабатывающих заводов, нефтебаз, военных аэродромов.
Пути решения экологических проблем, вызванных добычей нефти:
1. восполнение запасов углеводородов и освоение новых нефтегазоносных
провинций в отдаленных районах с вероятным отсутствием инфраструктуры,
что потребует значительных инвестиций;
2. повышение уровня профессиональной подготовки кадров и освоение новых
нефтегазоносных провинций с вероятным отсутствием инфраструктуры;
3. улучшение состояния окружающей среды, а также восстановление ее
первоначального облика (компенсация или устранение экологических
последствий деятельности нефтяных компаний);
4. утилизация нефтяного попутного газа.
Мы считаем, что данная проблема оказывает пагубное влияние на
окружающую среду. Горящие факела, сжигающие попутный газ — загрязняют
воздух. То же самое происходит при авариях на газовых и нефтяных заводах. При
добыче нефти на большой глубине — загрязняется вода, впоследствии чего
погибают рыбы, птицы и морские млекопитающие. И, естественно, это нельзя
оставить просто так. Чтобы избежать таких проблем в будущем, я считаю, нужно
использовать новейшее оборудование и технологии при добыче нефти и газа, найти
применение попутному газу. Это поможет решению экологических проблем в
России, а также во всем мире.
28
8. Заключение
29
В результате проделанной нами работы, нам удалось определить область
применения нефти, а так же изучить способы её переработки и добычи.
Мы пришли к выводу, что в настоящее время нефть является основным
источником получения различных видов топлив. Из неё производят: бензин, масла
(как авиационные так и автомобильные), медикаменты и косметику, а так же
дизельное топливо для автомобилей.
Несмотря на столь острую необходимость нефти, она наносит огромный
ущерб природе, так как в ходе процесса переработки нефти выделяется огромное
количество химических отходов, которые попадая в почву, в воду или в атмосферу
наносят невосполнимый вред окружающей среде.
Можно отметить, что цель нашего проекта была достигнута в полном объёме.
30
9. Список использованных источников
1. Судо М. М. Нефть и горючие газы в современном мире. – М. Недра, 1984.
2. Химия. Школьный иллюстрированный справочник. – М.: Росмэн, 1995.
3. “Книга для чтения по химии (часть вторая)” Авторы: К. Я. Парменов,
Л. М. Сморгонский, Л. А. Цветков.
4. Габриэлянц Г. А. Геология нефтяных и газовых месторождений. – М.: Недра,
2003. – 285 с.
5. Еременко Н. А. Справочник по геологии нефти и газа. – М.: Недра, 2002. – 485 с.
31