Склад та властивості нафти.

Нафта давно відома людству - як запалювальна речовина у військові справі, як зв’язуючи матеріал у будівництві тощо. Однак таке застосування нафти мало епізодичний характер і зовсім не відображало всієї можливості і дійсну значимість її для людства. Навіть дещо більш-менш серйозна промислова розробка (видобуток і переробка) нафти, яка почалась з 18 століття з метою одержання освітлювального гасу, не змінили відношення до неї.

Корінні зміни у відношенні до нафти пов’язані з винаходом теплових машин – котлів і двигунів внутрішнього згорання. У зв’язку з цим можна згадати головні винаходи минулих століть.

В 70-х роках ХІХ сторіччя винайдено форсунку, яка вирішила проблему ефективного зпалювання важкого нафтового пального у лотках (винахідники - Шпаковський і Шухов).

У 80-х роках ХІХ сторіччя винайдено бензиновий двигун внутрішнього згорання.

У 1893 році в Німеччині запропонований двигун, який працював на вугільному пилу(прототип дизеля).

У 1899 році Берінклер представив заявку на безкомпресорний двигун. Спалахування паливної суміші в цьому двигуні відбувалось від стиску. Це по суті є сучасний “дизель”.

Таким чином розвиток “нафтової справи” пов’язано головним чином з прогресом в галузі машинобудування. Це відноситься і до тієї, не менш важливої сторони використання нафти, що стосується олив. Використання нафти для виробництва високоякісних змащувальних матеріалів в кінці XIX – початку XX сторіччя стало значною подією в розвитку “нафтової справи” і зробило величезний вплив на процес машинобудування.

Сучасна роль нафти в техніці визначається двома аспектами:

- нафта як джерело хімічної енергії;

- нафта як сировина для виробництва пально-мастильних матеріалів.

Не дивлячись на інтенсивність розвитку атомної енергетики, широкого застосування гідроенергії, кам’яного вугілля і газу, частка нафти залишається дуже високою (44%). Ще більша частка нафти в енергії, що використовується в транспорті – більше 63%. Провідне положення нафти в світовій енергосистемі зберігається і зараз.

На виробництво змащувальних матеріалів витрачається значно менше нафти, ніж на виробництво пального. Але важко уявити сучасне і перспективне машинобудування без змащувальних матеріалів нафтового походження.

Нафта потрібна для задоволення багатьох потреб людства. Вже зараз з нафти одержують більше 50 тисяч найменувань продуктів: розчинники і барвники, миючі засоби і синтетичне волокно, пластмасу і харчовий білок.

Однак запаси нафти у надрах землі обмежені (320-1000 млрд. тон за різними оцінками) і головне, що запаси не відновлюються. Не випадково застосовуються всі можливості, щоб вже зараз розробляти та максимально впроваджувати альтернативні види палив, такі як гази, сланці, біопалива та синтетичні матеріали.

Нафта – це рідкий горючий матеріал, який є основним джерелом отримання нафтопродуктів. За зовнішнім виглядом нафта це – в’язка, масляниста, горюча рідина з характерним запахом. Колір нафти залежить від розчинених в ній солей та може змінюватись від темно-бурого до майже безбарвного. Густина нафти в залежності від родовища коливається від 770 кг/м³ до 880 кг/м³. Кінетична в’язкість більшості нафт за температури 20^оС рідко перевищує (40-60)*10^-6м²/с.

Основа нафти складається з вуглеводнів та в невеликих кількостях зі з’єднань сірки, кисню, азоту і деяких металів (ванадію, нікелю, заліза, кальцію та інших).

Прийнято розрізняти елементарний, фракційний та груповий склади нафти.

Елементарний склад визначає які хімічні елементи і у якому співвідношенні містяться в нафті.

Нафта з різних покладів відрізняється за хімічним складом, але в загальному елементарний склад нафти можна характеризувати наступними співвідношеннями: вуглець – 82-87%, водень – 11-15%, сірка – 0,1-7,0%, азот – до 2,2%, кисень – до 1,5%.

В нафті міститься багато інших елементів, однак у зв’язку із малою концентрацією вони не спричинюють помітного впливу на якість пального. Більше суттєве значення має хімічний склад нафти. Однак, складність його встановлення обумовила дещо формальний підхід до виявлення ролі окремих складових, тому виділяють та вивчають групи речовин, що подібні по хімічним властивостям і об’єднані гомологічними ознаками. Ми розглянемо груповий склад нафти, але тільки з точки зору, яку вони відіграють як компоненти пального.

Фракційний складє одним із найважливіших показників якості нафти.

Фракційний склад визначається при лабораторній перегонці з використанням методу поступового випаровування, в процесі якого при підвищенні температури з нафти послідовно відганяють частини – фракції, що відрізняються одна від одної границями википання. Кожна з фракцій характеризується температурами початку і кінця кипіння.

Фракції, що википають до 350 °С, відбирають при тиску, що дещо перевищує атмосферний, і називають світлими дистилятами (фракціями). Назви фракціям привласнюються залежно від напрямку їхнього подальшого використання. В основному при атмосферній перегонці одержують світлі дистилятні фракції з межами википання: від температури початку кипіння до 140 °С – бензинову фракцію; від 140 °С до 180 °С – лігроїнову фракцію; від 140 °С до 240 °С ( або від 180 °С до 240 °С) – гасову фракцію; від 180 °С до 350 °С (або від 220 °С до 350 °С, або від 240°С до 350 °С) – дизельну фракцію (легкий або атмосферний газойль, соляровий дистилят).

Фракція, що википає вище 350 °С, є залишком після відгонки світлих дистилятів і називається мазутом. В залежності від природи залишку та фізико-хімічних властивостей його використовують в якості палива для котельних установок або як сировину для подальшої переробки. В залежності від подальшого напрямку переробки нафти, з залишку прямої перегонки одержують наступні фракції:

а) палива, що википають за температури:

· від 350 °С до 500 °С – вакуумний газойль (вакуумний дистилят);

· понад 500 °С – вакуумний залишок (гудрон).

б) оливи, що википають за температури:

· від 300 °С до 400 °С (від 350 °С до 420 °С) – легка оливна фракція (трансформаторний дистилят);

· від 400 °С до 450 °С (від 420 °С до 490 °С) – середня оливна фракція (машинний дистилят);

· від 450 °С до 490 °С – важка оливна фракція (циліндровий дистилят);

· понад 490 °С – гудрон.

в) мазут і отримані з нього фракції – темні дистиляти.