Фракции нефти: петролейная, бензиновая, лигроиновая, керосиновая, дизельная

Светлые и темные нефтепродукты, имеющие широчайший спектр применения, включая топливо для транспортных средств, производятся на базе нефти. Процесс переработки нефти учитывает химико-технологические и физические свойства вещества, напрямую связан с углеводородной структурой и химическими характеристиками каждой из углеводородных групп, входящих в состав сырья.

Разделение нефти на фракции при нагревании – один из этапов нефтепереработки, при котором, собственно, и выделяются субстанции, становящиеся впоследствии горючим для двигателей внутреннего сгорания – бензин, дизель, керосин и так далее, а также попутные фракции, активно задействованные в различных промышленных процессах.

Основные фракции нефти

Фракция – это определенный объем как правило жидкого вещества, который выделяется из другого, более полного объема сырья при термическом воздействии в процессе перегонки продукта. Иными словами, фракция – это составляющая сложной смеси веществ, называемой нефтью, добывающаяся технологическим путем.

Процесс термического разделения нефти на фракции называется перегонка или, как еще можно встретить в научной и справочной литературе – ректификация или дистилляция. Осуществляется на нефтеперерабатывающем заводе.

Дистилляцией обозначается непосредственно процесс нагревания и выкипания жидкости с одновременным испарением, чему следует охлаждение выделенных паров и их конденсация и оседания на стенках и дне сосудов.

Ректификацией называют любое разделение однородного состава на входящие в него компоненты через нагревание жидкости и конденсацию паров; ректификация нефти осуществляется в специальных колоннах.

В процессе нагрева нефтяное сырье постепенно выделяет пары различных фракций. Как ясно, ключевое значение имеет температура выкипания различных углеводородных групп – разница в значениях позволяет поэтапно собрать все входящие в нефть фракции по мере нагревания образца.

Различают три типа нефтяных фракций: легкие, средние и тяжелые. Природный газ не относится к нефтяным фракциям. Фактор классификации – предельная температура выкипаемости жидкостей, она повышается от легких фракций к тяжелым.

Наиболее легкая фракция перегонки нефти – петролейный эфир. Это крайне летучее вещество имеет температуру кипения минимум +40 С, максимум +100 С.

Другие фракции, получаемые из нефти, в соответствии к их отношению к группам фракций по пределу выкипаемости:

1. Лёгкие фракции включают в себя вещества, выкипающие при максимальном значении в +140 градусов. Помимо петролейного эфира, сюда входят бензины. Плотность веществ – в диапазоне от 650 кг/м3 (петролейный эфир) до 780 кг/м3 (максимальная плотность бензина при температуре в +20 градусов).
2. Средние фракции, как и легкие, имеют прозрачный или прозрачно-желтый цвет, иногда с зеленым оттенком или близкий к цвету подсолнечного масла, и поэтому называются также светлыми. Это керосин, дизельная фракция, лигроиновая фракция. Температура выкипания – до +350 градусов. Плотность вещества у группы выше – так, дизельное топливо имеет плотность в 860 кг/м3.
3. Тяжелые нефтяные фракции не закипают при температуре ниже +350 градусов. Сюда относятся мазут и гудрон – атмосферный остаток ректификации нефти, финальные фракции перегонки. Плотность мазута может достигать 1000 кг/м3. При каталитическом крекинге еще одной финальной фракцией является вакуумный газойль.

Петролейная фракция нефти

Петролейный эфир представляет собой соединение ациклических предельных углеводородов алканов, преимущественно насыщенных гексанов и пентанов. Имеет среднюю плотность в 670 кг/м3. Низкая температура кипения, которая не превышает +100 градусов, делает его легковоспламеняемым и опасным в эксплуатации.

Легкий петролейный эфир начинает выделяться уже при повышении температуры всего до +40 градусов. Тяжелый – заканчивает свое выкипание при значениях в +70…+100 градусов.

Компонент используется в качестве растворителя.

Бензиновая фракция нефти

Бензин – леговоспламеняемая летучая фракция нефтяного сырья, с предельной температурой выкипаемости +140 градусов. Бензиновая фракция – это еще не бензин в привычном для нас смысле слова; чтобы состав стал пригодным для заправки в топливный бак, на НПЗ его необходимо очистить от примесей и обогатить октаноповышающими и морозостойкими присадками.

В химической структуре вещества лидирующую позицию занимают предельные алканы, доля ненасыщенных углеводородов не превышает 45%. Лёгкий бензин состоит из углеводородов с количеством атомов С от 4 до 8, короткими молекулярными цепочками, и обеспечивающими быстрое горение жидкости.

Модернизация перегонных установок нефтеперерабатывающих заводов позволяет получить как можно больше бензинов из нефтяной массы, что отвечает современным запросам на рынке топлива. Объемная доля бензинов при перегонке нефти может составлять треть от общей массы полученных веществ.

Кроме горючего для двигателей внутреннего сгорания, бензиновая фракция является основой для создания растворителей красок и жира, в частности веществ Нефрас и Уайт-спирит, а также промывочных составов.

Тяжелый бензин – с почти одинаковой плотностью в 790 кг/м3, но повышенной температурой кипения – называется лигроин, реже – бензинолигроиновая фракция.

Лигроиновая фракция

Лигроиновая фракция имеет пределы выкипаемости от +120 до +240 градусов. Эта фракция занимает не более 18% доли от общей базовой массы. Состоит преимущественно из парафинов, непредельных углеводородов с одной и более двойными связями и алициклических нафтеновых кислот.

Нафта – еще одно, более привычное, название лигроина. Фактически, начало кипения нафты фиксируется также на температурном значении в +30 градусов, однако более тяжелый, чем у бензина, углеводородный состав не позволяет относить вещество к легким бензинам. Так, тяжёлая нафта состоит из молекул с как минимум шестью связями.

Лигроиновая фракция может быть разделена на три других: лёгкая нафта, средняя нафта и тяжелая нафта; дополнительная ректификация осуществляется после выделения лигроина из общей массы нефти.

• Лёгкая нафта кипит при достаточно низкой температуре в +90 градусов, но используется не как топливо для ДВС, а в качестве дополнительного компонента при создании присадок. Имеет хорошие растворяющие свойства. Количество атомов С – преимущественно шесть.
• Средняя нафта – имеет повышенную вязкость, подходит для использования в качестве присадок в солярку, необходима для создания полимеров.
• Тяжелая нафта с пиковой температурой кипения более +200 градусов высвобождается в процессе каталитического крекинга – как самая тяжелая фракция лигроина, применяется для обработки мазута и выпуска уплотнительных компонентов для узлов, испытывающих экстремальные рабочие нагрузки.

Керосиновая фракция

Начальная температура прогона керосиновой фракции определяется, как правило, на уровне +150 градусов, стабильная составляет +250 градусов и выше. Количество атомов углерода – от 10 до 15, плотность вещества составляет от 780 кг/м3 до 860 кг/м3.

В состав керосина входят ациклические углеводороды алканы (парафины), цикланы и ароматические соединения (минимальная доля – 10%). В молекулярной структуре преобладают соединения с 8, 9 и 10 атомами углерода.

Лёгкий керосин – это хороший растворитель, служит также в качестве топлива для осветительных приборов и имеет максимальную плотность в 830 кг/м3. Тяжёлый керосин (в том числе пиронафт) применяется для освещения помещений промышленного или стратегического назначения (шахты, маяки), имеет максимальную для фракции плотность в 860 кг/м3.

Керосино-газойлевая фракция – переходная между керосином и более тяжелым дизелем, а также соляровыми маслами. Количество атомов С в веществе стартует от 10, в состав смеси входят n-декан и другие алканы линейной структуры, бензопиррол, нафтены. Применяется при выработке дизельного топлива и смазок.

В зависимости от метода перегонки различают атмосферный газойль и вакуумный газойль.

Дизельная фракция

Выкипание дизельной фракции стартует на уровне +220 градусов и заканчивается при +380 градусах. Плотность этой средней нефтяной фракции достигает 860 кг/м3.

В составе дизеля преобладают легкие парафины, содержатся насыщенные циклоалканы, н-углеводороды, ароматические углеводороды. Отличительная особенность вещества – достаточно высокое содержание серы, значение может превышать 1,5% от полученного объема. Стандартный углеродный скелет насчитывает от 8 до 16 атомов.

Тяжелая дизельная фракция насчитывает до 24 атомов углерода.

Соляровая фракция нефтяного сырья не определяется. Соляровое масло, которое правильно называть соляркой – остаточный продукт дизельной фракции с температурой выкипания до +400 градусов, может быть топливом для некоторых видов техники.

Мазут

Темный нефтепродукт выделяется при нагревании нефти от +360 градусов. Содержит еще больше серы – свыше 3%, занимает почти половину объема базового нефтяного вещества. После выделения фракции нагревается до +500 градусов для получения дистиллятов с определенными физическими характеристиками.

Используется в качестве топлива для речных и морских судов, обеспечивает работу котельных установок, топок, печей. В условиях вакуумной перегонки из мазута выделяется газойлевая фракция – необходимое сырье для каталитического крекинга, крекинга с присутствием водорода, основная цель которого – получение бензинов.

Гудрон

Гудрон – финальное вещество фракционирования мазута. Это атмосферный остаток нефтепереработки, фракция нефти с наибольшей температурой кипения от +450 и до +600 градусов. Помимо парафинов, нафтенов и ароматики в гудрон входят асфальтены и высокомолекулярные гетероатомные смолы, а также металлы.

Благодаря высокой плотности, превращающей гудрон из жидкой субстанции в твердую, фракция используется для выпуска строительных и дорожных покрытий, изоляционных материалов, нефтяного кокса с целью оснащения электронной аппаратуры, смазок.

Легкие фракции нефти

Отличаются возможностью быстро загораться, ярким и активным горением. Относятся к высокому классу опасности из-за этого свойства – поэтому тем же бензином могут заправляться только двигатели, сконструированные под питание именно этим типом топлива. Внешне эти продукты фракционирования имеют слабый желтый оттенок, жидкость прозрачна, бензин имеет характерный и быстро выветриваемый запах.

Средние фракции нефти

Средние нефтяные фракции имеют расширенный цветовой спектр – от желтого до темно-коричневого. Это текучие вещества, по вязкости слегка напоминающие масло. Дизельное топливо имеет сладковатый запах, керосин – масляный, душный, который долго остается в воздухе и требует активного проветривания.

Изменение цвета веществ – например, приобретение дизелем зеленого оттенка – чаще всего связано с химическими реакциями, возникающими вследствие добавления в состав присадок.

Тяжелые фракции нефти

Имеют темный цвет, насыщенно-коричневый или черный, и густую, вязкую консистенцию, которая в гудроне приобретает форму твердого вещества.

Мазут относится к малоопасным веществам – принадлежит к 4 классу опасности. Определенный вред окружающему пространству могут нанести испарения мазута, гудрона и побочного продукта их обработки – битума, которые состоят из легколетучих углеводородных соединений.

Точки кипения фракций нефти

Таблица 1. Точки кипения (пределы выкипаемости) нефтяных фракций

Методы определения фракционного состава нефтепродуктов

ГОСТ 2177-99 обозначает 2 метода определения фракционного состава нефтепродуктов.

• Метод A предполагает совершение перегонки 0,1 м3 образца в условиях, имитирующих природную физику вещества. Фиксируются температурные значения по термометру и высчитывается масса конденсата. Перегонку совершает автоматический аппарат, источником нагрева служат электронагреватель или газовая горелка, рабочая температура позволяет перегнать легкие и средние фракции при атмосферном давлении. Нагрев контролируются таким образом, чтобы временной промежуток между перегонкой 95% объема образца и окончанием кипения соответствовал приведенным в ГОСТ табличным значениям.
• Метод B подразумевает использование колбы Энглера, тяжелые фракции нефти выделяют в условиях пониженного давления, фиксируя и удерживая температурные отметки на значениях до +340 С. Отмечаются температуры, при которых происходит разделение от общей массы ожидаемого объема субстанции. Соответствие температур атмосферному давлению затем просчитывается технологами самостоятельно.