Свойства и применение нефтепродуктов

Вырабатываемые на нефтеперерабатывающих  заводах продукты подразделяют на следующие  группы, различающиеся по составу, свойствам  и областям применения:

1. Асфальт
2. Дизельное топливо
3. Мазут
4. Бензин  
5. Керосин
6. Сжиженный нефтяной газ (СНГ)
7. Нефтяные масла
8. Парафин
9. Смазочные материалы

Асфа́льт  (от греч. άσφαλτος — горная смола) — смесь битумов (60-75 % в природном и 13-60 % в искусственном) с минеральными материалами (щебень или гравий, песок и минеральный порошок). Применяют для устройства покрытий на автомобильных дорогах, как кровельный, гидро- и электроизоляционный материал, для приготовления замазок, клеев, лаков и др. Асфальт может быть природного и искусственного происхождения. Часто словом асфальт называют асфальтобетон — искусственный каменный материал, который получается в результате уплотнения асфальтобетонных смесей. Классический асфальтобетон состоит из щебня, песка, минерального порошка (филера) и битумного вяжущего (битум, полимерно-битумное вяжущее; ранее использовался дёготь, однако, являясь крайне неэкологичным, он в настоящее время не применяется).

Искусственный асфальт

Искусственный асфальт или асфальтобетонная смесь — это строительный материал в виде уплотнённой смеси щебня, песка, минерального порошка и битума. Различают горячий, содержащий вязкий битум, укладываемый и уплотняемый  при температуре не ниже 120 °C; тёплый — с мало-вязким битумом и температурой уплотнения 40-80 °C; холодный — с жидким битумом, уплотняемый при температуре окружающего воздуха, но не ниже 10 °C. Асфальтобетон применяют для покрытий дорог, аэродромов, площадок и пр.

Ди́зельное то́пливо (соляровое масло, солярка) — жидкий продукт, использующийся как топливо в дизельном двигателе внутреннего сгорания, а также — и в газодизелях. Обычно под этим термином понимают топливо, получающееся из керосиново-газойлевых фракций прямой перегонки нефти.

Применение: Основные потребители дизельного топлива — железнодорожный транспорт, грузовой автотранспорт, водный транспорт и сельскохозяйственная техника. Кроме дизельных и газодизельных двигателей, остаточное дизельное топливо (соляровое масло) зачастую используется в качестве котельного топлива, для пропитывания кож, в смазочно-охлаждающих средствах при механической и закалочных жидкостях при термической обработке металлов.

Основные характеристики топлива: Различают  дистиллятное  маловязкое — для быстроходных,  и высоковязкое, остаточное, для тихоходных  (тракторных, судовых, стационарных и др.) двигателей.  Дистиллятное состоит из гидроочищенных керосино-газойлевых фракций прямой перегонки и до 1/5 из газойлей каткрекинга и коксования. Вязкое топливо для тихоходных двигателей является смесью мазутов с керосиново-газойлевыми фракциями. Теплота сгорания дизельного топлива в среднем составляет 42624 кДж/кг (10180 ккал/кг).

Физические свойства : Летнее дизельное топливо: Плотность: не более 860 кг/м³. Температура вспышки: 62 °C. Температура застывания: −5 °C. Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180—360 градусов Цельсия. Рост температуры конца выкипания приводит к усиленному закоксовыванию форсунок и дымности.

Зимнее дизельное топливо: Плотность: не более 840 кг/м³. Температура вспышки: 40 °C. Температура застывания: −35 °C. Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180—340 °C. Так же зимнее дизельное топливо получается из летнего дизельного топлива добавление депрессорной присадки, которая снижает температуру застывания топлива, однако слабо меняет температуру предельной фильтруемости. Кустарным способом в летнее дизельное топливо добавляют до 20 % керосина ТС-1 или КО, при этом эксплуатационные свойства практически не меняются.

Арктическое дизельное топливо: Плотность: не более 830 кг/м³. Температура вспышки: 35 °C. Температура застывания: −50 °C. Получается смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180—330 градусов Цельсия. Пределы кипения арктического топлива примерно соответствуют пределам выкипания керосиновых фракций, поэтому данное топливо — по сути утяжеленный керосин. Однако чистый керосин имеет низкое цетановое число 35-40 и плохие смазывающие свойства (сильный износ ТНВД). Для устранения данных проблем в арктическое топливо добавляют цетаноповышающие присадки и минеральное моторное масло (лучше тепловозное или камазовское) для улучшения смазывающих свойств. Более дорогой способ получения арктического дизельного топлива — депарафинизация летнего дизельного топлива.

Мазу́т   (возможно, от арабского мазхулат — отбросы), жидкий продукт темно-коричневого цвета, остаток после выделения из нефти или продуктов ее вторичной переработки бензиновых, керосиновых и газойлевых фракций, выкипающих до 350—360°С.  Мазут это смесь углеводородов (с молекулярной массой от 400 до 1000 г/моль),  нефтяных смол (с молекулярной массой 500—3000 и более г/моль),  асфальтенов,  карбенов, карбоидов и органических соединений, содержащих металлы (V, Ni, Fe, Mg, Na, Ca). Физико-химические свойства мазута зависят от химического состава исходной нефти и степени отгона дистиллятных фракций и характеризуются следующими данными : вязкость 8—80 мм²/с (при 100 °C), плотность 0,89—1 г/см³ (при 20 °C), температура застывания 10—40°С, содержание серы 0,5—3,5 %, золы до 0,3 %, низшая теплота сгорания 39,4—40,7 МДж/моль

Мазуты применяются в качестве топлива для паровых котлов, котельных  установок и промышленных печей (см. Котельные топлива), для производства флотского мазута, тяжелого моторного топлива для крейцкопфных дизелей. Выход мазута составляет около 50 % по массе в расчете на исходную нефть. В связи с необходимостью углубления ее дальнейшей переработки мазут во все большем масштабе подвергают дальнейшей переработке, отгоняя под вакуумом дистилляты выкипающие в пределах 350—420, 350—460, 350—500 и 420—500°С. Вакуумные дистилляты применяют как сырье для получения моторных топлив, в процессах каталитического крекинга, гидрокрекинга, и дистиллятных смазочных масел. Остаток вакуумной перегонки мазута используют для переработки на установках термического крекинга и коксования, в производстве остаточных смазочных масел и гудрона, затем перерабатываемого на битум. Основные потребители мазута — промышленность и жилищно-коммунальное хозяйство.

Бензин — смесь лёгких углеводородов с температурой кипения от 30 до 200 °C. Плотность около 0,75 г/см³. Теплотворная способность примерно 10500 ккал/кг (46 МДж/кг, 34,5 МДж/литр). Горючая жидкость.  Предназначен для применения в качестве топлива. Получается путём перегонки нефти, гидрокрекингом и, при необходимости дальнейшей ароматизации — каталитическим крекингом и риформингом. Для специальных бензинов характерна дополнительная очистка от нежелательных компонентов и смешение с полезными добавками.

Применение: В конце 19 века бензин не находил лучшего применения, чем антисептическое средство (бензин продавался в аптеках) и топлива для примусов. Зачастую из нефти отгоняли только керосин, а все остальное, включая бензин, либо сжигали, либо просто выбрасывали. Однако с появлением двигателя внутреннего сгорания, работающего по циклу Отто, бензин стал одним из главных продуктов нефтепереработки. Хотя по мере более широкого распространения дизельных двигателей на первый план выходит дизельное топливо вследствие более высокого КПД дизельных двигателей. 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).

Кероси́н (англ. kerosene от греч. κηρός — воск) — смеси углеводородов (от C12 до C15), выкипающие в интервале температур 150-250 °С, прозрачная, слегка маслянистая на ощупь, горючая жидкость, получаемая путём перегонки или ректификации нефти.

Свойства и состав: Плотность 0,78—0,85 г/см³ (при 20 °C), вязкость 1,2 — 4,5 мм2/с (при 20 °C), температура вспышки 28-72°С, теплота сгорания ок. 43 МДж/кг.

В зависимости от химического состава  и способа переработки нефти, из которой получен керосин, в  его состав входят:

предельные алифатические углеводороды — 20-60 %

нафтеновые 20-50 %

бициклические ароматические 5-25 %

непредельные — до 2 %

примеси сернистых, азотистых или  кислородных соединений.

Применение: Керосин применяют как реактивное топливо, горючий компонент жидкого ракетного топлива, горючее при обжиге стеклянных и фарфоровых изделий, для бытовых нагревательных и осветительных приборов, в аппаратах для резки металлов, как растворитель (например для нанесения пестицидов), сырьё для нефтеперерабатывающей промышленности. Керосин может использоваться как заменитель зимнего и арктического дизтоплива для дизельных двигателей, однако необходимо добавить противоизносные и цетаноповышающие присадки цетановое число керосина около 40, ГОСТ требует не менее 45. Для многотопливных двигателей (на основе дизеля) возможно применение чистого керосина и даже бензина АИ-80. Допускается добавление до 20% керосина в летнее дизельное топливо для снижения температуры застывания, при этом не ухудшаются эксплуатационные характеристики. А также применяется в народной медицине при ангине. Также керосин — основное топливо для проведения фаершоу (огненных представлений), из-за хорошей впитываемости и относительно низкой температуры горения. Применяется так же для промывки механизмов, для удаления ржавчины.

Сжиженные углеводородные газы (СУГ) (англ. Liquefied petroleum gas (LPG)) — смесь сжатых под давлением лёгких углеводородов с температурой кипения от −50 до 0 °C. Предназначены для применения в качестве топлива. Состав может существенно различаться, основные компоненты: пропан, пропилен, изобутан, изобутилен, н-бутан и бутилен.

Производится в основном из попутного  нефтяного газа. Транспортируется и  хранится в баллонах и газгольдерах. Применяется для приготовления  пищи, кипячения воды, отопления, используется в зажигалках, в качестве топлива  на автотранспорте.

Нефтяные (минеральные) масла — жидкие смеси высококипящих углеводородов (температура кипения 300—600 °C), главным образом алкилнафтеновых и алкилароматических, получаемые переработкой нефти. По способу производства делятся на дистиллятные, остаточные и компаундированные, получаемые соответственно дистилляцией нефти, удалением нежелательных компонентов из гудронов, депарафинизации, гидрочисткой или смешением дистиллятных и остаточных. В последнее время получил распростанение метод преобразования исходного нефтяного сырья в более ценные продукты гидрокрекингом — получаемые в таком производстве масла, при значительно более низкой себестоимости, приближаются по свойствам к синтетическим.

По областям применения делятся  на смазочные масла, электроизоляционные  масла, консервационные масла. Используются также в косметической промышленности.

Для придания необходимых свойств  в нефтяные масла часто вводят присадки. На основе нефтяных масел  получают пластичные и технологические  смазки, специальные жидкости, например смазочно-охлаждающие жидкости, гидравлические и т. п.

Парафин — воскоподобное вещество, смесь предельных углеводородов (алканов) состава от С18Н38 до С35Н72. Название происходит от лат. parum — «мало» и athnis — «сродный» из-за его низкой восприимчивости к большинству реагентов. tпл 40-65 °С; плотность 0,880-0,915 г/см³ (15 °C). Получают главным образом из нефти.

Свойства: Применяют для приготовления парафинистой бумаги, пропитки древесины в спичечном и карандашном производствах, в составе садового вара, для аппретирования тканей, как изоляционный материал, химическое сырье и т. д. В медицине используется для парафинолечения. Парафины представляют собой смесь твёрдых углеводородов метанового ряда преимущественно нормального строения с 18-35 атомами углерода в молекуле и температурой плавления 45-65°С. В парафинах обычно содержится некоторое количество изопарафиновых углеводородов, а также углеводородов с ароматическим или нафтеновым ядром в молекуле.

Парафин — вещество белого цвета  кристаллического строения с молекулярной массой 300—450, в расплавленном состоянии  обладает малой вязкостью. Величина и форма кристаллов парафина зависят  от условий его выделения: из нефти  парафин выделяется в виде мелких тонких кристаллов, а из нефтяных дистиллятов  и дистиллятных рафинатов селективной очистки — в виде крупных кристаллов. При быстром охлаждении выделяемые кристаллы мельче, чем при медленном. Парафины инертны к большинству химических реагентов. Они окисляются азотной кислотой, кислородом воздуха (при 140 °C) и некоторыми другими окислителями с образованием различных жирных кислот, аналогичных жирным кислотам, содержащимся в жирах растительного и животного происхождения. Синтетические жирные кислоты, получаемые окислением парафина, применяют вместо жиров растительного и животного происхождения в парфюмерной промышленности, при производстве смазок, моющих средств и других продуктов.

Парафины могут быть выделены также  из других продуктов, напр., из озокерита. В зависимости от фракционного состава, температуры плавления и кристаллической  структуры парафины разделяют на жидкие (температура tпл ≤ 27 °C), твердые (tпл = 28 — 70 °C) и микрокристаллические (tпл >60—80 °C) — церезины. При одинаковой температуре топ. церезины отличаются от парафинов большей молекулярной массой, густотой и вязкостью. Церезины энергично реагируют с дымящей серной кислотой, с соляной кислотой, в то время как парафины реагируют с ними слабо. При перегонке нефти церезины концентрируются в осадке, а парафин перегоняется с дистиллятом. Церезины, которые концентрируются в остатке после перегонки мазута, представляют собою смесь циклоалканов и в меньшем количестве твердых аренов и алканов. Изоалканов в церезине сравнительно мало. По степени очистки парафины делят на гачи (петролатумы), которые содержат до 30 % (масс.) масел; неочищенные парафины (церезины) с содержанием масел до 6 % (масс.); очищенные и высокоочищенные парафины (церезины). В зависимости от глубины очистки они имеют белый цвет (высокоочищенные и очищенные марки) или слегка желтоватый и от светло-жёлтого к светло-коричневому (неочищенные парафины). Для парафина характерна пластинчатая или ленточная структура кристаллов. Очищенный парафин имеет плотность 881—905 кг/м³. Церезины представляют собой смесь углеводородов с количеством углеродных атомов в молекуле от 36 до 55 (от С36 к С55). Их извлекают из природного сырья (природного озокерита также остатков высокопарафинистых сортов нефти, получаемых при ее переработкке) и производят синтетически из окисла углерода и водорода. В отличие от парафинов, церезины имеют мелкокристаллическое строение. Температура плавления 65—88 °C, молекулярная масса 500—700. Парафины широко используют в электротехнической, пищевой (парафины глубокой очистки; t_плавл = 50—54 °C; содержание масел 0,5—2,3 % по массе), парфюмерной и других отраслях. На основе церезина изготавливают разные композиции в промышленности бытовой химии, вазелины; они используются также как загустители в производстве пластичных смазок, изоляционных материалов в электро- и радиотехнике и восковых смесей.