Расчет физико-химических свойств и состава нефти и нефтепродуктов. Компонентный состав. Средняя температура кипения

Введение
Свойства нефти и нефтепродуктов определяются рядом физико-химических показателей, которые напрямую зависят от компонентного состава нефти и продуктов её переработки. Качественные показатели нефти и нефтепродуктов, а также технических жидкостей принято условно разделять на три группы: физико-химические, эксплуатационные и экологические.
Основными физико-химическими свойствами являются: фракционный состав, давление насыщенных паров, плотность, вязкость, молекулярная масса, теплоемкость, теплота парообразования, энергоемкость, температура вспышки, воспламенения, самовоспламенения, помутнения, начало кристаллизации, содержание фактических смол, ароматических углеводородов, водорастворимых кислот и щелочей, кислотность, йодное число, показатель преломления, пенетрация и другие [1, 2].
Зачастую качество нефти и нефтепродуктов по конкретному показателю характеризуется не одним, а несколькими физико-химическими свойствами. Например, такой эксплуатационный показатель свойства нефти, как стабильность характеризуется сразу несколькими физико-химическими свойствами: фракционным составом, температурой начала кристаллизации, содержанием смол, содержанием ароматических углеводородов и йодным числом. Или, например, коррозионная активность, которая определяется следующими физико-химическими свойствами: кислотность, содержание серы, испытание на медной пластинке, содержание меркаптановой серы, содержание воды и содержание водорастворимых щелочей и кислот.
Одними из основных физико-химических свойств нефти и нефтепродуктов являются компонентный состав и средняя температура кипения фракции. Целью данной работы является детальное рассмотрение и определение указанных свойств.
1. Физико-химические свойства нефти и нефтепродуктов
Классическая нефть – это маслянистая жидкость, имеющая цвет от светло-коричневого до черного со специфическим запахом и большим количеством аккумулированного тепла. Нефти являются сложными смесями углеводородов и различных кислородных, азотных и сернистых соединений. В Российской Федерации действует государственный стандарт Р 51858-2002 [3], в котором прописаны основные характеристики российских нефтей.
Из-за неоднородности и сложности состава нефти для её характеристики используется большая группа свойств, основными из которых являются физико-химические. Физико-химические свойства нефти и газа, а также их товарные качества определяются составом. Под элементным составом нефти понимают массовое содержание в ней химических элементов. Основными элементами являются углерод и водород. Содержание углерода 83-87%, водорода 12-14%. Значительно меньше других элементов – серы, азота и кислорода. Их содержание редко превышает суммарно 3-4%. Нефть принято разделять (классифицировать) по нескольким показателям. К таким показателям относятся содержание алканов:
- метана СН4 (газ);
- этана С2Н6 (газ);
- пропана С3Н8 (газ, но при обычной температуре и малом давлении – жидкость);
- бутана С4Н10 (газ, при обычной температуре и небольшом давлении – жидкость);
- пентана С5Н12 (жидкость) и т.д.
По содержанию серы нефти подразделяются на классы:
- малосернистые (до 0,5 % серы);
- сернистые (от 0,51 до 2 % серы);
- высокосернистые (более 2 % серы).
По содержанию смол нефти подразделяются на подклассы:
- малосмолистые (содержание смолы до 18 %);
- смолистые (содержание смолы от 18 до 35 %);
- высокосмолистые (содержание смолы более 35 %).
По содержанию парафина нефти можно разделить на группы:
- малопарафинистые (до 1,5 % парафина);
- парафинистые (от 1,51 до 6 % парафина);
- высокопарафинистые (более 6 % парафина).
Свойства нефти меняются в процессе ее добычи – при движении по пласту, в скважине, системах сбора и подготовки, в случае контакта с другими жидкостями и газами

. Основные свойства нефти: плотность, вязкость, газосодержание, температура вспышки, средняя температура кипения фракции и др. Напрямую свойства нефти и нефтепродуктов зависят от компонентного состава.
2. Компонентный состав
С физической точки зрения, нефть рассматривается как раствор газообразных и твердых углеводородов в жидкости. Естественная нефть, добываемая из недр земли, всегда содержит определенное количество растворенных газов (попутные природные газы), главным образом метана и его гомологов. В природе встречаются нефти, содержащие более гетероатомных органических соединений, чем собственно углеводородов, и состоящие практически исключительно из углеводородов [4, 5]. Соотношение легких (газы, в т.ч. растворенные) и тяжелых углеводородов, а также смол и асфальтенов в нефти и является её компонентным составом. По содержанию смол и асфальтенов нефть можно разделить на:
- легкую, когда менее 1 %;
- маслянистую – от 1 до 10 %;
- смолисто-асфальтеновую – выше 10 %.
Компонентный состав нефти определяется методами хроматографического анализа согласно ГОСТ 13379 [6]. Метод состоит в регистрации углеводородов ряда С1-С6 с помощью детектора теплопроводности. Также компонентный состав нефти может быть определен с помощью ИК-спектроскопии, методом ядерно-магнитного резонанса, косвенно по показателю плотности, а также путем фракционирования.
В маслянистой нефти содержатся углеводороды всех классов, а также низкомолекулярные смолы. Такая нефть считается легкой или частично средней по плотности. У смолистой нефти порядка 20 % смолы, а также асфальтенов до 5%. Доля алканов снижается, а циклических структур увеличивается, в частности ароматических углеводородов. Это средняя и тяжелая нефть по плотности. Высокосмолистая нефть или смолисто-асфальтеновая содержит около 50 % асфальтенов и высокомолекулярных смол, поэтому это очень тяжелая и малоподвижная нефть. Интересно что, если нефти содержат еще больше смолистых и асфальтеновых веществ, то они относятся к переходным образованиям между нефтью и асфальтом