Общие сведения о топливах. Физические свойства нефти .Химический состав нефти. Влияние химического состава нефти на свойства получаемых топлив и масел.

Исходным сырьем для производства большей части автомобильных эксплуатационных материалов является нефть.

Нефть (турецкое neft, происходит от персидского нефт; восходит к аккадскому напатум — вспыхивать, воспламеняться) — горючая маслянистая жидкость, являющаяся смесью углеводородов, красно-коричневого, иногда почти чёрного цвета, хотя иногда встречается и слабо окрашенная в жёлто-зелёный цвет и даже бесцветная нефть, имеет специфический запах, распространена в осадочной оболочке Земли; на сегодня — одно из важнейших для человечества полезных ископаемых.

Обнаруживается вместе с газообразными углеводородами на глубинах от десятков метров до 5—6 км. Однако на глубинах свыше 4,5—5 км преобладают газовые и газоконденсатные залежи с незначительным количеством лёгких фракций. Максимальное число залежей нефти находится на глубине 1—3 км.

Физические свойства нефти:жидкость от светло-коричневого (почти бесцветная) до тёмно-бурого (почти чёрного) цвета (хотя бывают образцы даже изумрудно-зелёной нефти). Средняя молекулярная масса 220—300 г/моль (редко 450—470). Плотность 0,65—1,05 (обычно 0,82—0,95) г/см³; нефть, плотность которой ниже 0,83 называется лёгкой, 0,831—0,860 — средней, выше 0,860 — тяжёлой.

Нефть представляет собой смесь около 1000 индивидуальных веществ, из которых большая часть — жидкие углеводороды (> 500 веществ или обычно 80—90 % по массе) и гетероатомные органические соединения (4—5 %), преимущественно сернистые (около 250 веществ), азотистые (> 30 веществ) и кислородные (около 85 веществ), а также металлоорганические соединения (в основном ванадиевые и никелевые); остальные компоненты — растворённые углеводородные газы (C₁-C₄, от десятых долей до 4 %), вода (от следов до 10 %), минеральные соли (главным образом хлориды, 0,1—4000 мг/л и более), растворы солей органических кислот и др., механические примеси (частицы глины, песка, известняка).

Наиболее распространенные нефти характеризуются следующим элементным составом, мас. %: 82...87 углерода, 12...14 водорода, до 2...5 серы, до 2 кислорода, 0,1...1,0 азота. Содержание металлов и других элементов незначительно.

В основном в нефти представлены парафиновые (обычно 30—35, реже 40—50 % по объёму) и нафтеновые (25—75 %) углеводородные соединения. В меньшей степени — соединения ароматического ряда (10—20, реже 35 %) и смешанного, или гибридного строения (например парафино-нафтеновые, нафтено-ароматические).

Сырая нефть непосредственно почти не применяется. Потребность в нефти увеличивается не только с целью повышения выработки топлив и масел, но и как источника ценного сырья для производства синтетических каучуков и волокон, пластмасс, ПАВ, моющих средств, пластификаторов, присадок, красителей и др. (более 8 % от объёма мировой добычи). Среди получаемых из нефти исходных веществ для этих производств наибольшее применение нашли: парафиновые углеводороды — метан, этан, пропан, бутаны, пентаны, гексаны, а также высокомолекулярные (10—20 атомов углерода в молекуле); нафтеновые; ароматические углеводороды — бензол, толуол, ксилолы, этилбензол; олефиновые и диолефиновые — этилен, пропилен, бутадиен; ацетилен.

Нефть в качестве сырья для производства различных видов топлива и масел обладает рядом неоспоримых преимуществ, прежде всего высокой калорийностью, относительной простотой способов ее добычи, транспортирования и переработки.

Очистка нефти — процесс удаления из нефтепродуктов нежелательных компонентов, отрицательно влияющих на эксплуатационные свойства топлив и масел. Проводится 92-96% серной кислотой или олеумом (химический способ) и с помощью растворителей (физико-химический), избирательно удаляющих нежелательные компоненты.

СЫРЬЕ И СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ТОПЛИВ.
Элементарный состав нефтей, добываемых в различных районах страны, неодинаков и колеблется примерно в следующих пределах (в % веса):
Углерод 82–87 %
Водород11–14 %
Кислород 0,05–1,0 %
Сера 0,1–7,0 %
Азот 0,01–1,8 %

Основными составляющими нефти являются углеводороды – соединения атомов углерода с атомами водорода . Атомы углерода в углеводородах могут соединяться между собой различным образом – в виде прямых или разветвленных цепочек, в виде колец без ответвлений и с ответвлениями. В молекулах может содержаться различное количество углеродных и водородных атомов, поэтому количество разнообразных углеводородов в нефти весьма велико.

Бициклические углеводороды, состоящие из двух – пяти и шестичленных колец типа декамена (С10Н18), и их производные с боковыми парафиновыми цепями, входят в состав дизельных и масляных фракций нефти.

Полициклические соединения из трех и больше колец с длинными боковыми цепями находятся преимущественно в смазочных маслах.

Непредельные углеводороды (ненасыщенные соединения).

В нефти не содержатся, образуются при переработке нефти. Их состав и количество зависят от способов переработки. При прямой перегонке образуется незначительное количество ненасыщенных соединений, а при термическом и каталитическом крекинге десятки процентов от выхода готовой продукции.
По строению и свойствам непредельные углеводороды различны, но все они имеют открытое цепочное строение и одну или несколько двойных связей, а иногда и
тройную.

Сернистые соединения.

Нефть, добываемая на нефтепромыслах России, является сернистой или высокосернистой. Переработка таких нефтей и использование нефтепродуктов в качестве топлив требует дополнительных затрат.
Сернистые соединения делят на активные и неактивные. К активным относят соединения, способные корродировать металлы при нормальных условиях (элементарная сера S, сероводород Н2S и меркаптаны RSH, где R–углеводородный радикал). Неактивные сернистые соединения состоят из сульфидов (R–S–R) – до 75–80 %, диосульфидов (R–S–S–R) и полисульфидов (R–Sx –R). При нормальных условиях металлы, контактирующие с неактивными сернистыми соединениями, не корродируют, но при сгорании топлива в двигателе соединения серы образуют
сернистый и серный ангидриды, которые вызывают коррозию, а в соединении с водой образуют сернистую и серную кислоты еще более активные коррозионные агенты.

Кислородные соединения в нефтях составляют до 10 % (масс.). Эти
компоненты нефти представлены кислотами, фенолами, кетонами, эфирами и др. Основная часть их сосредоточена в высококипящих фракциях, начиная с керосиновой. Органические кислоты – простейшие кислородные соединения (R-COOH, где R–углеводородный радикал, а СООН – карбоксильная группа) присутствует в любой нефти, во всех топливах и смазочных материалах.