Лигроин: состав, особенности производства и область применения

Какое топливо называют «белой нефтью»

Под «белой нефтью» понимают газовый конденсат (ГК), который извлекают из недр вместе с голубым топливом (природным газом). Представляет собой смесь жидких углеводородов — C5H12 и высших. Производится в соответствии с ГОСТ Р 54389-2011.

Особенности и свойства

«Белая нефть» по структуре очень похожа на обычную нефть. Разница заключается в отсутствии смол и асфальтенов. По этой причине ГК считают практически готовым автомобильным топливом, которое можно заливать чуть ли не вместо бензина. Так поступали на полуострове Ямал, где добывали природный газ с примесью ГК. Последний использовали для заправки техники, когда заканчивалось завозимое горючее.

В составе газового конденсата преобладают легкие фракции (отсюда еще одно название — легкая нефть), преимущественно бензиновые (достигают 70-80%, выкипают при температуре 30-200 °C) и керосиновые (кипят при 200-300 °C). Компоненты, кипящие при высокой температуре, содержатся в меньшем количестве. Этан, метан и легкие неуглеводородные компоненты входят в состав как растворенные вещества.

Различают 2 вида газоконденсата:

• Сырой (нестабильный). Первичный продукт, который выделяется из газа газоконденсатной залежи в промысловых условиях и в процессе получения продолжает находиться в контакте с газовой сферой. Содержит пропан, бутан, нефтяные фракции. Если их извлечь, можно получить следующий вид ГК.
• Стабильный (СГК). Очищен от растворенных газов (путем дегазации) и других примесей. В составе содержится 2-3% пропан-бутановой, бензиново-керосиновой и газойлевой фракций. Стабильный ГК — ценное газохимическое сырье, используемое для дальнейшей переработки.

Нестабильный и стабильный газовый конденсат

Технические характеристики стабильного ГК:

• Давление насыщенных паров — до 66,7 кПа.
• Содержание воды и механических примесей — не более 0,5%.
• Массовая доля сероводорода —не более 100 ppm (милионной доли) для 2-й группы, не более 20 ppm для 1-й группы.
• Содержание метил- и этилмеркаптанов — не более 40 и 100 ppm для 1-й и 2-й группы соответственно.
• Плотность при 20 °C — 700-840 кг/м3.

СГК представляет собой жидкость, цвет которой варьируется от соломенно-желтого до желто-коричневого. Точный оттенок зависит от содержания примесей в нефти и глубины добычи. Чем глубеже залегает ГК, тем более насыщенным будет оттенок.

Как производят и добывают

Несмотря на широкое распространение в качестве сырья для нефтепереработки и нефтехимии, газоконденсат остается побочным продуктом в обеих сферах: и в газовой, и в нефтяной. Поэтому до недавнего времени производство ГК происходило по остаточному принципу, а объем добычи на нефтяных месторождениях был незначительным. По этой причине газоконденсат сжигался с попутным нефтяным газом или, поскольку не было систем раздельного сбора и транспорта скважинной продукции, смешивался с товарной нефтью. Все потому, что «разбавляя» тяжелую нефть легким ГК, можно поддерживать производственные показатели на высоком уровне.

Сегодня ситуация изменилась, и газоконденсат стал более ценным сырьем. Все благодаря особым свойствам, которые характерны для ультралегкой нефти с выходом светлых нефтепродуктов, значительно превышающим объем, который можно получить их обычной нефти. К другим причинам роста популярности ГК можно отнести следующее:

• Более высокая рентабельность поставок за рубеж, чем у сырой нефти. Газоконденсат имеет меньшую плотность, чем у экспортной нефти Urals, чем обусловлена экономия на экспортных пошлинах.
• Возможность заменить шельфовую и сланцевую нефть, которые задержались на рынке из-за обвала нефтяных котировок.

Между добычей газа и газового конденсата нет серьезных отличий, за исключением больших глубин и более высокого пластового давления. Как и в случае с нефтью, над залежами устанавливаются буровые вышки. Для добычи газоконденсата обычно нужно пробурить на глубину минимум 2 км. Большая часть газоконденсата идет с Уренгойского кластера в Ямало-Ненецком автономном округе («Газпром нефть» и «НОВАТЭК»). К самым большим и доступным также относятся Астраханское, Оренбургское, Вуктыльское (Коми) месторождения «белой нефти».

Современные способы добычи позволяют получать газоконденсат не только из недр земли. Основной объем ГК получают при разработке газоконденсатных и газоконденсатно-нефтяных месторождений. Небольшое количество добывается из попутного нефтяного газа при сепарации (промысловой подготовке) нефти.

«Белая нефть» залегает на большой глубине в газообразном состоянии, находится при высоком давлении (10-60 Мпа) и температуре. Конденсат образуется, поскольку в процессе добычи природного газа создаются особые условия —температура снижается, а давление в пластах падает в несколько раз, до уровня 4-8 Мпа.

Таким образом, при бурении на месторождении ГК наблюдается эффект конденсирования. Он проявляется в выделении сырого нестабильного конденсата, в котором содержатся углеводороды C5 и выше, а также газы метан-бутановой фракции.

Количество жидких компонентов в газе зависит от месторождения и может составлять от 10 до 700 см3/м3, или от 5 до 1000 г/м3: на Уренгойском — 264 г/м3, на Вуктыльском — 352,7 г/м3.

Особенность добычи ГК заключается в том, что по мере того, как расходуется газ, давление падает до атмосферного. Чтобы сохранить его на нужном уровне и обеспечить условия для образования конденсата, некоторые фракции углеводородов (C1–C2) закачивают обратно.

Добыча газоконденсата происходит с помощью установок комплексной подготовки газа (УКПГ). Полученный из скважины продукт делят на сухой газ (метан, этан) и более тяжелые фракции — тот самый нестабильный ГК. Последний по специальному трубопроводу направляют на стабилизацию, которая помогает избавить продукт от избыточного количества примесей и разделить смесь на 2 части: пропан-бутановые газовые фракции и СГК, выступающий «белой нефтью» и поставляемую потребителю.

Где используется?

Применение лигроина характерно для следующих целей:

1. Топливо для дизельных двигателей.
2. Растворитель.
3. Промежуточное вещество в нефтехимической промышленности.

Лигроин в качестве топлива используется потому, что продукт горюч, и характеризуется выделением большого количества тепловой энергии при воспламенении. Теплотворная способность лигроина достигает 3,14 МДж/л. Ввиду того, что при горении лигроина практически не образуется сажи, продукт часто используется в бытовых и туристических нагревательных устройствах, осветительных приборах и в зажигалках. Непосредственно как топливо лигроин применяют редко, вследствие его достаточно высокой токсичности; чаще встречаются указания о возможности его применения в качестве добавки.

Предприятия по производству таких распространённых пластмасс как полипропилен и полиэтилен, используют лигроин как сырьё. Его производные широко используются также при изготовлении бутана и бензина. Лигроин в указанных технологиях участвует в процессах парового крекинга.

Лигроин в качестве растворителя можно обнаружить в различных чистящих средствах, где его низкая точка испарения пригодится в качестве разбавителя для красок, лаков и асфальта. Наиболее известными веществами из указанного ряда являются сольвент и нафталин. Ввиду своей токсичности лигроин используется преимущественно не в бытовых целях, а на предприятиях (например тех, которые производят химическую чистку одежды).

Токсичность лигроина

Безопасность при широком использовании рассматриваемого нефтепродукта ограничивается следующими обстоятельствами:

• Высокой агрессивностью при воздействии на кожные покровы и роговицу человеческого глаза. При контакте с лигроином участок кожи болезненно набухает. Рекомендуется как можно быстрее промыть поражённый участок тёплой водой.
• Тошнотой и повреждением лёгких при проглатывании даже небольшой дозы вещества. Это требует неотложной госпитализации, в противном случае наступает дыхательная недостаточность, которая может привести к смерти.
• Сильным специфическим запахом (особенно для «молодых» лигроинов ароматического ряда). Длительное вдыхание паров может вызвать проблемы с дыханием и психикой. Имеются также сведения о канцерогенности вещества.

Поскольку химикат ядовит, то сливать его остатки в неконтролируемые ёмкости (а, тем более — в открытые) категорически запрещается. Следует также помнить и о том, что лигроин огнеопасен, и может вызвать пожар.

Что такое фракционный состав нефти

Нефть — уникальное природное полезное ископаемое, которое представляет собой черную жидкость маслянистой консистенции, имеющую специфический вид и запах. На сегодняшний день нет единого научного мнения о ее происхождении в природе. Так, наиболее популярная теория гласит, что процессы нефтеобразования проходили миллионы лет, а само полезное ископаемое являет собой остатки органических веществ. Иными словами, нефть образовалась из очень древних живых организмов.

Несмотря на то что данная теория получила всеобщее признание, отдельные ученые заявляют, что этот природный ресурс имеет абиогенное происхождение. Иными словами, нефть есть результат химического и физического воздействия высоких температур и давления на неорганические вещества.

Это полезное ископаемое крайне неоднородно распространено по планете. Так, наиболее крупные месторождения приходятся на районы Персидского и Мексиканского заливов, Западную Сибирь, Каспий, Норвежское море и т. д. На сегодняшний день многие из них близки к исчерпанию, что заставляет правительства и нефтяные компании проводить усиленную геологоразведку и совершенствовать методы нефтедобычи для разработки более труднодоступных участков залегания ресурса.

Нефть имеет крайне сложный химический состав. По сути, она состоит из огромного количества различных соединений, обладающих разной молекулярной массой. На сегодняшний день не существует методик, которые бы позволили получать из нефти-сырца необходимый конечный продукт. Однако возможно разделение ее на фракции, углубленная переработка которых позволяет решить данную проблему.

По сути, фракция нефти представляет собой определенную группу соединений, объединенных общими химическими свойствами. Основной их особенностью выступает тот факт, что выкипают они только в определенном температурном интервале. Это их свойство позволяет осуществлять процесс ректификации, то есть первичной перегонки нефти. При использовании различных методов очистки происходит вторичная перегонка для получения более качественного продукта.

В соответствии со стандартами, принятыми в нефтеперерабатывающей промышленности, существует определенная градация фракций. Так, они бывают:

• Легкими.

В их число входят петролейная и бензиновая фракции. Они образуются при температуре до +140 градусов.

• Средние.

Считаются лигроиновые, керосиновые и дизельные. Вместе с легкими они относятся к светлым нефтяным фракциям.

• Тяжелые.

При высокой температуре, составляющей более +350 градусов, и в условиях вакуума образовывается мазут (темная фракция). Из него путем углубленной перегонки получают вакуумный газойль, а также гудрон в качестве остатка.

Фракция нефти

Виды и описание фракционного состава нефти

Современные методы переработки нефти позволяют максимально извлечь фракционные составляющие из сырой нефти. Процесс происходит в специально сконструированной ректификационной колонне, которая объединяет два способа нефтеперегонного процесса: простой метод — испаряющийся пар оседает и охлаждается, и метод дефлегмации, когда конденсируются высоко разогретые пары нефти.

Принято разделять три типа фракций нефтепереработки: лёгкие, средние и тяжёлые, и по виду на светлые и тёмные.

Лёгкие (выкипание нефти до 200 ºC) и средние — светлые получают в условиях обычной переработки на воздухе, тяжёлые — тёмные путём вакуумной переработки.

Петролейная фракция — получаемая при нагреве до +100 ºC, здесь в её состав входят гексан и пентан которые являются легко летучими соединениями. Применяют эту фракцию для производства растворителей и лёгкого топлива ( для зажигалок, горелок).

Бензиновая – температурный нагрев нефти от +100 до +140 ºC. Основой фракции составляют вещества парафиновой основы: метилциклопента, циклогексанн и метилциклогексан, получаемый экстракт имеет в своём составе алканы в жидком виде: природные, попутные и газообразные. Выделяют также из соединений данной фракции: ароматические эфиры. Применяют ингредиенты данной фракции для производства моторного топлива, которое используется в бензиновых двигателях внутреннего сгорания, а также для сырья дальнейшей нефтехимической переработки и получения продуктов нефтехимии.

Лигроиновая фракция, получаемая от переработки нефти в промежутке от +140 до +180 ºC. Уникальный химический состав обусловлен количеством природной серы. Углеводороды, входящие в состав относятся к циклическим и полициклическим ненасыщенным типам. Из компонентов фракции производят высокооктановый бензин, топливо для реактивных двигателей летательных средств и керосин, используемый для осветительных приборов.

Керосиновая фракция перерабатывается в температурном диапазоне от +180 до +220 ºC, состав отличает повышенное содержание парафиновых веществ, это позволяет применять данную фракцию при изготовлении лакокрасочной продукции. Также продукты керосиновой фракции незаменимы в качестве сырья при химическом синтезе веществ.

Газойлевая фракция (или дизельное топливо), получаемые из нефти при температурах от +220 до +350 ºC, применяются для производства дизельного топлива разного класса для дизельных двигателей. При большом процентном содержании в дизельном топливе смесей нафтена производят дополнительную дефрагментацию, чтобы в итоге продукт не застывал при резко отрицательных температурах, что очень необходимо для автомобилей с дизельными двигателями, работающими в условиях крайнего севера.

Мазут — тяжелая фракция, получается при переработке вакуумным способом, к этому времени состав нефти представляет собой органические соединения и смолы. В результате нагрева в промежутке от +350 до +500 ºC получают разнообразные технические масла, используемые для смазки деталей и механизмов, парафин и жидкий мазут. Мазут разделяют при использовании на три вида в зависимости от вязкости. Самый вязкий применяют в качестве топлива для работы ТЭЦ, мазут средней вязкости используют для небольших отопительных установок находящихся на территориях обособленных объектов производственного или военного назначения. Самый жидкий из мазутов называют флотским и применяют для энергетических установок, работающих на речных и морских кораблях. Данную фракцию называют вакуумный газойль.

Гудрон — остаточная часть после извлечения из нефти вышеперечисленных субстанций. В этих остатках содержится большое количество тяжёлых металлов и примесей. Применение нефтяного остатка очень широко, производство технологического кокса для последующего использования в промышленности, состав используется для строительства автомобильных дорог, из него также производят битум, применяемый в строительстве.

Нефть — это источник дающий ингредиенты для последующий обработки и производства товаров, которые человек использует в ежедневной свой жизни. В настоящее время нефть является системообразующим элементом во всех производственных процессах, поэтому от качества и степени её переработки зависят как сам человек, так и окружающая его среда.

Методы определения фракционного состава нефтепродуктов

Такое сложное по своему составу полезное ископаемое как нефть имеет разное качество. Оно зависит от конкретного месторождения. Кроме этого, даже в пределах одного из них нефть в разных слоях залегания также имеет неоднородный состав. В этой связи анализ фракционного состава нефтепродуктов имеет принципиальное значение в нефтеперерабатывающей промышленности.

Сегодня на территории стран СНГ действует единый стандарт этой процедуры, установленный межгосударственным ГОСТом 2177-99, который полностью соответствует международному ISO 3405-88.

Так, выделяется два метода определения наличия фракционного состава нефти.

• Метод А.

Применяется для легких фракций нефти. Для этого используется специальный прибор, который изготовлен из особого закаленного стекла, способный выдержать высокую температуру.

Сам метод заключается в планомерном нагревании испытуемого образца (примерно 100 мл нефтепродукта). При этом при помощи специальных формул и графиков фиксируется начало и окончание парообразования, а также объем полученного продукта в рамках каждого температурного диапазона.

• Метод Б.

Принцип проведения исследования аналогичен тому, что используется в методе А, однако в качестве оборудования используются специальные приборы, которые создают крайне высокие температуры в условиях вакуума. Применяется для определения состава тяжелых фракций.