Что такое нефть и нефтепродукты: определение, свойства и влияние на окружающую среду

Мы живем в окружении нефтепродуктов (НП). До 80% вещей, предметов, изделий, приборов, устройств либо созданы из них, либо покрыты ими, либо работают с их помощью.

Нефть и нефтепродукты: от добычи до применения

Нефтепродуктами называют смеси углеводородов и индивидуальных химических соединений, получаемых из нефти и попутных нефтяных газов. ГОСТ 26098-84 трактует этот термин как «готовый продукт, полученный при переработке нефти, газоконденсатного, углеводородного и химического сырья». А это значит, что к группе присоединяется всё, что сделано с помощью или при участии газов.

Отличить нефтепродукт от любого другого вещества довольно просто. Перед вами НП, если он:

• неорганическая смазка, топливо или горючее;
• пахнет бензином, резиной;
• горит синим пламенем;
• является любым видом пластика, резины.

Последняя категория - косвенный нефтепродукт. Пластики и их производные получают из углеводородов, которые получают из нефти. То есть это продукт более глубокой переработки нефти. А нефтепродуктами называют то, что получается после первичной обработки.

Как получают нефтепродукты

В цикл первичной переработки входят такие процессы и операции:

• Нагревание сырой нефти.
• Сбор газов.
• Конденсирование и сбор паров.
• Фильтрация.

При нагревании нефть распадается на пары разных фракций - по температуре кипения. Тот, кто в свое время додумался кипятить нефть, наверняка не подозревал, что через сотню лет из этих паров и осадков будет буквально собрана половина окружающих предметов.

Сам процесс распада исходного сырья на нефтепродукты называется крекингом - от английского cracking, «раскалывание». Молекулы сложных углеводородных соединений буквально раскалываются, рассыпаются на легкие и летучие и на более тяжелые.

Чтобы чудо крекинга произошло, нужна ректификационная колонна. В реальных условиях нефтеперерабатывающего предприятия это огромная конструкция высотой от 20 метров и 3 и более метра в диаметре. В более компактном виде ее можно встретить в некоторых видах самогонных аппаратов.

Ректификационная колонна, по сути, это огромный чайник, а точнее - автоклав в форме стальной колбы. Снизу подается сильно разогретая сырая нефть, которая испаряется внутри колбы. Легкие соединения стремятся вверх, где их поджидают специальные полочки с каналами для сбора конденсата. Этот конденсат с разных полочек и есть нефтепродукты - светлые и темные, легкие и тяжелые.

Разновидности нефтепродуктов

ГОСТ 26098-84 «Нефтепродукты. Термины и определения» выделяет 47 их разновидностей, среди которых:

• 15 видов масел,
• 8 видов смазки,
• 4 вида мазута,
• 3 вида бензина,
• 3 вида керосина,
• 6 видов жидкостей,
• 5 видов составов.

Каждый из 47 нефтепродуктов - довольно обширная подгруппа, база для производства составов с измененными свойствами. Так, например, охлаждающая жидкость с одним пакетом присадок становится пригодной для легковых автомобилей, а с другим - для турбин мини-ТЭС.

Самое интересное происходит внутри ректификационной колонны, где сырая нефть распадается на составляющие, которые, в свою очередь, собираются на разных уровнях высоты. Чем более летучее соединение, тем ниже его температура кипения и тем выше к куполу колонны оно взлетит. И тем больше в нем взрывной энергии. Обитатели дна ректификационной колонны, напротив, горят весьма неохотно.

Температура кипения:

• < 25 °С - нефтяные газы (пропан, бутан);
• 25-60 °С - бензин;
• 60-180 °С - лигроин/нафта;
• 180-220 °С - керосин/парафин;
• 220-250 °С - газойль/дизельное топливо;
• 250-300 °С - мазут;
• 300-350 °С - вакуумные дистилляты/масла;
• 350-500 °С - битум;
• > 500 °С - асфальт.

Классификация нефтепродуктов

Существуют различные способы классификации нефтепродуктов:

1. Четыре категории по применению:
   • Топлива - бензин, керосин, дизельное.
   • Смазочные материалы - масла, смазки, эмульсии.
   • Растворители - ацетоны.
   • Нефтехимическое сырье - битум, асфальт.
2. Две категории по прозрачности:
   • Светлые нефтепродукты - от газойля включительно и выше к куполу.
   • Темные нефтепродукты - от мазута включительно и ниже ко дну.
3. Две категории по относительной массе:
   • Легкие - с температурой кипения 220 °С и ниже.
   • Тяжелые - с температурой кипения 220 °С и выше.

Нетрудно догадаться, что легкие НП - светлые, а тяжелые - темные. Крупные фракции примесей черного углерода оседают на дне, увеличивая объемный вес продукта.

Состав популярных нефтепродуктов

Наиболее популярные, известные и распространенные НП, которые часто встречаются в ежедневном обиходе, - светлые. В частности, это топливные жидкости и газ.

Нефтепродукт	Состав	Температура кипения (°С)	Применение
Дизельное топливо	Углерод, водород, сера, азот	170-360	Дизельные ДВС легкового и грузового транспорта, спецтехники
Бензин	Углеводороды с примесью азота, кислорода	30-200	Топливо для поршневых ДВС и реактивных двигателей, растворитель
Керосин	Углеводороды с примесью азотистых, кислородных соединений	150-250	Авиационное и ракетное топливо, сырье для нефтехимии
СУГ (сжиженные углеводородные газы)	Пропилен, бутан, изобутан, пропан, бутилен, изобутилен	От -50 до 0	Топливо для ДВС, котельных

Качества и свойства нефтепродуктов

НП имеют ряд характеристик, которые влияют на их дальнейшее применение в промышленности и в быту. Нефтеперерабатывающие заводы изменяют эти качества путем очистки, дистилляции, смешивания исходного сырья, добавления к нему других химически активных веществ.

• Прокачиваемость. Эксплуатационное свойство. Показывает, насколько легко НП проходит через фильтры, сепараторы, трубы, проходы. Ключевой показатель при расчете насосного оборудования НПЗ, АЗС.
• Летучесть. Показывает давление насыщенных паров НП - насколько быстро он испаряется.
• Высокотемпературные показатели. Полезная и опасная категория одновременно. Чем более нефтепродукт пожаро- и взрывоопасен, чем выше у него температура вспышки, чем ниже у него температура самовоспламенения - тем лучше он будет работать в качестве топлива в ДВС и котлах.
• Детонационная стойкость Касается только жидкого моторного топлива (ЖМТ). Это ценный информативный показатель для всех, кто имеет дело с двигателями внутреннего сгорания. Для дизельного топлива на стойкость к детонации указывает цетановое число, для бензина - октановое. Это те самые цифры, которые идут после букв «АИ» на табло АЗС. Чем выше число - тем безопаснее бензин для двигателя.

Еще 32 свойства, описанные в ГОСТ 26098-84, - экзотика для обывателя, но исключительно важные показатели для инженеров и химиков.

Влияние на окружающую среду и методы исследования загрязнения

Нефть и нефтепродукты признаны одними из наиболее экологически опасных загрязнителей окружающей среды. Все элементы и соединения, входящие в их состав, высокотоксичны и канцерогенны. Основные причины загрязнения - нарушения технологии добычи, переработки и транспортировки нефти и ее производных.

Нефть и нефтепродукты опасны для человека и природы из-за наличия в них легкоиспаряющихся высокотоксичных и канцерогенных веществ. Исследования нефтяного загрязнения почв и грунтов необходимы для оценки их реальной и потенциальной опасности для живых организмов.

Согласно СанПиН 2.1.7.1287-03, содержание вредных для здоровья людей веществ в почвах населенных мест и сельскохозяйственных угодий не должно превышать установленных гигиенических и эпидемиологических нормативов. В России предельно допустимые концентрации установлены только для бензола, кумола, толуола, стиролов и ксилолов - 0,3 мг/кг. Это связано с тем, что на отдельных территориях нефть или ее элементы содержатся в почве как природный компонент и образуют естественный фон.

Безопасной считается такая концентрация, при которой почва сохраняет свои свойства и функции, не оказывает негативного воздействия на воду, воздух и живые организмы. При умеренном загрязнении почва способна очиститься от нефтепродуктов самостоятельно, без агротехнического воздействия.

Ухудшение качества почвы в результате нарушения правил обращения с опасными для здоровья людей и окружающей среды веществами влечет наложение штрафа, приостановление деятельности и обязанность возместить причиненный природе ущерб.

Методы исследования нефтепродуктов в почве

Общими принципами для всех инструментальных методов определения нефтепродуктов в почве являются извлечение углеводородов из почвенного образца и определение их концентрации в растворе. Метод биоиндикации основан на использовании организмов, присутствие, количество и особенности развития которых указывают на степень загрязненности почвы нефтью и ее компонентами.

Каждому из методов исследования соответствует своя методика отбора и подготовки проб. Это самые ответственные этапы, поскольку от них зависит корректность результатов анализа. Пробы отбирают послойно с глубины 0-5 и 5-20 см с таким расчетом, чтобы каждая представляла собой часть, типичную для генетических горизонтов или слоев данного типа почвы. Образцы помещают в емкости с притертыми крышками, нумеруют, регистрируют в журнале. Пробы транспортируют и хранят в условиях, исключающих возможность вторичного загрязнения.

Для проведения качественно-химического анализа грунты и почвы высушивают при комнатной температуре, удаляют механические включения, измельчают в фарфоровой ступке, просеивают через сито. Реактивы проверяют на чистоту, проводят градуировку анализаторов.

Лабораторные испытания проводят в соответствии с требованиями государственных стандартов, на поверенном оборудовании, с использованием аттестованных методик. В ходе исследований учитывают влияние специфических и неспецифических углеводородных соединений, присутствующих в почвенном гумусе.