Определение показателей качества нефти и светлых нефтепродуктов

Г. М. Гаджиев        Ю. А. Кузнецова
М. Н. Волдаев

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

КАЧЕСТВА НЕФТИ

И СВЕТЛЫХ НЕФТЕПРОДУКТОВ

ПРАКТИКУМ

Йошкар-Ола

2022

УДК 656.6/.7:658.6(075)
ББК 26.343.1:30.3я7

Г 13

Р е ц е н з е н т :

А. Г. Поздеев, доктор технических наук, профессор ПГТУ;

А. И. Павлов, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой 

транспортно-технологических машин ПГТУ

Печатается по решению

редакционно-издательского совета ПГТУ

Гаджиев, Г. М.

Г 13
Определение показателей качества нефти и светлых нефте
продуктов: практикум / Г. М. Гаджиев, Ю. А. Кузнецова,
М. Н. Волдаев. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный 
технологический университет, 2022. – 120 с.
ISBN 978-5-8158-2272-6

Практикум является прикладной составляющей комплекса учебных 

дисциплин «Основы нефтегазового дела», «Эксплуатационные материалы» и «Нефтепродуктообеспечение». В нем представлены лабораторные
и практическая работы по контролю качества нефти и светлых нефтепродуктов.

Для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 23.03.03 

«Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» 
(профили «Трубопроводный транспорт нефти и газа» и «Автомобильный сервис») и 35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» (профиль «Лесоинженерное дело»).

УДК 656.6/.7:658.6(075)

ББК 26.343.1:30.3я7

ISBN 978-5-8158-2272-6
© Гаджиев Г. М., Кузнецова Ю. А., 
Волдаев М. Н., 2022
© Поволжский государственный 
технологический университет, 2022

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплины «Основы нефтегазового дела» и «Эксплуатационные 

материалы» предусматривают изучение основных технологических 
процессов переработки нефти и газообразных углеводородов с целью 
получения моторных топлив, смазочных материалов и других ремонтно-конструкционных материалов, соответствующих нормативным показателям их качества, а дисциплина «Нефтепродуктообеспечение» – вопросы обеспечения сохранности показателей качества при приеме, хранении, отпуске и транспортировке нефти и нефтепродуктов.

Поэтому в практикуме ставится задача формирования у обучающих
ся четких представлений о тесной связи физико-химических и эксплуатационных свойств нефти  и нефтепродуктов со свойствами исходного 
сырья и методами его переработки, обеспечения сохранности показателей качества при приеме, хранении, отпуске и транспортировке.

Практическое освоение методик лабораторного контроля основных 

физико-химических показателей нефти и нефтепродуктов способствует 
углублению теоретических знаний обучающихся по дисциплинам, необходимых при проведении научных исследований, инженерных расчетов, проектировании технологических процессов переработки, транспортировки, хранения нефти и нефтепродуктов, проведении взаиморасчетов с потребителями.

Цели выполнения студентами лабораторных работ:
•
закрепление знаний по определению показателей качества нефти 

и светлых нефтепродуктов, в частности основных марок бензинов и дизельного топлива; 

•
знакомство с нормативно-технической документацией, регламен
тирующей показатели качества нефти, бензинов и дизельного топлива; 

•
изучение методов контрольного анализа их качества, приобрете
ние навыков их использования.

Практикум включает следующие работы:
1. Определение фракционного состава нефти и светлых нефтепро
дуктов;

2. Определение плотности нефти и светлых нефтепродуктов;
3. Определение наличия воды и механических примесей в нефти и 

нефтепродуктах;

4. Определение содержания фактических смол в топливах;

5. Определение содержания водорастворимых кислот и щелочей в 

топливах;

6. Определение коррозионной агрессивности топлив;
7. Определение кинематической вязкости дизельного топлива (ГОСТ 

305-2013);

8. Определение октанового числа бензина и цетанового числа ди
зельного топлива расчетным методом;

9. Определение содержания серы и сернистых соединений в бензине 

и дизельном топливе.

В каждой лабораторной работе излагаются необходимые теоретиче
ские сведения, определяется метод исследования, описываются необходимые средства измерений, реактивы и устройство лабораторной установки, а также приводятся алгоритм выполнения работы и контрольные
вопросы.

В ходе выполнения работ студенты используют лабораторную 

установку для определения фракционного состава нефти и нефтепродуктов (аппарат для перегонки нефти и нефтепродуктов АРН-ЛАБ-11), 
стеклянные вискозиметры типа ВПЖ, ареометры для определения 
плотности нефти, бензина и дизельного топлива, термометр ртутный 
стеклянный, секундомер, фильтровальную бумагу, шпатель, линзу
очковую, реактивы, образцы нефти, бензина и дизельного топлива,
делительную воронку, штатив, измерительные цилиндры емкостью 
50 мл, водяную баню, электрический нагреватель, пробирки из белого 
стекла, мерный цилиндр емкостью 100 мл, секундомер, воронку, асбестовая прокладка, стеклянный цилиндр диаметром 40...45 мм, дистиллированную воду, фенолфталеин, метилоранж, бензин-растворитель 
(нефрас с температурой кипения 80-160 °С), индикаторную бумагу, 
водочувствительные пасты.

Практикум снабжен обязательными к исполнению правилами тех
ники и пожарной безопасности при выполнении лабораторных работ.

Отчет о лабораторной работе составляется по совокупности прове
денной оценки анализируемого образца в соответствии с паспортными 
данными и результатами физико-химических анализов. Рекомендуемая 
форма отчета приведена в каждой лабораторной работе.

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ И ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Выполнение работ в лаборатории по анализу нефти и нефтепродук
тов связано с использованием нагревательных приборов, ядовитых веществ, взрыво- и огнеопасных соединений. В связи с этим необходимо 
строго соблюдать следующие правила.

Правила личной безопасности

1. Перед выполнением лабораторной работы студенты должны хо
рошо изучить методику ее проведения и ознакомиться с правилами техники безопасности.

2. Личные вещи (портфели, чертежи и пр.) должны быть убраны со 

столов.

3. Если лабораторная работа сопровождается выделением ядовитых 

веществ, то она должна проводиться в вытяжных шкафах.

4. При работе с кислотами и щелочами резиновые перчатки и за
щитные очки обязательны.

5. Обращаться со стеклянной посудой, оборудованием и нагрева
тельными приборами следует осторожно.

6. На лабораторных столах должно быть минимальное количество 

нефтепродуктов, необходимое для выполнения работ.

7. При выполнении работ с нагревательными приборами во избежа
ние ожогов необходимо пользоваться держателем, щипцами, полотенцем и т. д.

8. При работе с этилированным бензином следует соблюдать осо
бую осторожность. При попадании его на кожный покров рук и лица 
нужно вымыть их теплой водой с мылом.

9. Пить воду из лабораторной посуды категорически запрещается.
10. По окончании работ следует обязательно вымыть руки с мылом.

Правила пожарной безопасности

1. Перед выполнением лабораторных работ студент обязан ознако
миться с правилами пожарной безопасности, получить инструктаж от 
преподавателя и расписаться в журнале по технике безопасности.

2. Хранить вблизи горелок и других нагревательных приборов лег
ковоспламеняющиеся и горючие жидкости нельзя.

3. При нагревании воспламеняющихся жидкостей не следует остав
лять без наблюдения приборы.

4. Для нагревания легковоспламеняющихся жидкостей нужно поль
зоваться водяной баней, закрытой электроплитой или песочной ванной.

5. Остатки образцов нефтепродуктов и растворителей, обтирочные 

материалы, пропитанные нефтепродуктами, должны быть удалены лаборантом в специально отведенные места.

6. Курить в помещении лаборатории категорически воспрещается.
7. По окончании работ рабочее место следует привести в порядок: 

выключить электронагревательные приборы, воду, убрать образцы 
нефтепродуктов и растворителей.

8. При возникновении пожара (или вспышки) немедленно убрать не 

охваченные огнем нефтепродукты. Загоревшиеся нефтепродукты заливать водой нельзя. Очаг пламени нужно накрыть кошмой, асбестом или 
засыпать песком. При тушении пожара следует пользоваться углекислотным огнетушителем. Нагревательные приборы, приточно-вытяжную 
вентиляцию при этом немедленно отключить.

Лабораторная работа 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА НЕФТИ

И СВЕТЛЫХ НЕФТЕПРОДУКТОВ

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Фракция – это часть нефти либо нефтепродукта, полученная в про
цессе перегонки при конкретной температуре, свойства которой отвечают требованиям стандарта или техническим условиям на товарный 
продукт.

Фракционирование – это разделение нефти, нефтепродукта либо 

другой жидкости в процессе перегонки на отдельные части, дистилляты 
(фракции), отличающиеся по составу и выкипающие в узком интервале 
температур не более 5-6 °С друг от друга. Чем меньше интервал температур, тем выше качество фракции. 

Процесс получения различных фракций называется ректификацией.

Процесс ректификации происходит в специальном аппарате, именуемом 
колонной, носит характер тепло- и массообменного процесса паровой и 
жидкой фаз и отличается высокой степенью очистки фракций при получении целевого продукта.

Фракционный состав в процессе ректификации отражает зависи
мость количества продукта от температуры кипения. Такую зависимость имеют любые смеси веществ, выкипающих при различных температурах. Для индивидуальных веществ с определенной температурой 
кипения, например для воды, такой зависимости нет, поскольку она 
начинает кипеть при 100 °С и полностью выкипает при постоянной 
температуре, называемой температурой кипения.

Например, при нагревании сосуда с водой до 100 °С при нормаль
ных условиях и сохранении процесса подогрева вода начнет кипеть и 
постепенно испаряться. При продолжении нагревания вода полностью 
выкипает и испаряется при температуре 100 °С. При нагреве нефти до 
температуры кипения и выдерживании ее в этом процессе полного испарения не происходит, поскольку нефть не является индивидуальным 
соединением, а образована смесью сложных высокомолекулярных соединений.

В основе всех методов определения фракционного состава нефти 

лежит дистилляция – тепловой процесс разделения сложной смеси углеводородов нефти на отдельные фракции с различными температурными интервалами кипения в результате испарения нефти с последующей дробной конденсацией образовавшихся паров.

Различают три варианта дистилляции нефти:
- простую дистилляцию, связанную с полной конденсацией паров, 

образующихся при испарении нефти;

- дистилляцию с дефлегмацией, происходящую с конденсацией ча
сти высококипящих (тяжелых) фракций из образовавшихся паров при 
испарении нефти и возвращением их в виде флегмы (конденсата) в кипящую нефть, сопровождающуюся полной конденсацией оставшихся 
паров, обогащенных низкокипящими (легкими) компонентами;

- ректификацию, представляющую собой дистилляцию с много
кратно повторяющейся дефлегмацией паров и одновременным испарением низкокипящих компонентов из образующейся флегмы, чем достигается максимальная концентрация паров низкокипящих фракций до их 
полной конденсации.

Простая дистилляция позволяет получить наименьшую степень чет
кости выделения компонентов при разделении кипящей нефти на фракции, а ректификация – наибольшую.

Подобные варианты дистилляции нефти положены в основу лабора
торных методов определения фракционного состава нефти и нефтепродуктов.

В процессе дистилляции температуру паров нефти или нефтепро
дуктов фиксируют с помощью термометра, установленного в узкой части горловины колбы, в моменты:

- падения первой капли в приемник (температура начала кипения);
- достижения объема жидкости в приемнике 10, 20, 30, 50, 90 мл 

и т.д.;

- достижения температурой по термометру максимума и последую
щей температурой начала ее снижения, которая называется температурой конца кипения.

Полученные результаты измерений заносятся в таблицу, на основе 

данных которой строится график кривой разгонки фракционного состава. Такой метод определения фракционного состава наиболее прост в 
реализации. Он стандартизирован практически во всех странах (в России – по ГОСТ 2177-85).

Для разгонки бензина ванну холодильника заполняют льдом и зали
вают водой с температурой, поддерживаемой от 0 до 5 °С.

При разгонке нефтепродуктов с более высокими температурами ки
пения производится охлаждение проточной водой, подаваемой через 
нижний патрубок ванны и отводимой через верхний. Температура отводимой воды не должна превышать 30 °С.

При перегонке дизельного топлива температура воды в холодильни
ке в начале перегонки должна быть 50±2 °С, а к концу перегонки может 
подниматься до 60-70 °С за счет теплообмена.

При разгонке нефти методом простой дистилляции температура ки
пения при атмосферном давлении должна быть не выше 320-340 °С, 
поскольку простая дистилляция точно также, как и прямая перегонка, 
основана на физическом разделении углеводородов на части (фракции),
не разрушающем химическую природу в зависимости от температуры 
их кипения.

Поэтому при превышении указанных температур при атмосферном 

давлении более высококипящие углеводороды, входящие в состав 
нефти, могут подвергаются термической деструкции (крекингу), привести к нарушению химической природы нефти, поскольку разложение 
углеводородов начинается раньше достижения температуры кипения.

Для более глубокого фракционирования требуется снижение давления 

(вакуум), который используется в вторичных процессах, основанных на 
химическом методе переработки для получения товарных продуктов.

Продуктами прямой перегонки (прямой дистилляции) нефти являются 

фракции (дистилляты).

Рис. 1. Образцы различных фракций нефти

Бензиновая фракция имеет предел выкипания 28...180 °С; при по
вторной перегонке из нефти могут быть выделены легкие нефтепродук

ты: петролейный эфир (40-70 °С), бензины (С5Н12 – С10Н22; С5 – пентан; 
С6 – гексан; С7 – гептан; С8 – октан; С9 – нонан; С10 – декан): авиационный (70-100 °С), автомобильный (100-120 °С).

Кроме того, при четкой ректификации получают фракции с узки
ми интервалами температур (28-62, 62-85, 85-105, 105-140, 85-140,
85-180 °С), служащие сырьем для процессов каталитического риформинга высокооктановых компонентов автомобильных и авиационных 
бензинов, в качестве сырья для производства этилена.

Керосиновая фракция с температурами выкипания 120-230 (240) °С

используется как топливо для реактивных двигателей. Фракции с температурами выкипания 150-280 °С или 150-315 °С из малосернистых 
нефтей используют как осветительные керосины, 140-200 °С – как растворитель (уайт-спирит) для лакокрасочной промышленности.

Дизельная фракция, выкипающая при 140-320 (340) °С, использу
ется в качестве зимнего дизельного топлива, при 180-360 (380) °С – в 
качестве летнего дизельного топлива. При прямой перегонке нефти выход бензина составляет 13-17 %, топлива для реактивных двигателей –
16,5-17,5 %, дизельного топлива – 18-20 %.

Мазут (нефтяные остатки), остающийся после отгона топливных 

фракций (60-80 % от массы исходной нефти), используется для получения масел и крекинг-бензинов. Средний выход бензиновых фракций при 
разгонке может колебаться от 15 до 25 %. На долю остальных топлив 
приходится 20-30 %.

Широкая масляная фракция с температурами выкипания 350-500 °С

и 350-540 °С – вакуумный газойль – используется в качестве сырья каталитического крекинга и гидрокрекинга. 

Гудрон (остаток вакуумной перегонки мазута) подвергается деас
фальтизации и коксованию с целью углубления переработки нефти.
Гудрон используется в производстве битума, остаточных базовых масел. Он состоит из смолисто-асфальтеновых соединений.

Смолисто-асфальтеновые вещества представляют собой слож
ную смесь высокомолекулярных соединений смешанных структур, 
содержащих азот, серу, кислород и металлы. Подобных веществ много в тяжёлой нефти Казахстана, Средней Азии, Башкирии. Их летучесть, т.е. испаряемость невелика, поэтому в бензиновый и керосиновый дистилляты они не попадают. Наиболее богаты смолисто