Нефть представляет собой вязкую, несколько маслянистую жидкость темно-коричневого, иногда зеленоватого цвета. Плотность нефтей колеблется от 820 до 900 кг/м3, хотя на отдельных месторождениях добывают более легкие или тяжелые нефти.

В состав нефти входят следующие химические элементы: углерод (82…87%), водород (11…14%), сера (0,1… 7%), азот (0,001… 1,8%), кислород (0,05… 1%). Основными компонентами нефти являются углеводороды — алка-ны, циклоалканы и арены. Алканы (парафиновые углеводороды) имеют общую эмпирическую формулу С,,Н2„+2. Они характеризуются предельным насыщением водородом, в связи с чем известны также под названием предельных углеводородов. Плотность и температура кипения парафинов повышаются с ростом молекулярной массы. Поэтому парафиновые углеводороды с числом атомов 16 и выше представляют собой твердые вещества и находятся в нефти в растворенном состоянии. Содержание парафинов в нефтях равно 30…35%, однако в некоторых случаях может доходить до 50%.

В среднем в нефтях содержится от 25 до 75% циклоалканов. Арены (ароматические углеводороды) отличаются наличием в молекуле группы атомов углерода, называемых бензольным кольцом. Нефти содержат 10… 20% аренов, которые обычно представлены бензолом, его гомологами и производными нафталина.

Наряду с углеводородами нефть содержит различные сернистые соединения, органические кислоты, азотистые соединения, а также асфальто-смолистые вещества. Ряд из них несмотря на незначительное содержание оказывают отрицательное влияние на свойства нефтяных топлив. Так, некоторые из сернистых соединений ведут к проявлению сильного коррозионного воздействия на металлы. Наличие органических кислот, получивших название нафтеновых, также способствует коррозии металлических изделий. Особенностью асфальто-смолистых веществ является склонность к отложениям и повышенным нагарам.

В процессах переработки нефти образуются непредельные соединения. Такими соединениями являются, например, олефиновые углеводороды. Для непредельных углеводородов характерна низкая химическая стойкость, в связи с чем их присутствие в нефтепродуктах нежелательно.

При разнообразии содержащихся углеводородов особенностью нефти является также широкий температурный диапазон выкипания. Уже при нагреве до 30…40 °С из нефти начинают испаряться наиболее легкие углеводороды. С повышением температуры состав выкипающих углеводородов становится тяжелее. Это позволяет разделить нефть на части или фракции, выкипающие в определенных температурных пределах. Получаемые продукты называют дистиллятами, а сам процесс — прямой перегонкой нефти.

Обычно выделяют дистилляты со следующими пределами выкипания:
Бензиновый……….28…180 °С
Лигроиновый …. 110…230 °С
Керосиновый …. 120…315 °С
Газойлевый……….230…330 °С
Соляровый……….280…380 °С
Масляный……….320…500 °С

Прямая перегонка является первичным и обязательным процессом переработки нефти в топлива и масла. Она осуществляется путем испарения нефти в трубчатых печах с последующим разделением фракций в ректификационных колоннах. В трубчатой печи нефть нагревается до температуры 330…350 °С и затем подается в среднюю часть ректификационной колонны. Жидкий остаток стекает вниз, а углеводородные пары поднимаются вверх и конденсируются по пути в виде дистиллятов на так называемых ректификационных тарелках. Эти тарелки установлены на различной высоте колонны. На первых тарелках конденсируются тяжелые углеводороды, несколько выше — более легкие. Наиболее легкие углеводороды отводятся с верха колонны в газообразном виде.

В атмосферной ректификационной колонне получают топливные дистилляты. После перегонки остается мазут, который может подвергаться дальнейшему разделению либо использоваться на установках крекинга или в качестве топлива (топочного мазута). Нефтяные смеси термически нестойкие, в связи с чем во избежание их разложения при перегонке мазутов применяют вакуум, снижающий температуру кипения. Испарение мазутов осуществляют в вакуумных трубчатых установках, а их разделение — в вакуумных ректификационных колоннах. В верхней части вакуумной колонны конденсируются соляровые фракции, ниже — масляные, идущие на приготовление товарных масел. Жидкий остаток наиболее, тяжелых фракций мазута — полугудрон или гудрон — собирается в нижней части вакуумной колонны.

Для улучшения эксплуатационных свойств нефтепродукты подвергаются специальной очистке. Например, для удаления сернистых, азотистых, кислородных, металло-органических и непредельных соединений используется гидроочистка. В процессе гидроочистки соединения, содержащие серу, азот или кислород, путем реакции с водородом переводятся в газообразные, легко удаляющиеся продукты. Гидроочистка проводится при температуре 350…420 °С и давлении 1,7…4,0 МПа в присутствии катализаторов. Гидроочистку применяют для обессеривания дизельных топлив, для очистки масел, а также при подготовке сырья для некоторых вторичных процессов переработки нефти.

Для удаления из топливных дистиллятов некоторых кислородных и сернистых соединений применение находит также очистка щелочью. Этот процесс заключается в добавлении щелочи в очищаемый нефтепродукт с последующим удалением водных растворов образующихся веществ совместно с остатками щелочи.

При разгонке ряда нефтей в получаемых высококипя-щих топливных и масляных дистиллятах содержится большое количество соединений, застывающих при сравнительно высоких температурах. К этим соединениям относятся главным образом парафиновые и некоторые циклические углеводороды. Их наличие ухудшает эксплуатационные свойства нефтепродуктов при пониженных температурах применения. Для удаления этих углеводородов используются различные методы депарафинизации. При производстве дизельных топлив зимних сортов распространение получила так называемая карбамидная депара-финизация. Этот метод основан на свойстве карбамида (мочевины) образовывать комплексные соединения с парафинами, которые достаточно просто отделяются от остальных углеводородов. Депарафинизация масляных дистиллятов осуществляется с помощью их охлаждения до низких температур с последующим отделением образующихся твердых кристаллов углеводородов на специальных фильтрах-прессах.

Прямая перегонка нефти обеспечивает лишь ограниченное количество топливных дистиллятов, не удовлетворяющих постоянно растущий спрос на моторное топливо. Большинство нефтей содержит 15…20% бензиновых дистиллятов и 45…55% фракций, перегоняющихся до 300…350 °С. Поэтому для получения большего количества (увеличения выхода) моторных топлив (в первую очередь бензинов) используются методы химической переработки нефти, получившие название вторичных процессов.

Наибольшую известность получил крекинг-процесс, заключающийся в расщеплении крупных молекул под действием высоких температур (термический крекинг) или в присутствии катализатора (каталитический крекинг). Из-за невысокого качества бензинов термического крекинга в настоящее время используются главным образом процессы каталитического крекинга. Каталитический крекинг проводится при температуре 450… 530 °С и давлении 0,07…0,3 МПа. В качестве катализатора обычно применяются алюмосиликаты (75…80% окиси кремния и 10…20% окиси алюминия). С помощью каталитического крекинга получают бензин с октановым числом до 85 ед. и керосино-газойлевые фракции, используемые в качестве реактивного и дизельного топлива.

Процесс, сочетающий крекирование и гидрирование (присоединение водорода), получил название гидрокрекинга. Гидрокрекинг проводится при температуре 360…440 °С под давлением 15…17 МПа в присутствии водородосодержащего газа. В зависимости от условий процесса и типа сырья гидрокрекинг позволяет получить из керосино-соляровых фракций, вакуумных дистиллятов и остаточных продуктов бензины, реактивные и дизельные топлива.

Для улучшения одного из важнейших эксплуатационных свойств бензина — стойкости к детонации — используются процессы риформинга. Различают два вида рифор-минга: термический и каталитический. Наиболее широкое-применение в промышленности нашел каталитический риформинг, позволяющий из прямогон-ного бензина получить риформинг-бензин. Этот бензин содержит значительное количество (65…75%) ценных ароматических углеводородов, что позволяет их использовать для повышения детонационной стойкости товарных бензинов.

Каталитический риформинг протекает в среде водорода при температуре 500…540 °С, давлении 1,5…4 МПа и в присутствии катализатора. В качестве катализатора промышленное применение получила платина на окиси алюминия, отчего такой процесс получил название платфор-минга.

Компоненты бензинов с высокой детонационной стойкостью получают также с помощью процессов алкилиро-вания и изомеризации. Алкилирование представляет собой реакцию введения алкильных радикалов в органическое соединение. Путем алкирования вырабатывают ценные компоненты бензинов, известные под названием алкилата и алкилбензола. Изомеризация ведет к перегруппировке атомов в молекуле с образованием молекулы с изоструктурой, которая обеспечивает необходимые свойства топлива.

Очистка и вторичные процессы существенно улучшают эксплуатационные свойства топлив, однако недостаточны для удовлетворения всех требований двигателей современных автомобилей. Поэтому на заключительном этапе производства топлива после смешения продуктов прямой перегонки и вторичных процессов осуществляется добавление различных присадок. Присадки это вещества, добавка которых в небольших количествах существенно улучшает один или ряд показателей эксплуатационных свойств нефтепродуктов.

Производство нефтепродуктов и нефтехимического сырья из нефти осуществляется на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ). При переработке нефти применяются различные технологические процессы, тип и режимные условия которых определяются специализацией завода и характеристиками используемого сырья — нефти.