Нефть сегодня используется как основа для производства топлива, масел, каучуков, пластмасс и синтетических волокон. Первичная дистилляция и вторичные каталитические процессы (крекинг, риформинг) позволяют получать широкий ассортимент нефтепродуктов. Они работают с начала развития нефтепереработки и остаются актуальными.
Черное золото закрывает 32% мировых потребностей в энергоносителях, особенно важное для транспорта. Ежегодно сжигается свыше 3 млрд тонн нефти, а для сжигания 10 кг топлива требуется 15 кг воздуха. Главным источником загрязнения остаются автомобили, их число неуклонно растет.

Физические характеристики

Нефть — это вязкая жидкость с разными оттенками. Базово она темно-бурая. Но часто черная, бурая, иногда красноватая, зеленоватая или даже с преобладанием оранжевого. В плотности варьирует. Показатели могут различаться почти в два раза. Поэтому ее разделяют на легкой (до 850 кг/мі) или средней плотности (850–900 кг/мі), и тяжелую фракцию (более 900 кг/мі). Выделяемое тепло от сгорания эквивалентно 43,7 до 46,2 МДж/кг.

Состав

Состоит в основном из углеродно-водородных соединений. В процентном выражении их до 98% нефти по весу (до 87% — углерода, до14,5% — водорода). Кроме того, в составе есть небольшое количество кислородных, серных и азотных элементов. Этих примесей около 2–3% нефти по весу, в том числе кислород — от 0,05 до 1%, сера — от 0,1 до 7%, азот — от 0,001 до 1,8%.

Типы соединений

Все углеводородные соединения из нефти разделяются на три основные группы: парафиновых (алканов), нафтеновых (цикланов) и ароматических (аренов или бензольных).
Алканы составляют до 35% от общего состава, иногда достигают половины. Это углеводороды с максимальным числом атомов водорода в молекуле CnH2n+2. К ним относят одноатомный углеводород (CH4), двуатомный (C2H6), трехатомный (C3H8) и четырехатомный (C4H10), которые при 0 °С и 760 мм рт. ст. находятся в фазе газа.
Парафины с 5–15 атомами углерода стандартно в жидком состоянии, а с 16 и выше постепенно твердеют. С увеличением массы молекул кипение и плавление имеют более высокую температуру. Они устойчивы в стандартных условиях, но легко разлагаются если температура и давление высоки.

Цепочечные углеводороды парафинового типа с различной структурой улучшают стойкость бензина к детонации, а линейные — повышают самовоспламенению дизтоплива.
Цикланы лежат в основе 25–75% нефтепродуктов. С циклической структурой, имея 5-6 углеродных атомов в кольце и закипая при более высокой температуре, чем парафиновые.
Летучие углеводороды нафтенового класса используют в горючем для двигателей с карбюраторным впрыском. Более сложные фракции служат для улучшения свойств смазочных масел. Снижают их температуру замерзания и увеличивают срок хранения.
Ароматические углеводороды, присутствуют в 10–20% нефти, также циклической структуры, их молекула — CnH2n–6.

Хорошо предотвращают детонацию и устойчивы к химическим изменениям при повышении температуры. Это полезно в бензине, но нежелательно для дизельного топлива.

Примеси

В топливе могут присутствовать примести олефиновых (алкенов) и диолефиновых (алкадиенов) углеводородных соединений. Их структура цепная, но с двойными связями между атомами углерода.
Примеры — этилен (C2H4) и пропадиен (C3H4). Они не присутствуют в нефти изначально, но образуются при переработке. Их наличие в топливе нежелательно, потому что неустойчивы и снижают химическую стабильность бензина. Кроме углеводородов, в нефти есть сернистые соединения, органические кислоты, азотистые вещества и асфальто-смолы. Они образуются при взаимодействии с кислородом.
Органические кислоты (нафтеновые) и сернистые соединения вызывают коррозию металлов. Асфальто-смолистые вещества приводят к образованию отложений и нагарам, а также придают нефти темный цвет. Сера делится на активную (например, сера, меркаптаны и сероводород), которая вызывает коррозию, и неактивную (сульфиды), не вызывающую ее.
Нефть бывает малосернистой (до 0,5%) и сернистой (свыше 0,5%), в зависимости от объема содержания серы. Некоторые ее соединения придают неприятный запах. Азот встречается в небольших количествах, в основном в тяжелых фракциях нефти. Он не влияет значительно на качество нефтепродуктов. Снижение запасов нефти и рост цен привели к большему использованию природного и попутного газа в транспорте.

Запасы и использование

Общие запасы природного газа в России и СНГ составляют более 48 трлн мі, составляют треть мировых запасов. Месторождения бывают трех типов: газовые (содержат до 98% метана, этан, пропан, бутаны), газоконденсатные (с переменным количеством жидких углеводородов, пентана, гексана, гептана) и газ, залегающий рядом с нефтью, но не растворенный в ней (по составу схож с газоконденсатным). Природный газ также может содержать азот, углекислый газ, гелий и аргон. Кроме нефти, для производства автомобильных топлив используют уголь, торф, сланцы, биомассу и водород.