Nafta – tai sudėtingas angliavandenilių mišinys, kuriame be anglies ir vandenilio atomų gali būti ir sieros, azoto, deguonies junginių. Ši cheminė įvairovė lemia, kad skirtingų telkinių nafta turi nevienodą klampumą, spalvą, tankį bei kitas fizikines charakteristikas. Šios savybės tiesiogiai veikia naftos kokybę ir jos perdirbimo bei naudojimo būdus. Išsamiau pažvelkime į pagrindines fizines naftos savybes bei jų svarbą.
1. Tankis ir API (American Petroleum Institute) laipsnis
Tankis – viena iš pamatinių naftos fizinių savybių, kuri nurodo, kiek masės telpa tam tikrame tūryje.
- Mažo tankio, lengva nafta paprastai yra vertingiausia, nes joje gausu lengvųjų frakcijų (benzinui, žibalui, dyzelinui gaminti).
- Didelio tankio, sunki nafta turi daugiau sunkiųjų angliavandenilių, tokių kaip asfaltiniai junginiai. Tokiai naftai perdirbti reikia sudėtingesnių technologinių procesų, dažnai didesnių sąnaudų.
Naftos API laipsnis (angl. API gravity) yra speciali skalė, kurią sukūrė Amerikos naftos institutas. Ji padeda įvertinti naftos „lengvumą“ ar „sunkumą“ nepriklausomai nuo tradicinių tankio vienetų. Kuo didesnis API laipsnis, tuo nafta lengvesnė.
- >31,1° API: „lengva“ nafta (light crude)
- 22,3°–31,1° API: „vidutinė“ nafta (medium crude)
- <22,3° API: „sunki“ nafta (heavy crude)
Ši klasifikacija ypač svarbi naftos perdirbimo gamykloms, nes lengvesnės naftos perdirbimas dažnai pigesnis ir efektyvesnis.
2. Klampumas
Klampumas apibūdina, kaip lengvai skystis teka. Kuo mažesnis klampumas, tuo lengviau skystis slysta vamzdynais bei gręžiniais.
- Lengva nafta (mažiau klampi) paprastai lengviau pumpuojama, todėl gavybos sąnaudos būna mažesnės.
- Sunki nafta (didelio klampumo) primena tirštą dervą, ją sudėtinga išgauti ir transportuoti: dažniausiai reikia šildymo ar specialių tirpiklių, kad srautas būtų pakankamai sklandus.
Klampumas priklauso ne tik nuo cheminės sudėties, bet ir nuo temperatūros. Pavyzdžiui, kai temperatūra didėja, net ir labai klampi nafta gali tapti lengviau pumpuojama. Šis efektas praktikoje išnaudojamas, šildant vamzdynus ar telkinius, kad išgautų sunkesnę naftą.
3. Spalva ir išvaizda
Nafta dažniausiai asocijuojasi su tamsiai ruda ar juoda spalva, tačiau pasaulyje randamos ir kitų atspalvių – nuo tamsiai žalsvos ar rusvos iki beveik skaidrios, ypač jeigu joje vyrauja itin lengvi angliavandeniliai.
- Tamsi spalva paprastai rodo didelę sieros ir dervinių medžiagų koncentraciją.
- Šviesesnė spalva gali rodyti, kad nafta yra lengvesnė ir turi mažiau kietųjų arba sunkesnių frakcijų.
Be to, naftos blizgumas ir fluorescencija gali skirtis, atspindėdami skirtingus cheminius junginius jos sudėtyje.
4. Sieros kiekis (saldus vs. rūgštus)
Daugelis naftos rūšių klasifikuojamos ne tik pagal tankį, bet ir pagal sieros kiekį.
- Saldžioji (sweet) nafta: sieros kiekis mažesnis nei 0,5 %. Ji yra vertingesnė, nes lengviau perdirbti ir atitinka griežtesnius aplinkosauginius standartus.
- Rūgščioji (sour) nafta: sieros kiekis viršija 0,5 %. Tokiai naftai nukenksminti reikia papildomų technologinių etapų (pvz., hidrinio valymo), nes degant susidaro sieros junginiai, kurie teršia aplinką, gali pažeisti įrenginius.
Sieros junginių kiekis tiesiogiai susijęs su perdirbimo kaštais: kuo daugiau sieros, tuo sudėtingesnis rafinavimo procesas. Neretai rūgščioji nafta turi ir kitokių nepageidaujamų priemaišų, pavyzdžiui, metalų, kurie taip pat veikia galutinę produkto kokybę.
5. Distiliacijos intervalas ir frakcijos
Naftos distiliacijos intervalas – tai temperatūrų diapazonas, kuriame iš jos išgaruoja skirtingos frakcijos (nuo lengviausių – dujų, propano/butano, iki sunkiausių – mazuto, bitumo). Ši charakteristika ypač svarbi rafinavimo įmonėms.
- Žemesnės virimo temperatūros frakcijos apima benziną, lakias dujas (LPG), žibalą (naudoja lėktuvai ir buitiniai šildytuvai).
- Aukštesnės – sunkesnės dalys, pavyzdžiui, dyzelinas, mazutas, tepalinės frakcijos, bitumas.
Skirtingi naftos cheminės sudėties ypatumai lemia, kad distiliacijos kreivė kiekvienoje perdirbimo gamykloje gali „pasiskirstyti“ skirtingai. Tai daro įtaką tam, koks procentas produkto (pavyzdžiui, benzino) gaunamas iš tam tikro naftos tipo.
6. Garavimo ir užsidegimo temperatūra
Garavimo temperatūra apibūdina, kaip lengvai skystis išgaruoja. Kuo didesnis lengvųjų angliavandenilių kiekis, tuo lengviau nafta garuoja, todėl svarbu šią ypatybę kontroliuoti sandėliuojant bei transportuojant.
Užsidegimo temperatūra (angl. flash point) rodo, kokiomis sąlygomis garai gali suformuoti degųjį mišinį su oru ir užsiliepsnoti, pasiekus tam tikrą temperatūrą bei atsiradus kibirkščiai. Saugos sumetimais užsidegimo temperatūra privalo būti žinoma tiek transportuojant, tiek naudojant naftą bei jos produktus. Pavojinga, kai užsidegimo temperatūra yra žema, nes tai lemia didesnę gaisrų ar sprogimų riziką.
7. Tirpumas
Iš esmės nafta netirpsta vandenyje dėl savo nepolinės prigimties (angliavandeniliai nesimaišo su poliniais vandens molekulės ryšiais). Būtent dėl to naftos išsiliejimai jūroje sudaro plūduriuojančius sluoksnius, užteršiančius vandenį bei pakrančių ekosistemas.
Tačiau kai kuriose tirpikliuose (pvz., benzine, kitose organinėse medžiagose) nafta gali gana gerai tirpti. Šis skirtumas tarp tirpumo vandenyje ir kitose cheminėse medžiagose daro didelę įtaką valant naftos dėmes ar perdirbant jos komponentus.
8. Kvapas ir lakiųjų junginių išsiskyrimas
Naftos kvapas – dar viena fizinė savybė, kuri skiriasi priklausomai nuo sieros ar kitų lakiųjų junginių kiekio. Kai kurios naftos rūšys turi aštrų, stiprų „kiaušinių“ ar supuvusios sieros kvapą (tai dažna rūgščiojoje naftoje).
Kvapo intensyvumas susijęs su lakiosiomis medžiagomis, kurios lengviau išgaruoja ir gali būti toksiškos žmonėms ar gyvūnijai. Dėl šios priežasties naftos gavybos ar perdirbimo zonose reikalinga gera ventiliacija, o darbuotojai turi laikytis saugumo protokolų, kad nesikauptų kenksmingos dujinės medžiagos.
9. Temperatūros įtaka fizinėms savybėms
Visos išvardytos fizinės savybės – tankis, klampumas, užsidegimo temperatūra, lakumas – yra dinamiškos ir kinta priklausomai nuo šilumos. Pakilus temperatūrai:
- Sumažėja klampumas, todėl nafta lengviau teka.
- Gali padidėti garų slėgis (išsiskiria daugiau lakiųjų komponentų).
- Gali kisti užsidegimo temperatūros ribos, priklausomai nuo garų susidarymo greičio.
Ši priklausomybė nuo temperatūros labai svarbi tiek gavybos, tiek perdirbimo metu. Pavyzdžiui, jūrų platformose, kur temperatūros gali būti žemos, klampi nafta sunkiau siurbiama, todėl neretai būtina ją pašildyti.
Naftos fizinių savybių apibendrinimas
Naftos fizinės savybės – tai kompleksinis rinkinys rodiklių, apibrėžiančių jos kokybę bei tinkamumą konkrečioms reikmėms. Nors terminas „nafta“ dažnai vartojamas apibendrintai, realybėje egzistuoja gausybė naftos rūšių, besiskiriančių savo tankiu, klampumu, sieringumu ir kitomis fizikinėmis ypatybėmis.
Būtent šie skirtumai nulemia, kiek sudėtingas ir brangus bus naftos perdirbimas, kokius naftos produktus ji „duos“, kiek naudos ir kokių iššūkių sukels gavybos, transportavimo bei naudojimo metu. Aiškus šių savybių suvokimas yra būtinas naftos pramonėje, siekiant ekonomiškai bei ekologiškai tvarių rezultatų.