Химический состав нефти
Главные элементы, из которых состоят компоненты нефти – углерод и водород. Содержание углерода и водорода в различных нефтях колеблется в сравнительно узких пределах и составляет в среднем для углерода 83,5-87% масс., для водорода 11,5-14% масс. По высокому содержанию водорода нефть занимает исключительное положение среди остальных каустобиолитов. В гумусовых углях содержание водорода в среднем 5% масс., в твердых сапропелитовых образованиях – 8% масс. Повышенное содержание водорода объясняет жидкое состояние нефти.
Наряду с углеродом и водородом во всех нефтях присутствуют сера, кислород и азот. Азота в нефтях от 0.001-0,3 до 1,8% масс. Содержание кислорода колеблется в пределах 0,1-1,0% масс. Однако в некоторых высокосмолистых нефтях оно может быть и выше.
Значительно отличаются нефти по содержанию серы. В нефтях многих месторождений серы сравнительно мало 0,1-1,0% масс. Но доля сернистых нефтей с содержанием серы от 1 до 3% масс. в последнее время значительно возросла. Существуют и сильно осерненные нефти с содержанием серы выше 3% масс.
В очень малых количествах в нефтях присутствуют другие элементы, главным образом, металлы (ванадий, никель, магний, хром, титан, кобальт, калий, кальций, натрий и др.). Обнаружены также фосфор и кремний. Содержание этих элементов выражается незначительными долями процента. В различных нефтепродуктах был найден германий с содержанием 0,15 - 0,19 г/т.
В соответствии с элементным составом основная масса компонентов нефти – углеводороды. В низкомолекулярной части нефти, к которой мы условно можем отнести вещества с молекулярной массой не более 250 - 300 и перегоняющиеся до 300-350о С, присутствуют наиболее простые по строению углеводороды. Они принадлежат к следующим гомологическим рядам:
СпН2п+2 – парафины, метановые углеводороды, алканы;
СпН2п - циклопарафины, моноциклические полиметиленовые
углеводороды, нафтены, цикланы (алкилциклопентаны и алкилциклогексаны);
СпН2п-2- дициклопарафины, бициклические полиметиленовые
углеводороды (пятичленные, шестичленные и смешанные);
СпН2п-4 – трициклопарафины, трициклические полиметиленовые углеводороды (пятичленные, шестичленные и смешанные);
СпН2п-6 – моноциклические ароматические углеводороды, бензольные углеводороды, арены;
СпН2п-8 – бициклические смешанные нафтено-ароматические углеводороды;
СпН2п-12 – бициклические ароматические углеводороды.
В бензиновой фракции практически присутствуют только три класса углеводородов: алканы, цикланы и ароматические ряда бензола. В керосиновой
и газойлевой фракциях значительную долю составляют би- и трициклические углеводороды.
Непредельных углеводородов с ненасыщенными связями в цепи, как правило, в сырых нефтях нет. Имеются отдельные нефти с незначительным содержанием непредельных углеводородов (Бредфорд, США).
Помимо углеводородов в низкомолекулярной части нефти присутствуют: - кислородные соединения – нафтеновые кислоты, фенолы;
- сернистые соединения – меркаптаны, сульфиды, дисульфиды, тиофены;
- азотистые соединения – пиридиновые основания и амины.
Количество всех этих гетероатомных веществ, перегоняющихся в пределах 300-350оС невелико, так как основная масса кислорода, серы и азота концентрируется в высокомолекулярной части нефти.
При заводской перегонке сернистых нефтей, вследствие термического разложения сложных гетероатомных соединений, в товарных светлых дистиллятах может накопиться до 5% масс. и более низкомолекулярных сернистых соединений.
При оценке содержания гетероатомных соединений надо учитывать, что в сернистых, кислородных и азотистых соединениях сера, кислород и азот связаны с различными углеводородными радикалами и на 1ч (масс.) этих элементов приходится 10 - 20 ч (масс.) углерода и водорода.
Мало изучен химический состав высокомолекулярной части нефти, к которой условно относят вещества, перегоняющиеся выше 350о С. Речь идет о мазуте, масляных фракциях и гудроне. Молекулярная масса компонентов этой части нефти колеблется от 300 до 1000. Эта часть нефти представляет собой смесь веществ разнообразного состава и строения.
Основные типы соединений, входящие в эту смесь:
- высокомолекулярные парафиновые углеводороды СпН2п+2;
- моно- и полициклические циклопарафиновые углеводороды с длинными или короткими боковыми парафиновыми цепями от СпН2п до СпН2п-10 ;
- моно- и полициклические ароматические углеводороды с боковыми парафиновыми цепями от СпН2п-6 до СпН2п-36 ;
- смешанные (гибридные) полициклические нафтено-ароматические углеводороды с боковыми парафиновыми цепями от СпН2п-8 до СпН2п-22;
- разнообразные органические соединения полициклического гибридного характера, молекулы которых состоят из чисто углеродных колец, циклов, содержащих гетероатомы – серу, кислород или азот, а также длинных или коротких парафиновых цепей;
- смолисто-асфальтеновые вещества – смолы и асфальтены; эти наиболее сложные по строению вещества нефти характеризуются полициклическим строением и обязательным присутствием кислорода, в них также концентрируется основная масса азота и металлов; содержание смол в некоторых нефтях доходит до 30-40%масс.
Основные типы соединений, входящие в нефть. Парафиновые углеводороды. Углеводороды этого класса органических соединений присутствуют во всех нефтях и являются одной из основных составных ее частей. Распределяются они по фракциям неравномерно, концентрируясь в нефтяных газах и бензиново-керосиновых фракциях. В масляных дистиллятах их содержание резко падает. Для некоторых нефтей характерно полное отсутствие парафинов в высококипящих фракциях.
Газообразные углеводороды метан, этан, пропан, бутан, изобутан, 2,2-диметилпропан при нормальных условиях находятся в газообразном состоянии. Все они входят в состав природных и нефтяных попутных газов.
Газы нефтяных месторождений называются попутными нефтяными газами. Эти газы растворены в нефти и выделяются из нее при выходе на поверхность. Состав нефтяных попутных газов отличается от сухих содержанием этана, пропана, бутанов и высших углеводородов.
Жидкие углеводороды. По своим температурам кипения углеводороды от пентана до декана и все их изомеры должны попасть при разгонке нефти в бензиновый дистиллят.
Твердые углеводороды. Твердые парафины в нефтях находятся в растворенном или взвешенном кристаллическом состоянии. В парафинистых и высокопарафинистых нефтях их содержание повышается до 10-20% масс. При перегонке мазута в масляные фракции попадают парафины, имеющие состав С18-С35. В гудронах концентрируются более высокоплавкие углеводороды С36-С53 – церезины.
Присутствие твердых углеводородов в смазочных и специальных маслах недопустимо, так как они повышают температуру застывания и уменьшают подвижность масел при низких температурах. Поэтому масла подвергают специальной очистке – депарафинизации.
Метановые углеводороды относятся к ряду С„Н2п+2, они занимают исключительно важное место среди углеводородов нефти. Так, природные газы представлены исключительно метановыми углеводородами и чаще всего почти целиком самим метаном. Легкие фракции любых жидких нефтей также почти целиком состоят из метановых углеводородов. Правда, по мере повышения среднего молекулярного веса фракций нефти содержание в них метановых углеводородов резко уменьшается. В средних фракциях, выкипающих в пределах 200— —300° С, метановых углеводородов содержится обычно уже не более 25—33%, а к 500° С метановые углеводороды нефти практически полностью выклиниваются. В высших фракциях нефти метановые углеводороды представляют собой твердые вещества — парафин и частично церезин. Кроме того, большое влияние на структуру и свойства сложных полиметиленовых, ароматических и так называемых гибридных углеводородов оказывают боковые цепи из радикалов метанового ряда.
ВЫВОД: В конкретных нефтях метановых углеводородов может содержаться больше или меньше. В общем очевидно, что метановые углеводороды составляют основу большинства природных газов и легких фракций жидкой нефти, что заслуживает особого внимания, так как именно эти составляющие в наибольшей мере являются исходными веществами для современного органического и нефтехимического синтеза.
Дата добавления: 2014-12-29; просмотров: 3219;