Углеводороды нефти, газа, твердых горючих ископаемых. Углеводороды нефти

25. Углеводородный состав нефти.

Нефть представляет собой смесь углеводородов, содержащую кислородные сернистые и азотистые соединения. Если в нефти преобладают углеводороды метанового ряда ( Cnh3n+2), она называется метановой, нафтенового ряда (Cnh3n) – нафтеновой, ароматического ряда (Cnh3n-6) – ароматической.

Фракционный состав нефти устанавливается путем разгонки и отбора фракций, выкипающих в определенных температурных пределах: до 100 градусов – бензин 1 сорта , до 110 градусов бензин специальный, до 130 градусов- бензин 2 сорта , до 265 градусов- керосин(«метеор») , до 270 градусов – керосин обыкновенный, примерно до 300 градусов – производится отбор масляных фракций. Остаток считается мазутом. В зависимости от фракционного состава различают легкие нефти, или бензиновые, и тяжелые, или топливные. Если в нефтях содержится более 20 % масел, они называются масляными.

Товарные качества нефти зависят от содержания парафина. Чем больше в ней парафина , тем выше температура ее застывания. По содержанию парафина нефти делятся на беспарафинистые- с содержанием парафина неболее1% , слабопарафинистые- от 1% до 2% и парафинистые- свыше 2%. Выпадение парафина из нефти в процессе добычи и перекачки в значительной степени осложняют и удорожает эти процессы.

Нефти с содержанием серы до 0,5 % относят к малосернистым, с большим ее содержанием- к сернистым. По содержанию смол различают нефти малосернистые (до 8%) , смолистые (8-28%) и сильносмолистые (выше 28%).

Основными элементами, входящими в состав нефти, являются углерод и водород. В большинстве нефтей содержание углерода колеблется от 83 до 87%, количество же водорода редко превышает 12—14%. Содержание этих элементов в нефти необходимо знать как для нефтепереработки, так и при проектировании методов повышения нефтеотдачи пластов. Значительно меньше в нефти других элементов: серы, кислорода, азота. Их содержание редко превышает 3—4%. Однако компоненты нефти, включающие эти элементы, во многом влияют на ее физико-химические свойства. Так, сернистые соединения нефти (меркаптаны, сульфиды, сероводород и другие) вызывают сильную коррозию металлов, снижают товарные качества нефти. К кислородсодержащим компонентам нефти относят нафтеновые и жирные кислоты, фенолы, кетоны и некоторые другие соединения.

В очень малых количествах в нефти присутствуют и другие элементы, главным образом металлы: ванадий, хром, никель, железо, кобальт, магний, титан, натрий, кальций, германий а также фосфор и кремний, некоторые из которых являются ценным сырьем. Изучение содержания в нефти этих микроэлементов дает важную информацию, позволяющую судить о ее генезисе.

Компоненты нефти, представляющие смесь высокомолекулярных соединений, в состав молекул которых входят азот, сера, кислород и металлы, называют асфальтосмолистыми веществами. Их важная особенность — способность адсорбироваться на поверхности поровых каналов и оказывать сильное влияние на движение жидкостей и газов в пласте. Эффективность методов повышения нефтеотдачи в основном обусловлена содержанием в нефти асфальтосмолистых веществ.

Нефти различных месторождений значительно отличаются друг от друга по фракционному составу. Легкие нефти состоят в основном из бензиновых и керосиновых фракций. В среднем же доля светлых фракций в нефтях России составляет 30— 50%. Для тяжелых нефтей, характерно малое содержание легких фракций. При температуре до 300 °С из этих нефтей выкипает менее 10—12%.

Даже узкие фракции нефти — достаточно сложные смеси разнообразных углеводородов. Массовое содержание в них углеводородов различных классов (обычно в процентах) отражает групповой углеводородный состав. Основная часть нефти представлена углеводородами трех классов: алканы (метановые или парафиновые углеводороды), циклоалканы (нафтены), арены (ароматические углеводороды).

studfiles.net

Понятие о химическом составе и структуре углеводородов нефти

Строительные машины и оборудование, справочник

Категория:

   Автомобильные эксплуатационные материалы

В химическом отношении нефть представляет собой сложную жидкость, состоящую преимущественно из углеводородов, т. е. соединений углерода с водородом. Суммарное содержание углерода и водорода в нефти около 97—98% (по массе), в том числе углерода 83-87% и водорода 11 — 14%.

Основу нефти составляют жидкие углеводороды, в которых растворены газообразные и твердые углеводороды. Кроме углеводородов, в состав нефти входят (2—3% по массе) химические соединения содержащие кислород, серу и азот, а также свободная сера.

Многочисленные углеводороды, входящие в состав нефти, различаются молекулярной массой, количеством атомов углерода и водорода в молекуле, характером валентных связей между атомами углерода, строением.

Молекула самого простого углеводорода нефти — метана — содержит один атом углерода.

Углеводороды циклической и нормальной структуры, изомерные и неизомерные, предельные и непредельные проявляют себя в топливах и маслах по-разному.

Все углеводороды нефти условно подразделяются на следующие группы (классы, ряды): парафиновые (алканы), нафтеновые (цикланы) и ароматические (бензольные). Однако значительная часть углеводородов нефти имеет смешанное (гибридное) строение Самого разнообразного сочетания. Гибридные углеводороды делят на три группы: парафино-циклопарафино ше, парафпно-ароматические и парафино-циклопарафино-ароматнческие.

Углеводороды всех групп с большой молекулярной массой имеют изомеры. У гибридных углеводородов особо большое число изомеров.

Парафиновые углеводороды (СпН2п+2) присутствуют в нефти в больших количествах, преимущественно в низкокипящих фракциях, относятся к предельным и имеют цепную структуру. Входящие в этот ряд метан (СН4), этан (С2Нв), пропан (CaHs) и бутан (С4Н10), нормальных условиях, т. е. при давлении 760 мм рт. ст. п температуре 0 °С, находятся л газообразном состоянии.

Парафиновые углеводороды с С8Н12 до С Н3, при нормальных условиях находятся D жидком состоянии, а начиная с С17Н36— в твердом.

Изомерные парафиновые углеводороды улучшают качество бензинов (детонационную стойкость), а нормальные углеводороды парафинового ряда улучшают качество дизельных топлпв (самовоспламеняемость).

Нафтеновые углеводороды (СПН2П) присутствуют в нефтепродуктах в значительных количествах. Их содержится2 как правило, больше в тяжелых фракциях нефти. Они имеют циклическую структуру, обладают большей стойкостью против окисления при высоких температурах, чем нормальные парафиновые углеводороды, и имеют более высокую температуру кипения при сопоставимых молекулярных массах.

Присутствие легких нафтеновых углеводородов желательно в автомобильных топливах для карбюраторных двигателей, а нафтеновые углеводороды с более сложной структурой (имеющие длинные боковые цепи) улучшают качество смазочных масел, в частности понижают их температуру застывания.

Ароматические углеводороды также относятся к циклическим углеводородам с шестичленным кольцом, но с тремя двойными валентными связями, чередующимися с простыми.

Однако двойные связи в циклическом кольце ароматических углеводородов химически более стойки, чем двойные связи в парафиновых углеводородах.

Поэтому они меньше окисляются и осмоляются. В нефти значительно меньше содержится ароматических углеводородов, чем нафтеновых и парафиновых, как правило, не более 25%.

Ароматпчески^углеводороды, более сложные, чем бензол, имеют, кроме кольца, одну или несколько цепей, благодаря которым образуются изомеры. Их присутствие желательно в бензине и нежелательно в дизельном топливе. Однако и в бензине содержание ароматических углеводородов ограничивается вследствие того, что они способствуют нагарообразованию, которое примерно в 3 раза больше, чем при парафиновых углеводородах, имеющих одинаковую температуру кипения.

В состав продуктов переработки нефти могут входить непредельные парафиновые, нафтеновые и ароматические углеводороды. В их молекулах имеется одна, две пли более двойных связей между атомами углерода.

Рис. 1. Влияние содержания ароматических углеводородов бензинов иа нагарообразовапио в камере сгорания двигателя: 1 — бензин без ТЭС; 2 — бензин с 0,82 г ТЭС/кг

Непредельные парафиновые углеводороды, имеющие одну двойную связь, называют олефинами (СПН2П), а с двумя двойными связями — диолефинамн.

Эти углеводороды (особенно диолефины), являясь непредельными, легко окисляются и осмоляются, так как их двойные связи неустойчивы и склонны к превращению в простые связи с одновременным присоединением атомов кислорода, атомов других элементов и молекул непредельных углеводородов. Присутствие олефиновых и дио-лефиновых углеводородов в автомобильных топлпвах нежелательно.

Соединения, содержащие кислород, серу и азот. Наличие этих соединений в автомобильных топливах и маслах ухудшает качество последних, повтому их содержание в нефти также нежелательно.

Кислород с углеводородами нефти образует смолисто-асфальте-новые вещества (до 90% всего кислорода) и органические (нафтеновые) кислоты1. Его содержание в нефти составляет 0,1 —1,3%.

Органические кислоты вызывают коррозию деталей прежде всего из цветных металлов (исключая алюминий), а смолисто-асфальтеновые вещества способствуют образованию отло -келий на поверхности деталей, стенках каналов и трубопроводов, а также ухудшают другие эксплуатационные качества нефтепродуктов.

Смолисто-аефальтеповые вещества подразделяются на нейтральные и кислые нефтяные смолы, асфальтены, карбены и карбоиды. Они придают нефти и нефтепродуктам темный цвет.

Нейтральные смолы — тягучие полужидкие вещества, представляющие основную массу нефтяных смол, хороню растворимы в легком бензине, маслах, а кислые нефтяные смолы, находящиеся в полутвердом состоянии, содержатся в небольших количествах, растворимы в спирте п ацетоне, но не растворимы в бензине и других легких фракциях нефти.

Асфальтены, карбены и карбоиды представляют собой твердые вещества. Асфальтены не растворимы в легких фракциях нефти и спирте, но набухают в тяжелых ее фракциях, в бензоле и других органических растворителях. В пефти содержится их значительно меньше, чем смол.

Карбенов и карбоидов в нефти очень мало. Они образуются при термической переработке нефти, в нефтепродуктах нерастворимы.

Смолисто-асфальтеиовыс вещества и прежде всего асфальтены, карбены и карбоиды понижают смазывающую способность, повышают нагарообразование и ухудшают другие эксплуатационные свойства масел.

Сера представляет собой главную примесь нефти, ухудшающую качество нефтепродуктов и прежде всего бензинов и дизельных топлив. Она вызывает коррозию деталей п понижает некоторые другие показатели качества тонлив.

Сера, присутствующая в нефти и нефтепродуктах, по коррозионному воздействию па металл подразделяется на активную и неактивную (неносредственно не вызывающую коррозию).

Подавляющее количество серы входит в состав смолистых веществ. Поэтому 70—90% всех сернистых соединений приходится на долю мазута и гудрона.

Наличие некоторых сернистых соединений в нефти и нефтепродуктах придает им специфически неприятный (сероводородный) запах.

Азот содержится в малых количествах (как правило, не более 0,3%) преимущественно в тяжелых фракциях нефти. На качество нефтепродуктов азот существенного влияния не оказывает, не считая повышенного смолообразования под действием некоторых азотистых соединений при хранении дизельного топлива.

Читать далее: Основные способы получения автомобильных топлив из нефти

Категория: - Автомобильные эксплуатационные материалы

Главная → Справочник → Статьи → Форум

stroy-technics.ru

1.5. Образование основных классов углеводородов нефти[3]

В нефти присутствуют углеводороды, образующиеся на различных этапах геохимической истории органического вещества. Первым источником углеводородов является ихбиосинтез в живом веществеорганизмов.Вторым источником нефтяных углеводородов является процессмикробиальной переработкиисходного органического вещества, протекающий на стадии диагенеза осадков. Биомолекулы отмершего вещества организмов обладают различной устойчивостью к биохимическому воздействию и превращаются в осадке в более устойчивые в данных условиях соединения, в том числе и в углеводороды. В углеводороды могут превращаться спирты и альдегиды; возможно превращение циклических терпеноидов в цикланы и арены.Третьими основным источником углеводородов является их образование преимущественно излипидныхкомпонентов органического вещества при еготермической(или термокаталитической) деструкции при90—160°Сво время проявленияглавной фазы нефтеобразования.

На состав углеводородов нефти влияет ряд факторов:

• особенности исходного органического вещества осадков;

• геохимические условия (Eh, pH) при преобразовании органического вещества в осадках;

• степень катагенетического (термического) превращения исходного для нефти органического вещества в зоне повышенных температур;

• вторичные изменения нефти в процессе образования залежей и при их существовании в течение длительного геологического времени (физическая дифференциация углеводородов в процессе миграции, длительное воздействие повышенной температуры, окислительные процессы в залежах и т. п.).

Состав углеводородов конкретной нефти формируется под воздействием многих причин, и не всегда легко выделить из них основную.

Алканы.Для высокомолекулярных н-алканов нефти возможнытри основных источника образования: н-алканы, синтезируемые в живых организмах; высокомолекулярные алифатические одноатомные спирты, входящие в состав восков живого вещества, и высшие одноосновные предельные жирные кислоты.

В живом веществе широко распространены н-алканы СН3(СН2)nСН3с нечетным числом атомов углерода. Часть высокомолекулярных н-алканов непосредственнонаследуетсянефтью от исходного органического вещества осадков. В зависимости от исходного органического вещества они имеют некоторую специфику. В хемосинтезирующих бактериях обнаружены н-алканыC12–C31примерно с одинаковым числом четных и нечетных атомов углерода; в фотосинтезирующих бактериях – н-алканы С14–С29. В сине-зеленых водорослях присутствуют н-алканыC15–С20, причем, более 80 % в них приходится на углеводороды С17 и более высокомолекулярные. коэффициент нечетности — в пределах 1–5. Для высших растений характерны н-алканы более высокомолекулярные: С23–C35с преобладаниемC25, С27и С29при массовом отношении нечетных углеводородов к четным более 10. Эти особенности углеводородов проявляются нередко и в нефтях, связанных с образованием из морского планктоногенного органического вещества или из керогена, в котором большую роль играли остатки высшей наземной растительности. Некоторое количество н-алканов образуется прибиохимическом превращении жирных кислот, спиртов и альдегидов на стадии диагенеза осадков. Однако значительно большее их количество образуется при повышенной температуре (100–150°С) во время проявленияглавной фазы нефтеобразования, в основном, вследствиедекарбоксилированиявысших одноосновных предельныхжирных кислотпо схеме:

R—СООН →CO2+ .RH

С18Н36О2→ СО2+ С17Н36

Образующийся углеводород содержит на один атом углерода меньше, чем исходная кислота. А поскольку в живом веществе распространены в основном "четные" жирные кислоты (например, олеиновая С18Н34О2, стеариноваяC18h46О2), то в образующихся н-алканах преобладают "нечетные" углеводороды, в данном случае – С17Н36.

Другой важный механизм образования н-алканов связан с превращением высших жирных кислот в алифатические кетоны с удвоением углеродной цепи и последующим их восстановлением в углеводороды. А.И. Богомолов подтвердил экспериментально возможность такого пути реакций:

С17Н35—СО— С17Н35 + 4[Н] → С17Н35—СН2— С17Н35+ Н2О

в присутствии глины как катализатора, без внешнего источника водорода, только в результате реакций перераспределения водорода, находящегося в системе реагирующих веществ. Выход н-алканов при 200°С составлял около 30 %, а н-гентриаконтана – 27 %.

Источниками образования н-алканов могут быть также спирты, ненасыщенные жирные кислоты и, возможно, аминокислоты.

Одним из источников разветвленныхалканов являются биосинтетические углеводороды, среди которых в живом веществе широко распространены 2-метилалканы и 3-метилалканы с преобладанием нечетного числа атомов углерода. Значительное количестворазветвленныхалканов образуется во время проявленияглавной фазы нефтеобразованияпри интенсивной термической деструкции липидов. В этих реакциях образуются как насыщенные, так и ненасыщенные углеводороды. Образующиеся алканы, по мнению А. И. Богомолова, претерпевают при каталитическом воздействии ряд превращений, дающих начало разветвленным алканам. Они могут образовываться также вследствие отрыва алкильных радикалов от углеводородов стероидного строения.

Специфической группой разветвленных алканов являются свойственные нефтям углеводороды С10–С40 с регулярным чередованием метильных групп – так называемыеизопреноидные алканы(изопренаны). Их источником в некоторой степени являются непосредственнобиосинтетические изопреноидныеуглеводороды, содержащиеся в эфирных маслах живого вещества, но главным образом – имеющиеизопреноидную структуру их кислородные производные: спирты, альдегиды, кетоны, сложные эфиры, карбоновые кислоты, входящие в молекулярную структуру органического вещества пород.

Изопреноидные структуры живого вещества:

К изопреноидным алканам относятся такие характерные для нефти изоалканы, как фитан(С20Н42) ипристан(C19h50), которые образуются из входящего в состав хлорофилла всех зеленых растений непредельного спиртафитола(С20Н39ОН).

Изоалкан пристан встречается и непосредственнов телах многих морских животных.

Предполагается, что первая стадия образования изоалканов – дегидратация фитола с образованием фитадиена. Затем при диспропорционировании водорода и насыщении диена происходит образование фитана. Одновременно протекают и другие реакции, связанные с деструкцией углеродной цепи и образованием изопреноидных углеводородов с меньшим числом атомов углерода.

Циклоалканы.Циклоалканы (нафтены) – очень характерный для природных нефтей класс углеводородов, который был впервые открыт в нефти В. В. Марковниковым. Их содержание в нефти составляет от 25 до 75 %.

Источником циклоалканов в нефти в незначительной степени могут быть некоторыебиосинтетические углеводороды живого вещества, такие, как моноциклические лимонен, α-пинен, камфен, полициклические углеводороды типа β-каротина:

Однако более важным источникомциклоалканов в нефти являются широко распространенные в живом веществе организмовкислородсодержащие производные различных циклических терпенов(монотерпенов (Cl0h26), сесквитерпенов (C15h34), дитерпенов (С20Н32), тритерпенов (С30Н48) и тетратерпенов (С40Н64)) с функциями спиртов, кетонов и кислот.

Образование циклоалканов из них происходило в результате потери функциональных кислородных групп и реакций диспропорционирования водорода при почти полном сохранении основы молекулярной структуры исходных терпеноидов живого вещества. Образующиеся в результате этих процессов различные циклоалканы, например, стераны и гопаны, уже упоминались при рассмотрении "биомаркеров", свидетельствующих об органическом происхождении нефти.

Из циклического спирта холестерина образуется, например, углеводород холестан:

По такой же схеме образовывались и другие цикланы – стерины и тритерпены (С27–С35) из стероидов, присутствующих в живом веществе в свободном виде или в виде эфиров жирныхкислот.

Другой, более значительный по масштабам источникобразования циклоалканов связан с дегидратационнойциклизацией непредельных жирных кислот с образованием насыщенных циклических углеводородов.

Из образующихся циклоалкенов при дальнейших превращениях получаются нафтеновые и нафтеново-ароматические углеводороды.

Возможность такого механизма образования циклоалканов изучена А. И. Богомоловым экспериментально при нагревании олеиновой кислоты до 200°С с алюмосиликатным катализатором. При этом были получены углеводороды от С5до С40различных классов – алифатические, алициклические и ароматические. Среди образовавшихся циклоалканов преобладали изомеры с пяти- и шестичленными кольцами и мостикового типа, как в природных нефтях. Были обнаружены также би- и трициклические циклоалканы.

Арены.Для живого вещества организмов ароматические структуры нехарактерны, в то время как в нефтях содержание ароматических углеводородов составляет 10–35 %.

В живом веществе ароматические структуры содержатся в лигнине, некоторых аминокислотах, а также гидрохинонах (витамины Е, К) в виде отдельныхароматических колец. Их доля в исходном для нефти веществе организмов очень мала, поэтому образование аренов в сапропелевом органическом веществе осадков и в нефтях следует связывать, главным образом, со вторичными процессами преобразования органического вещества, происходящими в осадках на стадияхдиагенезаи, особенно,катагенезав зоне повышенных температур.

Частично арены образуются сразу же после отмирания организмов в свежих илах вследствие преобразования полиеновых соединений типа каротиноидов, из стероидных соединений, бензохинонов, а также гидрохинонов и нафтохинонов, в структуре которых имеются ароматические ядра:

При превращении непредельных жирных кислот в присутствии глины как катализатора образуются сначала предельные пятичленные и шестичленные кетоны и неконденсированные нафтены. Дальнейшее превращение предельных циклических кетонов идет по реакции дегидрационной конденсации, для циклогексанона, например, следующим образом:

При этом образуется додекагидротрифенилен – гибридныйуглеводород нафтеново-ароматической структуры.

Рассмотренные материалы свидетельствуют о том, что образование всех основных классов углеводородов природных нефтей частично обусловлено:

1. процессом биосинтезауглеводородов вживомвеществе;

2. биохимическим процессомпреобразования ОВна стадиидиагенеза;

но главным образом

3. термическим или термокаталитическимпревращением липидного материала биогенного сапропелевогоорганического веществаосадочных пород в зонекатагенезапри проявленииглавной фазы нефтеобразования.

studfiles.net

Нефть. Состав нефти

1.

2. Нефть. Состав нефти.

Нефть представляет собой сложную смесь органических соединений. В ее составе обнаружены сотни углеводородов различного строения, многочисленные гетероорганические соединения. Полностью разделить такую смесь на индивидуальные соединения невозможно, но это и не требуется ни для его технической характеристики нефтяного сырья, ни для его промышленного использования.

Важным показателем качества нефти является фракционный состав. Фракционный состав определяется при лабораторной перегонке, в процессе которой при постепенно повышающейся температуре из нефти отгоняют части – фракции, отличающиеся друг от друга пределами выкипания. Каждая из фракций характеризуется температурами начала и конца кипения.

При промышленной перегонке нефти используют не лабораторный метод постепенного испарения, а схемы с так называемым однократным испарением и дальнейшей ректификацией. Фракции выкипающие до 350°С, отбирают при давлении, несколько превышающем атмосферное они носят название светлых дистиллятов (фракций). Обычно при атмосферной перегонке получфают следующие фракции, название которым присвоено в зависимости от направления их дальнейшего использования:

н.к. (начало кипения) - 140°С) – бензиновая фракция

140-180°С – лигроиновая фракция (тяжелая нафта)

140-220°С (180-240°С) – керосиновая фракция

180-350°С (220-350°С, 240-350°С) – дизельная фракция (легкий или атмосферный газойль, соляровый дистиллят)

Остаток после отбора светлых дистиллятов (фракция, выкипающая выше 350°С) называется мазутом. Мазут разгоняют под вакуумом, при этом в зависимости от направления переработки нефти получают следующие фракции

Для получения топлив

350-500°С – вакуумный газойль ( вакуумный дистиллят)

>500°С – вакуумный остаток (гудрон)

Для получения масел

300-400°С (350-420°С) – легкая масляная фракция (трансформаторный дистиллят)

400-450°С (420-490°С) – средняя масляная фракция (машинный дистиллят)

450-490°С – тяжелая масляная фракция ( цилиндровый дистиллят)

>490°С – гудрон

Мазут и полученные из него фракции называют темными. Продукты, получаемые при вторичных процессах переработки нефти, так же, как и при первичной перегонке, относят к светлым, если они выкипают до 350°, и к темным, если пределы выкипания 350°С и выше.

Нефти различных месторождений заметно различаются по фракционному составу, содержанию светлых и темных фракций. Так, в Ярегской нефти ( Республика Коми) содержится 18,8% светлых фракций, а в Самотлорской (Западная Сибирь) – 58,8%.

Нефть относится к группе горных осадочных пород вместе с песками, глинами, известняками, каменной солью и др. Она обладает одним важным свойством – способностью гореть и выделять тепловую энергию. Среди других горючих ископаемых она имеет наивысшую теплотворную способность. Например, для подогрева котельной или другой установки требуется нефти значительно меньше по весу, чем каменного угля.

Все горючие породы принадлежат к особому семейству, получившему название каустобиолитов (от греческих слов «каустос»- горючий, «биос» – жизнь, «литос» – камень, т.е. горючий органический камень).

В химическом отношении нефть – сложная смесь углеводородов (УВ) и углеродистых соединений.

Нефть состоит из следующих основных элементов:

углерод (84-87%),

водород (12-14%),

кислород,

азот,

сера (1-2%).

Содержание серы может доходить до 3-5%. В нефтях выделяют следующие части: углеводородную, асвальто-смолистую, порфирины, серу и зольную. В каждой нефти имеется растворенный газ, который выделяется, когда она выходит на земную поверхность.

Главную часть нефтей составляют углеводороды различные по своему составу, строению и свойствам, которые могут находиться в газообразном, жидком и твердом состоянии. В зависимости от строения молекул нефть подразделяются на три класса – парафиновые, нафтеновые и ароматические . Но значительную часть нефти составляют углеводороды смешанного строения, содержащие структурные элементы всех трех упомянутых классов. Строение молекул определяет их химические и физические свойства.

1.1. Парафиновые углеводороды

Парафиновые углеводороды – алканы Сп Н2п+2 - составляют зна­чительную часть групповых компонентов нефтей и природных га­зов всех месторождений. Общее содержание их в нефтях составляет 25 - 35% масс, (не считая растворенных газов) и только в некоторых парафиновых нефтях достигает до 40-50% масс. Наиболее широко представлены в нефтях алканы нормального строения и изоалканы преимуществен­но монометилзамещенные с различным положением метильной груп­пы в цепи. С повышением молекулярной массы фракций нефти со­держание в них алканов уменьшаетс . Попутные нефтяные и природные газы практически полностью, а прямогонные бензины чаще всего на 60 - 70% состоят из алканов. В масляных фракциях их содержание снижается до 5-20% масс.

Газообразные алканы. Алканы C1 - C4 : метан, этан, пропан, бу­тан и изобутан, а также 2,2-диметилпропан при н/у находятся в газообразном состоянии.

Природные газы добывают с чисто газовых месторождений. Они состоят в основном из метана (93 - 99% масс.) с небольшой примесью его гомологов, неуглеводородных компонентов: сероводорода, диок­сида углерода, азота и редких газов (Не, Аг и др.). Газы газоконден­сатных месторождений и нефтяные попутные газы отличаются от чисто газовых тем, что метану в них сопутствуют в значительных концентрациях его газообразные гомологи С2 -С4 и выше. Поэтому они получили название жирных газов. Из них получают легкий га­зовый бензин, который является добавкой к товарным бензинам, а также сжатые жидкие газы в качестве горючего. Этан, пропан и бутаны после разделения служат сырьем для нефтехимии.

Жидкие алканы. Алканы от С5 до С15 в обычных условиях пред­ставляют собой жидкости, входящие в состав бензиновых (С5 – С15 ) и керосиновых (С11 - С15 ) фракций нефтей. Исследованиями установ­лено, что жидкие алканы С5 - С9 имеют в основном нормальное или слаборазветвленное строение.

Твердые алканы , Алканы С16 и выше при нормальных условиях - твердые вещества, входящие в состав нефтяных парафинов и цере­зинов. Они присутствуют во всех нефтях чаще в небольших количе­ствах (до 5% масс.) в растворенном или взвешенном кристаллическом состоянии. В парафинистых и высокопарафинистых нефтях их со­держание повышается до 10 - 20% масс.

В зависимости от Тпл. парафин делят на мягкий (ниже 45 С), среднеплавкий (45-50 С) и твердый (50-60 С).

Нефтяные парафины представляют собойсмесь преимущес­твенно алканов разной молекулярной массы. При пере­гонке мазута в масляные фракции попадают твердые алканы С18 - С35 с молекулярной массой 250 - 500. В гудронах концентриру­ются более высокоплавкие алканы С36 - С55 - церезины, отличаю­щиеся от парафинов мелкокристаллической структурой, более высокой молекулярной массой (500 — 700) и температурой плав­ления (65- 88°С вместо 45-54°С у парафинов). Исследованиями установлено, что твердые парафины состоят преимущественно из алканов нормального строения, а церезины - в основном из циклоалканов и аренов с длинными алкильными цепями нормально­го и изостроения. Церезины входят также в состав природного горючего минерала - озокерита.

Из сырой нефти, парафин выделяется в тонкокристаллическом состоянии из-за присутствия смолистых веществ, а также потому, что примеси церезинов, содержащиеся в парафине, удерживают масла.

Парафины и церезины являются нежелательными компонента­ми в составе масляных фракций нефти, поскольку повышают тем­пературы их застывания. Они находят разнообразное техническое применение во многих отраслях промышленности: электро- и радио­технической, бумажной, спичечной, кожевенной, парфюмерной, хи­мической и др. Они применяются также в производстве пластичных смазок, изготовлении свечей и т.д. Особо важная современная об­ласть применения - как нефтехимическое сырье для производства синтетических жирных кислот, спиртов, поверхностно-активных веществ, деэмульгаторов, стиральных порошков и т.д.

1.2. Нафтеновые углеводороды

Нафтеновые углеводороды - циклоалканы (цикланы) - входят в состав всех фракций нефтей, кроме газов. В среднем в нефтях раз­личных типов они содержатся от 25 до 80% масс. Бензиновые и керо­синовые фракции нефтей представлены в основном гомологами циклопентана (I) и циклогексана (II), преимущественно с короткими (С1 - С3 ) алкилзамещенными цикланами. Высококипящие фракции содержат преимущественно полициклические конденсированные и реже неконденсированные нафтены с 2 - 4 циклами с общей эмпири­ческой формулой

Сп Н2п+2 -2Кц , где п - число атомов углерода, Кц -число циклановых колец.

Полициклические нафтены могут быть представлены гомолога­ми цикланов с одинаковыми или разными циклами мостиковога (III, IV, V), сочлененного (VI), изолированного (VII) и конденсиро-ванного (VIII, IX, X) типов строения:

I - циклопентан; П - циклогексан; III - бицикло(3,2,1)октан*; IV -бицикло(3,3,1)нонан; V- бицикло(2,2,1)гептан; VI - бицикло(5,5,0)додекан; VII -мети л бицикл о(5,4,0)ун декан; VIII - бицикло(3,3,0)октан; IX - бицикло(4,3,0)нонан; X - бицикло(4,4,0)декан – декалин

Нафтеновые углеводороды являются наиболее высококаче­ственной составной частою моторных топлив и смазочных ма­сел. Моноциклические нафтено­вые углеводороды придают авто­бензинам, реактивным и дизель­ным топливам высокие экс­плуатационные свойства, являются более качественным сырьем в процессах каталитического риформинга. В составе смазочных масел нафтены обеспечивают ма­лое изменение вязкости от темпе­ратуры (т.е. высокий индекс ма­сел). При одинаковом числе угле­родных атомов нафтены по сравнению с алканами характеризуются большей плотностью и, что осо­бенно важно, меньшей температурой застывания.

mirznanii.com

Углеводородный состав нефти

Основную наиболее ценную часть нефти составляют углеводороды (УВ). Молекулы углеводородов состоят только из двух элементов - углерода и водорода. На рис. 2.1. дано общее представление о содержании в нефти соединений углерода.На долю алканов, цикланов и аренов приходится до 99% состава нефти.

Углеводороды группируются в три главных класса: алкановые, циклоалкановые и ароматические.

Алкановые (метановые, алифатические, парафиновые УВ) или алканы - предельные или насыщенные УВ с открытой цепью СпН2п+2 Углеродный скелет алканов представляет собой линейные или разветвленные цепи углеродных атомов, соединенных простыми связями. Алканы с линейной цепью называются нормальными (н-алканы), с разветвленной - изоалканы.

Рис. 2.1. Усредненный углеводородный состав нефти

(Горная энциклопедия. Т. 3, 1987)

Метановые УВ в обычных условиях находятся в разных фазовых состояниях: C1 - С4 - газы, C5 – C15 - жидкости, С16 и выше - твердые вещества, твердые парафины обычны в нефти до С40, в то же время разветвленные изомеры того же молекулярного веса в зависимости от структуры могут быть жидкими или твердыми.

Алканы практически нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в ароматических УВ и органических растворителях. Алканы химически наиболее инертная группа УВ не способная к реакции присоединения, поскольку все связи насыщены, но для них свойственна реакция замещения, особенно с галогенами, а также дегидрирование, окисление, изомеризация.

Метановые УВ присутствуют во всех нефтях; если их содержание более 50%, то такие нефти называются метановыми. Известны нефти, в которых эти УВ составляют 70% - обычно мезозойские и палеозойские нефти глубоких горизонтов (нефти Марковского месторождения Восточной Сибири, Саратовского Поволжья, ряда месторождений Западной Сибири, например, Самотлор, Усть-Балык и др., месторождения Паромай и Тунгор на Сахалине, Озексуат в Ставропольском крае и др.).

Циклоалкановые УВ – (цикланы, циклоалканы, полиметиленовые УВ, циклопарафины, нафтены) - насыщенные циклические УВ.

Циклы УВ этого класса построены на трех и более метиленовых (-СН2) групп. Молекула представлена от трех до шестичленных циклов.

В нефтях цикланы представлены главным образом пяти- и шестичленными циклами.

По физическим и химическим свойствам цикланы близки к алканам (занимают промежуточное положение между алканами и аренами с тем же числом атомов в молекуле).

Цикланы С3-С4 - газы, С5-С7 - жидкости, С8 и выше - твердые вещества. Цикланы весьма устойчивые вещества, в химические реакции вступают только в присутствии катализаторов и при высокой температуре.

Содержание цикланов в нефтях колеблется в широких пределах от 25 до 79%. Цикланы присутствуют во всех фракциях.

Нафтеновый паспорт является важным геохимическим параметром, одним из критериев установления генетических связей нефтей.

Большинство нефтей с высоким содержанием цикланов приурочено к палеоген-неогеновым отложениям бассейнов альпийских складчатых областей (нефти Азербайджана, Сахалина, Калифорнии, Аляски, Венесуэлы, Индонезии). Вне зависимости от возраста вмещающих отложений повышенным содержанием цикланов характеризуются, так называемые, незрелые нефти (бассейны Восточного Китая, нефти севера Западной Сибири, Предкавказья).

Ароматические УВ - арены - класс углеводородов, содержащих шестичленные циклы с сопряженными связями. Общая фор­мула СnН2n-р (р = 6, 12, 14, 16, 18, 20, 24, 28, 30, 36).

Представители этого класса УВ - бензол, нафталин, фенатрен.

В бензиновых фракциях преобладают толуол и метил-ксилол; В керосиновых фракциях содержатся нафталин и его гомологи.

По физическим свойствам арены отличаются от алкановых и циклановых УВ с тем же числом углеродных атомов в молекуле более высокой плотностью, показателем преломления, температурой кипения и кристаллизации. Арены лучше других УВ растворяются в воде; сорбируются сорбентами. Характерная особенность аренов - способность избирательно растворяться в некоторых веществах. На этом основано селективное извлечение аренов из сложных растворов и их легкая идентификация.

Ароматические УВ входят в состав смол, формирование которых происходит в процессе окисления нефтей.

Содержание аренов в нефтях изменяется в широких пределах - от 10 до 50%, но в целом их содержание ниже, чем алканов и нафтенов, а наиболее распространенная концентрация – 10-25%, повышенные значения аренов (37%) отмечаются в малопарафиновых нефтях.

poisk-ru.ru

Нефтяные углеводород - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Нефтяные углеводород

Cтраница 1

Нефтяные углеводороды по ряду причин являются очень хорошим топливом для двигателей, работающих с применением воздуха в качестве окислителя. Их преимущества заключаются в наличии громадных ресурсов, низкой стоимости, стабильности при хранении, термической стабильности, высокой теплотворной способности, легкости и простоте транспортировки. Однако некоторые типы двигателей требуют несколько большего количества энергии, чем содержащееся в углеводородах. Дополнительная энергия может быть сообщена углеводородам в результате деформации их молекул, например введением кольцевых структур, как в циклопропане, или путем образования тройной связи.  [1]

Нефтяные углеводороды, как правило, являются дешевым и обильным источником ценного сырья для химической промышленности, и углеводороды С4 представляют в этом отношении наибольший интерес.  [2]

Нефтяные углеводороды могут быть окислены как в жидкой, так и в паровой фазе, причем определяющим фактором в значительной мере является тип обрабатываемого углеводорода. Для углеводородов, представляющих собой в нормальных условиях газы или низкокипящие жидкости, применяется почти исключительно окисление в паровой фазе. Для парафина и тяжелых масел пользуются окислением в жидкой фазе. ПрюГе няемые температуры варьируют приблизительно от 120 до 15 ( Т ТглЯ окисления в жидкой фазе и превышают 500 для некоторых процессов окисления в паровой фазе. Подобным же образом в широких пределах меняются и применяемые давления. Наиболее часто применяемым окислителем является воздух; в некоторых у Ьлучаях его заменяют чистым кислородом или озоном. Изредка применяются также окисль азота, в частности двуокись азота, иногда в смеси с воздухом или кислородом. В некоторых процессах эти окислы действуют только как катализаторы, хотя в других они служат непосредственными окислителями.  [3]

Нефтяные углеводороды представляют собой восстановленные соединения углерода. Требование восстановительной обстановки для процесса нефтеобразования вообще общепризнано. Поэтому при геохимическом изучении пород в целом важно выявить окислительно-восстановительную обстановку на всем пути от осадка к ископаемой породе.  [4]

Нефтяные углеводороды обладают цикличностью их строения и чрезвычайно большим постоянством. Из нефтяных углеводородов применяется только тетралин и декалин для растворения оксидированных до высокой вязкости масел, смол и восков.  [5]

Нефтяные углеводороды, применяемые в качестве гербицидов избирательного действия, содержат около 20 % ароматических углеводородов и кипят в пределах 150 - 210 С. Нефтепродукты, содержащие 40 и более процентов ароматических углеводородов, применяются как гербициды сплошного действия. Масла, содержащие 70 % ароматических углеводородов, могут быть использованы в качестве гербицидов сплошного действия для борьбы с водной растительностью.  [6]

Нефтяные углеводороды представляют собой восстановленные соединения углерода. Требование восстановительной обстановки для процесса нефтеобразования вообще общепризнано. Поэтому при геохимическом изучении пород в целом важно выявить окислительно-восстановительную обстановку на всем пути от осадка к ископаемой породе.  [7]

Нефтяные углеводороды, как правило, являются дешевым и обильным источником ценного сырья для химической промышленности, и углеводороды С4 представляют в этом отношении наибольший интерес. Получение сопоставимых статистических данных является трудным делом, особенно из-за постоянного изменения величин, обычно в сторону увеличения.  [8]

Низшие нефтяные углеводороды до бутана - газообразные, входят в состав природного газа и растворены в нефти.  [9]

Критические постоянные нефтяных углеводородов и фракций также играют важнейшую роль в расчетах и анализах явлений, осуществляемых в процессах нефтепереработки.  [10]

Многообразие нефтяных углеводородов не исчерпывается структурами, приведенными в цитируемых работах. В интервале температур кипения м-ионана и м-декана ( 150 - 175 С) хроматографируется ( в приведенных выше условиях) 105 углеводородов.  [11]

Из нефтяных углеводородов наиболее близки по химическому составу к мономерам, применяемым в синтезах каучуков, углеводороды С4, и в первую очередь н-бутилены.  [12]

Источниками нефтяных углеводородов являются биоорганические молекулы различных соединений, главным образом их липидные ( жировые) составляющие.  [13]

Поступление нефтяных углеводородов в почву также вызывает негативные последствия. В районах нефтедобычи и нефтепереработки интенсивно трансформируются физико-химические свойства почв. На глубину их изменения влияют продолжительность загрязнения, состав и концентрация компонентов нефти, ландшафтно-геохимические особенности территории.  [14]

Для нефтяных углеводородов, с которыми приходится иметь дело в практике лабораторных молекулярных перегонок, длина свободного пути молекул при остаточном давлении 10 - 4 мм рт. ст. имеет значение, колеблющееся в зависимости от размеров молекул в пределах 5 - 10 см. Следовательно, при подобных значениях разрежения и расстояния от зеркала испарения до холодильника можно практически осуществить принцип молекулярной перегонки.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Углеводороды нефти, газа, твердых горючих ископаемых.

Закономерности их образования.

Подавляющее большинство природных органических соединений сосредоточено в составе твердых природных энергоносителей, традиционно называемых твердыми горючими ископаемыми (ТГИ). Массовая доля углерода в их веществе составляет примерно от пятидесяти до почти ста процентов, остальная часть – это водород и кислород, а также некоторое количество гетероатомов. В настоящее время общепризнано, что все ТГИ образовались в результате превращений остатков отмерших живых организмов, в первую очередь, растительных. Состав и свойства всего набора ТГИ очень сильно варьируют в зависимости от химического состава исходных растений, геологического возраста месторождения, условий преобразования остатков растений в течение длительного времени. Практически невозможно получить полностью идентичные образцы ТГИ даже в пределах одного месторождения.

Запасы жидких и газообразных горючих ископаемых менее значительны, но их энергетическая ценность вполне сопоставима с ценностью углей, а возможности химической переработки неизмеримо большие. При атмосферном давлении в жидком состоянии находится нефть, в газообразном ‑ природный газ. Границы между химическими составами и свойствами этих природных образований достаточно условны. Разные агрегатные состояния этих ископаемых объясняются только соотношением их средних молекулярных масс.

Нефть ‑ природная дисперсная система жидких органических соединений, главную часть которых составляют углеводороды различной молекулярной массы. В небольшом количестве в ней обнаружены также гетеросоединения, содержащие серу, кислород и азот. Элементный состав нефти по сравнению с углем изменяется в более узких пределах: в ней содержится углерода 83-87 мас.%, водорода 12-14 мас.% и около 1-2, иногда до 4 мас.%, S, O и N. Минеральных примесей нефть почти не содержит, поэтому зольность ее крайне мала.

Природный газ ‑ смесь газообразных углеводородов С1-С4, причем основным компонентом является метан. Кроме них в состав природного газа часто входят заметные количества неуглеводородных газов, в том числе легкие гетероатомные соединения, например СО2, N2, h3S, h3, He, h3O.

Нефть и газ ‑ это природные образования сапропелитового или гумусо-сапропелитового происхождения, часто образующие совместные месторождения, в которых газ частично растворен в нефти под давлением, и, наоборот, в газовой фазе присутствует некоторое количество паров углеводородов С5-С6. Существуют представления об образовании нефти из той же массы отмерших растений, что и уголь. При этом из липидной части с высоким содержанием водорода образуются нефтеподобные вещества сравнительно низкой молекулярной массы, способные вследствие своей подвижности к миграции на достаточно большие расстояния из формирующегося угольного пласта в полости, образованные непроницаемыми для жидких и газообразных продуктов породами. Кроме того, часть природного газа выделяется при метаморфизме угля за счет отщепления концевых групп макромолекул. Такие представления об образовании нефти характерны для специалистов в области процессов углеобразования. Геологи-нефтяники склонны считать, что нефть имеет самостоятельные источники исходного органического вещества в виде накапливающихся на дне соленых водоемов низших микроорганизмов. В целом такие представления не противоречат, а, скорее, дополняют друг друга.

Первичным продуктом в процессе нефтеобразования является мальта ‑ первичная нефть, содержащая до 10 мас.% кислорода. В восстановительной атмосфере происходит потеря кислорода и части углерода в виде СО2. Дальнейшее преобразование компонентов нефти сводится к перераспределению состава жидких углеводородов нефти. В ней уменьшается количество полициклических нафтеновых и ароматических углеводородов, которые переходят в моноциклические нафтеновые, а затем в парафиновые углеводороды. Таким образом, самыми старыми нефтями являются парафинистые нефти, а молодые нефти тяжелее и богаче высокомолекулярными соединениями. Правда, встречаются и представления об обратном ходе эволюции нефтей, в котором доминируют окислительные процессы.

В отличие от твердых горючих ископаемых нефть легко поддается разделению на фракции по их температурам кипения. Этот метод разделения является неразрушающим для веществ, входящих в состав нефти, по крайней мере, для тех углеводородов, которые отгоняются при атмосферном давлении. Это дает возможность исследовать строение большинства низкомолекулярных компонентов нефти и разделить ее на более или менее узкие фракции, как правило, подлежащие дальнейшей переработке.

Под фракционным составом нефти понимают количественное содержание в ней веществ, выкипающих в определенных температурных границах. В результате прямой перегонки при атмосферном давлении из нефти выделяются следующие светлые фракции:

бензиновая н.к. - 140 оС;

лигроиновая 140-180 оС;

керосиновая 180-240 оС;

газойлевая 240-350оС.

Остаток от атмосферной перегонки, называемый мазутом, далее подвергается вакуумной перегонке для получения смазочных масел. Фракции мазута различаются не по температуре кипения, а по вязкости. В порядке возрастания вязкости различают дистилляты: соляровый, трансформаторный, веретенный, машинный, автоловый, цилиндровый. Остаток после разгонки мазута ‑ гудрон или полугудрон.

Количество и соотношение фракций, содержащихся в разных сортах сырой нефти, различно. Как правило, содержание светлых фракций составляет 30-50 мас.%, хотя известны легкие светлые нефти, содержащие, в основном, бензино-керосиновые фракции. Как следует из приведенных температурных интервалов выкипания, фракции перекрываются по температурам кипения и по входящим в них углеводородным компонентам. Это означает, что знание фракционного состава нефти недостаточно для ее характеристики и установления классов входящих в нее компонентов и, соответственно, перспектив переработки. Для решения этой задачи изучают структурно-групповой состав нефти. Под групповым составом понимают результаты анализа по классам углеводородов: при этом определяют содержание алканов, циклоалканов и аренов.

Парафиновые углеводороды(алканы) составляют значительную часть нефти и попутного газа. Из них выделены все алканы нормального строения от СН4 до С33Н68. Кроме них встречаются и разветвленные алканы в количествах, составляющих доли процента. Предполагается, что они образовались в результате деструкции изопреноидных структур. По агрегатному состоянию парафины делятся на газообразные (С1-С4), жидкие (С5-С15) и твердые (С>16), кристаллизующиеся при 20 оС. Все они находят применение как топливо и химическое сырье.

Нафтены (циклоалканы) составляют большую часть нефти, в ней встречаются как моно-, так и полициклические циклоалканы. Среди первых выделены, в основном, циклопентаны и циклогексаны с числом заместителей от 1 до 3, например:

Их количество в нефти почти одинаково.

Полициклические нафтены могут иметь следующее строение:

Нафтены склонны к структурным изменениям в процессе нефтепереработки. Они положительно влияют на качество топливных фракций и масляных дистиллятов.

В легких фракциях нефтепродуктов содержатся, в основном, циклопентан, циклогексан и метилциклопентан. С увеличением температуры выкипания фракций в них увеличивается количество углеводородов с бóльшим числом циклов в молекулах и длиной боковых цепей заместителей. В тяжелых фракциях появляются нафтены с заместителями С14 и выше с изопреноидным типом строения.

В нефтях содержится большое количество аренов, относящихся к различным гомологическим рядам. В бензиновых фракциях присутствуют все теоретически возможные арены С6-С9 в соотношении С6:С7:С8:С9=1:3:7:8. Больше всего обнаружено термодинамически устойчивых 1,3-ди- и 1,2,4-триалкилбензолов. В этой фракции присутствует простейший гибридный нафтено-ароматический углеводород индан:

В керосиновой фракции обнаружены его метилпроизводные. Там же имеются нафталин, тетралин и их метилзамещенные:

В более тяжелых фракциях арены содержат больше ароматических нафтеновых ядер, при этом увеличивается число и длина заместителей, среди которых обнаружены и изопреноидные. В высококипящих фракциях найдены полициклические ароматические соединения, например:

Ароматические углеводороды играют исключительно важную роль в качестве химического сырья и как компоненты моторного топлива, повышающие его детонационную стойкость (октановое число).

Контрольные вопросы:

1. Какие углеводороды содержатся в нефти?

2. Напишите структурные формулы ароматических соединений.

Литература

1. Наметкин С.С. Химия нефти.- М, Изд. Академии наук, 1955.

2. Бурдынь Т.А., Закс Ю.Б. Химия нефти, газа и пластовых вод. - М., Недра, 1978, 277с.

3. Химия нефти и газа. Под ред. Проскурякова В.А., Драбкина А.Е. -Л., Химия, 1989.

Лекция 2

Читайте также:

lektsia.com

• 
  Думпкары технические характеристики
• 
  Принцип работы энергоаккумулятора
• 
  Принцип работы икг
• 
  Тракторный генератор
• 
  Генераторные датчики
• 
  Поршень с шатуном
• 
  Барабан лебедки
• 
  Гусек крана
• 
  Устройство башенного крана
• 
  Какие грузы запрещается поднимать краном
• 
  Устройство аварийной сигнализации