Химический состав нефти

Нефть представляет собой смесь более 1000 индивидуальных веществ, из которых большая часть - это жидкие углеводороды (>500 веществ и обычно 80-90% по массе) и гетероатомные органические соединения (4-5%), преимущественно сернистые (около 250 веществ), азотистые (>30 веществ) и кислородные (около 85 веществ), а также металлоорганические соединения; остальные компоненты – растворённые углеводородные газы (С1-С4, от десятых долей до 4%), вода (от следов до 10%), минеральные соли (главным образом хлориды, 0,1-4000 мг/л), растворы солей органических кислот, механические примеси (частицы глины, песка, известняка).

1 – Парафиновые углеводороды (УВ)

Присутствуют во всех нефтях, но распределяются по фракциям неравномерно. Они концентрируются в основном в бензиново-керосиновых фракциях, а в масляных фракциях их содержание резко снижается. Существуют нефти, для которых характерно полное отсутствие парафиновых УВ в высококипящих фракциях. Входящие в нефть парафиновые УВ разделяют на:

- жидкие, состав которых определяется С5 до С15, выкипают в пределах 36-270°С

- твердые парафиновые УВ, начиная с С16 до С55

УВ состава С11-С16 попадают в керосиновую фракцию. Максимальное содержание твердых УВ в нефти не превышает 13%. При этом парафиновые УВ в нефтях находятся или в растворенном или во взвешенном состоянии. При перегонке мазута в масляную фракцию попадают парафиновые УВ, состава С17-С35, а в гудронах концентрируются УВ С36-С55. Твердые парафиновые УВ делят на 2 группы: парафины и церезины.

Парафины – сравнительно низкоплавкие смеси УВ, которые плавятся при 45-65°С, выделяются они из масляных фракций и имеют состав С20-С35. Парафиновые УВ легко кристаллизуются и при невысоких температурах устойчивы к действию различных реагентов.

Церезины – их выделяют из остатков от перегонки нефти С36-С55. Т_пл 64-88. Кристаллизуется с трудом. УВ, которые входят в состав церезинов, имеют в основном разветвленное строение. При этом в некоторых случаях в главной УВ-цепи могут присутствовать циклоалканы или ароматические группы с длинными цепями линейного или разветвленного строения. Поэтому церезины менее инертны, чем парафины.

2 – Циклоалканы (нафтеновые УВ)

Очень часто эта группа УВ по своему содержанию в нефтях преобладает над остальными классами УВ. В среднем на долю этих УВ может приходится 25-75%. Они присутствуют во всех нефтях и во всех фракциях. Содержание их растет по мере утяжеления фракций. Простейшие нафтеновые УВ, такие как циклопропан, цик-лобутан и их производные в нефтях не обнаружены.

В бензиновую фракцию входят нафтены С5-С20. В бензинах и частично в керосинах присутствуют в основном моноциклические нафтены ряда циклопентана и циклогексана с короткими боковыми цепями. Но в нефтях присутствуют и полициклические нафтены. Причем высшие нафтены являются гомологами как конденсиро-ванны, так и неконденсированных полициклических соединений, содержащих от 2 до 6 циклов. (рис.)

В среднем циклопентановое кольцо преобладает над циклогексановым.

Высокомолекулярные УВ с большим числом углеводородных атомов в парафиновых цепях правильнее относить не к нафтеновым УВ, а к смешанным парафи-но-циклопарафиновым УВ. При этом полициклические нафтеновые УВ с длинными боковыми имеют высокие Т_пл и поэтому при перегонке нефти они попадают в основном в состав церезинов. По своим химическим свойствам нафтеновые УВ близки к парафиновым УВ.

3 – Ароматические УВ (арены)

Содержатся практически во всех нефтях, но общее содержание моноциклических аренов уступает содержанию алканов и циклоалканов во фракциях, выкипающих до 200°С и составляет от 5 до 25%. В керосиново-газойлевых фракциях (200-350°С) на ряду с гомологами бензола присутствуют нафталин (рис.) и его гомологи. Содержание аренов в этой фракции выше и составляет 15-35%. Некон-ленсированные ароматические бициклические УВ типа дифенила (рис.) и типа дифе-нилметана (рис.) присутствуют в нефтяных фракциях в очень малых количествах. В высших фракциях нефти могут быть ароматические УВ, содержащие 3,4,5 конденсированных колец. Но полициклических чисто ароматических УВ с короткими боковыми цепями в нефти содержится очень мало. Как правило, строение молекул высокомолекулярных соединений носит смешанный характер, т.е. в молекуле присутствуют различные структурные элементы: ароматические кольца, 5-ти и 6-тичленные нафтеновые циклы и алифатические цепи. Поэтому сочетание этих элементов м.б. очень разнообразным и соответственно число изомеров м.б. также велико. По физическим свойствам ароматические УВ существенно отличаются от алканов и нафтенов с таким же числом углеродных атомов (плотность, показатель преломления, Т_кип). Ароматические УВ легче вступают в химические реакции.

Содержание УВ в нефти может достигать 98%, но есть нефти, содержание УВ в которых составляет 50%. НеУВ-соединения содержаться в более высококипящих фракциях.

4 – Кислородсодержащие соединения нефти

Содержание кислорода в нефти может составлять 0,1-1 % и только в высокосмолистых нефтях это содержание может достигать 2% причем 90% кислорода приходится на долю смолистых веществ. Остальная часть кислорода входит в состав кислых органических соединений (кислот и фенолов). Нейтральных кислородсодержащих соединений в нефтях очень мало. Основная часть кислых соединений в нефти представлена карбоновыми кислотами, которые содержат нафтеновые циклы. Поэтому эти кислоты называются нафтеновыми. По физическим свойствам нафтеновые, а также нефтяные кислоты представляют собой или жидкости или кристаллические вещества. Эти соединения обнаружены во всех нефтях и концентрируются нафтеновые кислоты в высококипящих фракциях.

5 – Сернистые соединения нефти

По содержанию серы нефти делят на следующие группы:

1. несернистые нефти (содержание серы <0,2%)

2. малосернистые нефти (0,2-1%)

3. сернистые (1-3%)

4. высокосернистые (>3%)

Многие сернистые соединения нефти термически нестабильны, поэтому при перегонке нефти и при термической переработке нефтяных фракций происходит их распад, и в результате в низкокипящих дистиллятах накапливаются продукты распада – сероводород и меркаптаны (тиоспирты). (рис.)

Основная масса сернистых соединений имеет высокую Т_кип, и поэтому 70-90% всех соединений серы концентрируется в мазуте и гудроне. Есть нефти, которые содержат элементарную серу. Помимо сероводорода или меркаптанов в нефти могут присутствовать сульфиды (R-S-R) и дисульфиды (R–S–S–R), тиофаны и тиофены.

6 – Азотистые соединения нефти

Содержание азотистых соединений в нефти не превышает 2-3%, но может достигать 10% в высокосмолистых нефтях. Содержание азота концентрируется в тяжелых фракциях нефти и в смолистых нефтепродуктах. Азотистые соединения можно разделить на соединения основного характера и соединения нейтрального характера. Большая часть азотистых соединений приходится на нейтральные вещества. Азотистые соединения достаточно термически стабильны, особенно в отсутствие кислорода.

7 – Смолисто-асфальтеновые вещества

Это наиболее высокомолекулярные гетероорганические вещества, в состав которых одновременно входят С, H, N, O, S и Me. При перегонке нефти эти вещества концентрируются в основном в гудронах, но, попадая в некоторые легкие фракции (за исключением бензиновых) они придают окраску от желтой до темно-коричневой. Содержание смолисто-асфальтеновых веществ не превышает 15%

Дата добавления: 2015-10-02