Общие сведения о нефти

Нефть представляет собой маслянистую жидкость от светло-желтого (редкие «белые» нефти) до коричнево-бурого и даже черного цвета, обычно легко текущую, реже — малоподвижную. Иногда встречаются твердые нефти (п-ов Мангышлак).

Основными химическими элементами, составляющими нефть, являют­ся углерод (С) и водород (Н), содержащиеся в различных нефтях в количе­ствах (% мас.) 82-87 и 11-15 соответственно. Оставшуюся долю составляют сера (S), азот (N), кислород (О) и металлы (ванадий, никель, железо, кальций, натрий, калий, медь и др.), находящиеся в нефтях в виде сернистых, азотис­тых, кислородсодержащих и металлоорганических соединений. Таким обра­зом, по своему составу нефть представляет собой очень сложную смесь орга­нических веществ, преимущественно жидких, в которой растворены (или на­ходятся в коллоидном состоянии) твердые органические соединения и сопут­ствующие нефти газообразные углеводороды (попутный газ).

Углеводороды, т.е. органические вещества, состоящие только из уг­лерода и водорода, являются основной частью всех нефтей. Следует от­метить, что в нефтях, за редким исключением, отсутствуют ненасыщен­ные углеводороды, относящиеся к классу непредельных (олефины или алкены). В углеводородный состав нефтей входят алканы (парафины), цикланы (циклопарафины или нафтены) и арены (ароматические угле­водороды). Относительное содержание этих групп углеводородов в раз­ных нефтях различно. Преобладание той или иной группы в нефти при­дает ей определенные свойства, что определяет направление и комплекс процессов ее переработки, а также качество и области применения полу­чаемых из нее нефтепродуктов.

Парафиновые углеводороды (алканы)

Гомологический ряд парафиновых (алкановых) углеводородов име­нуют также метановым рядом по названию первого его члена (гомоло­га) — метана (СН₄). Метан (С,), этан (С₂), пропан (С₃) и бутаны (С₄) являются при нормальных условиях (20°С, 760 мм. рт. ст.) газами и входят в состав нефтяных газов, которые растворены в нефти, когда она находит­ся под большим давлением в нефтяном пласте, и выделяются из нее в виде свободной газовой фазы, когда нефть при ее добыче выходит из сква­жины. Нефтяные газы, богатые пропаном и бутанами, именуют жирны­ми, в отличие от природных газов, как правило, состоящих на 97-98% об. из метана, которые называют сухими.

Начиная с бутана, каждый апкан может иметь как нормальное строе­ние (н-алкан), т.е. прямую (неразветвленную) цепь, как у н-бутана (СН₃-СН₂-СН₂-СН₃), так и изомерное (разветвленное) строение, как у изобутана

Таким образом, изомеры — это вещества, имеющие одну и ту же хими­ческую формулу, но различную структуру (строение). С увеличением числа С-атомов в молекулах н-алканов количество изомеров быстро возраста­ет: для бутана существуют 2 изомера, для пентана (С₅) — 3, для декана (С₁₀) — 75, для эйкозана (С₂₀) — 366319 изомеров.

Парафиновые углеводороды от пентана (С₅) до гексадекана (С₁₆) вклю­чительно при нормальных условиях являются жидкостями и входят в со­став бензинов, керосинов и дизельных топлив. При этом изопарафины — весьма желательные компоненты бензинов, придающие им хорошие ан­тидетонационные свойства (см. далее), так как обладают высокими окта­новыми числами, а н-парафины по той же причине (у них высокие цета- новые числа) — желательные компоненты дизельных топлив.

Парафиновые углеводороды от С_]7 и выше при нормальных условиях яв­ляются твердыми веществами: их температуры плавления возрастают с увели­чением молекулярной массы. Твердые парафины присутствуют преимуще­ственно в масляных дистиллятах, а также являются основной массой товар­ных парафинов и церезинов, причем парафины содержат в своем составе глав­ным образом н-алканы, а церезины — нафтеновые и ароматические углеводо­роды с длинными боковыми цепями, преимущественно изостроения.

По технологической классификации нефтей (ГОСТ 912-66) малопарафинистыми считают нефти, содержащие не более 1,5% мас. парафина с температурой плавления 50°С; парафинистыми — нефти с содержани­ем такого парафина 1,51 -6,0% мае.; нефти, в которых более 6,0% мас. па­рафина, относят к высокопарафинистым.

Нафтеновые углеводороды (циклоалканы)

Нафтеновые углеводороды, впервые открытые в бакинских нефтях В.В.Марковниковым, являются предельными (не имеющими двойных связей) и поэтому называются еще циклопарафинами. В основном они состоят из гомологов циклопентана (а) и циклогексана (б), имеющих бо­ковые парафиновые цепи различной длины и степени разветвленности, хотя в нефтях обнаружены нафтены с 2-4 циклами (кольцами, ядрами).

Нафтеновые углеводороды, содержащиеся в бензинах, придают им высокие эксплуатационные свойства, а моноциклические нафтены с длин­ными разветвленными боковыми цепями являются самыми желатель­ными компонентами реактивных и дизельных топлив и смазочных ма­сел. При равном числе углеродных атомов в молекуле нафтеновые углево­дороды имеют меньшую температуру застывания, чем парафины. Нахо­дящиеся в составе бензиновых фракций нафтены при их каталитическом риформинге превращаются в ароматические углеводороды (бензол, то­луол, ксилолы и др.).

Ароматические углеводороды (арены)

Они относятся к циклическим углеводородам и, в отличие от нафте­новых, содержат в каждом цикле три двойные связи. В нефтях содержат­ся арены с числом циклов от 1 до 4. Арены, содержащиеся в бензинах, являются гомологами бензола (а); в керосинах и дизельных топливах, кроме гомологов бензола, содержатся производные (гомологи) нафтали­на (б), а в маслах — гомологи нафталина и антрацена (в).

В соответствии с современными экологическими требованиями ко­личество ароматических углеводородов, особенно бензола, в бензинах резко ограничено; они снижают качество реактивных и дизельных топ­лив, ухудшая характеристики их сгорания. Нов маслах гомологи бензола с длинными боковыми изопарафиновыми цепями являются весьма же­лательными компонентами (и нежелательными — арены без боковых цепей и полициклические). Кроме присутствия в качестве компонентов в различных нефтепродуктах, ароматические углеводороды, в силу их высокой растворяющей способности по отношению к органическим ве­ществам, применяют как растворители, атакже в производстве взрывча­тых веществ и в нефтехимическом синтезе.

Дата добавления: 2014-01-20