Элементный и компонентный состав нефтей

СОСТАВ И СВОЙСТВА НЕФТЕЙ

Лекция 3.

Цель изучения – получить знание о нефти как сложной коллоидной системе, состоящей из углеводородных и неуглеводородных (гетероатомных) компонентов разного фазового состояния, содержащих биологические метки (хемофоссилии[1]) и способной изменять свой состав и свойства вслед за изменением термобарических и геохимических условий.

Задачи:

изучить:

ü элементный и компонентный состав;

ü фракционный состав;

ü физические свойства;

ü факторы, влияющие на изменение состава и свойств нефтей;

познакомиться:

ü как определять физические свойства и товарные качества нефтей по их компонентному составу и содержанию: серы, светлых фракций, содержанию масел, содержанию парафина;

ü как определять фракционный состав нефтей по пределам температур кипения;

ü как определять химический тип нефтей по групповому составу.

Нефть – это сложная коллоидная гидрофобная система, состоящая из углеводородов различного строения и гетероатомных или неуглеводородных соединений (кислородных, сернистых, азотистых и высокомолекулярных металлорганических смолисто-асфальтеновых соединений), которая распространена в осадочных породах.

Коллоидными растворами называются гетерогенные дисперсные системы, в которых частицы «растворенного» вещества обладают ультрамикроскопической (коллоидной) степенью дробления. Поперечник частиц дисперсной фазы в этих системах лежит в пределах 1 -100 нм, поэтому свет не может свободно проходить через них и подвергается большему или меньшему рассеянию. Благодаря светорассеянию золи (коллоидные системы) всегда, особенно в отраженном свете, кажутся опалесцирующими, мутноватыми или просто мутными.

При химическом анализе нефти определяют её элементный, изотопный, компонентный и фракционный состав.

Таблица 2. Элементный состав нефти

Главные элементы: С – 82-87 %, Н – 12-14 % Сумма:96-99%	Основные гетероэлементы: S – до 6-8 %, О – до 3,6 %, N - до 1,7 % S+О+N – от 0,5-2 до 8 и более %	Микро- гетероэлементы: Металлы: V, Ni, Fe, Zn, Mо, Co, W, Hg, U, и др. Галогены: Cl, Br, I Неметаллы: Р, Si, Аs Всего более 70 элементов, с содержанием от 10^-1 до 10^-7 %

В нефтях обнаружено свыше 70 элементов таблицы Д.И. Менделеева, которые разделяются на главные и основные элементы, а также на микроэлементы.

Главными химическими элементами нефти являются углерод и водород. Содержание углерода составляет 82-87 %, а водорода 12-14 %. В сумме их содержание составляет 96-99 %.

Основные элементы представлены кислородом, серой и азотом. Их общее содержание составляет от 0,5 до 2 %, но может достигать 8 % и более, главным образом, за счет серы.

Микроэлементы содержатся в количестве от одной десятой до одной десятимиллионной доли процента. В сумме они составляют менее 1 %. Главное место среди микроэлементов занимают металлы - это: ванадий (V), никель (Ni), железо (Fe), цинк (Zn) и другие металлы. Содержатся также и неметаллы - галогены: хлор (Cl), бром (Br), йод (I) и другие элементы-неметаллы: фосфор (P), кремний (Si), мышьяк (Аs). Наибольшим содержанием выделяется: фосфор, до 0,1 %, ванадий (V) - 0,03-0,004 %, никель (Ni) - 0,03-0,05 %, железо (Fe) - 0,012-0,0003 % и цинк (Zn) - 0,0036-0,0004 %. При этом ванадий и никель концентрируются в золе некоторых нефтей в количествах, соизмеримых с их содержанием в промышленных рудах.

Химики называют ванадий ультрамикроэлементом – так называют те элементы, содержание которых в организме не превышает 0,000001%. Со второй половины XIX века, в течение почти 100 лет, учёные спорили: нужен ли ванадий в организме вообще, или следует считать его токсичным и вредным? Однако в 1974 году роль ванадия в организме человека была признана положительной, так как выяснилось, что он является участником очень многих химических реакций, и важен для обменных процессов, а значит, и для поддержания здоровья.

Кроме того ванадий у некоторых организмов, например, у морских жителей дна голотурий и асцидий концентрируется в целомической жидкости/крови, причем его концентрации достигают 10 %! То есть эти животные являются биологическим концентратором ванадия. Его функция в организме голотурий до конца не ясна, разные ученые считают его отвечающим либо за перенос кислорода в организме этих животных, либо за перенос питательных веществ.

Вообще ванадий считается токсичным элементом, и его избыток, обычно связанный с экологией и особенностями производства, может вызывать различные нарушения и отравления.

В организм человека он может попасть вместе с парами бензина и мазута; из-за токсических выбросов при производстве стекла или асфальта, работы металлургических заводов и т.д.

Избыток ванадия в организме приводит к повышению кровяного давления, заболеваниям нервной системы – например, депрессии или рассеянному склерозу.

Так, у рабочих, занятых на производстве, где в организм может постоянно попадать ванадий, возникают воспалительные заболевания кожи и слизистых оболочек глаз и дыхательных путей.

В изотопном составе соединений нефтей преобладают легкие изотопы элементов.

Организмы предпочитают изотопы легких элементов. Так, при фотосинтезе растения отдают предпочтение легкому изотопу ¹²С. Поэтому в живых организмах, а также произошедших от них нефти и угле содержание тяжелого изотопа ¹³С понижено, а в углекислом газе и образовавшемся из него карбонатах, наоборот, – повышено. Микроорганизмы, восстанавливающие сульфаты, также накапливают легкий изотоп ³²S, поэтому в осадочных сульфатах его больше. В «остатках» же, не усвоенных бактериями, доля тяжелого изотопа ³⁴S больше. (Кстати, анализируя соотношение изотопов серы, геологи могут отличить осадочный источник серы от магматического.

Дата добавления: 2014-01-11