Нефть. Состав нефти (стр. 1 из 8)

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 С_пН_2п+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

С_пН_2п+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.