Цикланы (нафтеновые углеводороды).
Это группа циклических насыщенных углеводородов общей формулой СnН2n. По числу циклов в молекуле их делят на моно и полициклические углеводороды.
Нафтены – желательный компонент всех нефтяных топлив, поскольку обладают благоприятным сочетанием таких свойств, как высокие теплота сгорания и плотность, с низкой температурой застывания.
Особенно это сочетание важно для топлив, предназначенных для летательных аппаратов, поскольку энергетическая характеристика определяется теплотой, выделяющейся при сгорании 1 л топлива. Поэтому большинство углеводородных реактивных и ракетных топлив являются концентратами нафтеновых углеводородов. Нафтены обладают также хорошими вязкостно-температурными и смазывающими свойствами и поэтому составляют основную (совместно с ИПУ) часть смазочных и специальных масел. Особенно ценными в этом отношении являются нафтены с разветвленными боковыми алкильными цепями.
В нефтехимии нафтены служат одним из важнейших источников сырья для получения бензола и толуола (реакцией Зелинского), получения капролактама (через стадию окисления циклогексана), получения лекарств (из производных адамантана) и специальных полимеров.
Арены (ароматические углеводороды).
Ароматические углеводороды (АрУ) СnНn являются ненасыщенными циклическими соединениями и представлены в нефтях следующими углеводородами: моноциклическими (бензольными) – СnНn; бициклическими (нафталиновыми) – СnНn-2; трициклическими (антраценовыми) – СnНn-4; тетрациклическими (пиреновыми) – СnНn-4.
В основном все они представлены алкилпроизводными изомерами и содержатся во фракциях нефти в соответствии с их температурами кипения.
Значение АрУ в нефтепродуктах различно. Так, в бензинах их присутствие [до 30% (мас.)] желательно и необходимо, так как придает бензинам хорошие моторные свойства – повышает их детонационную стойкость. С этой целью в товарные бензины часто добавляют толуол или ксилолы.
В авиационных керосинах содержание АрУ ограничивают (в зависимости от марки топлива) 10-20% (мас.) из-за их низкой теплоты сгорания и способности давать нагар в двигателях при сгорании. Допустимое количество АрУ обусловлено необходимостью иметь авиакеросины с повышенной плотностью.
В дизельных топливах содержание АрУ ограничивают из-за их нагарообразующих свойств и плохой воспламеняемости, что является очень важной характеристикой этих топлив. В маслах высокомолекулярные и слабоалкилированные АрУ – нежелательный компонент, так как они ухудшают вязкостнотемпературную характеристику масел и обусловливают образование лаковосмолистых отложений на трущихся поверхностях.
Алкены (олефиновые углеводороды).
Алкены – ненасыщенные алканы – в природных нефтях, как правило, не обнаруживаются, но образуются в больших количествах в процессах дальнейшей химической переработки фракций нефти термодеструктивными и термокаталитическими методами.
Эти процессы можно отнести к двум группам:
- процессы, где алкены являются сопутствующим продуктом (термокрекинг, коксование, каталитический крекинг);
- процессы, где алкены являются целевым продуктом (дегидрирование, пиролиз).
В углеводородных газах этих процессов содержание низших олефиновых углеводородов (ОлУ) С1-С4 составляет от 20 до 60% (мас.). К ним относятся этилен, пропилен, бутен-1, бутены-2 (цис- и транс-формы), изобутилен, 1,3-бутадиен.
Гетероатомные соединения (ГАС).
Гетероатомные соединения – это химические соединения на основе углеводородов любой группы, содержащие один или несколько различных атомов химических элементов – серы, азота, кислорода, хлора и металлов. Соответственно их называют "серосодержащие ГАС", "азотсодержащие ГАС" и т. д.
Смолы и асфальтены.
Смолы и асфальтены – это не самостоятельная группа органических соединений, а сложная смесь высокомолекулярных углеводородов и ГАС.
Резкой границы между фракцией нефти с температурой кипения 500-550°Си фракцией, содержащей смолы и асфальтены, не существует, и поэтому их условно можно разделить на следующие компоненты: мальтены – смесь смол с масляными (парафинонафтеновыми) фракциями нефти. Они обычно растворимы в низкокипящих алифатических углеводородах C5-C8; асфальтены – вещества, растворимые в бензоле и сероуглероде, но нерастворимые в алифатических растворителях C5 – C8; карбены – растворимы только в сероуглероде; карбоиды – плотные углеродистые вещества, нерастворимые даже в сероуглероде.
Основные единицы СИ и соответствующие им единицы других систем