Раздел 1. Химический состав нефтей и нефтепродуктов

Элементный состав нефти

Элементный химический состав – количественный состав химических элементов, входящих в нефть, выраженный в массовых долях или процентах.

Таблица 1.1.

Основные химические элементы, входящие в состав нефти

Элемент	Концентрация в нефти, % масс.
Углерод	82...87
Водород	11...15
Сера	0.02...7.0
Азот	до 2.2
Кислород	до 1.5

В нефтяной золе найдены V, Ni, Fe, Ca, Na, K, Cu, Cl, I, P, Si, As и др.

Так как водород имеет наибольшую теплоту сгорания среди элементов, а нефть содержит много водорода, среди ископаемых (за исключением нефтяного газа) нефть обладает наибольшей теплотой сгорания.

От углей и сланцев нефть отличается также более высоким содержанием углерода.

Кислород, сера, азот в нефтях встречаются в виде соответствующих соединений (гетероорганические соединения).

Углеводороды нефти и продуктов ее переработки

В состав нефтей, нефтяных фракций и товарных нефтепродуктов входят углеводороды четырех групп: парафиновые, олефиновые, нафтеновые, ароматические. Содержание этих групп углеводородов во фракциях нефтей различно. Преобладание той или иной группы придает нефтям специфические свойства, что сказывается на методах переработки и областях применения нефтепродуктов.

Алканы

Алканы (парафины, насыщенные углеводороды, предельные углеводороды) углеводороды составляют основную часть нефти. Обычно содержание алканов в нефтях колеблется от 20 до 50 %.

Общая формула: С_nH_2n+2

Метан СН₄, этан С₂Н₆, пропан С₃Н₈, бутаны С₄Н₁₀ - газы. В нефти находятся в растворенном состоянии и являются основной составной частью природного и попутного газов.

Природный газ добывают из газовых скважин. Состоит, в основном, из метанов (до 98 % об.) + немного этана, пропана, бутанов.Попутный - из нефтяных скважин. Содержат много пропана и бутанов, также и более тяжелые углеводороды.В состав газов (природного и попутного) входят также H₂S (сероводород), N₂, СО₂ (углекислый газ), Не.

Газы, в которых много углеводородов от пропана и выше - жирные. Из них получают газовый бензин, сжиженные газы.

Газы, почти нацело состоящие из метана и этана - сухие. Используются, главным образом, как бытовое и промышленное топливо, отчасти как сырье для производства сажи, ацетилена, продуктов органического синтеза.

Парафиновые углеводороды от изопентана С₅Н₁₂(t_кип.=28 ⁰С) до гексадекана С₁₆Н₃₄ (t_плав.=18,1 ⁰С) при нормальных условиях - жидкости. Входят в состав бензиновых и керосиновых фракций нефти.

Начиная с бутана у парафиновых углеводородов наблюдается явление изомеризации:

н-бутан изо-бутан (2-метилпропан)

При одном числе углеродных атомов в молекуле изопарафины имеют более низкие плотность, температуру застывания и температуру кипения, чем нормальные парафиновые углеводороды.

Изопарафины придают высокое качество бензинам, нормальные ухудшают свойства карбюраторных топлив, однако до определенных концентраций (регламентированных ГОСТами) являются желательными компонентами реактивного и дизельного топлив, а также смазочных масел.

Парафины от гептадекана С₁₇Н₃₆ - твердые вещества, входящие в состав товарных парафинов и церезинов. Их температура плавления повышается с ростом молекулярной массы.

Кристаллы парафинов имеют ленточную структуру. Присутствуют, в основном в масляных фракциях 350...500^оС, обеспечивая их высокую температуру застывания. Температура плавления - 40...70^оС, число углеродных атомов в молекуле - 21...32, молекулярный вес - 300...450.

Кристаллы церезинов имеют игольчатое строение. Присутствуют в остатках вакуумной перегонки нефти, вызывая повышение температуры размягчения гудрона. В их состав входят парафиновые, нафтеновые и ароматические углеводороды с длинными боковыми цепями. При одной температуре плавления парафинов и церезинов у церезинов выше плотность, вязкость, молекулярный вес.

Применение парафинов и церезинов: изготовление свечей, пропитка соломки спичек, производство восковой бумаги. Используются в качестве диэлектрика в электротехнике и радиоэлектрической промышленности.Окислением хорошо очищенного парафина получают карбоновые кислоты - заменители жира в мыловарении.При крекинге парафина получают a-олефины - сырье для производства моющих веществ.

Алкены (олефины).

Олефины также называют алкены, непредельные углеводороды, ненасыщенные углеводороды.

Ранее существовала точка зрения, что алкены либо не содержатся в нефтях, либо содержатся в незначительных количествах. В конце 80-х годов ХХ века было показано, что в некоторых нефтях содержание олефинов может достигать 15-20 % масс. Установлено, что олефины являются продуктами радиолиза алканов под действием естественного излучения в условиях залежи.

Отличительной особенность олефинов является наличие двойной или тройной связи.

СН₂=СН₂-этилен

-ацетилен

-изопрен (2-метилбутадиен-1,3)

Олефиновые углеводороды встречаются в продуктах деструктивной переработки нефти (крекинг, пиролиз). Легко полимеризуются и осмоляются, что приводит к снижению срока службы нефтепродуктов - нежелательные компоненты топлив и масел. Широко применяются для производства полимеров (полиэтилен, полипропилен, каучук), пластмасс, синтетических спиртов.