Состав нефти и газа. химия нефти

Нефть- смесь трех классов углеводоро­дов - парафиновых (метановых), нафтеновых и ароматических - при разном их соотношении. Нефть - маслянистое вещество от жидкой до смолоподобной консистенции. Абсолютное большинство нефтей в стан­дартных условиях имеют плотность от 760 до 990 кг/м3. По сравнению с водой поверх­ностное натяжение нефти в два - три раза меньше. Нефть - диэлектрик. Плохо раство­ряется в воде и плохо растворяет воду.

Природный горючий газ - смесь ме­тана СН4, этана С2Н6, пропана С3Н8, изобу­тана С4Н10, нормального бутана С4Н10 и других более редких углеводородов. При этом метан составляет 85-91 %, он почти в три раза легче воздуха. Интерес­но, что при большом объеме газовой фазы, существенно превышающей объем контак­тирующей с ней нефти, последняя при рос­те давлении испаряется в газовую фазу. По­лучающаяся смесь именуется газоконден­сатом

Все процессы переработки нефти (за исключением первичной простой разгонки по фракциям) являются химическими реакциями. Поэтому важно знать основы химии нефти и ее состав.

Химический состав нефти. Нефть представляет собой сложное минеральное вещество. Она не образует самостоятельного пласта или линзы наподобие подземных резервуаров воды. Нефть в виде флюидов заполняет пустоты в пористых породах, принимая их форму. По внешнему виду нефть представляет собой маслянистую жидкость обычно темно-коричневого цвета с зеленоватым оттенком. Бывают нефти более светлые: светло-коричневые, красноватые, «белые» и бесцветные. Нефти более светлого цвета имею меньший удельный вес, а более темные обладают большей вязкостью. Все нефти обладают характерным специфическим запахом.

Состав нефти: элементный, фракционный и групповой составы.

Элементный (химический) состав.

Свойства вещества зависят от атомарного и молекулярного состава. Важнейшими параметрами любого химического вещества являются валентность и химические связи.

Валентность атома некоторого элемента равна числу атомов водорода (или их эквивалента), с которым этот атом может соединится.

Химическая связь –вид соединения между двумя атомами. Приближенно можно считать, что это сила электростатического взаимодействия. Нефть и газ - основные современные энергоносители - имеют углеводородную ос­нову и состоят из пяти химических элементов - углерода С, водорода Н, се­ры S, кислорода О и азота N. При этом в неф­ти углерода содержится 80-88%, водорода11-14.4%, а в углеводородной части природ­ных газов эти элементы составляют 75-82% и 18-25%, соответственно.

Примеси – сера около 7%, хотя во многих видах нефти серы нет. Сера содержится виде соединений с отдельными видами углеводородов (входит в их химический состав). Нефтепродукты подразделяются малосернистые, среднесернистые, высокосернистые. Американцы называют «сладкие» (sveet) или «кислые» (sour ).Малосернистые до 0,5% S , среднесернистые от 2,5% S. Сера в нефти содержится в чистом виде (самородная) или в виде сероводорода или меркаптанов. Сера вредна своим сильным коррозионным воздействием на металл.

Кроме углеводородов в нефти содержатся кислородные соединения – нафтеновые кислоты и асфальто - смолистые вещества ( все продукты окисления) - последние высокомолекулярные соединения, содержащие кроме углерода и водорода. – кислород до 2%, серу до 7%, азот до 1 %. При обычных температурах – малотекучее, или твердое вещество, плотность превышает плотность воды. Часть асфальто-смолистых веществ, растворимая в бензине называется смола, нерастворимая – асфальт.

По содержанию асфальтенови смол нефти бывают: малосмолистые,содержание мене 8%, смолистые 8 – 28%, сильно смолистые. более 28%.

Азота содержится 1,7% - инертен. Азотистые соединения представлены, в частности, порфирами, которые как считается, образовались из хлорофилла растений и гемоглобина животных. Что является одним из подтверждений органического происхождения нефти.

Кислород содержится в составе химических соединений (кислоты, фенолы, эфиры …) – 3,6%. Содержание металлов разнообразно от железа. Никеля до ртути, но определяется только в золе после сжигания (обогащение).

Фракция - объединение некоторых соединений образующих сырую нефть в группы. «Фракция – объединяет все соединения, которые кипят в заданном интервалетемператур».

Начало кипения фракции - температура выпадения первой капли сконденсировавшихся паров.

Конец кипения фракции – температура, при которой испарение фракции прекращается.

Бензин –фракция, интервал кипения которой 35 - 205 гр Ц..

Керосин – интервал кипения 150 – 315 гр, Ц.

Дизельное топливо - 180 – 350, гр. Ц.

Масла -350 и выше.

Эти температуры называют границами кипения фракции или пределами выкипания ПВ.

Важно знать, ч то различные нефти сильно различаются по фракционному составу. Легкая нефть - больше бензина (газолин), нафты (тяжелый бензин, бензино-лигроин, лигроин).

Тяжелая нефть – больше газойля и мазута.

Обычно сырая нефть содержит следующие фракции:

Температура кипения	Фракция
До 32 гр. С.	Углеводородные газы (бутан и более легкие)
32 – 105	Бензин (газолин)
105 -160	Нафта (тяжелый бензин, бензинолигроиновая фракция, лигроин)
150 – 230	керосин
230 -240	газойль
Свыше 340	Остаток (мазут)

Фракционный состав определяется при разделении по температуре кипения. Фракция (иногда называют дистиллят, иногда - погон) это доля нефти выкипающая в определенном интервале температур. Цена на сырую нефть зависит от ее фракционного состава (тяжести) (примесей) то есть от последующих затрат на ее переработку. (сернистая нефть – кислотность – износ оборудования).

ПЛОТНОСТЬ нефти измеряют как относительную плотность

ОР = масса вещества /масса воды

Групповой состав – количественное соотношение отдельных групп углеводородов и соединений.

«Углеводород – химическое соединение углерода и водорода. Бывают – парафиновые, нафтеновые, и ароматические.»

Парафины (алканы)– метан, этан, пропан и т.д. - органические соединения состоящие только из углерода и водорода и не содержащие двойных и тройных связей. Насыщенные (предельные) углеводороды представляют собой один из основных гомологических рядов и имеют общую формулу - Сn Н2n+2. Предельные или насыщенные углеводороды не вступают в реакцию присоединения, для них характерна лишь реакция замещения.

При n = от 1 до 4 - это газы. От n = 5 до 15 - жидкости. При n> 16 - твердые вещества. Твердые углеводороды метанового ряда называются парафинами. Температура плавления – 52 – 62 гр. С. В пласте парафины находятся в растворенном состоянии. При падении давления в пласте могут кристаллизоваться. Создавать пробки.

Нафтены -класс циклических соединений.

Нафтеновые углеводороды (цикланы) содержат меньше водорода, формула Cn H2n. В отличие от парафинов они имеют циклическое строение. Нафтеновые углеводороды содержатся во всех фракциях нефти, они составляют основу (важнейший компонент) моторных топлив и смазочных масел, улучшают эксплуатационные свойства бензина, уменьшают зависимость вязкости масел о температуры. Это сырье для получения ароматических углеводородов.

Олефины и ароматические углеводороды (арены).

Олефины. Существуют молекулы углеводорода, в которых два атома углерода соединены с четырьмя атомами водорода. При этом правила валентности не нарушены, поскольку атомы углерода соединены двойной связью. Формула олефинов Cn H2n.

Однако, двойная связь слабее чем одинарная. Химическое соединение оказывается неустойчивым и может легко реагировать с другими веществами, при этом превращаясь в другое, более устойчивое, соединение, в котором нет двойной связи.

(Рис. …)

Поэтому этилен часто используют для синтеза более сложных химических соединений. Цепочка из множества связных молекул этилен дает широко известный полиэтилен.

В природе олефины не существуют. Их нет в сырой нефти. Они появляются в результате термического или химического воздействия на природные углеводороды, в процессе крекинга.

Другие олефины, пропилен (С3 H6 ) и бутилен (С4 H8 ) являются исходным сырьем для ряда химических процессов нефтепереработки.

Ароматические углеводороды. Формула Cn H2n-6 . При n = 6, получаем классический представительэтого класса углеводородов –бензол( C6 H6 ). (Рис. …

Олефиновые и ароматические углеводороды, все ароматики, включают в себя бензольные кольца.

Они содержатся во всех фракциях нефти, обладают хорошей растворяющей способностью по отношению к органическим веществам, высокотоксичны.

Когда в молекуле углеводорода число атомов углерода становится больше шести. число их их комбинаций в структуре начинает лавинообразно возрастать.

В чистом виде классы нефти: парафиновые, нафтеновые, ароматические в природе не существуют. Нефть представляет собой смесь углеводородов с преобладанием определенного класса. Чтобы описать состав нефти или нефтепродуктов, иногда, достаточно указать долю, процентное содержание парафинов, нафтенов, и ароматики. Эти группы характеризуют основные физические свойства: плотнорсть, вязкость, температуру кипения и др.

Физические свойства нефти.

Основные физические свойства: удельный вес, вязкость, поверхностное натяжение, теплоемкость, температура кипения, застывания и испарения, теплота сгорания, растворимость, электрические и оптические свойства.

Природные газы делятся на три группы:

· Газы, добываемые из чисто газовых месторождений

· Газы, добываемые из газоконденсатных месторождений

· Газы, добываемые из нефтяных месторождений.