Нефть - смесь жидких УВ (парафиновых, нафтеновых и ароматических), в которой растворены газообразные и твердые УВ

По физическим и химическим свойствам нефти различают три вида ее состава: элементный, фракционный и групповой химический

1. Элементный состав нефти - массовое содержание в ней химических элементов. Нефть состоит из углерода и водорода (соответственно 79,5–87,5 и 11,0–14,5% от массы). Кроме них, присутствуют еще – сера, кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5–8%. В незначительных концентрациях встречаются металлы – Fe, Са, К, Mg, Ni, Mn, V, Ti и др. Общее содержание металлов не превышает 0,02–0,03%.

2. Фракционный состав – определяют путем перегонки - разделением на фракции по температурам кипения. От начала кипения до 300°С отбирают десятиградусные фракции, а затем пятидесятиградусные фракции до фракций с окончанием кипения 475-550°С. Или же отмечают температуру начала кипения, температуры, при которых отгоняется 10, 50, 95 и 97,5 объемн. %, а также остаток и потери.

Различают следующие фракции нефти: 28-180°С – широкая бензиновая ; 120-240°С – керосиновая (150-240°С – осветительный керосин; 140-200 – уайт-спирт); 140-340°С – дизельная (180-360°С – летнее топливо); 350-500°С – широкая масляная ; 380-540 – вакуумный газойль.

3. Групповой химический состав нефти содержание в ней УВ определенных химических групп, которые характеризуются соотношением и структурой соединений атомов углерода и водорода.

В состав нефти входят три группы веществ: углеводороды; гетероатомные соединения; смолы и асфальтены.

В нефтях содержатся компоненты трех рядов углеводородов: метановые, или парафиновые (алканы), нафтеновые (цикланы) и ароматические (арены).

Метановые УВ (алканы) – насыщенные углеводороды, в которых отсутствуют двойные связи. Общая формула CnH2n+2, где n – число атомов углерода. Содержание в нефти – 30-70%. В нефти присутствуют газообразные алканы С2–С4 (в виде растворённого газа), жидкие алканы С5–С15 (основная масса жидких фракций нефти) и твёрдые алканы С17–С53, которые входят в тяжёлые нефтяные фракции и известны как парафины и церезины. Парафинами называется смесь УВ метанового ряда с молекулярной массой от 240 и выше. Содержание парафиновых УВ колеблется от долей процента до 20% и больше.

Нафтеновые УВ (цикланы) их общая формула CnH2n, CnH2n-2 (бициклические) или CnH2n-4 (трициклические). В нефти присутствуют в основном пяти- и шестичленные нафтены. Содержание в нефти – 25-75%.

Ароматические УВ (арены) – формула СnН2n3m, где n начинается с 6, m может быть выражено четными числами от 6 и выше. В структурном отношении молекула ароматических УВ имеет вид замкнутого кольца (цикла), объединяющего радикалы – СH. К ним относятся бензол и его гомологи, толуол, фенантрен и др. Содержание в нефти – 10-15%. В сравнении с другими группами УВ ароматические имеют наибольшую плотность. По вязкости они занимают промежуточное положение между парафиновыми и нафтеновыми

Детонационная стойкость топлива оценивается в октановых числах. Значения октановых чисел бензинов зависят от того, какие углеводороды преобладают в этих бензинах: чем больше октановое число, тем устойчивее к детонации (нафтеновые, ароматические УВ высокие октановые числа).

Гетероатомные соединения – УВ, в состав молекул которых входят кислород, азот, сера, металлы. Кислородсодержащие соединения в нефтях представлены, в основном, фенолами и кислотами. Содержание кислот колеблется от десятых долей до 3%. Более 60% добываемых нефтей - это сернистые нефти, с содержанием общей серы более 1% (меркаптаны, сульфиды, сера и сероводород). Азотистые соединения - это пиридин, хинолин и др.

Смолисто-асфальтеновые вещества -полициклические системы с числом колец в молекуле 4-6 и более. В составе этой полициклической системы содержатся нафтеновые и ароматические кольца, а также гетероциклические системы с атомами О, S и N в кольцах. Содержание их колеблется от нескольких процентов до 10-20% и выше.

Классификация нефтей

Химическая - в основу положен групповой состав УВ - нефти делятся на 3 основные типа: метановые, нафтеновые и ароматические

Технологическая по ГОСТ Р 51858–2002

По плотности при 200С, кг/м3: особо легкие (до 830), легкие (830-850), средние – (850-870) тяжелые (870-895), битуминозная (более 895).

По содержанию серы, %: 1 класс – малосернистые (0-0,6); 2 класс - сернистые (0,61-1,8); 3 класс – высокосернистые (1,81-3,5), 4 класс - особо высокосернистые (более 3,5%).

По содержанию асфальтенов и смол, %: малосмолистые (до 5); смолистые (5-15); высокосмолистые (более 15).

По содержанию парафина, %:- малопарафинистые (до 1,5)- парафинистые (1,51-6), высокопарафинистые (более 6).

По вязкости, мПа*с: с незначительной вязкостью (менее 5), маловязкая (5-10), с повышенной вязкостью (10-30), высоковязкая (более 30).

По степени подготовки (содержанию воды и хлористых солей)

Наименование показателя	Норма для нефти группы
Массовая доля воды, %, не более	0,5	0,5	1,0
Массовая концентрация хлористых солей, мг/дм3, не более
Массовая доля механических примесей, %, не более	0,05
Давление насыщенных паров, кПа (мм рт. ст.), не боле	66,7 (500)

Методы изучения компонентного состава нефти

Исследования состава нефти характеризуются широким использованием в этих целях инструментальных методов физико-химического анализа. Методы выделения и разделения углеводородных компонентов: перегонка и ректификация, адсорбционная хроматография, термодиффузия, диффузия через мембраны, кристаллизация, комплексообразование. Хроматографические методы анализа: газожидкостная, жидкостно-жидкостная, газо-адсорбционная, жидкостно-адсорбционная.

Молекулярная масса – важнейшая характеристика нефти. Этот показатель дает «среднее» значение молекулярной массы веществ, входящих в состав той или иной фракции нефти, и позволяет сделать заключение о составе нефтепродуктов. Молекулярная масса связана с температурой кипения Молекулярная масса сырых нефтей находится в пределах 220 - 300 г/моль. Молекулярная масса фракций возрастает с ростом их температуры кипения. Молекулярную массу нефтепродуктов определяют экспериментально. Ее можно рассчитать по формулам, предложенным Б.П. Воиновым:

М = а + bt + сt 2,

где t – средняя температура кипения продукта, °С; а, b, с – постоянные, числовые значения которых различны для каждой группы углеводородов.

Средняя молекулярная температура кипения определяется по формуле:

t1m1 + t2m2 + ….tn mn

tср = -----------------------------------------------

m1 +m2 + ….mn

где t1, t2,….., tn – температуры кипения компонентов смеси; m1, m2,….., mn – мольные доли компонентов смеси.

Плотность.- отношение массы к объему. Единица измерения плотности в системе СИ выражается в кг/м3. Измеряется плотность ареометром. Чем меньше плотность нефти, тем выше выход светлых фракций. С повышением давления плотность нефти значительно уменьшается при насыщении её углеводородными газами. Плотность нефти, измеренная при 20°С, отнесенная к плотности воды, измеренной при 4°С, называется относительной плотностью нефти. Относительная плотность колеблется в пределах 0,5–1,05 кг/дм 3 (обычно 0,82–0,95).

Плотность нефти зависит от многих факторов: химической природы входящих в нее веществ, фракционного состава, количества смолистых веществ, количества растворенных газов и других. Плотность нефти зависит и от глубины залегания, как правило, уменьшаясь с ее увеличением. Плотность уменьшается с ростом температуры, растёт с увеличением геологического возраста и глубины залегания нефти. Плотность парафинов меньше плотности аренов.