хімічний вміст нафти

Хімічний вміст нафти дуже складний. Вона не є однорідною хімічною речовиною, а суміш великої кількості різних речовин: вуглеводів, сірнистих, азотних і інших з’єднань.

1.1 Елементний і груповий вміст нафти (ряди вуглеводів)

елементний вміст нафти характеризується вмістом в них 83-87% вуглецю, 11-14 гідрогену, 1-3% нітрогену, окисигену сульфуру і металів. В деяких нафтах вміст сульфуру досягає 6%. Визначити хімічний вміст нафти за окремими з’єднаннями дуже важко, тому часто обмежуються визначенням кількісного ва хімічного вмісту, тобто окремих груп і рядів вуглеводнів. Для газів і легких бензинових фракцій вдається визначити індивідуальний хімічних вміст.

Основну масу нафти складають вуглеводні, які відрізняються один від одного різним вмістом карбону і гідрогену в молекулі, а також її будовою. Вуглеводні нафти відносяться до наступних груп, або рядам:–

парафінові (насичені);–

нафтенові;

- ароматичні.

В нафтах переважно переважають парафінові і нафтенові вуглеводні.

В процесі переробки нафти утворюється ще й ненасичені вуглеводні.

Наявність тої чи іншої групи вуглеводів в природній нафті, а також сирнистих, азотних з’єднань в нафті і в продуктах, отриманих при її переробці, надає цим продуктам певні властивості.

Вуглеводні являють собою хімічне з’єднання елементів – карбону і гідрогену. Саме просте з’єднання карбону з гідрогеном – метан. Метан – газ, який є основною складовою частиною природного газу

Парафінові вуглеводні (алкани). Їх загальна формула СnH2n+2 (n – число атомів карбону). Кожний наступний вуглеводень отриманий з попереднього заміною крайнього в ланцюзі гідрогену метальної групи А. Це вуглеводні нормальної будови. Вуглеводні від CH4 до C4H10 – гази.

Наступні вуглеводні – від С5Н12 до С15Н32 – рідини. Вони входять у вміст бензину, дизельного пального.

Вуглеводні від С16Н34 і вище в звичайних умовах тверді речовини.

Приклади парафінових вуглеводнів

С4Н10 С5Н12

ізобутан ізопентани

Нафтенові вуглеводні (циклами). Загальна формула СnH2n. Вони були відкриті знаменитим російським хіміком В.В. Марковниковим при вивченні ним кавказьких нафтей.

За своїми хімічними властивостями нафтенові вуглеводні нагадують парафінові вуглеводні, але на відміну від них мають циклічну будову:

Циклопентан | Циклогексан | Метилциклогенсан

Дуже велике значення серед них мають похідні циклопентану і циклогексану. Ароматичні вуглеводні (арени). Арени ряду бензолу мають загальну формулу СnH2n-6. Циклічна будова ароматичних вуглеводнів на відміну від нафтенових характеризуються наявністю подвійних зв’язків:

Бензол | Толуол | Ксилол

Більшість ароматичних вуглеводнів є цінною сировиною для хімічної і нафтохімічної промисловості.

Ненасичені вуглеводні. Вуглеводні ряду етилену мають загальну формулу CnH2n. Вони характеризуються наявністю подвійного зв’язку. В нафтах вони не містяться, але складають значну частину продуктів, отриманих при термічних і деяких каталітичних процесах. Ці вуглеводні володіють великою реакційною здатністю і є хорошою сировиною для виробництва таких важливих продуктів, як поліетилен, окисли етилену.

1.2 кисневі з’єднання в нафті.

До числа основних кисневих з’єднань, що містяться в нафті, відносяться нафтенові кислоти, феноли, смолисто-асфальтові з’єднання.

Нафтенові кислоти містять карбоксильну групу – СООН. Густина їх коливається в межах 0,95-1,05. загальна їх формула СnH2n-2O2. Нафтенові кислоти – маслянисті рідини з різким запахом. Містяться вони в дизельних, солярових і легких масляних дистилятах. Викликають корозію.

Нафтенові кислоти і їх солі широко застосовуються в промисловості в якості деемульгаторів.

Феноли містяться тільки в деяких нафтах і виділяються разом з нафтеновими кислотами. Максимальна кількість фенолів міститься в каліфорнійській ароматичний нафті.

Смолисто-асфальтенові з’єднання містяться в нафтах в дуже значних кількостях (від 4-5 до 20% і більше). Це складні високомолекулярні речовини. Які містять крім карбону (82-87,4%) і гідрогену (10,3-12,5%), оксиген (до 2,5%), сульфуру (0,8-7%), і нітрогену (до 1%).

Низькомолекулярні смоли сполуки частково переганяються з нафтовими дистилятами, а найбільш високомолекулярні концентруються в мазуті і в гудроні – залишок від перегонки нафти. Наявність смол в нафтопродуктах надає їм темного кольору.

Сірнисті групи в нафті.

Сірнисті групи в тій чи іншій кількості зустрічаються у всіх нафтах. В деяких випадках їх вміст досягає 6%.

Сірнисті зв’язки в нафтах різні. Але більша частина сірки в нафтах і нафтопродуктах знаходиться в зв’язаному стані.

Сірнисті зв’язки нафти можна розділити на 3 групи. До першої групи відносяться

Сірководень H2S і меркаптани RSH, інколи до цієї групи відносять елементну сірку, яка разом з сірководнем і меркаптанами утворює активні сірнисті зв’язки, що викликають найбільш сильну корозію апаратури, трубопроводів.

До другої групи відносяться нейтральні на холоді термічні малостійкі сульфіди R_S і дисульфіди RS_SR. Вже при 130-160 єС і сульфіди і дисульфіди починають розпадатися з утворенням сірководню і меркаптанів.

До третьої групи сірнистих зв’язків відносяться термічно більш стабільні циклічні зв’язки – тіофан

Тіофен | їх похідні

а також інші сірнисті зв’язки.

При перегонці нафти без розкладу вміст сірки зростає від легких фракцій до тяжких. Найбільше концентрується сірки в залишку.

Азотні з’єднання в нафті.

Вміст азотних з’єднань в нафтах не перевищує 0,3%.

Із збільшенням питомої ваги нафти, тобто вмісту в ній смолисто-асфальтових зв’язків, кількість азотистих з’єднань збільшується.

Азотні зв’язки нафти діляться на 2 основні класи: ароматичні, які містять ядра піридину або хіноліну, і гідроароматичні, або насичені, які не містять в ядрі подвійних зв’язків. При перегонці нафти, яка містить азотисті групи, а також при повторній переробці такої нафти утворюється аміак. Це вказує на розклад азотних груп. При деяких методах очистки із нафтопродуктів одночасно видаляється значна кількість сірчистих груп (у вигляді H2S) і азотних груп (у вигляді NH3). При цьому ненасичені вуглеводні перетворюються в парафінові.

Мінеральні речовини в нафті мінеральні речовини зустрічаються в нафтах в дуже мали кількостях. Систематичні дослідження складових частин золи від спалювання нафти показує приблизну кількість в ній елементів (від більшого до меншого):