Групповой химический состав

Химический состав нефти и нефтепродуктов принято характеризовать содержанием основных групп углеводородов и других соединений. Углеводороды нефти представлены тремя группами: парафиновые (алканы), нефтеновые (цикланы, или циклоалканы), ароматические (арены). В нефтепродуктах появляются и олефиновые углеводороды (алкены), обладающие повышенной реакционной способностью, которые образуются при реакционных процессах переработки нефтяных фракций термодеструктивными и термокаталитическими методами.

Парафиновые углеводороды (алканы или метановые углеводороды, гомологи метана, насыщенные углеводороды метанового ряда) - основная часть углеводородов нефти. Они имеют химическую формулу С„Н2и+2, где С - углерод, Н - водород, п - количество атомов углерода, например п = 1 СН4 (метан), п = 2 С2Н6 (этан), п = 3 С3Н8 (пропан), п = 4 С4Н10 (бутан) и т.д.

Газообразные алканы с числом атомов углерода от 1 до 4 растворены в нефти в условиях давления и температуры нефтяного пласта и выделяются дегазацией из нефти при ее добыче в виде попутного нефтяного газа. Самые легкие углеводороды метан и этан составляют основную часть «сухих» природных газов (до 96,5-98,6 об. %). В более «жирном» газе из газоконденсатных месторождений доля метана 55-90 об. %, а содержание этана, пропана, бутана и пентана (С5Н]2) может достигать 6-16 об. % и более. Попутные нефтяные газы могут содержать метана от 30 до 50 об. % и 50-70 об. % этана, пропана, бутана, пентана и более тяжелых углеводородов. Природные газы обычно не содержат сероводорода или в них обнаруживаются только его следы. Но некоторые газы, например, Оренбургского, Астраханского газоконденсатных месторождений содержат повышенное содержание сероводорода. Особо отличается по этим примесям газ Астраханского месторождения, в котором содержание С02 достигало 16,5-25,4 об. % и H2S - 14-20 об. %.

Парафиновые углеводороды от С5 (температура кипения 36 °С) до С18 (температура кипения 320 °С) являются жидкими. По своему строению алка-ны с числом атомов углерода 4 и более делятся на алканы нормального строения и разветвленные алканы изостроения (изоалканы, изопарафины). Для С4 углеводород имеет одно нормальное строение и одно изостроение, для С5 имеется уже три изомера, для С6 - пять, для С8 —18 изомеров и т.д. Содержание алканов в нефтях очень разнообразно - от 10 до 70 % (считая на светлые фракции). Жидкие изоалканы желательны для автобензинов и масел.

Твердые парафиновые углеводороды условно начинают считать таковыми с углеводородов С19 или С20и до максимально возможных в нефти. Такой термин в этом случае относится к нормальным алканам, представляющим действительно твердые микрочастицы, а изоалканы при нормальной температуре остаются жидкими. Твердые н-парафины - это наиболее высокозастываю-щие углеводороды нефти. Они определяют температуру застывания нефти и нефтепродуктов, поэтому их содержание в топливах и маслах ограничено. Их содержание в нефтях колеблется от 0,5 до 20 мае. % и является классификационным признаком, по которому нефти относят к трем видам: до 1,5 % -малопарафинистые, 1,51-6 % - парафинистые и более 6 % - высокопарафинистые.

Нафтеновые углеводороды (цикланы, насыщенные циклические) являются моноциклическими и полициклическими по строению и имеют химическую формулу С„Н2„. В бензиново-керосиновых фракциях моноцикланы С5-С8 распространены как в виде нормальных циклов, так и в виде изомеров. В бензиновых фракциях преобладают циклопентановые углеводороды С5 и циклогексановые С6, причем С5 может быть до 15 %. Полициклические нафтены содержатся в основном во фракциях нефти выше 300 °С, а во фракциях 400-550 °С количество всех изомеров достигает 70-80 мае. %. Нафтены -желательный компонент всех нефтяных топлив, они имеют высокие теплоту сгорания и плотность и низкую температуру застывания. Это сочетание особенно важно в реактивных топливах для летательных аппаратов.

Ароматические углеводороды (арены) являются ненасыщенными циклическими углеводородами. Содержание аренов в нефтях и нефтепродуктах различно. В бензиновых фракциях их присутствие (может быть до 30 мае. %) желательно (в определенных пределах) и необходимо для улучшения эксплу-тационных характеристик (повышение детонационной стойкости). Эту роль играют моноциклические (бензольные) ароматические углеводороды С„Н2„_6; их до 67 % среди всех аренов, присутствующих в нефтях. Формула бензола С6Н6, его гомологи - толуол С7Н8, С8Н10 орто-, мета- и параксилолы, этилбен-зол и др. Бензол, толуол и ксилолы (БТК) - ценнейшее сырье нефтехимии.


К ароматическим углеводородам относятся также и другие углеводороды: би-циклические (нафталиновые), трициклические (антраценовые) и др.

Олефиновые углеводороды (алкены) - это ненасыщенные углеводороды. Газы химических деструктивных процессов нефтепереработки и нефтехимии (заводские вторичные газы) содержат низшие олефины С„Н2„: этилен С2Н4, пропилен С3Н6, бутилены С4Н8, которые составляют от 20 до 60 мае. % от состава заводских вторичных газов. Среднемолекулярные алкены (С5-С18) и высокомолекулярные алкены (С19 и выше) образуются в меньших количествах по сравнению с низшими олефинами и входят в состав легких (30-350 °С) и тяжелых (350-500 °С) нефтяных фракций вторичного происхождения (вторичные процессы переработки нефтяных фракций - это химические деструктивные процессы). Алкены являются незаменимым сырьем нефтехимии.

Гетероатомные соединения - это химические соединения углеводородов с одним или несколькими атомами различных химических элементов: серы, азота, кислорода, хлора и металлов. Нежелательные гетероатомные соединения существенно осложняют технологию переработки нефти, влияют на эксплутационные свойства конечных нефтепродуктов и уровень загрязнения окружающей среды.

Серосодержащие соединения. Сера находится в нефти в связанном виде в количестве от 0,02 до 6 мае. %. По содержанию общей серы нефть условно подразделяется на малосернистую (до 0,5 %), сернистую (0,51-1,90 %) и высокосернистую (1,91-3 % и более). Идентифицировано около 300 серосодержащих соединений в нефти, которые можно выделить в несколько групп. Простейшее соединение - сероводород H2S, хотя его обычно определяют отдельно от других серосодержащих веществ. В природной нефти сероводорода немного (0,01-0,03 мае. %), он растворен в ней, и основное его количество уходит с попутным нефтяным газом. При переработке сернистой нефти за счет химических термокаталитических реакций деструкций сероводород образуется в больших количествах, он выделяется из заводских вторичных газов и направляется на производство серы. Уникальной по содержанию сероводорода (до 24-25 мае. %) является нефть некоторых месторождений Прикаспийской впадины (например, месторождение Тенгиз в Казахстане) [4]. Как бурение и добыча, так и переработка такой необычной высокосернистой нефти требуют особых технико-эксплуатационных решений (более дорогое оборудование, повышенная безопасность для персонала, жесточайшие требования по экологии и др.).

Меркаптаны - серосодержащие вещества (их называют еще тиоспирты, тиолы), в нефти их немного (2-10 % от всех серосодержащих веществ). Они вместе с сероводородом аккумулируются в легких бензиновых фракциях, очень коррозионны и токсичны. Кроме меркаптанов, различают также сульфиды, тиофены и др. Применяют разнообразные процессы очистки нефтяных фракций от серосодержащих веществ (экстрактивная очистка растворителями, каталитическая гидроочистка в присутствии водорода и др.).

Азотсодержащие соединения в нефти встречаются в количестве не более 0,6 мае. %, в бензиновых фракциях они практически отсутствуют (до 0,0005 мае. %), а концентрируются в более высококипящих фракциях. Эти соединения чрезвычайно нежелательны, так как они отравляют многие катализаторы, например, ароматизации при переработке бензиновых фракций (поэтому их содержание в таких бензиновых фракциях ограничено величиной 0,00005 мае. %). Азотсодержащие соединения осмоляют дизельное топливо, вызывают его помутнение. Их удаляют в процессе гидроочистки одновременно с соединениями серы.

Кислородсодержащие соединения (карбоновые, присутствующие в бензиновых и керосиновых фракциях, и нафтеновые кислоты, фенолы и др.) кор-розионны, заметно ухудшают эксплуатационные свойства нефтяного топлива и масел, поэтому всегда требуется гидроочистка нефтепродуктов для совместного удаления от соединений серы, азота и кислорода.

Смолы и асфальтены - сложная смесь наиболее высокомолекулярных углеводородов и гетероатомных соединений с числом атомов углерода от 50 до 100. Смолы - очень вязкие жидкости темно-коричневого или бурого цвета, плотностью выше единицы и молекулярной массой 600-1200 являются сильными красителями, они нестабильны и окисляются уже при 20-40 °С, удаляют при гидроочистке. Будучи нежелательными компонентами всякого топлива, смолы служат в то же время сырьем производства кокса.

Асфальтены - концентрат наиболее высокомолекулярных соединений нефти (в основном гетероатомных соединений) с молекулярной массой от 1 500 до 4 000. В нефти они присутствуют в виде подвижных коллоидных микрочастиц, а будучи выделенными из нефти, представляют собой твердые аморфные частицы черного цвета. Содержание асфальтенов в нефти не превышает 10 мае. %, они химически активны, легко окисляются. Концентрированная смесь смол и асфальтенов представляет собой битум - хорошее связующее и гидроизолирующее вещество. Из нефтяных масляных фракций необходимо обязательно удалять асфальтены и смолы (деасфальтизация) с целью получения качественных базовых масляных фракций.




Вы можете скачать файл реферат "Групповой химический состав" курсовую работу абсолютно бесплатно. Скачивая файл, помните, что он служит основой для самостоятельной работы.

Чтобы получить полную информацию, подпишись на нас Vk.com/enciklopediyatehniki