Групповой химический состав

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

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.



Реферат "Групповой химический состав" курсовая работа.

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