На сегодняшний день определить полный химический состав нефти с помощью современных методов анализа невозможно. Это связано с тем, что изучение состава возможно лишь для фракций, кипящих при температурах до 500–580 °C. Поэтому для описания химической природы нефти используют два основных подхода: элементный и групповой химический состав.
Что такое элементный химический состав?
Элементный химический состав нефти — это количественное содержание химических элементов, входящих в её структуру. Он выражается в массовых долях или процентах. Хотя в нефти обнаружено множество элементов, ключевыми являются следующие.
Основные элементы в составе нефти
Углерод является основным компонентом, его содержание колеблется от 83 до 87 масс. %. В более тяжёлых и плотных нефтях концентрация углерода выше. Этот элемент входит в состав всех органических соединений нефти.
Водород составляет от 11 до 14 масс. %. Как и углерод, он присутствует во всех химических соединениях нефти. Вместе эти два элемента образуют основу горючих свойств нефти, являясь носителями тепловой энергии.
Сера входит в состав многочисленных серосодержащих гетероатомных соединений. Содержание серы в нефтях сильно варьируется: в малосернистых нефтях — от 0,02 до 0,50 масс. %, в высокосернистых — от 1,5 до 6,0 масс. %. Концентрация серы обычно возрастает в высококипящих фракциях (выше 400 °C), что делает её нежелательным компонентом из-за негативного влияния на качество нефтепродуктов.
Азот содержится в значительно меньших количествах — от 0,01 до 0,60 масс. %, в редких случаях до 1,5 масс. %. Азотсодержащие соединения также концентрируются в тяжёлых фракциях (выше 400 °C) и считаются нежелательной примесью.
Кислород представлен в виде карбоновых и нафтеновых кислот. Его содержание может достигать от 0,05 до 0,80 масс. %, а иногда до 3 масс. %. Кислородсодержащие соединения также накапливаются в тяжёлых фракциях и ухудшают качество нефти.
Металлы образуют обширную группу гетероэлементов, которые входят в состав сложных соединений с углеводородами. В нефти обнаружено около 30 металлов, но их общее содержание редко превышает 0,05 масс. % (500 мг/кг). Наиболее распространены ванадий, никель, железо, цинк, медь, магний и алюминий. Металлы концентрируются в высококипящих фракциях (от 450 °C и выше) и негативно влияют на работу катализаторов, ухудшая эксплуатационные свойства конечных нефтепродуктов.
Заключение
В составе нефти уже идентифицировано более 500 индивидуальных углеводородов и около 350 соединений, содержащих серу, азот и кислород. Также обнаружено более 50 химических элементов. Концентрация этих компонентов и примесей сильно различается в зависимости от месторождения, поэтому говорить о среднем химическом составе нефти можно лишь условно.