Какие компоненты содержатся в сырой нефти
Природная маслянистая горючая жидкость известная как нефть имеет сложный и разнообразный состав определяющий её качество. Состав сырой нефти представляющий собой жидкость находящуюся в недрах Земли включает углеводороды, органические соединения и небольшое количества металла.
Сырая нефть не имеет определенной химической формулы, так как её состав отличается в зависимости от месторождения с различными соотношениями компонентов. Как правило не смешивается с водой.
Компоненты состава сырой нефти
Хотя углеводороды обычно являются основным компонентом состава сырой нефти, их количество может варьироваться от 50% до 97% в зависимости от типа горючей жидкости и способа ее добычи. Органические соединения, такие как азот, кислород и сера, обычно составляют от 6 до 10% сырой нефти, в то время как металлы, такие как медь, мышьяк, никель, ванадий и железо, составляют менее 1% от общего состава.
Нефть состоит из следующих основных элементов:
- углерод (50-97%);
- водород (12-14%);
- кислород, азот, сера (6-10%);
- металлы до 1%.
Неорганические соли хлорида магния, хлоридов натрия и других минеральных веществ также сопровождаются с сырой нефтью из скважины либо из-за воды пласта или воды и химических веществ, закачиваемых во время бурения и добычи.
Типы углеводородов в сырой нефти
Существуют три основных типа углеводородов в сырой нефти: парафины или алканы (15-60%), нафтены или циклоалканы (30-60%), ароматические или арены (3-30%).
Парафиновые углеводороды
Парафиновые насыщенные углеводороды – это соединение, в котором все четыре связи атома углерода связаны с четырьмя отдельными атомами. Примеры это метан, этан, пропан, бутан, пентан, гексан. Название парафины произошло от латинского слова означающего «малоактивный».
Общая молекулярная формула (CnH2n+2), С-углерод, H-водород, где n-число атомов углерода в этом соединении. Гомологичные ряды этих углеводородов называются алканами. Алканы относительно неактивны по сравнению с ароматическими веществами и олефинами. При комнатной температуре алканы не подвергаются воздействию концентрированной дымящей серной кислоты, концентрированных щелочей или мощных окислителей, таких как хромовая кислота. Алканы проводят реакции замещения медленно с хлором в солнечном свете и с бромом в присутствии катализатора.
Парафины выпускаются как обычные, так и изопарафины. Нормальные парафины представляют собой соединения с прямой цепью, а изопарафины – разветвленные соединения.
Изопарафины более реактивны, чем обычные парафины, и желательны в моторном топливе.
Нормальные парафины могут быть преобразованы в изопарафины термическим или химическим путем. Это называется реакцией изомеризации.
Олефины эта серия известна как алкены: это ненасыщенные углеводороды, что означает наличие двойной связи между двумя атомами углерода в формуле. Родовая формула (CnH2n), и самый низкий член этого гомологичного ряда этилен, C2H4. Алкены бывают как жидкость так и газ: этилен, бутен, изобутен. Они обладают высокой реакционной способностью и могут сами реагировать на моноолефины.
Олефины не присутствуют в сырой нефти, но они образуются путем термического и каталитического разложения или дегидрирования обычных парафинов.
Олефины обычно нежелательны в готовых продуктах, потому что двойные связи реакционноспособны, а соединения легче окисляются и полимеризуются с образованием смол и лаков, поэтому их можно удалить абсорбцией в серной кислоте.
Нафтены или циклопарафины
Нафтены или циклопарафины: циклические насыщенные углеводороды с общей формулой, как олефины,(CnH2n), также известные как циклоалканы.
Поскольку они насыщены, они относительно неактивны, как парафины. Нафтены являются желательными соединениями для производства ароматических веществ и высококачественных базовых запасов смазочных масел.
Ароматические соединения
Не имеют отношения к запаху и является понятием, характеризующим структурные молекулы. Термин устоялся из-за приятного запаха этих веществ.
Ароматические соединения часто называемые бензолами, химически очень активны по сравнению с другими группы углеводородов. Их общая формула (CnH2n-6) при n ≥ 6.
Эти углеводороды подвергаются воздействию кислорода с образованием органических кислот.
Ароматические вещества также могут быть получены дегидрированием нафтенов в присутствии платинового катализатора.
Низшие ароматические соединения, такие как бензол, толуол и ксилолы, являются хорошими растворителями и инициаторами для многих нефтехимических продуктов.
Ароматические вещества из нефтепродуктов могут быть отделены экстракцией растворителями, такими как фенол, фурфурол и диэтиленгликоль.
| Виды углеводородов в сырой нефти | |||
| Тип углеводородов | Отличительная черта | Основные углеводороды | Особенности |
| Парафины (алканы) | Прямая углеродная цепь | Метан, этан, пропан, бутан, пентан, гексан | Температура кипения увеличивается по мере того, как число атомов углерода увеличивается. С количеством углерода 25-40 % парафины становится восковыми. |
| Изопарафины (изоалканы) | Разветвленная углеродная цепь. | Изобутан, изопентан, неопентан, изооктан | Число возможных изомеров возрастает в геометрической прогрессии по мере увеличения количества углерода атомы увеличиваются. |
| Олефины (алкены) | Одна пара углеродистых атомов | Этилен, пропилен, этен, пропен, бутен, пентен, гексен | Общая формула CnH2n. Олефины не присутствуют в сырой нефти, но образуются во время процесса. Нежелательно в готовом продукте из-за их высокой реактивности. Низкая молекулярная масса олефинов имеет хорошие антидетонационные свойства. |
| Циклоалканы (полиметиленовые углеводороды) | Насыщенные углеводороды содержат замкнутый углеродный цикл. | Циклопентан, метил-циклопентан, диметилциклопентан циклогексан, 1,2-диметилциклогексан | Общая формула CnH2n, имеющая циклическое строение. Средняя сырая нефть содержит около 50 % нафтенов. Нафтены-скромно хорошие компоненты бензина. |
| Ароматические или арены | 6 атомов углерода в кольце с тремя вокруг | Бензол, толуол, ксилол, этилбензол, кумол, нафталин | Ароматические вещества нежелательны в керосине и смазочном масле. Бензол является канцерогеном, следовательно, нежелательная часть бензина. |
Неуглеводороды или гетероатомные соединения
Общие гетероатомы в углеводородах – это атомы серы, кислорода, азота и металлов.
Соединения серы
Соединения серы присутствуют в сырой нефти в виде меркаптанов органических веществ, сернистые аналоги спиртов, имеющие общую формулу RSH, где R — углеводородный радикал Примерами циклических соединений серы являются тиофены и бензотиофены.
Газ сероводород
Газ сероводород (H2S) связан с сырой нефтью в растворенном виде и выделяется при нагревании. H2S вызывает коррозию при высоких температурах и в присутствии влаги.
Сырая нефть, содержащая большое количество H2S, называется кислой сырой нефтью. Сера, присутствующая в нефтяных топливных продуктах, также образует различные оксиды серы (SOx) при горении, которые являются сильными загрязнителями окружающей среды. H2S может быть удален из газов путем абсорбции в растворе с производными аммиака.
В легких дистиллятах сера может присутствовать в виде H2S, меркаптанов и тиофенов, но в более тяжелых фракциях сырой нефти 80-90% серы обычно присутствует в сложной кольцевой структуре углеводородов. В этой комбинации атом серы стабилен и не реагирует. В результате сера из более тяжелой нефти не может быть удалена без разрушительной реакции, такой как тяжелые термические или каталитические реакции.
В настоящее время сера извлекается при рафинировании и продается в виде продукта. Сера также оказывает отравляющее действие на различные катализаторы.
Соединения азота
Состав сырой нефти может включать соединения азота которые обычно встречаются в более тяжелых видах.
Соединения азота ответственны за цвет и цветовую нестабильность. В общем, чем более асфальтирована нефть, тем выше в ней содержание азота. Азот в нефтяных топливах вызывает образование оксидов азота (NOx), которые также являются сильными загрязнителями атмосферы. Азот может быть удален из нефтепродукты методом каталитического гидрирования.
Соединения азота более стабильны, чем соединения серы, и поэтому их труднее удалить, даже если они присутствуют в очень низких концентрациях.
Кислородные соединения
Сырая нефть может содержать кислородсодержащие соединения, такие как нафтеновые кислоты, фенолы и крезолы, которые ответственны за коррозионную деятельность. Кислород также действует на многие катализаторы. Кислород может быть удален каталитическим гидрированием.
Избыток кислородных соединений может даже привести к взрыву.
Металлы
Металлические соединения ванадия, никеля, свинца, мышьяка и др., также содержатся в сырой нефти.
Ванадий и никель встречаются в виде металлоорганических соединений в основном в более тяжелых фракциях сырой нефти, где атомы металлов распределены внутри соединения в сложной форме, называемой порфиринами.
Нефтяное топливо, содержащее эти металлические соединения, может повреждать горелки, трубопроводы и стенки камер сгорания.
Почему состав сырой нефти так важен?
- При обсуждении важно отметить, что состав сырой нефти имеет тенденцию диктовать использование очищенного продукта. Горючая жидкость обычно измеряется в объеме, и для некоторых составов нефти нецелесообразно перерабатывать её в топливо.
- Более легкая, менее плотная композиция сырой нефти с соединением, содержащим более высокий процент углеводородов, гораздо более выгодна в качестве источника топлива. В то время как другие, более плотные нефтяные композиции с менее горючим уровнем углеводородов и серы являются дорогостоящими для переработки в топливо и поэтому более пригодны для производства пластмасс и других применений.
- К сожалению, мировые запасы ископаемого топлива сильно истощены, и нефтеперерабатывающие заводы вынуждены перерабатывать все больше и больше тяжелой нефти и битума.
- В некоторых случаях в процессе рафинирования необходимо удалить углерод и добавить водород, что является дополнительным дорогостоящим этапом процесса рафинирования. Это изменение связано с этим рост затрат на переработку и напрямую влияет на цены нефтепродуктов во всем мире.
| Неуглеводороды | Состав веществ | Особенность |
| Соединения серы | Сероводород, меркаптаны | Нежелательно из-за неприятного запаха от 0,5% до 7% |
| Соединения азота | Хинолин, пиридин, пиррол, индол, карбазол | Наличие азота в бензине и керосине ухудшает цвет продукта при воздействии солнечных лучей. |
| Кислородные соединения | Нафтеновые Кислоты, фенолы | Эти кислоты вызывают коррозию на различных стадиях переработки и вызывают загрязнение окружающей среды |
Источник
Нефть является природным полезным ископаемым, которое представляет собой маслянистую горючую жидкость, нередко – черного цвета, хотя встречаются нефти и других цветовых оттенков (коричневого, вишневого, зеленоватого, желтоватого и прозрачного). Её добывают с помощью такой горной выработки, как нефтяная скважина, для формирования которой применяется бурение горных пород.
По своему химическому составу нефть представляет собой сложную смесь углеводородов с различными примесями. В её состав включены соединения таких хим. элементов, как сера, азот и так далее.
Загрузка …
Запах этого хим. вещества также различается, в зависимости от содержания в нем сернистых соединений и углеводородов ароматической группы.
Из чего состоит нефть? Хим. состав нефти
Нефть состоит из углеводородов, которые с химической точки зрения представляют собой соединения атомов углерода и водорода. В общем виде нефть – формула, описываемая как CxHy.
К примеру, такой самый простой углеводород, как метан, состоит из одного атома углерода, связанного с четырьмя атомами водорода. Другими словами, формула метана – CH4. Он относится к так называемым легким углеводородам и всегда есть в составе любой нефти.
В зависимости от того, какова концентрация в этом веществе различных видов углеводородных соединений, хим. и физические свойства нефти могут быть различны. Другими словами, компоненты нефти влияют на её свойства и внешний вид. Она может быть как текучей и прозрачной, так и черной и малоподвижной, причем настолько, что из-за высокой вязкости не выливается даже из перевернутого из сосуда.
Хим. состав обычной нефти представлен следующими хим. элементами:
- углеродом (около 84-х процентов);
- водородом на уровне 14-ти процентов;
- серой и её соединениями в количестве от одного до трех процентов (сульфиды, дисульфиды, сероводород и сама сера);
- азотом, доля которого – меньше процента;
- кислородом (также меньше 1-го %);
- различными металлами, общая концентрация которых также меньше 1 % (железо, ванадий, никель, хром, медь, молибден, кобальт и так далее);
- различными солями, доля которых также менее процента (например, хлоридом кальция, хлоридом магния, хлоридом натрия и прочими).
Нефть и сопутствующий ей, как правило, углеводородный газ могут залегать на глубине от десятков метров до пяти-шести километров. Стоит сказать, что при глубине залегания более шести километров находят только газ, а если глубина залегания продуктивного слоя менее одного километра, то встречается только нефть. В основном продуктивные пласты находятся глубже одного, но выше шести километров, и там бывают как нефтеносные, так и газоносные слои.
Породы, в которых залегает углеводородное сырье, называются коллекторы. Если описать коллектор простыми словами, то нефть как бы находится в плотной и твердой губке, состоящей из нефтеносных слоев различной пористости.
Общая химическая структура нефти
Состав и свойства нефти оказывают большое влияние на её дальнейшую переработку. Содержание углеводорода в нефти может варьироваться от 83-х до 87-ми процентов, водорода – от 12-ти до 14-ти %, а содержание серы колеблется в районе 1-го – 3-х %. Эту сложную химическую смесь в основном представляют различные соединения углерода и водорода: парафиновые, нафтеновые и ароматические.
Основные компоненты нефти – это углеводородные соединения, которые бывают следующих видов:
Парафиновые углеводороды
Этот компонент нефти имеет и другое название – алканы. Общая химическая формула – СnН2n + 2.
Если в парафинах менее четырех атомов углерода, то это – газы, известные нам как этан, метан, бутан. пропан, изобутан. Их отличает высокий показатель детонационной стойкости. Другими словами, их октановое число (если считать по моторному методу) – более 100.
Если в таких углеводородах от пяти до пятнадцати углеродных атомов, то это – жидкости. Если атомов углерода больше 15-ти, то это – твердые вещества.
В различных видах топлива и смазочных материалов концентрация алканов весьма высока, вследствие чего для этих нефтепродуктов характерна высокая стабильность. Для автомобильных бензинов высокого качества крайне желательно наличие в их составе изопарафиновых соединений, поскольку они весьма устойчивы к кислородному воздействию в условиях высоких температур.
Наличие в составе топлива нормальных парафинов, которые при высоких температурных значениях легко окисляются, значительно уменьшает уровень детонационной стойкости бензина, однако одновременно уменьшает время, которое проходит с момента подачи бензина в двигатель внутреннего сгорания до воспламенения топливной смеси, а это позволяет наращивать давление более плавно, что благотворно влияет на работу двигателя. В связи с этим наличие нормальных парафиновых соединений желательно в более тяжелом дизельном топливе, хотя в его зимних сортах количество таких парафинов ограничивается.
Углеводороды нафтеновой группы
Другое название – цикланы. Представляют собой насыщенные циклические углеводородные соединения, общая формула которых выглядит как СnН2n. В нефти цикланы представлены как циклопентан(С5Н10) и циклогексан(С6Н12 ).
Благодаря своему циклическому строению, цикланы отличаются высокой химической прочностью. Углеводороды нафтеновой группы при сгорании выделяют меньше теплоты (если сравнивать их с парафиновыми соединениями), однако также обладают высокой детонационной стойкостью. В связи с этим желательно их присутствие в топливах, используемых в карбюраторных двигателях, а также и зимних сортах дизтоплива.
Смазочные нефтепродукты, содержащие нафтеновые углеводороды, более вязкие и маслянистые.
Ароматические углеводороды
Другое название – арены. Их эмпирическая формула – СnН2n–6. В нефти они представлены как бензол (формула С6Н6 ) и его гомологи.
Благодаря высокому показателю своей термической устойчивости, арены являются желательными компонентами в карбюраторных топливах, октановое число которых должно быть как можно выше. Однако, поскольку арены обладают высокой нагарообразующей способностью, их содержание в бензинах допустимо до отметки 40 – 45 процентов.
Из-за своей высокой термической стабильности наличие аренов в дизельных видах топлива нежелательно.
Непредельные углеводороды
Другое название – олефины. В сырой нефти они не содержатся, а образуются во время нефтепереработки. Непредельные углеводородные соединения – это важнейшее сырье, необходимое для получения топлива с помощью нефтехимических методов и основным органическим синтезом.
Общая эмпирическая формула таких углеводородов – СnН2n (к примеру, С2Н4 – это всем известный этилен).
Низкий уровень химической стойкости олефинов негативно сказывается на практической эксплуатации нефтепродуктов, поскольку снижает уровень их стабильности. К примеру, бензины, получаемые с помощью термического крекингового процесса, в результате окисления содержащихся в них олефинов осмоляются в процессе хранения и загрязняют карбюраторные жиклеры и впускные трубопроводы. Другими словами, присутствие олефиновых соединений в любых видах нефтепродуктов нежелательно.
Соединения серы
На большом числе месторождений добывают сернистую или высокосернистую нефть.
При переработке такого сырья необходимы дополнительные затраты, поскольку увеличение концентрации серы в бензине с 0,033 до 0,15 процентов приводит к:
- снижению мощности двигателя на 10,5 процентов;
- увеличению расхода топлива на 12 процентов;
- возрастанию количества необходимых капремонтов вдвое.
Помимо этого, того, сернистое топливо сильно вредит экологии окружающей нас среды.
Соединения серы делятся на активные и не активные. Активные вызывают коррозию металлов в нормальных атмосферных условиях. К ним относятся:
| № | Полезная информация |
|---|---|
| 1 | Н2S (сероводород) |
| 2 | R — SН (меркаптановые соединения; R – это углеводородный радикал) |
| 3 | S (сера) |
И в растворенном, и во взвешенном состоянии, они оказывают сильное коррозионное воздействие на металлы практически при любых температурах, поэтому их присутствие в нефтепродуктах – недопустимо.
Неактивные соединения серы в нормальных условиях коррозию не вызывают.
Однако, после полного сгорания топлива они образуют в двигателе серные и сернистые ангидриды, которые в соединении с водой образуют серную и сернистую кислоту.
Малосернистая нефть содержит от 0,1 до 0,5 процента соединений серы, а сернистая – до 4-х %.
Кислородные соединения
В сырой нефти это – кислоты, фенолы, эфиры и прочие соединения. Большую часть таких веществ содержат высококипящие нефтяные фракции.
Способны вызывать сильную коррозию некоторых видов цветных металлов (цинк, свинец и так далее), из-за чего их содержание в различных нефтепродуктах строго ограничивается стандартами.
Смолисто-асфальтовые компоненты
Представляют собой сложные высокомолекулярные смеси таких элементов, как азот, кислород, сера и некоторые металлы. В сырой нефти их может быть от долей процента до десятков целых процентов.
Обладая высокой красящей способностью, именно эти соединения и определяют цвет нефти. Они очень неустойчивы, легко изменяются и крайне плохо испаряются, что негативно сказывается качестве топлива и различных видов масел.
Соединения азота
Заметного влияния на качество получаемых нефтепродуктов не оказывают, поскольку их содержание в сырой нефти – крайне мало.
YouTube responded with an error: The request cannot be completed because you have exceeded your <a href=”/youtube/v3/getting-started#quota”>quota</a>.
Список используемой литературы:
- Нефть и Нефтепродукты – Википедия
- Хаустов, А. П. Охрана окружающей среды при добыче нефти/ Хаустов, А. П., Редина, М. М. Издательство: «Дело», 2006. 552 с.
- Алекперов, В.Ю. Нефть России: прошлое, настоящее и будущее /Алекперов В.Ю. М.: Креативная экономика, 2011. – 432 с.
- Издательство: «Нефть и газ», 2006. 352 с. Сургутнефтегаз.
Источник