Практикум по химии нефти и газа (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УФИМСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА ОБЩЕЙ И АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ ПРАКТИКУМ ПО ХИМИИ НЕФТИ И ГАЗА Для студентов заочной дистанционной формы обучения УФА 2004

Пособие составлено в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования РФ по дисциплине «Химия нефти и газа» и предназначено для студентов заочной (дистанционной) формы обучения технических специальностей. Рассмотрены рекомендуемые лабораторные работы, порядок выполнения и обработки результатов. Выполнению работ предшествует краткое теоретическое обоснование. Приводятся вопросы для самопроверки, задачи для более полного усвоения освещаемых тем. Материал книги поможет студентам при подготовке к экзаменам.

Автор-составитель: проф., д-р хим. наук

Рецензенты: , проф., д-р хим. наук

, проф., д-р хим. наук

© Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2004

ОГЛАВЛЕНИЕ

	С.
ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………….	4
1.  ГАЗ, НЕФТЬ И НЕФТЕПРОДУКТЫ …………………………………...	4
1.1.  Основные физические свойства и характеристики нефтей и газов……………………………………………………………………….	6
1.1.1. Плотность……………………………………………………...	6
1.1.2. Молекулярная масса ………………………………………….	9
1.1.3. Вязкость………………………………………………………..	11
1.1.4. Температуры вспышки и застывания ……………………….	15
1.1.5. Элементный состав нефтей …………………………………..	16
1.1.6. Фракционный состав нефтей ………………………………...	16
1.1.7. Химический состав нефтей …………………………………..	17
1.2. Классификация нефтей ……………………………………………...	25
1.3.  Практикум ЛР-1: Определение физико-химических характеристик нефтей и нефтепродуктов (плотность, показатель преломления, рефракция, вязкость, температура застывания) …………………	26
ЛР-2: Первичная перегонка нефти ……………………………….	39
2. НЕФТЬ КАК МНОГОКОМПОНЕНТНАЯ СИСТЕМА...……………...	44
2.1. Основные примеси, содержащиеся в нефтях ……………………..	44
2.2. Нефтяные эмульсии и способы их разрушения …………………..	45
2.3. Вода в нефти и нефтепродуктах …………………………………...	48
2.4. Сернистые соединения в нефтепродуктах ……………….……….	49
2.5. Присутствие минеральных кислот, щелочей, солей в нефти и нефтепродуктах ……………………………………………………..	50
2.6. Механические примеси в нефти …………………………………...	51
2.7. Степень ненасыщенности нефтей и нефтепродуктов ……………	51
2.8. Практикум: ЛР-3: Многокомпонентный характер нефти (определение содержания воды, механических примесей, сернистых со-единений, кислотного числа, йодного или бромного числа) ……	53
3. КОМПОНЕНТЫ НЕФТЕЙ, ГАЗОВ, НЕФТЕПРОДУКТОВ. СОСТАВ, СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА ………………………………………………	62
3.1. Ациклические углеводороды ………………………………………	62
3.1.1. Алканы …………………………………………………………	62
3.1.2. Алкены …………………………………………………………	72
3.1.3. Диены …………………………………………………………..	78
3.1.4. Алкины …………………………………………………………	81
3.1.5. Практикум. ЛР-4: Методы получения и химические свойства ациклических углеводородов …………………………………	86
3.2. Циклические углеводороды ……………………………………….	90
3.2.1. Алициклические углеводороды (нафтены) ………………….	91
3.2.2. Ароматические углеводороды (арены) ………………………	94
3.2.3. Практикум. ЛР-5: Химические свойства аренов …………………………..	100
3.3. Кислородсодержащие соединения ………………………………...	105
3.3.1. Спирты …………………………………………………………	105
3.3.2. Фенолы …………………………………………………………	110
3.3.3. Карбоновые кислоты ………………………………………….	114
3.3.4. Практикум. ЛР-6: Кислородсодержащие органические соединения………	116
3.4. Соединения азота и серы …………………………………………..	122
3.4.1. Азотсодержащие соединения …………………………………	122
3.4.2. Соединения, содержащие серу ……………………………….	131
3.4.3. Практикум. ЛР-7: Химические свойства органических соединений азота и серы ………………………………………………………	136

ВВЕДЕНИЕ

Под химией нефти и газа подразумевается область знаний, охватывающая изучение химического состава нефти и газов, ее отдельных фракций или индивидуальных веществ, выделенных из нефтяных и газовых фракций.

Задачей химии нефти и газа является не только перечисление свойств различных нефтей и газов, но главным образом раскрытие тех закономерностей, которые связывают отдельные свойства между собой. У нефти нет "случайных" свойств: все они тесно связаны между собой, так как нефть в природе постоянно изменяется как и всякие другие природные объекты, и каждый проведенный анализ нефти в действительности соответствует лишь какому-то определенному этапу превращения нефти.

Однако если нефть и газ рассматривать как важное промышленное сырье, неизбежно встают вопросы их переработки, часто очень глубокой. Поэтому при рассмотрении свойств нефти неизбежно привлечение как данных, касающихся переработки нефти, так и вопросов аналитической химии нефти. Многие аналитические методы опираются на реакции, ведущие к по­знанию нефти как сложной смеси, прежде всего углеводородов, характеризующих нефть в целом. Поэтому в данной работе рассматриваются как свойства нефтей и газов в целом, так и свойства отдельных их компонентов и веществ, образующихся в ходе нефтепереработки, и присутствие которых может обнаруживаться в нефтепродуктах.

1. ГАЗ, НЕФТЬ И НЕФТЕПРОДУКТЫ

Наиболее важными природными источниками углеводородов являются горючие газы (природные и попутные) и нефть. Главная составная часть природных газов - метан (до 98%). Попутные газы, кроме метана (до 70%), содержат этан, пропан, бутан и пары низкокипящих жидких углеводородов, при этом процентное содержание компонентов зависит от месторождения.

Нефтью называется природная смесь углеводородов различных классов с различными сернистыми, азотистыми и кислородными соединениями. По внешнему виду нефть представляет собой маслянистую жидкость, чаще всего бурого цвета, хотя встре­чаются нефти, имеющие более светлые оттенки коричневого цвета. Вязкость нефти различна и зависит от ее состава. Представляя собой смесь органических веществ, нефть способна гореть, вы­деляя при этом до 50 000 джоулей на килограмм. Нефть практически не содержит химически активных веществ типа кетонов, спиртов и подобных соединений, хотя в некоторых случаях имеет кислотный характер вследствие некоторого содержания кислот. Все химические свойства нефти показывают, что нефть никогда не подвергалась действию высоких температур и поэтому для нее нехарактерны обычные компоненты, свойственные различным продуктам перегонки уг­лей, торфа и других естественных горючих материалов. Нефть часто сопровождается в природе различными окаменелостями, позволяющими определить геологический возраст нефти в ее современном залегании. Обыкновенно нефть сопровождается газом и водой, представляющей собой раствор галоидных и угле­кислых растворимых солей, иногда в воде содержатся сероводород и растворимые сульфиды.

Нефти представляют собой очень сложную смесь органических соединений. В связи с этим исследование природы нефти, ее свойств, состава и строения ее компонентов очень важно. Пополнение наших знаний по всем перечисленным вопросам дает возможность:

• выбрать наиболее рациональный путь использования нефти каждого отдельного месторождения;

• наметить наиболее экологически безвредные пути добычи, транспортировки и переработки нефти;

• рассчитать наиболее экономически выгодные способы переработки, транспортировки и добычи нефти;

• выбрать наиболее удобные и выгодные способы борьбы с негативными явлениями, возникающими при разработке нефтяных месторождений, при транспорте и переработке нефти.

Кроме того, высокий уровень знаний химического состава, строения и основных закономерностей распределения органических соединений в нефтях - это ключ к познанию вопросов образования нефтей в природе, что, в свою очередь, позволяет сознательно подходить к проблеме разведки нефтяных месторождений.

1.1.  Основные физические свойства и характеристики

нефтей и газов

Нефти - это маслянистые жидкости, чаще всего темные, практически не растворимые в воде. Нефть и нефтепродукты флуоресцируют на свету, плохо проводят электричество.

1.1.1. Плотность. В практике нефтепереработки принято иметь дело с величинами относительной плотности. Это безразмерная вели­чина, численно равная отношению массы нефтепродукта при тем­пературе определения к массе чистой воды при 4°С, взятой в том же объеме. В отличие от плотности относительным удельным весом называется отношение веса нефтепродукта при температуре опре­деления к весу чистой воды при 4°С в том же объеме. При одной и той же температуре плотность и удельный вес численно равны, так как вес вещества пропорционален его массе. В ряде стран, в том числе в России, принято определять плотность ρ и удельный вес d при 20°С. Так как зави­симость плотности нефтепродуктов от температуры имеет линей­ный характер, то, зная плотность при температуре , можно найти по формуле