В состав нефти входят три большие группы веществ - углеводороды, гетероатомные соединения и смолы и асфальтены. Последние не являются характерной группой химических соединений, но выделяются для изучения отдельно, так как представляют собой концентрат высокомолекулярных (средняя молекулярная масса выше 600-700) соединений, находящихся в нефти в виде коллоидов.
Углеводороды природных нефтей представлены тремя группами - алканами, цикланами и аренами. Непредельных углеводородов (алкенов) в природных нефтях, как правило, не обнаруживается, и они образуются в процессе переработки нефти.
Во вторую группу входят серо-, азот-, кислород - и металлосодержащие соединения.
Свойства нефтей существенно зависят от соотношения в них различных групп углеводородов, гетероатомных соединений, смол и асфальтенов, от этого соотношения зависят как технологическое направление переработки нефти, так и ассортимент, и качество продуктов, получаемых при переработке. Кроме того, нефть и ее фракции являются источником получения некоторых углеводородов или их соединений, находящих применение самостоятельные продукты либо используемых в качестве сырья для нефтехимии.
Ниже рассмотрены свойства химических групп, составляющих нефть и ее фракции, методы определения их содержания, а также влияние их на свойства нефтепродуктов.
Алканы (парафиновые углеводороды). Алканы (СnН2n+2) - основная часть углеводородов нефти, они имеют наибольшее значение Н:С. В зависимости от строения алканы представлены углеводородами нормального и разветвленного типов, свойства которых существенно различаются по ряду показателей. По физическому состоянию в нормальных условиях алканы делят на газообразные, жидкие и твердые. Газообразные алканы с числом атомов углерода от 1 до 4-х (С1 – С4) растворены в нефти в условиях нефтеносного пласта и выделяются из нее при добыче в виде попутного газа. Легкие углеводороды С1 - С2 составляют основную часть природных газов.
Природные газ в основном состоит из метана. В более жирном газе из raзоконденсатных месторождений доля его несколько ниже (55 – 90 % об.) за счет более высоких концентраций углеводородов С2 – С4 и даже C5. В попутных газах концентрации углеводородов С1 - C3 соразмерны и более высоко содержание С4-С5. Во всех газах содержится некоторое количество инертных газов (азот, гелий, аргон), а также оксид углерода, сероводород и серооксид углерода. Особо отличается по этим примесям газ астраханского месторождения, где содержание СО2 и H2S в сумме составляет более 30% об.
Газообразные алканы имеют температуры кипения при нормальном давлении от -162 °С до 0 °С.
Одним из специфических свойств газообразных алканов является способность образовывать с водой газовые гидраты (водные клатраты) - кристаллические вещества, внешне похожие на снег или рыхлый лед с общей формулой М • nН20 (М - молекула водорода).
В присутствии гидратообразователя (углеводородов С1-С3) молекулы воды, связанные водородными связями, образуют кристаллическую решетку двух типов: первая содержит 46 молекул воды, вторая - 136. Они образуют большое число полостей размерами 0,48-0,52 нм и 0,59-0,69 нм.
Метан и этан способствуют образованию решетки первого типа, а изобутан и пропилен - второго типа.
Образование гидратов осложняет транспортирование природного газа из-за забивки коммуникаций, и борьба с ними ведется путем предварительной осушки газа, подогрева мест их образования, добавкой ингибиторов (спиртов) и др.
В то же время явление гидратообразования может быть использовано при опреснении морской воды, хранении газа, разделении газовых смесей, подачи метилового спирта в газопроводы.
Газообразные алканы находят очень широкое применение промышленности и быту. Природный газ является в настоящее время одним из основных бытовых и экологически чистых промышленных топлив. Он используется также в качестве сырья для производства водорода и технического углерода (сажи). Ведутся работы по производству жидкого топлива на основе газов.
Углеводороды С3-С4 - ценное нефтехимическое сырье для получения пластмасс, каучуков, ароматических углеводов, спиртов и других ценных продуктов.
Быстро развивается и использование легких углеводородов в качестве моторных топлив в наземном и воздушном транспорт (в сжатом или сжиженном виде).
Вопросы:
1. Как используется малая растворимость карбоната?
2. Способ переработки сподумена или лепидолита?
3. Как порошок бериллия получают?
Рекомендуемая литература:
1 Основная литература
1 Промышленный катализ. Под ред проф . М.: Калвис. 2005. – 136с.
2 Крекинг нефтяных фракций на цеолитсодержащих катализаторах. Под. ред. . М., Химия, 2002
3 Технология переработки нефти и газа. Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов (ч. 2). М., Химия, 2010
4 , , Технология переработки нефти, газа и ТГИ.–С.-П.: Недра, 2009.– 832 с. (Глава 2– Основы химмотологии моторных топлив и смазочных масел, с. 43–104).
5 Горючее, смазочные материалы: Энциклопедический толковый словарь-справочник/ Под ред. .–М.: Техинформ, 2007.–736 с.
6 Нефть и нефтепродукты: Энциклопедия международных стандартов.–М.: Протектор, 2006.–1040 с.
7 Экология переработки углеводородных систем.–М.: Химия, 2002.–608 с.
2 Дополнительная литература
1 , Технология переработки нефти.–Ч. 2. Деструктивные процессы.–М.: Колос, 2007.–334 с.
2 Технология переработки природных энергоносителей.–М.: Химия Колос.2005 – 456 с.
3 , . Руководство к лабораторным занятиям. Л: Химия, 2000.-240с
Лекция 7. Нефть: групповой состав (алкены, гетероатомные соединения, смолисто-асфальтеновые вещества). Газ. Уголь.
План:
1. Алкены (олефиновые углеводороды). Гетероатомные соединения (ГАС).
2. Смолы и асфальтены
3. Природный, попутный и газы переработки нефти. Уголь.
Алкены (олефиновые углеводороды) - ненасыщенные углеводороды в природных нефтях, как правило, не обнаруживаются, они образуются в процессах химической переработки фракций нефти термодеструктивными и термокаталитическими методами, которые можно отнести к двум группам:
процессы, где алкены являются сопутствующим продуктом (термокрекинг, коксование, каталитический крекинг); процессы, где алкены являются целевым продуктом (дегидрирование, пиролиз).
В углеводородных газах этих процессов содержание низших олефиновых углеводородов C2 - C4 составляет от 20 до 60% масс. К ним относятся этилен, пропилен, бутен-1, бутены-2 (цис - и транс-формы), изобутилен, 1,3-бутадиен.
Среднемолекулярные жидкие алкены (C5-C18) и высокомолекулярные (C19 и выше) образуются в деструктивно-каталитических процессах в меньших количествах и входят соответственно в состав легких (30-350 °С) и тяжелых (350-500 °С) дистиллятов вторичного происхождения.
Все алкены обладают повышенной реакционной способностью в реакциях окисления, полимеризации, алкилирования и др. Это их свойство широко используется в нефтехимии низших олефинов, в производстве пластмасс, каучуков, алкилпроизводных, моющих средств и т. д. Присутствие алкенов С5 и выше в нефтепродуктах (топливах, маслах, парафинах), как правило, ухудшает их эксплуатационные свойства (ухудшается стабильность при хранении из-за окисляемости и осмоления).
Гетероатомные соединения (ГАС). Гетерогенные соединения – это химические соединения на основе углеводородов любой группы, содержащие один или несколько различных атомов химических элементов – серы, азота, кислорода, хлора и металлов. Соответственно их называют «серосодержащие ГАС», «азотсодержащие ГАС» и т. д.
Рис. 3. Распределение серы (qs - содержание серы) по фракциям туймазинской (1) и арланской (2) нефтей
Содержание их в нефтях и распределение по фракциям является важной характеристикой качества нефти. Общим же является то, что количество фракции нефти. Так, во фракциях, кипящих выше 450 или 500оС, 80 - 90% входящих в них соединений составляют ГАС.
ГАС оказывают существенное влияние на технологию переработки нефти, потребительские свойства конечных продуктов ее переработки и на уровень загрязнения окружающей среды.
Серосодержащие ГАС. Серы в связанном виде нефти содержат от 0,02 до 6% масс., она входит в состав от 0,5 до 60% углеводородов нефти, превращая их в серосодержащие ГАС.
По интервалу кипения нефти сера распределяется неравномерно (рис. 3): в легких фракциях 80-100 °С ее содержится, много, во фракциях 150-220 °С ее количество обычно минимально и далее к концу кипения существенно нарастает.
Из числа идентифицированных к настоящему времени содержащих ГАС (около 300) можно выделить семь груш соединений, различающихся строением и свойствами. Простейшим соединением является сероводород (H2S), который к серосодержащим ГАС относить не принято, но который является важным как соединение, сопутствующее технологии переработки нефти и газа.
В природных нефтях сероводород присутствует в небольших количествах (0,01-0,03% масс.) в растворенном состоянии. Основное его количество уходит с попутным газом, добываемым вместе с нефтью.
При переработке сернистых нефтей за счет термокаталитических реакций деструкции или конверсии других групп серосодержащих ГАС образуется в больших количествах сероводород, который выделяют из газов и направляют на производство серы. Сероводород токсичен.
Азотсодержащие ГАС по содержанию в нефти уступают серосодержащим. Все они по своим свойствам могут быть отнесены к трем группам - основные, кислые и нейтральные соединения.
К азотистым основаниям относятся анилин, пиридин, хинолин, а также соединения с тремя циклами - фенантридин и его алкилзамещенные изомеры. Доля основного азота составляет в нефтях 30-60% от общего его содержания.
Представителем кислых азотсодержащих соединений являются пиррол и его алкилзамещенные. Этих соединений значительно меньше, чем оснований.
К нейтральным азотсодержащим ГАС относятся индол (бензпиррол) и карбазол (дибензпиррол). В эту же группу входят и порфирины (циклические тетрапирролы) - особо интересные соединения тем, что по своей структуре они подобны хлорофиллу ~ предположительно исходному веществу в генезисе нефти. Кроме перечисленных чисто азотсодержащих ГАС, нефти содержат и смешанные соединения, включающие азот и серу (тиолинолин), азот и кислород (гидроксипиридин), азот и металл (ванадилпорфирины) - интересные как по свойствам, так и по предназначению вещества.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 |
