Смолисто-асфальтеновые вещества

В группу гетероатомных соединений нефти включают смоли­сто-асфальтеновые вещества, содержащие в себе все гетероато­мы нефти: кислород, азот и серу. Суммарно содержание в них гетероатомов достигает 14 % мае. Гудрон, получаемый после от­гонки из нефти светлых фракций и масляных дистиллятов, со­стоит из смолисто-асфальтеновых соединений. По молекуляр­ной структуре эти соединения похожи на фрагмент пека или угольного вещества (рис. 1.2, а).

В составе этих соединений различают смолы и асфальтены.

Смолы — это конденсированные циклические соединения с длинными алифатическими боковыми цепями. Густые вязкие вещества бурого цвета. Их плотность больше воды (1, 1 г/см³), и молекулярная масса колеблется в пределах 600—700 кг/кмоль.

Асфальтены — полициклические ароматические сильно кон­денсированные системы с короткими алифатическими боковы­ми цепями. Твердые высокоплавкие хрупкие вещества черного цвета, не растворимые в алканах. Молекулярная масса рав­на 2000—3000, а иногда превышает 6000 кг/кмоль. Молекулы ас- фальтенов можно рассматривать как продукт конденсации (со­единения) нескольких молекул смол. В силу своего строения мо-

лекулы асфальтенов, в свою очередь, способны объединяться в ассоциаты. Со стороны они выглядят, как стопка соединенных между собой почти плоских молекул (рис. 1.2, б). Каждая такая молекула представляет собой систему из конденсированных аро­матических колец (3—6), нафтеновых и гетероциклических ко­лец, обрамленную алкильными боковыми цепочками. Соедине­ны молекулы между собой углеводородными, гетероатомными цепочками или п-п взаимодействием между ароматическими фрагментами соседних молекул. При термической обработке нефти асфальтены, а точнее их ассоциаты, являются главными коксообразователями.

Смолы — нежелательный компонент всех моторных топлив, так как уменьшают полноту сгорания топлива и служат источником образова­ния нагароотложений в двигателях. При каталитической переработке фракций, содержащих смолы, повышается коксоотложение на поверх­ности катализаторов и последние быстрее дезактивируются.

В нефтяных остатках с температурой кипения выше 450—500 °С, на­правляемых на производство кокса, смолы являются желательными, так как служат одним из коксогенных компонентов в этом процессе.

Асфальтены в выделенном виде представляют собой черные или бу­рые твердые, хрупкие, неплавкие высокомолекулярные вещества плот­ностью больше 1 г/см³. При температуре выше 300 °С асфальтены раз­лагаются с образованием газов и кокса. При более высоких температу­рах (400—450 °С) из асфальтенов образуется нефтяной кокс с высоким выходом. Это их свойство лежит в основе соответствующего технологи­ческого процесса — коксования нефтяных остатков. Они не растворя­ются в таких неполярных растворителях, как сжиженный пропан, бу­тан, петролейный эфир, пентан, изопентан, гексан. Пентан и петро- лейный эфир часто используют в лабораториях для осаждения асфаль­тенов из их смесей со смолами и углеводородами нефти. Жидкий пропан с той же целью применяется в промышленности (процесс деас- фальтизации) для осаждения смол и асфальтенов из гудрона. Асфальте­ны растворяются в пиридине, сероуглероде, тетрахлор метане, а также в бензоле и других ароматических углеводородах. Соотношение углерод: водород в асфальтенах составляет приблизительно 11: 1. Химическое строение асфальтенов изучено мало. Молекулярная масса их исчисля­ется тысячами (1200—3250). Серы, кислорода и азота они содержат больше, чем смолы. Содержание асфальтенов в смолистых нефтях обычно достигает 4—6 % (мае.).

Концентрированная смесь асфальтенов и смол — хорошее связую­щее и гидроизолирующее вещество (битум), которое получают из тяже­лых остатков нефти путем концентрирования в них смол и асфальте­нов или окисления кислородом воздуха при 220—260 °С. Существуют также природные нефтебитумы, в которых содержание смол и асфаль­тенов в сумме составляет 60—80 % (мае.). Запасы таких нефтебитумов соразмерны с запасами нефтей и даже превышают их.