Главная страница Случайная страница Разделы сайта АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Химические соединения, входящие в состав нефти и природного газа.
Природные углеводородные газы встречаются в виде свободных скоплений или растворены в нефти и состоят в основном из углеводородов. В их составе присутствуют углекислота, азот, сероводород и благородные газы. Основным компонентом газа газовых месторождений (свободные скопления газа) является метан. Тяжелые углеводороды, углекислота, азот, сероводород, водород, аргон и гелий иногда присутствуют в значительных количествах. Основными компонентами растворенных в нефти газов (газы нефтяных месторождений) являются углеводороды Сх — Св, т. е. метан, этан, пропан, бутан, пентан и гексан, в том числе изомеры углеводородов С4 — Се. Содержание тяжелых углеводородов в растворенных газах достигает 20—40%, редко 60—80%. Среди гомологов метана обычно преобладает этан (6—20%), затем пропан. Неуглеводородные компоненты растворенного газа представлены обычно азотом и углекислым газом с примесью сероводорода, аргона и гелия. Содержание азота колеблется в широких пределах: от нуля до 30— 50%, а иногда и выше. Содержание С02 в растворенных газах колеблется от 0 до 10—15%. Количество сероводорода обычно колеблется в пределах от 0 до 6%, редко достигая более высоких значений. Водород и благородные газы содержатся в микроколичествах. Нефть представляет собой жидкость, обычно коричневого или черного цвета, часто с зеленоватым или зеленовато-желтым отливом. Консистенция нефти различна: от жидкой маслянистой до густой смолообразной. Она легче воды, имеет специфический запах, который в случае присутствия сернистых соединений становится очень неприятным. Нефть состоит из органических соединений, основную часть которых составляют углеводороды. Углеводороды. Углерод в соединении с водородом способен образовывать множество соединений — углеводородов, составляющих основную часть горючих природных газов, нефтей и озоке-ритов. Они различаются между собой химическим строением, а следовательно, и свойствами. Часть углеводородов имеет насыщенный характер, т. е. не способна к реакциям присоединения, другая часть имеет ненасыщенный характер, т. е. может присоединять 1. Парафиновые (метановые) углеводороды, или алканы. Общая формула . Это полностью насыщенные соединения. Алканы могут иметь нормальное строение (неразветвленная цепь, например СН3—СН2—СН2—СН3) и изостроение (разветвленная цепь, например СН3—СН—СН3) углеродных атомов. Парафиновые углеводороды характеризуются малой реакционной способностью, химически весьма устойчивы. 2. Нафтеновые (полиметиленовые) углеводороды, или цикланы. Общая формула . Это непредельные соединения, но благодаря замыканию углеводородной цепи в кольцо они имеют насыщенный характер. Атомы углерода могут соединяться в циклы из трех и более метальных групп. В нефтях широко распространены углеводороды пяти- и шестичленной структуры, к которым могут присоединяться и цепочки метанового строения — алкильные цепи По своим химическим свойствам нафтеновые углеводороды близки к алканам. Особенностью нафтеновых углеводородов и их производных является способность к изомеризации. Под влиянием каталитических и термических процессов системы из шестичленных циклов легко переходят в пятичленные, например циклогексан и бензол в метилциклопентан. В легких фракциях нафтеновых нефтей преобладают производные циклогексана, в метановых и метаново-нафтеновых нефтях преобладают производные циклопентана. В нефтях содержатся производные циклопентана и циклогексана с короткими цепями. В более тяжелых фракциях нефтей содержатся полициклические нафтеновые углеводороды, среди них широко распространен бициклический углеводород декалин. 3. Ароматические углеводороды (арены). Простейшие из них имеют общую формулу CnH2n-6 и содержат в своем составе так называемое ароматическое ядро бензола Эти соединения довольно устойчивы. В то же время они обладают повышенной химической активностью по сравнению с метановыми и нафтеновыми углеводородами и довольно легко могут быть от них отделены. Арены обладают высокой растворяющей способностью, они неограниченно растворяются друг в друге и других растворителях. Ароматические углеводороды легко вступают в реакции конденсации. Из моноциклических аренов в углеводородах нефтей содержатся преимущественно гомологи бензола с недлинными боковыми цепями. Многие углеводороды, например высокомолекулярные парафины, в твердом состоянии имеют кристаллическое строение. Сернистые соединения. В нефтях содержатся как органические, так и неорганические формы сернистых соединений. Сера, входящая в эти соединения, двухвалентна. К неорганическим формам относятся элементарная сера и сероводород. Элементарная сера (S) содержится в нефтях лишь в очень незначительных количествах. При хранении нефтей на воздухе в них увеличивается количество элементарной серы, главным образом за счет окисления сероводорода. Сероводород (Н2S) — кислота с температурой кипения — 59, 6° С. Обладает способностью соединяться с металлами, вызывая их коррозию. Сероводород в пластовых условиях может содержаться как в газах, так и в растворенном состоянии в нефтях. Кислородные соединения. Атомы кислорода в нефтях входят в следующие соединения: нафтеновые кислоты, соединения фенольного характера, эфиры, смолистые вещества.
3. Физические и физико-химические свойства нефти С физической точки зрения нефть рассматривается как раствор газообразных и твердых углеводородов в жидкости. Природная нефть, добываемая из недр Земли, всегда содержит некоторое количество растворенных в ней газов (попутные природные газы), главным образом метана и его гомологов. физические – определение плотности, вязкости, температуры плавления, замерзания и кипения, теплоты сгорания, молекулярной массы, а также некоторых условных показателей (пенетрация, дуктильность); химические, использующие классические приемы аналитической химии; физико-химические – колориметрия, потенциометрическое титрование, нефелометрия, рефрактометрия, спектроскопия, хроматография; Плотность нефти зависит от многих факторов: химической природы входящих в нее веществ, фракционного состава, количества смолистых веществ, количества растворенных газов и других. Плотность нефти зависит и от глубины залегания, как правило, уменьшаясь с ее увеличением. Исключения из этого правила объясняют вторичными явлениями, например, миграцией легких нефтей в более высокие горизонты залегания. При определении плотности нефтей и нефтепродуктов обычно пользуются несколькими методами: с помощью ареометров (нефтеденсиметров), методом взвешенной капли, с помощью гидростатических весов, пикнометрическим методом (наиболее точный). Вязкостные свойства. При добыче и транспортировке нефти большое значение имеет такое ее свойство, как вязкость. Различают динамическую и кинематическую вязкость. Динамической вязкостью называется внутреннее сопротивление (трение) отдельных частиц жидкости движению общего потока.кинематическая вязкость, равная отношению динамической вязкости к плотности жидкости при температуре определения. Поверхностное натяжение. Поверхностыным натяжением (плотностью поверхностной энергии) называется отношение работы, требующейся для увеличения площади поверхности, к величине этого приращения плотности. Природные вещества могут находиться в четырех агрегатных состояниях: твердом, жидком, газообразном и плазме. Каждое агрегатное состояние характеризуется определенной внутренней структурой вещества и соответственно определенными свойствами. При переходе из твердого состояния в жидкое происходит плавление, при переходе из жидкого в газообразное – испарение. В твердом теле молекулы вещества колеблются относительно своих положений равновесия в кристаллической решетке. Если кристаллу сообщить энергию, колебания усиливаются и кристаллическая решетка может разрушиться. Фазовый переход из твердого состояния в жидкое происходит при определенной, зависящей от давления температуре. Обычно температура плавления повышается с возрастанием давления. Температура кипения нефти колеблется в интервале 50–550°С. Нефть, как и любая жидкость, при определенной температуре закипает и переходит в газообразное состояние. Различные ее компоненты переходят в газообразное состояние при различной температуре кипения. Легкие нефти вскипают при 50–100°С, тяжелые – при температуре более 100°С. Самая высокая температура кипения у парафинов Обычно нефти плотностью менее 0, 9 начинают кипеть при температуре, которая ниже 100°С. Температура начала кипения нефти зависит от ее химического состава. Так, при одной и той же плотности нафтеновые и ароматические углеводороды кипят при более низкой температуре, чем метановые. По соотношению содержания метана и его гомологов природные углеводородные газы подразделяются на сухие и жирные. В сухом газе преобладает метан – 98, 8%, в жирном – до 50% составляют этан, пропан, бутан и высшие углеводороды. Жирный газ растворяется в нефти лучше, чем сухой. Молекулярная масса. Молекулярная масса – важнейшая характеристика нефти и нефтепродуктов. Этот показатель дает «среднее» значение молекулярной массы веществ, входящих в состав той или иной фракции нефти, и позволяет сделать заключение о составе нефтепродуктов. Тепловые свойства. Главнейшим свойством нефти и горючих газов, принесшим им мировую славу исключительных энергоносителей, является их способность выделять при сгорании значительное количество теплоты. Теплотой сгорания называется отношение количества теплоты, выделяющейся при горении, к массе сгоревшего до конца (т.е. до образования углекислоты СО 2 и воды Н 2 О) топлива. Цвет, флуоресценция и люминесценция. Цвет нефтей в зависимости от их химического состава может быть различным. Чем больше в нефти смол и особенно асфальтенов, тем окраска ее по глубине или оттенку более темная. Легкие нефти плотностью 0, 78–0, 79 кг/дм 3 имеют желтую окраску, нефти средней плотности (0, 79–0, 82 кг/дм 3) – янтарного цвета и тяжелые – темно-коричневые и черные. Большинство нефтей, а также их фракции обладают флуоресценцией: они имеют синеватый или зеленоватый цвет в отраженном свете. Это свойство связано с присутствием в нефтях многоядерных углеводородов ароматического ряда. По физическим и химическим свойствам нефти различают три вида ее состава: элементный, фракционный и групповой химический. Элементный состав нефти. Состав и свойства нефтей зависят от месторождения и могут колебаться в довольно широких границах. Многочисленными химическими анализами установлено, что нефть состоит главным образом из углерода и водорода – соответственно 79, 5–87, 5 и 11, 0–14, 5% от массы. Кроме них, в нефтях присутствуют еще три элемента – сера, кислород и азот. Сера содержится почти во всех нефтях. Типы сернистых соединений в них очень разнообразны. Отдельные нефти содержат свободную серу, которая при длительном хранении выпадает в резервуарах в виде аморфной массы. В других случаях сера находится в нефтях и нефтепродуктах в связанном состоянии, то есть в виде сероводорода и сероорганических соединений (меркаптанов, сульфидов и т.п.). Фракционный состав нефти. Нефть и нефтепродукты обычными методами перегонки невозможно разделить на индивидуальные соединения. Это делается путем перегонки на отдельные части, любая из которых является менее сложной смесью. Такие части называют фракциями, или дистиллятами. Фракция – это группа углеводородов, которая выкипает в определенном интервале температур. Фракционный состав нефтей и нефтепродуктов показывает содержание в них различных фракций, выкипающих в определенных температурных пределах. Легкие нефти, не вмещающие масляных фракций, встречаются редко. Большей частью они сопутствуют газам в газоконденсатных месторождениях и их называют газоконденсатами. Групповой химический состав нефти. В зависимости от строения молекул углеводороды, входящие в состав нефтей и природных газов, подразделяются на три основные группы: метановые, или парафиновые (алканы), нафтеновые (цикла ны) и ароматические (арены). Представители этих групп отличаются друг от друга соотношением числа атомов углерода и водорода, которое выражается общей формулой группы, и характером их внутренних структурных связей. Метановые углеводороды (алканы) – насыщенные углеводороды, в которых отсутствуют двойные связи. Общая формула С n Н 2 n+ 2, где n – число атомов углерода Нафтеновые углеводороды (цикланы) их общая формула С n Н 2 n. Молекулы нафтеновых углеводородов состоят из нескольких метиленовых групп – СН 2, соединенных в замкнутое кольцо, или цикл Нафтеновые углеводороды – важная составная часть моторного топлива и масел. Автомобильным бензинам они придают высокие эксплуатационные свойства. Нафтеновые углеводороды легких фракций нефтей широко используются как сырье для получения ароматических углеводородов, бензола и толуола, а нафтеновые углеводороды бензиновых фракций в процессе каталитического риформинга превращаются в ароматические. Ароматические углеводороды – их формула С n Н 2 n3m, где n начинается с 6, m может быть выражено четными числами от 6 и выше. В структурном отношении молекула ароматических углеводородов имеет вид замкнутого кольца (цикла), объединяющего радикалы – СH Самое простое строение среди ароматических углеводородов характерно для бензола С 6 Н 6 (кольцо – «шестиугольник»). Остальные известные ароматические углеводороды являются, по сути дела, его производными. В сравнении с другими группами углеводородов ароматические имеют наибольшую плотность. По вязкости они занимают промежуточное положение между парафиновыми и нафтеновыми. Ароматические углеводороды – ценные компоненты бензинов, однако они снижают качество реактивных и дизельных топлив, поскольку ухудшают характеристики их сгорания. Ненасыщенные углеводороды (алкены, алкадиены) встречаются в нефтях очень редко и в небольших количествах.
4. Свойства природного газа.
Определение
|