Тема 5.

Физические и химические свойства циклоалканов

Циклоалканы (нафтены, цикланы) присутствуют в нефтях в количестве от 25 до 75 %. Они содержатся во всех нефтяных фракциях. В светлых фрак­циях их количество возрастает с утяжелением фракции. В темных дистил­ятах их количество постепенно падает в связи с ростом доли аром­атических структур. Богаты циклоалканами нефти прикаспийских месторождений – Эмбенские и Бакинские. В них доля алканов составляет 40 – 60 %.

Наиболее термодинамически устойчивы пяти- и шестичленные циклы, которые представляют собой гомологи циклопентана и циклогексана. Но в нефти встречаются углеводороды и других типов циклических структур:

цикланы с конденсирован- норборан циклан с изолированными

ными ядрами ядрами

спирановая структура декалин мостиковая структура

адамантан сочлененные структуры

Циклоалканы обладают следующими полезными свойствами: способностью к структурным превращениям и положительным влиянием на качество топлив и масел. Кроме того, такие циклоалканы, как циклогексан и метилциклопентан, являются основным сырьем для производства адипиновой кислоты и -капролактама.

Представление о доле циклоалканов в бензиновых и керосино­газойлевых фракциях различных нефтей дает табл. 5.1.

Распределяются циклоалканы по фракциям следующим образом. Моноциклические цикланы находят во фракциях, выкипающих до 300 ^оС, бициклические – во фракциях 160 – 500 ^оС, а трициклические – во фракциях выше 350 ^оС. Определение концентрации нафтенов, содержащих от одного до пяти циклов в молекуле, осуществляют с помощью масс-спектрометрии. Относи-

Таблица 5.1

Распределение циклоалканов в различных фракциях нефти

Нефть	, кг/м3	Фракции, оС
60 - 95	95-122	122-150	150-200	200-250	250-300
Сураханская
Балаханская
Балахано-Сабунчи-Романинская
Бинагандинская
Биби-Эйбатская
Грозненская парафинистая
Грозненская непарафинистая
Вознесенская
Майкопская
Калужская		-	-	-	-	90**
Доссорская
Чусовская
Тонкава (США)
Давинпорт (США)
Мексиа (США)
Хеттингтог-Биг (США)
Самотлорская
Козубаевская
Речицкая						-	-
Ромашкинская						-	-
Комсомольская	-					-	-
Вятская
Шараплийская		25, 5
Караарнинская		-	-	-	-	94*
Узеньская
Катанглийская		-	-	-	98*
Чубовская		-	-	-	8**	-	-

тельное концентрационное распределение нафтенов в зависимости от числа циклов называют нафтеновым паспортом. Нафтеновый паспорт является одной из характеристик месторождения нефти и прилагается к другим документам, характеризующим качество нефти.

Моноциклические циклопентаны, содержащие 5 – 8 атомов углерода в молекуле, сосредоточены в основном во фракции до 125 ^оС. Основная масса соединений ряда циклопентана представлена цикланами С ₇. Среди углеводородов С ₇ преобладают 1, 2- и 1, 3-диметилциклопентаны.

Значи­тель­ное количество циклопентанов С ₈ обнаружено в Грозненской пара­финистой нефти (29, 5 % от суммы цикланов фракции), но уникальное количество циклопентанов С ₈ выявлено в месторождении Грязевая Сопка, которое составляет 88 % от суммы цикланов фракции н.к. – 155 ^оС.

Циклогексаны, гомологи циклогексана. Состав углеводородов ряда циклогексана в некоторых нефтях приведен в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Состав гомологов циклогексана в пересчете на их сумму, % масс.

Углеводороды	Нефть
Гроз-нен-ская	Сур-гут-ская	Паро-мойская	Эха-бин-ская	Бакинская
Грязе-вая Сопка	Нефтя-ные Камни
Циклогексан			13, 5	9, 5		1, 5
Метилциклогексан			49, 5	36, 5
1, 2-диметил- циклогексан					27, 5
1, 3-диметил- циклогексан		-	25.5
1, 4-диметил- циклогексан			16, 5			24, 5
Этилциклогексан						12.5

· - сумма стереизомеров

Полициклические циклоалканы. Циклоалканы, входящие в состав фракций, выкипающих выше 400 ⁰ С, представлены в основном соединениями с несколькими кольцами с длинными алкильными цепями, а также углеводородами сложной конденсированной структуры. Все они являются твердыми веществами при обычных условиях.