Химический состав и физические свойства нефти

Нефть -- горючее полезное ископаемое, состоящее из сложной смеси, главным образом предельных углеводородов, с примесью органических кислородных, сернистых и азотистых соединений. Обычно нефть представляет собой маслянистую жидкость красно-коричневого, иногда почти черного цвета, но встречается слабоокрашенная в желто-зеленый цвет и даже бесцветная нефть.

В промышленных масштабах нефть начали добывать в 60-х годах прошлого столетия (с 1856г.)

Нефть представляет собой весьма сложное минеральное вещество. Она не образует самостоятельного пласта, а заполняет пустоты в породах, принимает форму залегания вмещающих ее пород. Как правило, нефти небольшой относительной плотности обладают более светлой окраской, а большой - имеют темный и даже черный цвет и более вязки. Для всех нефтей характерен специфический запах.

В большинстве случаев содержание углерода в нефти различных месторождений составляет 84-87%, а содержание водорода -- 12-14%. На долю этих двух элементов приходится 97-99% всего состава нефти. Содержание серы, кислорода и азота составляет 1-2% и лишь в редких случаях увеличивается до 3-5%. Азот присутствует в составе азотсодержащих органических соединений, а кислород - главным образом в составе нафтеновых кислот. Каких-либо закономерностей в соотношении углерода и водорода не установлено.

В зависимости от преобладания в составе той или иной нефти членов определенного ряда углеводородов определяется и ее характер. В первую очередь нефти различают по содержанию в них парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов.

Парафиновые углеводороды метанового ряда отличаются наибольшим содержанием водорода. Нафтеновые углеводороды этиленового ряда содержат меньше водорода. Ароматические углеводороды бензольного ряда - еще меньше водорода.

Чистые классы нефтей парафиновых, нафтеновых и ароматических в природе не встречаются. В большинстве случаев нефти представляют собой смешанные типы с преобладанием того или иного класса.

Углеводороды ряда метана представлены в нефти наиболее полно и разнообразно, начиная с газообразных (от метана до бутана) до жидких (от пентана С₅Н₁₂ до гексадекана С₁₆Н₃₄) и твердых (отС₁₇Н₃₆ и далее). К твердым углеводородам метанового ряда относят парафины, встречающиеся в различных количествах во всех нефтях. По содержанию парафинов нефти подразделяют на беспарафиновые - с содержанием парафина до 1%; слабо парафиновые - с содержанием парафина 1-2%; парафиновые - с содержанием парафина свыше2%.

По содержанию серы нефти подразделяют на малосернистые с содержанием серы до 0, 5% и на высокосернистые с содержанием серы более 0, 5%. Присутствие серы в нефтях нежелательно, так как она разъедает нефтеперегонную аппаратуру, нефтепроводов и придает нефти неприятный запах.

В составе нефти всегда присутствуют в относительно большем или меньшем количестве асфальтены и смолы.

Асфальтены -- это высокомолекулярные органические соединения, содержащие кроме углерода и водорода серу и кислород; по внешнему виду представляют собой бурые или черные аморфные порошки. Смолы - это полужидкие, иногда почти твердые, тягучие темно-желтые или темно-коричневые вещества с относительной плотностью несколько выше единицы; по своим химическим свойствам очень напоминают асфальт.

По содержанию асфальтенов и смол нефти подразделяют на малосмолистые с содержанием смол менее 8%; смолистые с содержанием смол 8-28%; сильно смолистые с содержанием смол более 28%.

Основные физические свойства нефти - относительная плотность, вязкость, температура кипения, теплота сгорания, растворимость, электрические и оптические свойства.

Нефти подразделяют на легкие и тяжелые. Нефти с относительной плотностью менее0, 9 считаются легкими, с плотностью 0, 9 и более - тяжелыми. Различие плотности нефтей объясняется, прежде всего их химической природой, а также зависит от количества растворенного в них газа: чем больше количество газа в нефти, тем меньше ее плотность.

Вязкость, или внутреннее трение, - это свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению ее частиц относительно друг друга под влиянием приложенной силы. существенное влияние на вязкость оказывают температура, давление и факторы химического характера. Вязкость жидкостей с повышением температуры уменьшается, а с повышением давления возрастает. Наибольшей вязкостью обладают ароматические углеводороды, далее следуют нафтены, затем парафины.

Нефть не имеет определенной температуры кипения, поэтому для нее различают начальную и конечную температуру кипения. Чем меньше плотность нефти, тем при более низкой температуре она закипает.

Теплота сгорания нефтей колеблется в пределах 10300-10800 ккал. Чем меньше плотность нефти, тем выше ее теплота сгорания.

Нефть и ее дистилляты растворяются в воде в ничтожно малом количестве. Например, вода растворяет 0, 027% керосина, т. е. 1м3 воды может растворить только 270г керосина.

Нефть и нефтепродукты хорошо растворяются в органических растворителях: бензоле. хлороформе, сероуглероде, эфире. На этом свойстве основано определение нефтенасыщенности пород путем получения из них нефтяных вытяжек.

Нефть и ее производные по отношению к электрическому току являются изоляторами. Сопротивление, которое она оказывает прохождению электрического тока, весьма велико и на изменении этого свойства нефтей основано применение электрокаротажа скважин.