Свойства и состав нефти

Основной источник получения жидкого топлива – переработка нефти. Нефть - это маслянистая, опалесцирующая жидкость с характерным запахом. Аромат нефти придают сопутствующий ей сероводород, остатки растительных и животных организмов.

Каждая нефть имеет только ей присущий цвет: темно-зеленая нефть Кавказа, желтоватая нефть Сибири, розоватая нефть Белоруссии, абсолютно черная нефть Мангышлака.

Нефть легче воды, ее протность колеблется от 0, 7 до 0, 9 г/см³. Многокомпонентный и сложный состав нефти отражается в чрезвычайно больших диапазонах колебания ее средней относительной молекулярной массы. В состав нефти входят: парафины (алканы); нафтены (циклоалканы); ароматические углеводороды (арены); гетероатомные соединения (углеводороды, в состав которых входят иные атомы, кроме С и Н); S-, N-, O-содержащие соединения; смолы, асфальтены; карбены, карбиды (обедненные водородом высокомолекулярные соединения). Олефины (алкены) образуются во всех процессах переработки нефти, но в сырой нефти отсутствуют.

Анализ показывает, что основными элементами нефти являются углерод (82-87%) и водород (11-15%). Остальные элементы (кислород, азот, сера) обычно составляют в сумме не более 10%, и только в тяжелых смолистых фракциях их содержание более значительно. Именно соотношение «углерод – водород» является отличительным признаком нефти от других видов горючих ископаемых.

Природные нефти и продукты их перегонки содержат парафиновые (метановые), циклические (насыщенные) и ароматические углеводороды. В незначительных количествах иногда встречаются ненасыщенные углеводороды. По характеру преобладания той или иной группы углеводородов, нефти подразделяются на метановые, нафтеновые, ароматические.

Метановые (парафиновые) углеводороды нефти содержат от одного до сорока атомов углерода в цепи. Первые пять соединений (от С₁ до С₅) в обычных условиях газообразны. Они в основном входят в природные или попутные газы, находясь в нефти в растворенном состоянии. В их составе преобладает метан (до 70%). Наряду с газообразными и жидкими углеводородами, нефти содержат высококипящие (~300⁰С) вещества, которые в обычных условиях бывают твердыми. Средняя относительная молекулярная масса их может быть близка к 500, что соответствует полимерам, содержащим в цепи 40 атомов углерода. Из твердых углеводородов нефти можно выделить три основных компонента – парафин, церезин и озокерит.

Парафин – белый полупрозрачный продукт с температурой плавления 60⁰С; он содержит в основном смесь предельных углеводородов нормального строения. Церезин состоит преимущественно из слаборазветвленных изопарафинов; температура его плавления близка к 80⁰С. Озокерит представляет собой смесь высококипящих предельных углеводородов.

Нафтены объединяют циклопарафиновые соединения. Это могут быть и моно-, и полициклические соединения с общей формулой C_nH_2n, C_nH_2n-2, C_nH_2n-4. Атомы углерода в них соединены простой одинарной связью в циклические структуры, содержащие чаще всего каркас из пяти и шести углеродных атомов. Обычно в нефтях может находиться до 80% циклопарафинов. Нафтены имеют более высокую температуру кипения и плавления, чем метановые углеводороды с тем же числом атомов углерода.

Последняя группа углеводородов в составе нефти – ароматические. Их содержание в нефти может доходить до 35%. Ароматические углеводороды имеют более высокую температуру кипения, чем нафтеновые компоненты углеводородной части нефти. Этот класс соединений особенно беден водородом и обладает более высокой термической устойчивостью. Ароматические углеводороды представлены в нефти моно- и полициклическими соединениями.

Алкены в природных нефтях содержатся в крайне малых количествах. Также невелико содержание в нефти кислород- и азотсодержащих соединений. Основное количество кислородсодержащих соединений нефти приходится на органические кислоты и фенолы. Азотсодержащие соединения находятся в нефти в виде гетероциклических соединений, одно из них – производное пиррола – порфирин. Продукты преобразования его придают нефти такое отличительное свойство, как оптическая активность.

Следует отметить сернистые соединения, содержащиеся в нефти: неорганические соединения – сероводород и свободная сера, органические – меркаптаны, алифатические сульфиды, сульфоновые кислоты, эфиры серной кислоты. Содержание сернистых соединений достаточно высоко и может достигать 6%. Они ухудшают качество нефти, снижают ее потребительную стоимость.

После отгонки всех остальных фракций нефти остаются смолы – сложная смесь высокомолекулярных продуктов. Их в нефти может быть довольно много – до 40%. Один из компонентов смол – асфальтен. Это смесь твердых высоплавких веществ черного цвета.

Наряду с органическими соединениями в состав нефти входят соли различных неорганических кислот. Нефть извлекает их, проходя через различные слои породы. Эти соединения играют значительную роль в характеристике зольного остатка после сожжения нефти. Содержание золы составляет сотые доли процента, а на долю металлов в них приходится до 60%.