Гетероатомные соединения нефти

Помимо углеводородов, в нефти присутствуют и гетероатомные соединения. К гетероатомным соединениям относят органи­ческие соединения, в состав которых, кроме углерода и водоро­да, входят в больших или меньших количествах кислород, сера и азот. Несмотря на то, что по данным элементного анализа сум­марное содержание гетероатомов в нефти не велико, сами гетероорганические соединения могут доставлять до 20 % масс. от сырой нефти. Так же, как и для углей изучение состава и свойств гетероатомных соединений в нефти может помочь в определе­нии ее происхождения. Предполагают, что гетероатомные соеди­нения являются промежуточными продуктами различных пре­вращений нефти. Кислородные соединения

Кислород в нефти встречается в следующих функциональ­ных группах и соединениях: карбонильная группа (в основном кетоны), простые эфиры, сложные эфиры, фенолы, спирты ки­слоты, смолисто-асфальтеновые вещества.

 

Подавляющее количество кислород, содержится в нефти в фенолах (особенно много фенолов в смолистых нефтях), нафте­новых и алифатических кислотах.

 

Алифатические кислоты представлены в нефтях кислотами нормального и изомерного строения, в том числе изопреноидного. Нафтеновые кислоты являются производными нафтеновых уг­леводородов — циклопентана и циклогексана. Ароматические ки­слоты являются производными бензола и полициклических аренов. Следует отметить, что в парафиновых нефтях, т. е. в нефтях богатых парафиновыми углеводородами, преобладают алифатиче­ские кислоты, а в нафтеновых — нафтеновые.

нафтеновые кислоты

 

 

Нафтеновые кислоты стараются удалить из нефти, так как они образуют соли с металлами, что ведет к разрушению аппара­туры и трубопроводов. Вместе с тем, нафтенаты щелочных ме­таллов — это деэмульгаторы нефти и используются для ее обез­воживания.

Серосодержащие соединения

Содержание сернистых соединений в нефтях колеблется в широких пределах — от следовых количеств до 7 % маcc. Насчи­тывается более 200 различных сернистых соединений, найден­ных и идентифицированных в нефтях. В основном сера в нефти содержится в виде: элементной серы, сероводорода, меркапта­нов, сульфидов (тиоэфиры) и дисульфидов (дитиоэфиры), цик­лических соединений и их гомологов.

Сера как простое вещество и в виде сероводорода содержит­ся в нефтях в раворенном состоянии. Содержание меркаптановой серы достигает 15 % масс. от ее общего содержания. Сосредо­точены меркаптаны в бензиновых фракциях. Сульфиды распро­странены в бензиновых и легроино-керосиновых фракциях, где они составляют от 50 до 80 % масс. от суммы всех сернистых со­единений, а дисульфиды — в керосино-газойлевых фракциях. На них приходится до 15 % масс. всей серы. Циклические соеди­нения — тиацикланы (циклические сульфиды), тиофен и их го­мологи — сосредоточены в керосиновых и масляных фракциях. Они составляют всего лишь несколько процентов от суммы сер­нистых соединений.

В сырой нефти сера преобладает в меркаптанах, сульфидах и дисульфидах, а после термической обработки входит в состав тя­желых продуктов переработки в основном в ароматические гете­роциклические соединения.

Сера — самый вредный элемент в нефти, так как входит в очень агрессивные соединения (сера, сероводород и меркапта­ны), приводящие к коррозии металла и ухудшающие антидето­национные свойства топлив и качество вторичных продуктов пе­реработки нефти (нефтяной кокс).

Азотсодержащие соединения

Большая часть азота сосредоточена в смолистых веществах, но встречается и в виде аминогрупп ароматического или алифа­тического характера. Азотистые соединения нефтей подразделя­ют на две основные группы: азотистые основания и «нейтраль­ные» (слабоосновные) соединения.

Азотистые основания равномерно распределены по фракциям нефти и составляют от 20 до 40 % масс. от общего количества азо­тистых соединений. Очевидно, в низкокипящих фракциях нефти сосредоточены аминогруппы алкильного характера, а в высоко-кипящих - молекулы, содержащие несколько конденсирован­ных бензольных или нафтеновых циклов.

К «нейтральным» азотистым соединениям относят производ­ные индола и карбазола, циклические амиды и порфирины. Кроме того, в нефтях обнаружены также гетероциклические со­единения, содержащие, кроме азота, серу (тиазолы).

 

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 % масс. Гудрон, получаемый после от­гонки из нефти светлых фракций и масляных дистиллятов, со­стоит из смолисто-асфальтеновых соединений.

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 ас­фальтенов можно рассматривать как продукт конденсации (со­единения) нескольких молекул смол.

Классификация нефтей

Классификация нефтей является базой, которая позволяет предопределить ассортимент и качество продуктов, подобрать наилучшие условия переработки тех или иных нефтей.

С того момента, как добыча нефти и ее переработка вышли на промышленный уровень, классификация нефти претерпевала изменения и дополнения.

Химическая классификация основана на групповом составе нефтей. По этой классификации различают следующие нефти: метановая; нафтеновая; метано-нафтеновая; ароматическая; метано-нафтено-ароматическая; нафтено-ароматическая.

Существует промышленная классификация, основанная на плотности нефти. В этой классификации выделяют 3 типа неф­ти: легкие, чья плотность ниже 0, 878 г/см³; утяжеленные — от 0, 878 до 0, 884 г/см³; тяжелые — выше 0, 884 г/см³.

Широкое распространение имела также технологическая классификация нефти. Согласно этой классификации нефть подразделяется на три класса по содержанию серы, три типа по выходу фракций, выкипающих до 350 °С, четыре группы по по­тенциальному содержанию базовых масел, две подгруппы по ин­дексу вязкости и три вида по содержанию твердого парафина. В целом нефть характеризуется шифром, составляемым последо­вательно из обозначений класса, типа, группы, подгруппы и вида, которым соответствует данная нефть (табл.2)

Таблица 2

Класс	Содержание серы, % масс	Тип	Выход светлых нефтепродуктов, %масс.	Группа	Содержание базовых масел, % масс.	Подгруппа	Индекс вязкости базовых масел	Вид	Содержание парафина, % масс.
I Малосер- нистая	< 0, 50	Т1	> 45, 0	М1	> 25	И1		П1 малопа-рафинистая	< 1, 5
II сернистая	0, 51÷ 2, 00	Т2	30, 0÷ 44, 9	М2 М3	15÷ 25 15÷ 25	И2	40÷ 85	П2 парафи-нистая	1, 51÷ 6, 00
III Высоко- сернистая	> 2, 00	Т3	< 30, 0	М4	< 15	И3		П3 высоко-парафинистая	> 6, 00

 

В настоящее время действует классификация нефтей по ГОСТ Р 51858—2002. Согласно этому стандарту нефть по физи­ко-химическим свойствам, степени подготовки, содержанию се­роводорода и легких меркаптанов нефти подразделяют на клас­сы типы, группы и виды. В зависимости от массовой доли серы нефти подразделяют на классы 1-4 (табл.3). По плотности, а при поставке на экспорт - дополнительно по выходу фракции и массовой доле парафина нефти подразделяют на пять типов (табл. 4) По степени подготовки нефти подразделяют на груп­пы 1-3 (табл. 5). Па массовой доле сероводорода и легких меркаптанов нефти подразделяют на виды 1-3 (табл. 6).

Условное обозначение нефти состоит из четырех цифр, соот­ветствующих обозначениям класса, типа, группы и вида нефти. При поставке нефти на экспорт к обозначению типа добавляется индекс «э». Структура условного обозначения нефти:

X X X X ГОСТР

 

 

Табл. 3

Классы нефтей

Класс нефти	Наименование	Массовая доля серы, % масс
	Малосернистая	До 0, 60 включ.
	Сернистая	0, 61-1, 80
	Высокосернистая	1, 81-3, 50
	Особо высокосернистая	Свыше 3, 50

 

Табл. 4

Типы нефтей

Наименование параметра	Норма для типа нефти
0 (особо легкая)	1 (легкая)	2 (средняя)	3 (тяжелая)	4 (битуми- нозная)
Для экономики страны	для экспорта	для экономики страны	для экспорта	для экономики страны	для экспорта	для экономики страны	для экспорта	для экономики страны	для экспорта
Плотность при температуре 15 оС, кг/м3	Не более 834, 5	834, 5 ÷ 854, 4	854, 4÷ 874, 4	874, 4÷ 899, 3	Более 899, 3
Выход фракции, не менее, %, до температуры:
200º С	-		-		-	-	-	-	-	-
300º С	-		-		-	-	-	-	-	-
350º С	-		-		-	-	-	-	-	-
Массовая доля парафина, не более, %	-		-		-	-	-	-	-	-

 

Если по одному из показателей (плотности или выходу фракций) нефть относится к типу с меньшим номером, а по другому — к типу с большим номером, то нефть признают соответствующей типу с большим номером.

Таблица 5

Группы нефтей

Наименование показателя	Норма для нефти группы
Массовая доля воды, не более, %	0, 5	0, 5	1, 0
Концентрация хлористых солей, не более, мг/дм3
Массовая доля механических примесей, не более, %	0, 05
Давление насыщенных паров, не более, кПа	66, 7	66, 7	66, 7
Содержание хлорорганических соединений, мил-1 (ppm)	Не нормируется. Определение обязательно

 

 

Таблица 6

Виды нефтей

Наименование показателя	Норма для нефти вида
Массовая доля сероводорода, не более, мил-1 (ppm)
Массовая доля метил- и этилмеркаптанов, мил-1 (ppm)

Нефть с массовой долей сероводорода менее 20 мил^-1 считают не содержа­щей сероводород.

Рассмотрим несколько примеров классификации нефти.

1. нефть (при поставке потребителю в России): массовая доля серы 1, 15% (класс 2); плотность при 15^оС 860, 0 кг/м³ (тип 2); концентрация хлористых солей 120 мг/дм³ , массовая доля воды 0, 40% (группа 2); при отсутствии сероводорода (вид 1) - обозначают «2.2.2.1 ГОСТ Р 51858-2002».

2. нефть (при поставке на экспорт): массовая доля современных представлений нефть состоит из низко- и высо­комолекулярных углеводородных и неуглеводородных компонентов. Пол­ностью разделить нефть на индивидуальные соединения невозможно, да этого и не требуется ни для технической характеристики нефтяного сырья, еш для его промышленного использования. Достаточно ее разделить на отдельные более или менее узкие фракции перегонкой, адсорбцией и др., методами. К тому же, по химическому составу нефти различных месторо­ждений весьма разнообразны. По этой причине обсуждение можно вести лишь о характеристиках «среднестатистической» нефти.

В качестве молекулярных характеристик нефти и нефтепродуктов необходимо использовать даже большее число, чем для макромолекул, различных по точности, объективности и глубине охвата показателей свойств. Их можно рассматривать в первом приближении по пяти груп­пам.

1. Брутто-характеристики элементного состава.

6.Средняя молекулярная масса и связанные с ней физические характеристики (пределы выкипания, плотность и др.).

7.Групповой состав нефти и нефтепродуктов.

8.Показатели интегрального структурного анализа (ИСА).

9.Комплексные показатели свойств.

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. III. ОСНОВЫ ГЕОЛОГИИ НЕФТИ И ГАЗА
2. VШ. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ
3. БЛОК № 4 «Гетероциклические соединения»
4. Болтовые и заклепочные соединения, область применения. Виды болтов.
5. Болтовые резьбовые соединения
6. Выбор схемы присоединения потребителей тепла ГВС.
7. ГЕОЛОГО-ФИЗИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА
8. Гетероциклические соединения
9. Глава 2.0. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТИ, ГАЗОВ И ПЛАСТОВЫХ ВОД
10. Глава 5.0. Понятие об обезвоживании и обессоливании нефти. Методы обезвоживания и обессоливания нефти.
11. Глава 6. Технологические схемы обезвоживания и обессоливания нефти.