СОСТАВ И СВОЙСТВА НЕФТИ. Состав нефти сообщение


СОСТАВ И СВОЙСТВА НЕФТИ

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника ⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 83Следующая ⇒

Впервые была изучена пенсильванская нефть Северо-Американского нефтеносного бассейна, в которой немецкий уче­ный К. Шорлеммар (1834— 1892) обнаружил предельные угле­водороды метанового ряда. Исчерпывающее объяснение стро­ения углеводородов дал А.М. Бутлеров (1861), а основополож­ником науки о нефти принято считать Д.И. Менделеева.

Исследования показали, что в нефтях содержится три боль­шие группы углеводородов: предельные, непредельные и аро­матические [5, 7, 9, 13].

Предельные — наиболее простые по строению, получив­шие свое название от самого простейшего из всех углеводо­родов — метана. Часто такие углеводороды называют мета­новыми, а в химии их называют алканами. Структурная фор­мула метана напоминает простейшее из живых существ — амебу. Только у метана вместо ядра — атом углерода, а протоплазму образуют 4 атома водорода. Каждый следующий углеводород имеет на 1 атом углерода больше, т. е. структур­ная формула алканов имеет вид: СnН2n+2. Как бы не вытяги­валась цепочка углеводородов, она всегда будет окружена водородной оболочкой. В нефти встречаются почти все чле­ны этого ряда: СН4 —С4Н10 — газы; С5Н12 —С17Н36 — жидко­сти; начиная с С18Н38 — могут находиться в нефти в виде кристаллов и входят в состав парафинов. Отсюда еще одно название углеводородов — парафиновые. Названия первых 10 членов по порядку: метан, этан, пропан, бутан, пентан, гексан, гептан, октан, нонан, декан. Начиная с четвертого угле­водорода — бутана, все имеют несколько разновидностей — изомеров. Молекулы их построены по-разному, хотя хими­ческая формула одинакова. Если основной член ряда имеет вид простой цепочки, то у изомеров цепь ветвится. Различа­ясь по структуре, по прочности связей, изомеры отличаются и свойствами. Например, температура плавления и кипения у них ниже, чем у нормальных. Лучшие бензины для современ­ных бесшумных автомобилей состоят не из истинных бензи­нов, а из их изомеров. Следует отметить, что многие изоме­ры еще не изучены, и в первую очередь потому, что, как подсчитали ученые, 11-й член ряда может иметь 159 изоме­ров, 18-й (октодекан) — 60523, и т. д. Постоянный интерес к изучению физико-химических свойств таких углеводородов объясняется не только желанием создать новые сорта топли­ва, но и тем, что некоторые изомеры своим строением напо­минают органические вещества.

Непредельные — это циклические насыщенные углеводо­роды со структурной формулой СпН2п. В их молекулах «не хватает» двух атомов водорода. Такие углеводороды называ­ют также нафтеновыми или алкенами. В природных нефтях их нет, они образуются при ее вторичной переработке. У нафтенов может быть не одно, а несколько колец — отсюда названия: моно-, би- или полициклические со структурными формулами Cnh3n2, Cnh3n_4. Еще одно название углеводородов этой группы — циклопарафины — происходит от способнос­ти их колец удерживать при себе цепочку метановых углево­дородов. Это свойство определяет и другие: большая плот­ность, чем у метановых, выше температура кипения и плав­ления, легко взаимодействуют с галогенами, присоединяют кислород. В нормальных условиях — это всегда жидкости.

Ароматические углеводороды получили свое название из-за четко выраженных (не всегда приятных) запахов. По-гречески «арома» означает пахучее вещество. Структурная формула Cnh3n-m, где т — четные числа. Представлены такие углеводороды бензолом С6Н6 и его производными (гомолога­ми) . Ароматические углеводороды сильно недонасыщены во­дородом, однако химически малоактивны. В нормальных ус­ловиях — это жидкости, имеющие очень низкую температу­ру застывания: от —25 до —88 °С.

В зависимости от преобладания в нефти одного из трех представителей групп углеводородов в количестве более 50 % нефти именуются метановыми, нафтеновыми, ароматически­ми. Если к доминирующему присоединяется другой углеводород в количестве не менее 25 %, то им дают комбинирован­ное название, например метанонафтеновые.

Приведенная классификация нефтей по углеводородному составу позволяет дать определение нефти: нефть представ­ляет собой раствор чистых углеводородов и гетероатомных органических соединений (т. е. углеводородов, содержащих в молекуле атомы кислорода или азота, или серы) друг в друге.

Углеводородный состав нефти является важной характери­стикой, но целесообразно ввести еще два — элементарный и фракционный.

Несмотря на многообразие углеводородов, элементарный состав нефти колеблется в небольших пределах (%): углерод — 83 — 87, водород — 11 — 14, смолисто-асфальтовые вещества — 2 — 6. Смолисто-асфальтовые вещества представляют собой высокомолекулярные органические соединения, содержащие уг­лерод, водород, серу, азот и металлы. К ним относятся: нейт­ральные смолы, растворимые в бензинах; асфальтены, не ра­створимые в петролейном эфире, но растворимые в горячем бензоле; карбены, растворимые в сероуглероде; карбоиды, во­обще не растворимые. При сгорании нефти получается зола (сотые доли процента), состоящая из оксидов кальция, магния, железа, алюминия, кремния, натрия и ванадия. Сера в нефти находится в виде сероводорода, меркаптанов, сульфанов, иног­да—в свободном виде. Сера и ее соединения активно взаи­модействуют с металлами, вызывая сильную коррозию. Обна­руживают их по резкому запаху и действию на растворы свинцовых солей. По содержанию серы нефти делят на следу­ющие группы: несернистые (менее 0,2 %), малосернистые (0,2 — 1,0 %), сернистые (1,0 — 3,0 %), высокосернистые (более 3 %). Азот, как примесь безвредная и инертная, почти не контроли­руется анализами; его доля обычно не превышает 1,7 %. В заключение можно сказать, что в нефтях обнаруживают более половины таблицы Менделеева, причем элементарный состав нефти полностью не изучен.

Фракционный состав нефти определяется при ее перегон­ке. Существует несколько способов так называемой прямой гонки, но суть их одна. Любой жидкий углеводород имеет свою температуру кипения, т. е. температуру, выше которой он испаряется. Например, бензол С6Н6 кипит при 80 °С, а толуол С7Н8 — при 111 °С. При перегонке типичной нефти можно получить: 31 % бензина (углеводороды С4 — С10), 10 % керосина (Сп — С12), 15 % дизельного топлива (С13 — С20), 20 % смазочных масел (С21 — С40), 24 % остатка — мазута (с С40 и выше). Таким образом, из сложной многокомпонентной нефти получаются новые вещества (фракции), более близкие по угле­водородному составу и, следовательно, по свойствам.

Приведем основные физические свойства нефтей: плот­ность, вязкость, сжимаемость и др.

Плотность нефти — это масса единицы объема, при тем­пературе 20 °С и атмосферном давлении колеблется от 700 до 1040 кг/м3. Нефть с плотностью ниже 900 кг/м3 называют легкой, выше — тяжелой. Мазут имеет плотность от 900 до 990 кг/м3, керосин - 800 - 840 кг/м3, бензины 700 - 800 кг/м3, газовые конденсаты — 650 — 720 кг/м3. Плотность пластовой нефти всегда ниже плотности дегазированной нефти.

Вязкость — свойство любой жидкости, в том числе и нефти, оказывать сопротивление перемещению ее частиц от­носительно друг друга, т. е. характеризует подвижность жид­кости. Существует динамическая и кинематическая вязкость. Единица динамической вязкости — паскаль-секунда (Па∙с). Вязкость нефтей обычно намного ниже 1 Пас, поэтому на практике часто пользуются внесистемными единицами — пуаз (П) и сантипуаз (сП): 1 П = 01Па∙с, 1 сП = 10 -3Пa∙c.

С понижением температуры вязкость увеличивается, с по­вышением — уменьшается. Динамическая вязкость воды при 20 °С составляет около 1 сП, вязкость нефти в зависимости от ее характеристики и температуры может изменяться от 1 до нескольких десятков сантипуазов, а у отдельных нефтей вязкость достигает 100, даже 200 сП (0,1 —0,2 Па∙с).

Объемный коэффициент пластовой нефти — это отноше­ние объема нефти в пластовых условиях к объему дегазиро­ванной нефти:

где Упл — объем нефти в пластовых условиях; Удег — объем этой же нефти при атмосферном давлении и температуре 20 ° С после дегазации.

Известны месторождения, для которых объемный коэф­фициент нефти достигает 3,5 и более. Для пластовой воды объемные коэффициенты составляют 0,99— 1,06.

С помощью объемного коэффициента можно определить «усадку» нефти — уменьшение объема пластовой нефти при извлечении ее на поверхность:

Сжимаемость нефти — это изменение объема нефти при изменении давления. Характеризуется коэффициентом сжи­маемости (βн, который представляет относительное изменение объема, приходящееся на единицу изменения давления:

где ΔV — изменение объема нефти, м3; Vo — исходный объем нефти, м3; Ар — изменение давления, Па.

Коэффициент сжимаемости нефти, не содержащей раство­ренный газ, равен 4∙10 -10 - 7∙10 -10 1/Па (4∙10 -5 —7∙10 -5 1/ад).

Давлением насыщения нефти газом называется давление газа, находящегося в термодинамическом равновесии с плас­товой нефтью. Если давление, оказываемое на пластовую нефть, становится ниже давления насыщения, то из нефти начинает выделяться растворенный газ. Нефть, находящаяся в пласте при давлении выше давления насыщения, называет­ся недонасыщенной. Если давление насыщения равно пласто­вому давлению, то пластовая нефть называется насыщенной.

Газовый фактор. Газовым фактором называется количе­ство газа (в м3), приведенное к атмосферному давлению, приходящееся на 1 т нефти. Для нефтяных месторождений России газовый фактор колеблется от 20 до 1000 м3/т (в среднем он составляет около 100 м3/т).

 

mykonspekts.ru

Состав нефти по элементам — Мегаобучалка

Общая информация

Нефть — это добываемая в природе горючая маслянистая жидкость, которая состоит из довольно сложной смеси различных органических соединений, в частности — углеводородов. В зависимости от места добычи химический состав нефти может меняться, что влечет за собой и изменение цвета этой горючей жидкости. Нефть может быть и почти черной, и красно-коричневой, и зеленовато-желтой и даже совсем бесцветной. Также нефть отличается специфическим запахом. В природе нефть залегает на глубине от нескольких десятков метров до нескольких километров. Так, на некоторых скважинах нефть выкачивается с глубины до 2-3 км. Подавляющее большинство залежей нефти в земле располагается на глубине от 1 до 3 км. Также нефть может залегать и на малой глубине и даже естественным образом выходить на поверхность. Правда, в этих случаях под влиянием атмосферного воздуха нефть превращается в битумы и битумные пески, а также в полутвердый асфальт и достаточно густую мальту. Далее мы будем говорить главным образом про химический и физический состав и свойства нефти. Заметим только, что с асфальтом и естественными горючими газами нефть роднит похожее химическое строение: все эти вещества в химии называют петролитами. Петролиты — это горючие вещества биологического происхождения, к которым относятся, в том числе и многие виды не только жидкого, но и твердого топлива.

Химический состав нефти

Как вы думаете, из какого количества более простых веществ состоит нефть? Из десяти? Из ста? На самом деле нефть — это смесь около тысячи (!) различных веществ, из которых приблизительно 80% составляют жидкие углеводороды (более пятисот веществ). На долю сернистых веществ в нефти (а их около двухсот пятидесяти) приходится примерно 3%. Несколько меньше кислородных (80-85) и азотистых (30) веществ. Также в нефти может содержаться до 10% воды и до 4% растворенных углеводородных газов. В состав нефти входит и некоторое количество металлосодержащих веществ с содержанием никеля и ванадия. Ну и кроме всего прочего, в нефти в различных пропорциях могут содержаться и минеральные соли, и растворы солей различных органических кислот, и, конечно же, всевозможные механические примеси.

Углеводородный состав нефти

Как вы только что узнали, наибольший процент в любой нефти составляют углеводородные соединения. В зависимости от месторождения их доля может составлять и более 80% - вплоть до 90%. Что же это за соединения? Прежде всего, так называемые нафтеновые и парафиновые. Нафтеновые к объему всего углеводорода составляют от 25 до 70%, а парафиновых может содержаться от 30 до 50%. Также в составе нефти представлены и ароматические углеводородные соединения, и гибридные: нафтено-ароматические, парафино-нафтеновые и другие. Кстати, перечисленные названия соединений служат также и наименованиями для различных типов нефти. Различают парафиновые, нафтеновые, метановые, ароматические нефти (в среде нефтяников для слова «нефть» допустимо употребление множественного числа в значении «типы нефти»). Нефти дается наименование по тому классу углеводородов, которых в ней присутствует более 50%. Если же доминируют два каких-то класса (например, по 30% парафиновых и нафтеновых углеводородов), этот тип нефти получает двойное название по обоим классам. В нашем примере это парафино-нафтеновый тип. Первым в названии идет класс углеводородов, который представлен в том или ином типе нефти в несколько большем количестве. Поэтому различают, например, метано-ароматический и ароматическо-метановый тип, нафтено-ароматический и ароматическо-нафтеновый, нафтено-метановый и метано-нафтеновый и т.д.

Состав нефти по элементам

Поскольку нефть, в зависимости от своего происхождения, может иметь достаточно разнородный состав, о процентном соотношении тех или иных химических элементов в ней можно говорить весьма условно. Тем не менее, отметим, что в различных типах нефти основными составляющими элементами являются углерод, водород и сера, реже — кислород и азот. А всего же в отдельном типе нефти может быть представлено до 80 различных химических элементов. Некоторые из них присутствуют в таких микроскопических количествах, что их содержание в процентах измеряется с использованием отрицательных степеней. Так, например, содержание никеля в отдельных типах нефти колеблется от от 10?4 до 10?3% или, если выражать это с помощью десятичной дроби: от 0,0001 до 0,001 %. То есть, в килограмме нефтепродукта может содержаться тысячная или сотая доля грамма никеля. Что касается процентного содержания углерода, то оно может колебаться от 82 до 87%. Водород содержится в нефти в количествах от 11 до 14%, а сера — от 0,01 до 8%. Также в нефти может содержаться до 1,8% азота и до 0,35% кислорода. Из серосодержащих веществ отметим присутствие тиофанов, тиофенов, меркаптанов и моно- и дисульфидов. Азотосодержащие вещества представлены пирролами, карбазолами, индолами, хинолинами, порфиринами и пиридинами, а кислородосодержащие — фенолами, нафтеновыми кислотами и смолисто-асфальтеновыми веществами.

megaobuchalka.ru

Состав нефти - Информация

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

. СОСТАВ НЕФТИ

.1 Кислород

.2 Сера

.3 Азот

.4 Алканы

.5 Арены

.6 Нафтены

.7 Смолисто-асфальтеновые (САВ)

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДИВИДУАЛЬНОГО СОСТАВА НЕФТЕПРОДУКТОВ

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Для правильного выбора метода переработки нефти, составления материальных балансов некоторых процессов необходимо знать элементарный состав нефти и нефтепродуктов.

Основную часть нефти и нефтепродуктов составляют углерод (83-87%) и водород (12-14%). Их содержание, иногда и соотношение, полезно знать для расчетов некоторых процессов. Например, теплота сгорания котельных топлив является важным показателем, от которого зависит расход топлива. Теплота сгорания зависит от элементного состава топлив. Высокая теплота сгорания жидких топлив объясняется высоким содержанием в них водорода и углерода и малой зольностью. Входящие в состав топлива кислород, азот, влага и негорючие минеральные вещества являются балластом.

Процентное отношение массового содержания водорода к содержанию углерода (100Н\С) показывает сколько необходимо добавить водорода к сырью в процессе гидрокрекинга, чтобы получить желаемые продукты. Отношение 100 Н/С в бензине равно 17-18, в нефти 13-15, в тяжелых фракциях 9-12. Данные элементного состава и структурно-группового состава узких фракций масел и тяжелых остатков, из которых выделение индивидуальных соединений невозможно, позволяет значительно расширить представления о структуре веществ, входящих в эти фракции, и построить модель их "средней" молекулы.

Элементный анализ на углерод и водород основан на безостаточном сжигании органической массы нефтепродукта в быстром токе кислорода до диоксида углерода и воды. Последние улавливают, и по их количеству рассчитывают содержание указанных элементов. Во всех нефтях наряду с углеводородами имеется значительное количество соединений, включающих такие гетероатомы, как сера, азот и кислород. Содержание этих элементов зависит от возраста и происхождения нефти.

 

1. СОСТАВ НЕФТИ

 

1.1 Кислород

 

Кислорода в нефти содержится от 0,05 до 3,6%, а содержание азота не превышает 1,7%.

Распределение гетероатомов по фракциям нефти неравномерно. Обычно большая их часть сосредоточена в тяжелых фракциях и особенно в смолистой ее части.

Кислородсодержащие соединения в отечественных нефтях редко составляют больше 10%. Эти компоненты нефти представлены кислотами, эфирами, фенолами и др. Содержание кислорода в нефтяных фракциях возрастает с повышением их температуры кипения, причем до 90-95% кислорода приходится на смолы и асфальтены.

Наиболее распространенными кислородсодержащими соединениями нефти являются кислоты и фенолы, которые обладают кислыми свойствами и могут быть выделены из нефти или ее фракций щелочью. Их суммарное количество обычно оценивают кислотным числом (количество мг КОН, пошедшего на титрование 1 г нефтепродукта). Содержание веществ с кислыми свойствами также, как и всех кислородсодержащих соединений, убывает с возрастом и глубиной нефтяных залежей.

Процентное содержание кислорода чаще всего определяют по разности между ста и суммарным содержанием всех остальных элементов в процентах. Это неточный метод, так как на его результатах сказываются погрешности определения всех остальных элементов.

Имеются прямые методы определения кислорода, например, гравиметрический метод пиролиза нефтепродуктов в токе инертного газа в присутствии платинированного графита и оксида меди. О содержании кислорода судят по массе выделившегося СО2.

 

1.2 Сера

 

Сера может составлять от 0,2 до 7,0%, что отвечает содержанию сернистых соединений ~ 0,2-7,0%. . является наиболее распространенным гетероэлементом в нефтях и нефтепродуктах. Содержание ее в нефти колеблется от сотых долей процента до 14% (нефтепроявление Роузл Пойнт, США). В последнем случае почти все соединения нефти являются серосодержащими.

Как и кислородсодержащие соединения нефти, серосодержащие неравномерно распределены по ее фракциям. Обычно их содержание увеличивается с повышением температуры кипения. Однако в отличие от других гетероэлементов, содержащихся в основном в асфальто-смолистой части нефти, сера присутствует в значительных количествах в дистиллятных фракциях.

В нефтях сера встречается в виде растворенной элементарной серы, сероводорода, меркаптанов, сульфидов, дисульфидов и производных тиофена, а также в виде сложных соединений, содержащих одновременно атомы серы, кислорода и азота в различных сочетаниях.

Серосодержащие соединения наиболее вредны как при переработке, так и при использовании нефтепродуктов. Они отрицательно влияют на многие эксплуатационные свойства нефтепродуктов. У автомобильных бензинов снижается приемистость к ТЭС, стабильность, способность к нагарообразованию, коррозионную агрессивность. При сгорании сернистых соединений выделяются SO2 и SО3, образующие с водой коррозионно-агрессивные сернистую и серную кислоты. Серный ангидрид (SО3) сильнее, чем SО2 влияет на нагарообразование, износ и коррозию в двигателе, а также на качество масла, При наличии SО3 в продуктах сгорания повышается точка росы и тем самым облегчается конденсация Н2SO4 на стенках гильз цилиндров и усиливается коррозия. При воздействии на масло Н2SО4 образуются смолистые продукты, образующие затем нагар, обладающий в результате повышенного содержания серы большой плотностью и

www.studsell.com