![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Химические соединения, входящие в состав нефти и природного газа.
Природные углеводородные газы встречаются в виде свободных скоплений или растворены в нефти и состоят в основном из углеводородов. В их составе присутствуют углекислота, азот, сероводород и благородные газы. Основным компонентом газа газовых месторождений (свободные скопления газа) является метан. Тяжелые углеводороды, углекислота, азот, сероводород, водород, аргон и гелий иногда присутствуют в значительных количествах. Основными компонентами растворенных в нефти газов (газы нефтяных месторождений) являются углеводороды Сх — Св, т. е. метан, этан, пропан, бутан, пентан и гексан, в том числе изомеры углеводородов С4 — Се. Содержание тяжелых углеводородов в растворенных газах достигает 20—40%, редко 60—80%. Среди гомологов метана обычно преобладает этан (6—20%), затем пропан. Неуглеводородные компоненты растворенного газа представлены обычно азотом и углекислым газом с примесью сероводорода, аргона и гелия. Содержание азота колеблется в широких пределах: от нуля до 30— 50%, а иногда и выше. Содержание С02 в растворенных газах колеблется от 0 до 10—15%. Количество сероводорода обычно колеблется в пределах от 0 до 6%, редко достигая более высоких значений. Водород и благородные газы содержатся в микроколичествах. Нефть представляет собой жидкость, обычно коричневого или черного цвета, часто с зеленоватым или зеленовато-желтым отливом. Консистенция нефти различна: от жидкой маслянистой до густой смолообразной. Она легче воды, имеет специфический запах, который в случае присутствия сернистых соединений становится очень неприятным. Нефть состоит из органических соединений, основную часть которых составляют углеводороды. Углеводороды. Углерод в соединении с водородом способен образовывать множество соединений — углеводородов, составляющих основную часть горючих природных газов, нефтей и озоке-ритов. Они различаются между собой химическим строением, а следовательно, и свойствами. Часть углеводородов имеет насыщенный характер, т. е. не способна к реакциям присоединения, другая часть имеет ненасыщенный характер, т. е. может присоединять 1. Парафиновые (метановые) углеводороды, или алканы. Общая формула Парафиновые углеводороды характеризуются малой реакционной способностью, химически весьма устойчивы. 2. Нафтеновые (полиметиленовые) углеводороды, или цикланы. Общая формула По своим химическим свойствам нафтеновые углеводороды близки к алканам. Особенностью нафтеновых углеводородов и их производных является способность к изомеризации. Под влиянием каталитических и термических процессов системы из шестичленных циклов легко переходят в пятичленные, например циклогексан и бензол в метилциклопентан. В легких фракциях нафтеновых нефтей преобладают производные циклогексана, в метановых и метаново-нафтеновых нефтях преобладают производные циклопентана. В нефтях содержатся производные циклопентана и циклогексана с короткими цепями. В более тяжелых фракциях нефтей содержатся полициклические нафтеновые углеводороды, среди них широко распространен бициклический углеводород декалин. 3. Ароматические углеводороды (арены). Простейшие из них имеют общую формулу CnH2n-6 и содержат в своем составе так называемое ароматическое ядро бензола Эти соединения довольно устойчивы. В то же время они обладают повышенной химической активностью по сравнению с метановыми и нафтеновыми углеводородами и довольно легко могут быть от них отделены. Арены обладают высокой растворяющей способностью, они неограниченно растворяются друг в друге и других растворителях. Ароматические углеводороды легко вступают в реакции конденсации. Из моноциклических аренов в углеводородах нефтей содержатся преимущественно гомологи бензола с недлинными боковыми цепями. Многие углеводороды, например высокомолекулярные парафины, в твердом состоянии имеют кристаллическое строение. Сернистые соединения. В нефтях содержатся как органические, так и неорганические формы сернистых соединений. Сера, входящая в эти соединения, двухвалентна. К неорганическим формам относятся элементарная сера и сероводород. Элементарная сера (S) содержится в нефтях лишь в очень незначительных количествах. При хранении нефтей на воздухе в них увеличивается количество элементарной серы, главным образом за счет окисления сероводорода. Сероводород (Н2S) — кислота с температурой кипения — 59, 6° С. Обладает способностью соединяться с металлами, вызывая их коррозию. Сероводород в пластовых условиях может содержаться как в газах, так и в растворенном состоянии в нефтях. Кислородные соединения. Атомы кислорода в нефтях входят в следующие соединения: нафтеновые кислоты, соединения фенольного характера, эфиры, смолистые вещества.
3. Физические и физико-химические свойства нефти С физической точки зрения нефть рассматривается как раствор газообразных и твердых углеводородов в жидкости. Природная нефть, добываемая из недр Земли, всегда содержит некоторое количество растворенных в ней газов (попутные природные газы), главным образом метана и его гомологов. физические – определение плотности, вязкости, температуры плавления, замерзания и кипения, теплоты сгорания, молекулярной массы, а также некоторых условных показателей (пенетрация, дуктильность); химические, использующие классические приемы аналитической химии; физико-химические – колориметрия, потенциометрическое титрование, нефелометрия, рефрактометрия, спектроскопия, хроматография; Плотность нефти зависит от многих факторов: химической природы входящих в нее веществ, фракционного состава, количества смолистых веществ, количества растворенных газов и других. Плотность нефти зависит и от глубины залегания, как правило, уменьшаясь с ее увеличением. Исключения из этого правила объясняют вторичными явлениями, например, миграцией легких нефтей в более высокие горизонты залегания. При определении плотности нефтей и нефтепродуктов обычно пользуются несколькими методами: с помощью ареометров (нефтеденсиметров), методом взвешенной капли, с помощью гидростатических весов, пикнометрическим методом (наиболее точный). Вязкостные свойства. При добыче и транспортировке нефти большое значение имеет такое ее свойство, как вязкость. Различают динамическую и кинематическую вязкость. Динамической вязкостью называется внутреннее сопротивление (трение) отдельных частиц жидкости движению общего потока.кинематическая вязкость, равная отношению динамической вязкости к плотности жидкости при температуре определения. Поверхностное натяжение. Поверхностыным натяжением (плотностью поверхностной энергии) называется отношение работы, требующейся для увеличения площади поверхности, к величине этого приращения плотности. Природные вещества могут находиться в четырех агрегатных состояниях: твердом, жидком, газообразном и плазме. Каждое агрегатное состояние характеризуется определенной внутренней структурой вещества и соответственно определенными свойствами. При переходе из твердого состояния в жидкое происходит плавление, при переходе из жидкого в газообразное – испарение. В твердом теле молекулы вещества колеблются относительно своих положений равновесия в кристаллической решетке. Если кристаллу сообщить энергию, колебания усиливаются и кристаллическая решетка может разрушиться. Фазовый переход из твердого состояния в жидкое происходит при определенной, зависящей от давления температуре. Обычно температура плавления повышается с возрастанием давления. Температура кипения нефти колеблется в интервале 50–550°С. Нефть, как и любая жидкость, при определенной температуре закипает и переходит в газообразное состояние. Различные ее компоненты переходят в газообразное состояние при различной температуре кипения. Легкие нефти вскипают при 50–100°С, тяжелые – при температуре более 100°С. Самая высокая температура кипения у парафинов Обычно нефти плотностью менее 0, 9 начинают кипеть при температуре, которая ниже 100°С. Температура начала кипения нефти зависит от ее химического состава. Так, при одной и той же плотности нафтеновые и ароматические углеводороды кипят при более низкой температуре, чем метановые. По соотношению содержания метана и его гомологов природные углеводородные газы подразделяются на сухие и жирные. В сухом газе преобладает метан – 98, 8%, в жирном – до 50% составляют этан, пропан, бутан и высшие углеводороды. Жирный газ растворяется в нефти лучше, чем сухой. Молекулярная масса. Молекулярная масса – важнейшая характеристика нефти и нефтепродуктов. Этот показатель дает «среднее» значение молекулярной массы веществ, входящих в состав той или иной фракции нефти, и позволяет сделать заключение о составе нефтепродуктов. Тепловые свойства. Главнейшим свойством нефти и горючих газов, принесшим им мировую славу исключительных энергоносителей, является их способность выделять при сгорании значительное количество теплоты. Теплотой сгорания называется отношение количества теплоты, выделяющейся при горении, к массе сгоревшего до конца (т.е. до образования углекислоты СО 2 и воды Н 2 О) топлива. Цвет, флуоресценция и люминесценция. Цвет нефтей в зависимости от их химического состава может быть различным. Чем больше в нефти смол и особенно асфальтенов, тем окраска ее по глубине или оттенку более темная. Легкие нефти плотностью 0, 78–0, 79 кг/дм 3 имеют желтую окраску, нефти средней плотности (0, 79–0, 82 кг/дм 3) – янтарного цвета и тяжелые – темно-коричневые и черные. Большинство нефтей, а также их фракции обладают флуоресценцией: они имеют синеватый или зеленоватый цвет в отраженном свете. Это свойство связано с присутствием в нефтях многоядерных углеводородов ароматического ряда. По физическим и химическим свойствам нефти различают три вида ее состава: элементный, фракционный и групповой химический. Элементный состав нефти. Состав и свойства нефтей зависят от месторождения и могут колебаться в довольно широких границах. Многочисленными химическими анализами установлено, что нефть состоит главным образом из углерода и водорода – соответственно 79, 5–87, 5 и 11, 0–14, 5% от массы. Кроме них, в нефтях присутствуют еще три элемента – сера, кислород и азот. Сера содержится почти во всех нефтях. Типы сернистых соединений в них очень разнообразны. Отдельные нефти содержат свободную серу, которая при длительном хранении выпадает в резервуарах в виде аморфной массы. В других случаях сера находится в нефтях и нефтепродуктах в связанном состоянии, то есть в виде сероводорода и сероорганических соединений (меркаптанов, сульфидов и т.п.). Фракционный состав нефти. Нефть и нефтепродукты обычными методами перегонки невозможно разделить на индивидуальные соединения. Это делается путем перегонки на отдельные части, любая из которых является менее сложной смесью. Такие части называют фракциями, или дистиллятами. Фракция – это группа углеводородов, которая выкипает в определенном интервале температур. Фракционный состав нефтей и нефтепродуктов показывает содержание в них различных фракций, выкипающих в определенных температурных пределах. Легкие нефти, не вмещающие масляных фракций, встречаются редко. Большей частью они сопутствуют газам в газоконденсатных месторождениях и их называют газоконденсатами. Групповой химический состав нефти. В зависимости от строения молекул углеводороды, входящие в состав нефтей и природных газов, подразделяются на три основные группы: метановые, или парафиновые (алканы), нафтеновые (цикла ны) и ароматические (арены). Представители этих групп отличаются друг от друга соотношением числа атомов углерода и водорода, которое выражается общей формулой группы, и характером их внутренних структурных связей. Метановые углеводороды (алканы) – насыщенные углеводороды, в которых отсутствуют двойные связи. Общая формула С n Н 2 n+ 2, где n – число атомов углерода Нафтеновые углеводороды (цикланы) их общая формула С n Н 2 n. Молекулы нафтеновых углеводородов состоят из нескольких метиленовых групп – СН 2, соединенных в замкнутое кольцо, или цикл Нафтеновые углеводороды – важная составная часть моторного топлива и масел. Автомобильным бензинам они придают высокие эксплуатационные свойства. Нафтеновые углеводороды легких фракций нефтей широко используются как сырье для получения ароматических углеводородов, бензола и толуола, а нафтеновые углеводороды бензиновых фракций в процессе каталитического риформинга превращаются в ароматические. Ароматические углеводороды – их формула С n Н 2 n3m, где n начинается с 6, m может быть выражено четными числами от 6 и выше. В структурном отношении молекула ароматических углеводородов имеет вид замкнутого кольца (цикла), объединяющего радикалы – СH Самое простое строение среди ароматических углеводородов характерно для бензола С 6 Н 6 (кольцо – «шестиугольник»). Остальные известные ароматические углеводороды являются, по сути дела, его производными. В сравнении с другими группами углеводородов ароматические имеют наибольшую плотность. По вязкости они занимают промежуточное положение между парафиновыми и нафтеновыми. Ароматические углеводороды – ценные компоненты бензинов, однако они снижают качество реактивных и дизельных топлив, поскольку ухудшают характеристики их сгорания. Ненасыщенные углеводороды (алкены, алкадиены) встречаются в нефтях очень редко и в небольших количествах.
4. Свойства природного газа.
Определение
|