Теоретические основы химии нефти и газа

_{1.(Спросить как хорошо усвоен материл по физ св-ам нефти?если хорошо дать тест)}

Раздел 1. Теоретические основы химии нефти и газа.

Начать лекцию с вопроса а что же такое нефть и от какого слова произошло?

(Нефть и ее производные используются человечеством с доисторических времен. Слово "нефть" (naphta) в русский язык пришло из турецкого, обозначающего "вспыхивать", "воспламеняться"- природная маслянистая горючая жидкость, состоящая из сложной смеси углеводородов и некоторых других органических соединений. По цвету, нефть бывает красно-коричневого, иногда почти чёрного цвета, хотя иногда встречается и слабо окрашенная в жёлто-зелёный цвет и даже бесцветная нефть; имеет специфический запах, распространена в осадочных породах Земли. Таким образом, уже само слово "нефть» несет смысловую нагрузку, связанную с его свойствами.)Bylinkin G.P. Vvedenie v geoximiyu goryuchix iskopaemyx (Izd-vo Sarat.un-ta, 2000)(ru)(T)(K)(300dpi)(92s).pdf

 

Предмет химии горючих ископаемых.

Одной из важнейших задач курса химии нефти и газа является изучение состава нефтей и природных газов с помощью физических и физико-химических… Состав нефтей и газов зависит от геологических и геохимических условий… При исследовании нефтей определяют: элементный химический состав, групповой состав, т.е. содержание в нефтях различных…

Учение А.И. Вернадского о биосфере и биогеохимическая – теоретическая основа изучения горючих ископаемых.

ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО БИОСФЕРЫ

В данном разделе в краткой форме мы рассматрим вопросы геохимии биосферы, геохимии углерода, а также состав исходного для формирования углеводородов…   Биосфера - обширная и сложная по составу земная оболочка с постоянным и устойчивым распространением в ней тех или иных…

Углерод как основа органических соединений

И его круговорот в природе

Углерод в природе находится частично в составе органических соединений, число которых чрезвычайно велико, но в основном (по массе) в виде… Химию органических соединений чаще всего определяют как химию соединений… · атомы С образуют прочные связи не только с другими атомами, но и между собой, при этом возникают цепи и кольца;

Круговорот (геохимический цикл) органического углерода.

   

Органическая химия – химия соединений углерода.

Главный источник нефтяных углеводородов - это органические соединения, присутствующие в рассеянном состоянии в осадочных породах субаквального, в… Прежде чем попасть в осадок, все живое вещество неизбежно проходит сложные… Все живые существа состоят из относительно немногочисленных и простых молекулярных комплексов - строительных блоков,…

Химия углеводородов. Классификация органических соединений.

См. методичку Алисиевича. Женевская номенклатура. (попросить принести методичку – совместное занятие со студентами)

Происхождение нефти. ( Карбидная гипотеза, Космическая гипотеза) - неорганическое происхождение нефти. Органическое происхождение нефти. (дать студентам на доклад: основные параграфы доклада 1. Основатели и сторонники 2.Год 3. Химизм 4.Противоречия если такие существуют. Ну и основа теории)

Происхождение нефти и газа

Вопрос о происхождении (генезисе) нефти и газа имеет большое теоретическое и практическое значение. Решение этого вопроса позволяет облегчить поиск и разведку нефтяных и газовых месторождений, оценить их запасы, правильно организовать добычу и переработку.

В настоящее время достаточно хорошо известно, как и в каких геологических условиях скапливаются нефти и природный газ. Вопрос же о происхождении их до сих пор окончательно не решен.

Многочисленные теории о происхождении нефти и газа делятся на две основные категории - органического (биогенного) и неорганического (абиогенного) происхождения.

Одна из неорганических теорий происхождения нефти была предложена в 1877 г. Д.И. Менделеевым. Он выдвинул так называемую карбидную гипотезу. По его мнению, вода проникла в глубь земли по трещинам в осадочных и кристаллических породах до магмы, где реагировала с карбидами тяжелых металлов, образуя углеводороды:

2FeC+3H₂O= Fe₂O₃+C₂H₆

СаС₂ + 2Н₂О → Са(ОН)₂ + С₂Н₂

AlC₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃ + 3CH₄

Под действием высоких температур на больших глубинах углеводороды и вода испарялись, поднимались к наружным частям земли и конденсировались в хорошо проницаемых осадочных породах. Опыты, проведённые химиками, подтвердили такую возможность образования углеводородов.

В 1982 г. русский учёный Соколов В.Д. предложил так называемую “космическую” гипотезу, согласно которой углеводороды нефти образованы из углерода и водорода в эпоху формирования Земли и других планет. По мере охлаждения Земля углеводороды поглощались ею и конденсировались в земной коре. Одним из доводов этой гипотезы является обнаружение значительных количеств метана в атмосфере планет.

Глубинные массивные кристаллические периодитовые породы, как и метиориты, содержат элементарный углерод и карбиды тяжёлых металлов. Эти же породы содержат воду, водород, окись углерода и углекислоту. В этой связи в наше время выдвинут целый ряд других гипотез о неорганическом происхождении нефти и газа в недрах Земли в результате химических реакций непосредственно из углерода и водорода в условиях высоких температур, давлений и каталитического действия оксидов металлов (Fe, Ni и др.) (Н.А. Кудрявцев, В.Б. Порфильев и др.).

Химизм получения углеводородов из окиси углерода и водорода известен благодаря исследованиям учёных: Е.И. Орлова, Н.Д. Зелинского и других.

Процесс первого синтеза углеводородов из СО и Н₂ был осуществлён русским химиком Е.И. Орловым в г. Харькове (1908 г.), получившим из смеси СО и Н2 простейший олефиновый углеводород - этилен, очевидно по схеме:

 

2СО + 4Н₂ → С₂Н₄ + 2Н₂О

 

Эта реакция была проведена при температуре 100 ⁰С и при контакте с катализатором, состоящим из Ni + Pd, осаждённых на коксе.

Позднее было установлено, что в результате получается не только этилен, но и ряд других, более сложных алкенов.

Тяжёлые металлы подгруппы железа, особенно в присутствии окиси алюминия и магния, как под давлением, так и без давления способствует образованию углеводородов сложного состава и разных рядов:

В зависимости от условий реакции в качестве конечных продуктов могут быть не только жидкие углеводороды и вода, но также и твёрдые парафины и церезины, газы – метан и его ближайшие гомологи и углекислота.

Однако следует сказать, что неорганические гипотезы происхождения нефти находятся в противоречии и с геологическими данными и современными знаниями о составе нефтей.

Значительное большинство геологов и химиков являются сторонниками органического происхождения нефти и газа. Сторонники органической гипотезы (М.В. Ломоносов, В.И. Вернадский, И.М. Губкин, А.Ф. Добрянский и др.) считают, что источниками происхождения нефти были остатки растений и животных, скопившихся в течение многих миллионов лет на дне водоемов в прошлые геологические эпохи в виде ила. Отмершие организмы перекрывались в дальнейшем слоями осадочных пород и под влиянием анаэробных бактерий подвергались биохимическим превращениям. При этом, в основном, происходили сложные процессы гидролиза и восстановление липидов (жироподобные вещества), углеводов, белков и лигнина, содержащихся в организмах. Часть органического вещества в верхних слоях осадочных отложений превращалась бактериями в газы (CO₂, N₂, NН₃, CН₄ и др.) – стадия диагенеза. В нижних же слоях отложений на глубине 1-3 км в условиях высокого давления (10-30 Мпа) и повышенной температуры (120-150⁰) при каталитическом влиянии горных пород начиналась решающая фаза генезиса нефти: образование углеводородов из органического вещества и их превращения - стадия катагенеза.

Продукты превращения - нефть и газ первоначально рассеяны в нефтематеринской, чаще всего глинистой породе. В результате давления породы, диффузии, фильтрации по порам и трещинам под действием капиллярных сил нефть и газ способны перемещаться (мигрировать) в толще пород. В результате миграции нефть и газ скапливались в так называемых ловушках, т.е. в малопроницаемых горных породах. Такие скопления нефти называют нефтяными залежами. Если количество нефти и газа в залежи велико, или в данной структуре пластов горных пород имеется несколько залежей, то говорят о нефтяном, нефтегазовом или газовом месторождении.

Большая часть геологических и геохимических наблюдений и фактов лучше подтверждает гипотезу органического происхождения нефти. Особенно убедительно выглядит хорошо доказуемая связь между составом нефти, живого вещества и органического вещества древних осадочных пород и современных осадков.

Происхождение нефти Бакиров стр.15.

 

 

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТИ

_{(Спросить как хорошо усвоен материл по физ св-ам нефти?если хорошо дать тест)}

Физико–химические свойства нефтей в пластовыхусловиях значительно отличаются от свойств дегазированных нефтей.Отличия обусловлены влиянием высоких пластовых давлений, температур и содержанием растворенного газа, количество которого может достигать до 400 нм³ на 1 м³ нефти.

При проектировании систем разработки нефтяных месторождений, подсчете запасов нефти и попутного газа, подборе технологий и техники извлечения нефти из пласта, а также выборе и обосновании оборудования для сбора нефти на промыслах определен перечень основных свойств нефтей пластовых и дегазированных, которые обычно изучаются по глубинным пробам, отбираемым с забоя скважины. Разберем их подробнее.

 

Плотность нефти

Плотностьхарактеризует количества покоящейся массы, выраженной в единице объёма (по другому масса в единице объема) , [г/см3; кг/м3]: (задать вопрос… ρ = m / v. (4.1) Для определения плотности используют специальные приборы плотномеры (нефтеденсиметр, ареометр), принцип действия…

Вязкость нефти

Нефть – неидеальная система. С точки зрения химии углеводороды и гетероатомные соединения взаимодействуют… · Ориентационные силы, диполь-дипольное притяжение. Осуществляется между молекулами, являющимися постоянными…

Газосодержание нефтей

Газонасыщенность (газосодержание) нефти – определятся количеством газа,растворённого в нефти в условиях залежи. Единицы измерения м³/м³ (от 30-500).

Газонасыщенность определяется по глубинным пробам, которые отбирают при забойной части ствола скважин, глубинными пробоотборниками.

От количества растворенного в нефти газа зависят многие ее свойства: плотность, вязкость и др. Свойства нефти в пластовых условиях будут существенно изменяться за счет растворения в ней нефтяного газа (Г^о):

 

Свойства нефти = f (Г^о), Г^о = f (Т_пл, Р_пл, Р_нас). (4.12)

 

Количество, которого зависит от пластовых температур (Т_пл), давлений (Р_пл) и от давления насыщения газонефтяных залежей.

Этот показатель в технологическом смысле называют газовым фактором:

Г^о = V_г/V_н, (4.13)

 

где V_г – объём выделившегося газа из объёма нефти (V_н) при н.у.

Соотношение (4.13) описывает величину полного газосодержания (Г^о). Величина газового фактора (Г^о) характеризует количество газа (в м³), содержащееся в 1 тонне нефти (в м³). Различают газовый фактор объёмный [м³/м³] и весовой [м³/т]. Величина его определяет запасы попутного газа нефтяной залежи. Газовый фактор определяют по результатам разгазирования глубинных проб нефти.

В газонефтяных залежах может на 1 м³ нефти содержаться до 1000 м³ газа. Для газоконденсатных залежей на 1 м³ конденсата может приходиться до 900-1100 м³ газа (газоконденсатный фактор).

По данным Требина Г.Ф. около 50 % залежей из 1200 имеют газовый фактор от 25 до 82 м³/м³. То есть в 1 м³ нефти в пластовых условиях растворено от 25 до 82 м³ газа.

 

Давление насыщения нефти газом

Если пластовое давление меньше давления насыщения, то часть газа находится в свободном состоянии, залежь имеет "газовую" шапку. Если… Давлением насыщенияпластовой нефти называют максимальноедавление, при котором… С повышением температуры давление насыщения может значительно увеличивается.

Сжимаемость нефти

. (4.14) Коэффициент сжимаемости зависит от температуры (рис. 4.8), давления (рис.…  

Объёмный коэффициент нефти

, (4.15) где Vпл – объём нефти в пластовых условиях; Vдег – объём нефти при стандартных условиях после дегазации.

Тепловые свойства нефтей

Под теплоёмкостью понимается количество теплоты, которое необходимо передать единице массы этого вещества, чтобы повысить его температуру на 1°… Для повышения температуры нефти объёма (V), c плотность. (ρ) от…  

Электрические свойства нефтей

С увеличением минерализации диэлектрическая проницаемость будет падать. Например, для растворов NaCl в воде при концентрации NaCl равной 5,6 %… Электрические свойства зависят от содержания асфальто-смолистых веществ в…

Молекулярная масса

Молекулярная масса узких — пятидесятиградусных — фракций различных нефтей с одинаковыми пределами перегонки имеет достаточно близкие значения.… Наиболее распространенной эмпирической формулой для определения молекулярной…  

Температура кристаллизации, помутнения, застывания

Температура кристаллизации углеводородов, как правило, повышается по мере увеличения их молекулярной массы и температуры кипения. Наиболее высокая… Обычно кристаллизация парафинов и церезинов наступает при более высоких… Кристаллизация парафина сопровождается помутнением нефтепродукта. Появление "облаков" мелких кристаллов в…

Температура вспышки, воспламенения и самовоспламенения

Вспышка представляет собой слабый взрыв, который возможен в строго определенных концентрационных пределах в смеси УВ с воздухом. Различают верхний и нижний концентрационный предел распространение пламени.… Температурой воспламенения называется минимальная температура, при которой пары испытуемого продукт при внесении…

Оптическая активность нефти.

Нефти способны вращать плоскость поляризации светового луча. В большинстве нефти вращают плоскость поляризованного луча вправо, но известны и левовращающие нефти. Установлено, чем моложе нефти, тем больше угол поворота поляризованного луча.

Различие свойств нефти в пределах нефтеносной залежи

Физические свойства и состав нефти в пределах одного и того же пласта не всегда остаются постоянными. Изменение свойств нефти зависит, в основном,… В залежах, не имеющих выхода на поверхность и окруженных краевыми водами,… Вязкость нефти увеличивается от купола свода к крыльям. Давление насыщения нефти газом и количество растворенного газа…

Элементный и изотопный состав нефтей и природных газов

Содержание кислорода в нефтях иногда достигает 1-2%. В природных газах кислород присутствует преимущественно в виде СО2, количество которого… Содержание азота в нефтях не превышает 1%, а в природных газах может достигать… В природных газах присутствуют гелий, аргон и другие инертные газы. Содержание гелия в газах обычно менее 1-2%, хотя в…

Групповой химический состав нефтей

Присутствуют также углеводороды смешанного строения. Сравнительно жёсткие условия, в которых в природе находится нефть (температура до 200 0С и… Соединения с циклическими и полициклическими структурами преобладают в нефтях,… Из неуглеводородных компонентов нефтей известны кислородные, сернистые, азотистые соединения, также смолы и…

Фракционный состав нефти

При лабораторном техническом контроле от начала кипения до 300 0С отбирают 10-градусные, а затем 50-градусные фракции. На промышленных перегонных установках выделяют фракции, выкипающие в более… - бензиновый (н.к. ÷ 170-200 0С);

Химическая классификация

В основу этой классификации положено преимущественное содержание в нефти углеводородов одного или нескольких классов. Класс нефти по групповому химическому составу определяется не по всей пробе нефти, а по фракции, выкипающей до 300 ⁰С. В зависимости от преобладания в этой фракции углеводородов одного класса (выше 50%), нефти делятся на три основных типа: 1) метановые (М); 2) нафтеновые (Н); 3) ароматические (А).

Если во фракции, выкипающей до 300 ⁰С, содержится более 25% углеводородов других классов, то такие нефти относят к нефтям смешанного типа: 1) метано-нафтеновые (МН); 2) нафтено-метановые (НМ); 3) ароматическо-нафтеновые (АН); 4) нафтено-ароматические (НА); 5) метаново-

ароматические (МА); 6) ароматическо-метановые (АМ). Имеются нефти, когда все три основные класса углеводородов содержатся в них примерно в одинаковых количествах, это метано-нафтено-ароматические нефти. Нефти первых трёх типов встречаются редко. Из них чаще других встречаются нафтеновые нефти, чаще ароматические. Большинство нефтей относится к смешанным типам. Нефти типов МА и АМ в природе не обнаружены.

Технологическая классификация

Согласно технологической классификации, принятой в нашей стране, нефти подразделяются на классы - по содержанию серы; типы - в зависимости от потенциального содержания топлив (фракций, выкипающих до 350 ⁰С); группы - по потенциальному содержанию базовых масел; подгруппы - по качеству масел, определяемых индексом вязкости; виды - по содержанию парафина^*.

По количеству серы нефти подразделяются на три класса: I-малосернистые (содержат не более 0,5% масс. серы); II-сернистые (содержат от 0,51 до 2% масс. серы); III- высокосернистые (выше 2% серы).

 

По выходу светлых фракций, перегоняющихся до 350 ⁰С, нефти делятся на три типа: Т₁ - не менее 45%; Т₂ -30-44,9%; Т₃ - менее 30%.

По содержанию базовых масел нефти делятся на четыре группы: М₁ -не менее 25% в расчёте на нефть; М₂ - 15-25% в расчёте на нефть и не менее 45% в расчёте на мазут; М₃ - 15-25% в расчёте на нефть и 30-45% в расчёте на мазут; М₄ - менее 15% в расчёте на нефть.

По качеству базовых масел, оцениваемому индексом вязкости, различают две подгруппы (И₁, И₂).

Если в нефти содержится не более 1,5% парафина, то такую нефть относят к малопарафиновой (вид П₁); при содержании парафина от 1,5 до 6% - к парафиновой (П₂); выше 6% - к высокопарафиновой (П₃).

На основе технологической классификации каждая нефть имеет свой шифр. Так, например, Туймазинская девонская нефть имеет шифр: Т₁М₃И₁П₂ - который означает, что это высокосернистая, парафиновая нефть с содержанием светлых фракций свыше 45%, масел -15-25% в расчёте на нефть и имеющих индекс вязкости более 85.

К числу технологических можно отнести классификации, предложенные для более узко направленных характеристик нефтей. Например, классификация нефтей для выбора варианта их подготовки к транспорту.

См. методичку стр.35

 

Химический состав нефти

 

Углеводороды нефти и нефтепродуктов

Углеводороды – наиболее простые по составу органические соединения. Их молекулы построены из атомов только двух элементов – углерода и водорода.… По первому признаку их делят на ациклические (алифатические) углеводороды,… СН3

Схема 1. Классификация углеводородов

Алканы

Строение, изомерия, структурные формулы

Строение, изомерия.Алканы – алифатические углеводороды, в молекуле которых атомы углерода связаны между собой и с атомами водорода одинарной связью… Общая формула соединений этого ряда СnH2n+2. Каждый последующий его… Гомологический ряд алканов по названию его первого представителя часто называют рядом метана. Три первых соединения…

Физические свойства

Четыре первых представителя ряда метана – газообразные вещества, начиная с пентана (С5) до гексадекана (С16) углеводороды нормального строения –… Алканы с разветвлённой цепью углеродных атомов кипят при более низких… Все алканы легче воды, их плотность не превышает 0,8 г/∙см-3.

Алканы нефти

Общее содержание алканов в нефтях составляет 40-50% (об.), а в некоторых нефтях оно достигает 50-70%. Однако есть нефти, в которых содержание… Лёгкие фракции любых нефтей почти целиком состоят из алканов. С повышением… Газообразные алканы. В зависимости от месторождений и методов добычи углеводородные газы подразделяются на природные,…

Номенклатура и изомерия

Моноцикланы. Название циклоалканов образуется путём добавления приставки цикло- к названию…

Физические свойства

Циклоалканы имеют более высокие температуры кипения и плавления, чем соответствующие алканы. Наличие одного алкильного заместителя в структуре… На температуру кипения оказывает влияние расположение заместителей. С…

Циклоалканы нефти, влияние на свойства нефтепродуктов

Нефти содержат от 25 до 75 % (масс.) циклоалканов. Содержание и распределение структур циклоалканов по фракциям определяется типом нефти.

Моноциклические циклоалканы являются преобладающими компонентами нефти.

В настоящее время из нефтей выделяют лишь циклогексан, который используют в нефтехимическом синтезе. Другие циклоалканы нефтей используют в качестве добавок к бензинам, либо перерабатывают с целью получения ароматических углеводородов.

Чем больше циклоалканов содержат бензины и керосины, тем более высококачественными топливами они являются.

Для смазочных масел предпочтительнее моно- и бициклические циклоалканы с длинными боковыми цепями. Они имеют хорошую вязкость, смазывающую способность, низкую температуру застывания.

Арены и углеводороды смешанного строения

Арены, или ароматические углеводороды, - соединения, содержащие в молекуле особую циклическую группировку из шести атомов углерода, которая… бензольное ядро

Строение бензола

Общая формула моноциклических аренов C_nH_2n-6 показывает, что они являются ненасыщенными соединениями.

Номенклатура и изомерия

 

Монозамещённые бензолы

Простые производные бензола называют замещёнными бензола. В этом случае заместитель обозначается приставкой перед словом “бензол”. Так, бензол, в котором один из атомов водорода заменен на этильную группу, называется этилбензолом. Многие бензолы имеют тривиальные названия, которые широко распространены:

 

Дизамещённые бензолы

Три возможных изомера дизамещённых бензолов обозначаются приставками “орто-, мета-, пара-”:

Если заместители неодинаковы, то их перечисляют перед словом бензол в алфавитном порядке, например, о-пропилэтилбензол.

_{Если в одном кольце присутствуют два или более заместителей, их положение можно указать цифрами, учитывая, что номера атомов углерода, у которых расположены заместители, должны быть наименьшими:}

_{При удаление атома водорода от одного из углеродных атомов бензола образуется фенильная группа С6H5–, а при удалении одного метильного водорода из молекулы толуола – бензильная группа C6H5–CH2–. Общие названия групп, производных от ароматических соединений, - арилы.}

Полициклические арены

Углеводороды, в которых два или более бензольных кольца связаны простой связью, в соответствии с числом колец называют би-, тер - и т.д. фенилами, например:

 

Физические свойства

 

Основные физические свойства аренов, присутствующих в нефтях, показаны в табл.

 

Таблица

Физические свойства аренов

Физические свойства аренов связаны с числом атомов углерода, наличием заместителей и расположением их в молекуле. Арены имеют более высокие… Отличительным свойством аренов от других классов углеводородов, встречающихся… Кроме того, арены отличаются от других углеводородов ярко выраженной способностью избирательно растворяться в…

Применение

Общее содержание аренов в нефтях составляет 10-20 % масс., а в ароматических нефтях их содержание доходит до 35%. Наиболее богаты аренами молодые… Общим для всех нефтей является повышение содержания аренов с температурой… Содержание моноциклических производных ряда бензола в бензиновых фракциях колеблется от 5 до 25 % в зависимости от…

Непредельные углеводороды

 

Непредельные или ненасыщенные углеводороды – это углеводороды, в молекуле которых имеются углеводородные атомы, затрачивающие на связь с соседними атомами углерода более одной валентности – две или три.

Непредельные углеводороды называют ненасыщенными, так как они содержат меньшее число атомов водорода, чем предельные с тем же числом атомов углерода в молекуле.

По числу и характеру кратных связей непредельные углеводороды делятся на алкены, циклоалкены и алкины.

 

Алкены и циклоалкены

Алкены - ненасыщенные соединения, содержащие двойную связь С=С. Раньше эти соединения называли олефинами. Общая формула алкенов CnH2n. Ненасыщенные циклические углеводороды с одной двойной связью называются… К алкенам и соответственно циклоалкенам причисляют также непредельные углеводороды, содержащие две или более двойных…

Физические свойства

Для алкенов характерно избирательное поглощение инфракрасных лучей, поэтому инфракрасные спектры используются при обнаружении и установлении их… Таблица Физические свойства алкенов Название Температура плавления, 0С Температура кипения, 0С …

Химические свойства и использование

Химические свойства алкенов определяются наличием двойной связи.

1. Присоединение водорода (каталитическое гидрирование)

2. Галогенирование ( Алкены при обычных условиях присоединяют галоген, особенно легко хлор и бром)

3. Сульфирование

4. Гидратация

5. Окисление

6. Озонирование

 

Алкины

 

Алкины - ненасыщенные углеводороды, содержащие в молекуле одну тройную связь. Простейшим представителем алкинов является ацетилен С₂Н₂, поэтому их часто называют ацетиленовыми углеводородами. Общая формула алкинов С₂Н_2n-2.

Номенклатура

Названия алкинов образуются заменой окончания -ан в названии соответствующего алкана на окончание -ин. При составлении названия выбор главной цепи и начало нумерации определяет тройная связь. Для первого члена гомологического ряда сохраняется тривиальное название “ацетилен”. Иногда эти соединения называют как производные ацетилена:

Образованные от алкинов отщеплением атома водорода радикалы получают окончание -инил:

Физические свойства

  Таблица Физические свойства алкинов Название Температура кипения, 0С Температура плавления, 0С …

Химические свойства

1. Гидрирование 2. Галогенирование 3. Гидрогалогенирование

Влияние на качество топлив, применение

Ранее считалось, что алкены либо не содержатся в нефтях, либо содержатся в незначительных количествах. В конце 80-х годов было показано, что в ряде… В небольших количествах они найдены и в канадской нефти. Из неё выделены… Непредельные углеводороды повышают октановое число топлив. Однако вследствие высокой реакционной способности они легко…

Гетероатомные соединения и минеральные

Компоненты нефти

Гетероатомными называют соединения, в которых кроме атомов углерода содержатся гетероатомы (O, S, N). Во всех нефтях присутствуют гетероатомные… Количество гетероатомных соединений в низкомолекулярной части нефти невелико… Смолисто-асфальтовых веществ больше в молодых нефтях, и поэтому они обычно содержат больше гетероатомных соединений. …

Кислородные соединения

 

Содержание кислородных соединений в нефти достигает 10%. Основная часть кислорода, содержащегося в нефтях, приходится на долю смолисто-асфальтовых веществ (около 90%). Остальные кислородные соединения представлены органическими кислотами, фенолами, кетонами и эфирами.

 

Кислоты

Органическими или карбоновыми кислотами называются производные углеводородов, которые содержат в молекуле одну или несколько карбоксильных групп: … Общая формула карбоновых кислот: R-COOH. Число карбоксильных групп определяет основность кислот. Кислоты бывают…

Все карбоновые кислоты, входящие в нефть и её фракции, называют нефтяными кислотами. Основную массу нефтяных кислот составляют производные моноциклоалканов с общей формулой СnH2n-1COOH (n = 5, 6, 9), которые получили название нафтеновых кислот. Содержание их в нефтях колеблется от следов до 3% (наибольшее количество приходится на средние фракции). Большинство нафтеновых кислот являются производными циклопентана и циклогексана с преобладанием первого.

Физические свойства кислот представлены в табл.

Первые три члена ряда жирных кислот - бесцветные подвижные жидкости с резким раздражающим запахом, смешиваются с водой во всех соотношениях. Начиная с масляной кислоты - маслянистые жидкости, плохо растворимые в воде, с приятным запахом.

Высшие кислоты, начиная с декановой, - твёрдые соединения, лишённые запаха. Они практически не растворимы в воде, но растворяются в эфире и бензоле.

С повышением молекулярной массы кислот повышается их температура кипения и понижается плотность. Температуры плавления кислот проявляют те же закономерности, что и в ряду алканов. Температура кипения кислот изостроения ниже, чем у неразветвлённых кислот.

Нафтеновые кислоты обладают всеми свойствами карбоновых кислот.

Нафтеновые кислоты, выделенные из нефти, представляют собой тёмную маслянистую жидкость с неприятным запахом. Они слабо растворимы в воздухе, хорошо растворимы во всех органических растворителях. Нафтеновые кислоты имеют низкую температуру застывания (до -80⁰). Они обладают свойством сильно понижать поверхностное натяжение воды.

Нефтяные кислоты взаимодействуют с оксидами металлов, а при нагреве и с самими металлами, образуя соли. Это приводит к коррозии металлической аппаратуры. Нафтеновые кислоты легко образуют соли со свинцом, цинком, медью, менее с железом и ещё менее с алюминием.

По этой причине все нефтяные кислоты удаляют из нефтепродуктов в процессе их очистки. Для очистки нефти и нефтяных фракций от нефтяных кислот используют способность их при взаимодействии со щелочами, карбонатами или оксидами щелочных металлов образовывать нерастворимые в углеводородах, но растворимые в воде соли.

Применение.Технические нафтеновые кислоты (асидол, мылонафт), выделяемые из керосиновых и лёгких масляных дистиллятов, применяют в качестве растворителей смол, каучука. Используют для пропитки шпал и в ряде иных производств.

Соли щелочных металлов нафтеновых кислот обладают высокой поверхностной активностью, поэтому их применяют в качестве деэмульгатора при обезвоживании нефти и для приготовления моющих веществ и пластичных смазок.

40%-ный водный раствор натриевых солей нафтеновых кислот, получаемый из щелочных отходов при очистке керосиновых и дизельных топлив, используется как вещество, значительно стимулирующее рост сельскохозяйственных структур.

Таблица

Физические свойства карбоновых кислот

Название кислоты	Формула	Температура плавления, 0С	Температура кипения, 0С	Плотность d204
по системе ИЮПАК	тривиальные
Метановая	Муравьиная	Н-СООН	8,4	100,7	1,220
Этановая	Уксусная	СН3СООН	16,7	118,1	1,049
Пропановая	Пропионовая	СН3-СН2-СООН	-22,0	141,1	0,992
Бутановая	Масляная	СН3(СН2)2СООН	-6,5	163,8	0,964
Пентановая	Валериановая	СН3(СН2)3СООН	-34,5		0,939
Гексановая	Капроновая	СН3(СН2)4СООН	-9,5		-
Гептановая	Энантовая	СН3(СН2)5СООН	-10,0	223,5	0,910
Тетрадекановая	Миристиновая	СН3(СН2)12СООН		-	-
Гексадекановая	Пальмитиновая	СН3(СН2)14СООН		-	-
Октадекановая	Стеариновая	СН3(СН2)16СООН	69,4	-	-
Пропен-2овая	Акриловая	СН2=СН-СООН	12,3		-
2-метилпропен-2-овая	Метакриловая	СН2=С-СООН   СН3			-
Бензолкарбоновая	Бензойная		121,7		-
о-Бензол-1,2-дикарбоновая	Фталевая			-	-
Этандиовая	Щавелевая	НООС-СООН	189,5	-	-
Пропандиовая	Малоновая	НООС-СН2СООН	135,6	-	-
Гексадиовая	Адипиновая	НООС(СН2)5СООН		-	-
Бутен-2-диовая	Малеиновая	НООС-СН=СН-СООН		-	-
Циклогексанкарбоновая			-	121(44)	1,034422
2,4-диметилциклогексанкарбоновая				139(15)	0,9785
Циклопентанкарбоновая				104(11)	1,051017
3-метилциклопентанкарбоновая				116(15)	1,00622

Соли нафтеновых кислот (нафтенаты) используют также в качестве компонентов смазок, работающих под высоким давлением (нафтенат свинца), антикоррозионных покрытий (нафтенаты свинца, алюминия, марганца, кобальта), присадок к топливам (нафтенаты железа, марганца). Нафтенаты меди предохраняют древесину и ткани от бактериального разложения.

Натриевые соли нафтеновых кислот используют в нефтяной промышленности для изоляции притока пластовых вод. При взаимодействии их с кальциевыми солями, содержащимися в пластовых водах, образуются нерастворимые в воде кальциевые соли нафтеновых кислот. Это приводит к закупорке пор породы и образованию водонепроницаемых экранов, способных предупредить движение воды к забою скважин.

Мылонафт применяют в качестве пеногасителя при приготовлении буровых растворов.

 

Фенолы

 

Фенолами называются органические соединения, содержащие гидроксильную группу, непосредственно связанную с ароматическим кольцом.

Физические свойства и применение. Простые фенолы представляют собой жидкости или твёрдые вещества с низкой температурой плавления (фенол - 43 ⁰С, крезолы - 11 ⁰С). Сам фенол заметно растворим в воде (9,3 г на 100 г воды) из-за образования водородных связей с ней, большинство других фенолов в воде растворяются плохо.

Номенклатура. Фенолы называют или тривиальными названиями, как производные простейших членов этого ряда - фенола (С₆Н₅ОН), крезола (СН₃-С₆Н₅-ОН), или по систематической номенклатуре - добавляя окончание -ол к названию ароматического углеводорода.

Фенолы нефти. Содержание фенолов в некоторых нефтях может достигать 0,1-0,2%. Значительные концентрации их встречаются в конденсатах из залежей с высоким давлением, а также в пластовых водах.

В разных нефтях обнаружены следующие фенолы:

Технические фенолы, выделенные из нефти и нефтяных фракций, применяются как гербициды, фунгициды, дезинфицирующие препараты.

Кетоны и эфиры

 

Кетонами называются соединения, в которых карбоксильная группа >С=О соединена с двумя одинаковыми или разными алкильными или арильными группами.

Общая формула кетонов: R-CO-R¹.

Номенклатура. Названия кетонов строят из названий исходного углеводорода и окончания -он.

Некоторые кетоны имеют тривиальные названия:  

Сернистые соединения

В настоящее время в нефтях обнаружено более 250 серосодержащих соединений. Элементарная сера содержится в нефтях в растворённом состоянии. Количество её… Элементарная сера содержится лишь в нефтях, связанных с известняковыми или сульфатно-доломитовыми отложениями. При…

Тиолы

Тиолы - сернистые аналоги спиртов и фенолов - гидроксильных производных углеводородов. Они содержат тиольную (меркаптановую) группу -SН. Общая формула тиолов: R-SH.

Номенклатура. Если R в общей формуле - алкильная или циклоалкильная группа, то тиолы называют тиоспиртами, если R - арильная группа - тиофенолами. По систематической номенклатуре названия тиоспиртов образуют от названия соответствующего углеводорода и окончания -тиол. Кроме того, часто используют (в том числе и в нефтяной промышленности) и более старые обозначения, согласно которым к названию алкильной или арильной группы добавляют слово -меркаптан.

Тиофенолы называют также арентиолами или меркаптоаренами. Часто перед названием соответствующего фенола добавляют префикс-тио:

 

Физические свойства. Низшие меркаптаны - легко летучие жидкости с сильным неприятным запахом, который можно обнаружить при разбавлении в миллион раз. Поэтому их добавляют к природному газу в качестве одоранта (придаёт запах) для обнаружения его утечки в газопроводах. Меркаптаны плохо растворимы в воде и хорошо - в углеводородах и органических растворителях. Они кипят при более низкой температуре, чем соответствующие им спирты. Это объясняется меньшей ассоциацией их молекул, вследствие того, что атом серы менее электроотрицателен, чем кислород, и поэтому менее склонен к образованию водородных связей.

Химические свойства. Тиолы обладают слабыми кислотными свойствами, поэтому они легко взаимодействуют со щелочами, образуя соли - тиоляты (меркаптиды).

Образующиеся меркаптиды очень плохо растворяются в нефтепродуктах и выпадают в осадок, который забивает фильтрующие элементы двигателей, заправочных и перекачивающих устройств.

Относительно слабые окислители (кислород воздуха) окисляют меркаптаны до дисульфидов. Эта реакция в присутствии катализаторов используется при облагораживании бензинов.

 

Тиолы (меркаптаны) нефти. Метилмеркаптан (т. к. 5,0 ⁰С) и этилмеркаптан (т.к. 37 ⁰С) могут содержаться в природном и попутном газах наряду с сероводородом. Меркаптаны встречаются, главным образом, в бензиновых и керосиновых фракциях.

Содержание меркаптанов в различных нефтях колеблется от 0 до 75 % от всех содержащихся в них сернистых соединений.

Из разных нефтей выделено более 50 меркаптанов с числом углеродных атомов от 1 до 8. Сюда относятся алкил-, циклоалкил- и арилмеркаптаны.

 

Сульфиды

 

Сульфиды являются сернистыми аналогами простых эфиров. Общая формула сульфидов R-S-R¹.

Номенклатура. По правилам систематической номенклатуры название сульфидов составляют из названий алкильных групп и окончания -сульфид.

Циклические сульфиды называют, прибавляя приставку тиа- к названию циклического соединения-основы. Для них используются также тривиальные и… Физические свойства. Сульфиды - неприятно пахнущие жидкости с температурой кипения несколько более высокой, чем у…

Дисульфиды

Дисульфиды - соединения общей формулы R-S-S-R1. Называют их аналогично сульфидам, но с тем исключением, что окончание -сульфид заменяется окончанием… Дисульфиды - тяжёлые жидкости с неприятным запахом, почти нерастворимые в воде и легко растворимые в органических…

Сернистые соединения нефтей

Содержание различных классов сернистых соединений в некоторых нефтях представлено в табл. Распределение сернистых соединений по фракциям нефти различно. С повышением… Таблица 11

Групповой состав сернистых соединений некоторых нефтей

Происхождение сернистых соединений нефти

Наиболее вероятно, что сернистые соединения образовались в природных нефтях в результате окислительно-восстановительных процессов, происходящих… Процесс осернения природных органических веществ, включая нефти, состоит из…

Азотистые соединения

 

Содержание азота в составе нефтей не превышает 0,3%, а содержание азотистых соединений максимально достигает 10% в высокосмолистых нефтях.

Содержание азота в нефтях зависит, главным образом, от географического расположения месторождений и, в меньшей степени, от геологической формации, из которой получена нефть. Нефти с наибольшим содержанием азотистых соединений добываются из третичных отложений.

В лёгких фракциях нефти азотистые соединения отсутствуют или обнаруживаются в ничтожных количествах. С увеличением температуры кипения фракций содержание азотистых соединений в них возрастает, и, как правило, больше половины азотистых соединений сосредоточено в смолисто-асфальтовой части.

В нефтях обнаружены азотистые соединения, относящиеся к классу аминов и амидов кислот.

 

Амины

Амины - производные аммиака, у которого один, два или все три атома водорода замещены органическими группами. В зависимости от этого их подразделяют на первичные, вторичные и третичные:

В зависимости от органической группы, связанной с атомом азота, амины подразделяют на алкил-, арил- и гетероциклические.

Номенклатура. Алкиламины называют, прибавляя окончание -амин к названию алкильных групп, связанных с атомом азота:

 

Ариламины, а также амины с двумя, тремя и большим числом аминогрупп рассматриваются как аминопроизводные углеводородов. Многие ариламины имеют тривиальные названия:

Гетероциклические амины обычно имеют тривиальные названия:

Физические свойства. Первичные и вторичные амины - полярные соединения и могут образовывать водородные связи с водой. Поэтому низкомолекулярные амины хорошо растворяются в воде.

Низшие алкиламины - газы, высшие - жидкости или твёрдые вещества, которые легко окисляются на воздухе и темнеют. Они обладают неприятным запахом, ядовиты. Физические свойства некоторых аминов представлены в табл.

 

Таблица 14

Название	Температура плавления, 0С	Температура кипения, 0С
Метиламин	-92	-7,5
Диметиламин	-96	7,5
Диэтиламин	-39
Триэтиламин	-115
Анилин	-6
Пиридин	-42
Хинолин	-15
Акридин
Пиррол	-
Индол	52,5
Карбазол

 

Химические свойства. Вследствие того, что азот аминогруппы содержит неподеленную пару электронов, амины проявляют основные свойства.

Амины реагируют с кислотами образуя соли, аналогичные солям аммония.

При взаимодействии с кислотами амины превращаются в соответствующие соли аммония. Из этих солей можно опять получить исходный амин, если обработать их сильной щёлочью, например, едким натром. Эти реакции применяют для выделения аминов, обладающих основными свойствами, из нефти и нефтепродуктов, поскольку амины в отличие от других соединений нефти растворяются в разбавленной кислоте и могут быть регенерированы при подщелачивании.

С первичными и вторичными аминами реагирует азотистая кислота. С третичными алкиламинами на холоде она не взаимодействует.

С первичными алкиламинами азотистая кислота реагирует с выделением азота и образованием спиртов, алкенов и других веществ.

 

Амины в нефти. В нефти и нефтепродуктах различают амины основного и нейтрального характера. К соединениям основного характера относятся те, которые удаётся извлечь раствором кислоты. Количество азотистых оснований может достигать 50 % от суммы всех соединений азота. С увеличением температуры выкипания фракций доля азотистых оснований в них уменьшается. Большая часть азотистых оснований сосредоточена в керосиновых, дизельных и газойлевых фракциях.

Алкиламины в нефтях не обнаружены. Встречаются также соединения, содержащие в молекуле одновременно атомы азота и серы:

К аминам нейтрального характера, присутствующим в нефтях, относятся алкилпроизводные пиррола, индола и карбазола. В высших фракциях нефти присутствуют порфирины, молекула которых состоит из четырёх пиррольных колец. Они находятся в нефтях как в свободном состоянии, так и в виде комплексных соединений с металлами, главным образом с ванадием и никелем.

Большое содержание порфиринов характерно для сернистых нефтей. Содержание порфиринов в некоторых нефтях достигает 0,1%, но обычно оно значительно меньше.

Амиды кислот

Амиды - соединения, в которых гидроксильная группа карбоновых кислот замещена на аминогруппу.

Названия амидов производят от систематического названия соответственно кислоты, заменяя окончания -овая на -амид.

бутанамид

Все амиды кислот - бесцветные кристаллические вещества (за исключением жидкого амида муравьиной кислоты - формамида). Низшие гомологи растворимы в воде. Из-за наличия межмолекулярных водородных связей они ассоциированы, и поэтому имеют относительно высокие температуры плавления и кипения.

Химические свойства. В отличие от аминов у амидов основные свойства выражены очень слабо. В то же время амиды являются слабыми кислотами.

Амиды медленно гидролизуются водой. Быстрее реакция протекает в присутствии кислот или оснований.

Амиды, восстанавливаясь, превращаются в амины.

При обработке амидов азотистой кислотой происходит выделение азота и образование карбоновой кислоты.

При дегидратации (отнятии воды) амиды переходят в нитрилы.

Ацетонитрил приобрёл большое значение как ценный растворитель и как мономер в синтезе полимеров.

Амиды кислот в нефти. Амиды кислот относят к нейтральным азотистым соединениям нефти. Они составляют главную часть этой группы соединений. Содержание и структура амидов, присутствующих в нефти, изучены пока недостаточно. Установлено, что основная масса их является третичными амидами.

 

Происхождение азотистых соединений нефтей.

Считается, что основные азотистые соединения унаследованы от животного и растительного вещества, составляющего исходный материал нефти. Присутствие порфиринов, которые имеют такое же строение, как и гемин (красящее… Азотистые соединения склонны к образованию продуктов осмоления и уплотнения, что ухудшает эксплуатационные свойства…

Смолисто-асфальтовые вещества

Асфальтены – твёрдые вещества, нерастворимые в низкомолекулярных алканах, содержащие УВ структуры с гетероэлементами. Молекулярная масса асфальтенов… Смолисто-асфальтовые вещества - сложная смесь наиболее высокомолекулярных… Смолисто-асфальтовые вещества нефти принято разделять на группы в соответствии с растворимостью их в различных…

Минеральные компоненты

Определение состава и концентрации этих элементов проводят главным образом спектральным анализом золы, полученной при сжигании нефти. В заметно больших количествах по сравнению с другими элементами в нефти… В высокосернистых нефтях содержание ванадия достигает 2·10-2%, никеля 1·10-2%, содержание других металлов значительно…

ФИЗИКО – ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЗОВ

ГАЗОКОНДЕНСАТЫ

Газоконденсаты. Не только газ способен растворяться в нефти, но и нефть может растворяться в газе. Это происходит при определённых условиях, а… 1) объём газа больше объёма нефти; 2) давление 20-25 МПа;

Современные представления об образовании горючих ископаемых.