Химические методы разделения

Химические методы разделения и идентификации компонентов нефти и газа в значительной степени утратили свое значение с развитием хроматографии и других физических и физико-химических методов. Однако в ряде специфических случаев химические методы необходимы для полного разделения нефти, особенно для выделения гетероатомных соединений и непредельных углеводородов. Химические методы разделения основаны на различной реакционной способности компонентов в реакциях гидрирования, дегидрирования, сульфирования, изомеризации, галогенирования и т. д. Так, реакция каталитического гидрирования имеет аналитическое значение для гетероатомных соединений, которые переводят таким образом в сравнительно легко анализируемые углеводороды. Комбинирование реакции дегидрирования циклоалканов до аренов со скелетной изомеризацией пятичленных циклоалканов, которая протекает с расширением цикла, позволило дать полную характеристику различных типов циклоалканов в нефтяных фракциях. Очистка изопрена и бутадиена от алкинов может быть осуществлена селективным гидрированием последних. Для удаления   непредельных   и   ароматических углеводородов из смесей с насыщенными углеводородами можно использовать реакцию, сульфирования. На различии в скоростях сульфирования и гидролиза образующихся сульфокислот основан также метод разделения изомеров ксилола и этилбензол.а. Скорость сульфирования м-ксилола больше, чем других изомеров, вследствие согласованного ориентирующего влияния метильных групп в его молекуле. Скорость гидролиза м-ксилолсульфокислоты также наибольшая. Применяя ступенчатое сульфирование и ступенчатый гидролиз образующихся сульфокислот (постепенно повышая температуру и концентрацию серной кислоты), можно выделить сначала м-ксилол, а затем последовательно разделить остальные изомеры. Для выделения алкадиеиов из смесей с алкенами и насы-щенными углеводородами можно использовать хемосорбциоиные методы, основанные на образовании комплексов с различной стабильностью между непредельными углеводородами и солями металлов переходной валентности, в частности солями меди(1) и серебра. Интересны также микробиологические методы разделения углеводородов, в частности депарафинизация газойлевых фракций. Микроорганизмы используют в качестве питательной среды н-алкаиы, в результате получаются синтетический белок и депарафинизироваиный газойль. Предложен также микробиологический метод обессеривания нефти. Под действием некоторых микроорганизмов серосодержащие соединения превращаются в водорастворимые продукты, легко удаляемые из нефти.

Методы исследований. Для оценки качества нефти с целью правильного выбора наиболее рациональной схемы ее переработки применяют комплекс методов (физические, химические, физико-химические и специальные), реализуемых по различным программам. В СССР принята (1980) так называемая Е д и н а я у н и ф и ц и р. п р о г р а м м а исследований, предусматривающая последовательное определение общих характеристик сырой нефти, ее фракционного и химического состава, а также товарных свойств отдельных фракций.

К общим характеристикам нефть, определяемым по стандартным методикам, относят плотность, вязкость, температуру застывания и иные физ.-хим. показатели, состав растворенных газов и количеств. содержание смол, смолисто-асфальтеновых веществ и твердых парафинов (табл. 2 и 3).

Основной принцип последующего исследования нефти сводится к комбинированию методов ее разделения на компоненты с постепенным упрощением состава отдельных фракций, которые затем анализируют разнообразными физико-химическими методами. Наиболее распространенные методы определения первичного фракционного состава нефти - различные виды дистилляции (перегонки) и ректификации. По результатам отбора узких „(выкипают в пределах 10-20°С) и широких (50-100°С) фракций строят т. наз. кривые истинных температур кипения (ИТК) нефть, устанавливают потенц. содержание в них отдельных фракций, нефтепродуктов или их компонентов (бензиновых, керосино-газойлевых, дизельных, масляных дистиллятов, а также мазутов и гудронов), углеводородный состав, др. физ.-хим. и товарные характеристики. Дистилляцию проводят (до 450 °С и выше) на стандартных перегонных аппаратах, снабженных ректификационными колонками (погоноразделительная способность соответствует 20-22 теоретическим тарелкам). Отбор фракций, выкипающих до 200 °С, осуществляется при атм. давлении, до 320 °С-при 1,33 кПа, выше 320 °С- при 0,133 кПа. Остаток перегоняют в колбе с цилиндрическим кубом при давлении около 0,03 кПа, что позволяет отбирать фракции, выкипающие до 540-580 °С.

Выделенные в результате дистилляции фракции подвергают дальнейшему разделению на компоненты, после чего различными методами устанавливают их содержание и определяют свойства. В соответствии со способами выражения состава нефти и ее фракций различают групповой, структурно-групповой, индивидуальный и элементный анализ. При групповом анализе определяют отдельно содержание парафиновых, нафтеновых, ароматических и смешанных углеводородов (табл. 4-6). При структурно-групповом анализе углеводородный состав нефтяных фракции выражают в виде среднего относительного содержания в них ароматических, нафтеновых и других циклических структур, а также парафиновых цепей и иных структурных элементов; кроме того, рассчитывают относит. количество углерода в парафинах, нафтенах и аренах. Индивидуальный углеводородный состав полностью определяется только для газовых и бензиновых фракций. При элементном анализе состав нефть или ее фракций выражают количествами (в %) С, Н, S, N, О, а также микроэлементов.