21

1. Предмет химии нефти и газа. Нефть и газ как природные объекты, источники энергии и сырье для переработки. Происхождение нефти.

Одной из важнейших задач курса химии нефти и газа является изучение состава нефтей и природных газов с помощью физических и физико-химических методов исследования. Химия нефти занимается также изучением физико-химических свойств углеводородов и неуглеводородных компонентов нефти в связи с их строением.

Нефть представляет собой сложную смесь углеводородов и органических соединений серы, азота и кислорода. нефть и газ являются основными источниками энергии в большинстве стран мира. В России топливно-энергетический комплекс является одной из основ экономики. Из нефти вырабатываются бензины, керосины, дизельное, реактивное и другие виды топлива.

Другое важнейшее направление использования нефти и газа – в качестве сырья для производства самых разнообразных продуктов нефтехимической, строительной и других отраслей промышленности: полимерных материалов, пластмасс, синтетических волокон и каучуков, смазочных и специальных масел, моющих средств, лаков, красок, растворителей, битумов, кокса и множества других.

Важнейшими задачами нефтеперерабатывающей промышленности являются увеличение глубины переработки нефти и повышение качества нефтепродуктов.

Гипотезы происхождения нефти

1. неорганическая

2. космическая

3. органическая

Автором одной из неорганических теорий является Д.И.Менделеев. Согласно этой теории первые органические соединения образовались в результате взаимодействия карбидов металлов, находящихся в ядре земли, с водой, проникшей к ним по трещинам:

СаС₂ + 2Н₂О → Са(ОН)₂ + С₂Н₂

Al₄C₃ + 12Н₂O → 4А1(ОН)₃ + 3СН₄

Под действием высоких температур углеводороды и вода испарялись, поднимались к наружным частям земли и конденсировались в хорошо проницаемых осадочных породах.

Согласно космической теории, нефть образовалась из углерода и водорода при формировании Земли. По мере понижения температуры планеты углеводороды поглощались ею и конденсировались в земной коре.

органическая теория. Суть её в том, что нефть является продуктом разложения растительных и животных остатков, отлагающихся первоначально в виде морского ила. Основным органическим материалом для нефти служат растительные и животные микроорганизмы, развивающиеся в гидросфере.

2.Состав нефтей, физико-химические характеристики и классификация нефтей

Элементный состав нефти

Основными элементами, входящими в состав нефти, являются С и Н. Содержание С колеблется в пределах 82-87%, H-11 -14%, S-0,1-5%. Содержание N и О у большинства нефтей не превышает десятых долей процентов.

Нефть состоит в основном из смеси метановых (алкановых), нафтеновых (циклоалкановых) и ароматических углеводородов. Кроме этого в нефтях присутствуют кислородные, сернистые и азотистые соединения.

К кислородным соединениям нефти относятся нафтеновые кислоты, фенолы, асфальто-смолистые вещества. Сернистые соединения – это H₂S, меркаптаны, сульфиды, тиофены, тиофаны, азотистые соединения – гомологи пиридина, гидропиридина и гидрохинолина. Компонентами нефти являются также растворенные в ней газы, вода и минеральные соли. Состав минеральных компонентов определяется в золе, получаемой при сжигании нефти.

Физические свойства нефтей

Плотность (ρ) – величина, определяемая как отношение массы вещества к занимаемому объему (кг/м³).

Относительная плотность (ρ²⁰₄) - отношение плотности рассматриваемого вещества к плотности стандартного вещества (чаще всего воды при 4⁰С). Обычно определение плотности проводят при 20⁰С. В среднем относительная плотность нефтей колеблется от 0,82 до 0,90. Обычно плотность уменьшается с ростом температуры, растёт с увеличением геологического возраста и глубины залегания нефти.

Вязкость - свойство жидкостей (газов) оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой.Различают динамическую (Па∙с); кинематическую (м²/с); условную вязкости:

Динамическая вязкость (ν) - это сопротивление, оказываемое жидкостью при перемещении относительно друг друга со скоростью 1 м/с двух её слоев площадью 1 м² каждый, находящихся на расстоянии 1 м, под действием приложенной силы в 1Н. Величина, обратная динамической вязкости, называется текучестью (φ).

Кинематическая вязкость (η) равна отношению динамической вязкости к плотности жидкости при температуре определения.

Условная вязкость - это величина, которая выражается отношением времени вытекания определённого объёма нефтепродукта и воды из стандартного прибора (вискозиметра). Вязкость существенно зависит от температуры - с ростом температуры вязкость понижается, поэтому всегда указывается температура, при которой проведено измерение.

Молекулярная масса нефтей и нефтепродуктов - это усредненная величина, поскольку нефти - сложные смеси органических соединений различного строения и молекулярной массы. Молекулярная масса изменяется в широких пределах, но для большинства нефтей она колеблется в пределах 220-300.

Температура кристаллизации – температура, при которой в одной или многих точках объёма образуются кристаллизационные центры, разрастающиеся за счёт кристаллизации на них материала из окружающей среды. Кристаллизация сопровождается помутнением.

Температура помутнения – температура, при которой появляются «облака» мелких кристаллов.

Температурой застывания считается температура, при которой охлаждаемая в пробирке фракция не изменяет уровня при наклоне пробирки на 45⁰.

Классификация нефтей

Нефти могут быть классифицированы по содержанию в них углеводородов различного строения (химическая классификация), по содержанию серы и по качеству получаемых нефтепродуктов (технологическая классификация).

В основу химической классификации нефти положен групповой углеводородный состав фракции, выкипающей в пределах 250-300⁰С. В зависимости от преобладания в этой фракции углеводородов какого-либо одного класса (выше 50%) нефти делятся на 3 основных типа: метановые (М), нафтеновые (Н), ароматические (А).

При содержании в этой фракции более 25% углеводородов других классов нефти делятся на смешанные типы: метано-нафтеновые (М-Н), нафтено-метановые (Н-М), ароматическо-нафтеновые (А-Н), нафтено-ароматические (Н-А) и т.д.

По технологической классификации нефти в зависимости от содержания в ней серы делятся на 3 класса:

1. малосернистые, с содержанием S от 0 до 0,5%

2. сернистые, с содержанием S от 0,5 до 2%

3. высокосернистые, с содержанием S более 2%.

Кроме того, нефти подразделяют на типы – по выходу светлых фракций, перегоняющихся до 350⁰С; группы – по потенциальному содержанию базовых масел; подгруппы – по индексу вязкости базовых масел; виды - по содержанию парафинов в нефти.