МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

ЮЖНО-РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(НОВОЧЕРКАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ)

Савостьянов А.П.

Лекции по курсу «Химия нефти и газа»

(наименование дисциплины)

Для специальности 090800 – «Бурение нефтяных и газовых скважин»

Факультет Химико-технологический

Кафедра «Химическая технология высокомолекулярных соединений, органической, физической и коллоидной химии»

Курс 2 Экзамен -3

Семестр 3 Зачет 3 семестр

Лекции 17 часов.

Лабораторные занятия 17 часов.

Всего аудиторной работы 34 часов.

Всего самостоятельной работы 66 часов (57 ч. инд., 9 ч. – дом. подготовка).

ИТОГО по дисциплине: 100 часов.

Новочеркасск 2004 г.

Вводная часть

Нефть является горючим ископаемым так же, как и каменный, бурый угли, сланцы. В отличие от других ископаемых нефть – жидкость и содержит мало минеральных негорючих примесей, что обуславливает ее высокую теплотворную способность (42000 кДж/кг). Несмотря на это, сырая нефть не используется в качестве топлива, так как представляет собой богатый источник углеводородов (табл.1) – ценного источника для получения нефтепродуктов и продуктов нефтехимического синтеза.

Таблица 1

Элементный состав различных горючих ископаемых

Горючие ископаемые	С, %	Н, %
Антрацит	95	2,5
Каменный и бурый уголь	85	5,4
Нефть	84–87	12–13
Газ	75	25

Нефть – это дисперсная система, характеризующаяся сложной внутренней организацией, и состоит из низко– и высокомолекулярных углеводородов (90 – 95%) и неуглеводородных компонентов. Это маслянистая жидкость обычно темно-бурого цвета, хотя встречаются нефти и светлые.

Нефть обычно залегает в пористых породах – песках, песчаниках, известняках. Часто в нефтяном месторождении вода и большие количества газа сопутствуют нефти. Нефть залегает на больших глубинах – от 2 до 5 км, иногда и на большей глубине.

Основными элементами, составляющими нефть, являются: углерод (С) 83–87% и водород (Н) 12–13%. Кроме того, в состав нефти входят сера (S) 0,3–3% (может достигать содержания 5–6 %), кислород (О₂) 0,1–1,0 %, азот (N₂) 0,001–0,44%.

Химический состав нефти

Углеводороды (УВ) представлены в основном тремя гомологическими рядами: алканы, циклоалканы, арены.

Алканы (парафины, метановые УВ) – предельные углеводороды с прямой или разветвлённой углеродной цепью. Общая формула C_nH_2n+2.

Эти УВ составляют основную часть нефти. Обычно содержание алканов в нефтях колеблется от 20 до 50 %.некоторые нефти, так называемые слабопарафинистые или беспарафинистые, содержат не более 1–2 % этих УВ, другие могут содержать до 80 % этих УВ, и они носят название парафинистых нефтей.

В нефтях алканы представлены газообразными углеводородами – С₁–С₄ (метан, этан, пропан, бутан), жидкими углеводородами – С₅–С₁₅ (от пентана до пентадекана), твёрдыми углеводородами – С₁₆₊ (от гексадекана и выше).

Твёрдые углеводороды подразделяются на парафины и церезины. Парафин представлен в основном алканами и имеет пластинчатую или ленточную структуру. Церезин – смесь алканов, циклоалканов, аренов и имеет игольчатое строение.

Циклоалканы (нафтены) могут быть как моноциклическими, так и полициклическими циклоалканами. Первые представлены в нефтях в основном производными циклопентана и циклогексана. Производные низших циклов в нефтях не найдены. Кроме моноциклических нафтенов, нефти содержат бициклические, трициклические и полициклические УВ. Обычно содержание нафтенов составляет 30–50 %. Однако в некоторых нефтях (беспарафинистых) может быть до 80 % нафтенов.

Арены (ароматические углеводороды) – встречаются в нефтях в небольших количествах (15–20 %), и представлены, в основном, группой бензолов и его гомологов: толуол, ксилол. Различают моноциклические арены (общая формула C_nH_2n-6) и полициклические арены, общая формула – C_nH_2n-6. Отдельную группу составляют УВ смешанного строения, молекулы которых содержат ароматические и нафтеновые кольца и парафиновые цепи.

Соединения с циклическими и полициклическими структурами преобладают в нефтях приуроченных к относительно молодым отложениям, а с алканами – в нефтях из палеозойского времени.

Неуглеводородная часть нефти включает сернистые, кислородные и азотистые соединения, минеральные примеси (песок, глина, соли, вода, микроэлементы).

Кислородные соединения представлены в основном фенолами, жирными и нафтеновыми кислотами.

Азотистые соединения представлены в основном гетероциклическими соединениями.

Сернистые соединения представлены меркаптанами, сульфидами, дисульфидами, гетероциклическими сернистыми соединениями. Сернистые соединения концентрируются в более тяжёлых углеводородных фракциях.

Смолисто-асфальтеновые вещества по своей природе представляют собой многокольчатые соединения, содержащие нафтеновые, ароматические и гетероциклы с атомами кислорода, азота и серы. Содержание этих соединений в нефтях может изменяться от нескольких процентов до 10–40 % (в случае смолистых нефтей).

Минеральные примеси. К ним относится вода (до 4 %), твёрдые частицы песка, глины и других пород, которые уносятся нефтью из земли при добыче, а также различные минеральные соли, которые находятся в растворенном состоянии. Вода в нефти находится в 2-х видах: отделяемая от нефти при отстаивании и в виде стойких эмульсий.

Микроэлементы. В состав нефтей входит до 20 металлов и 30 неметаллов (микроэлементов). Наибольшая концентрация в нефти следующих элементов: ванадия – (грамм Ме в грамме нефти), никеля – ; железа – .