Гетероатомные соединения и минеральные компоненты нефти

Во всех нефтях кроме УВ имеется значительное количество соединений, включающих такие гетероатомы, как кислород, азот и сера. Содержание этих элементов зависит от возраста и происхождения нефти.

Сера может составлять от 0,02 до 7,0 % (по массе), что отвечает содержанию сернистых соединений приблизительно от 0,2 до 70 % (по массе). Кислорода в нефти – от 0,05 до 3,6 % (по массе). Это соответствует примерно 0,5 – 40 % (по массе) кислородсодержащих соединений. Содержание азота в нефтях еще меньше и не превышает 1,7 % (по массе).

Распределение гетероатомов по фракциям нефти неравномерно. Обычно большая их часть сосредоточена в тяжелых фракциях и особенно в смолисто-асфальтеновом остатке.

Кислородсодержащие соединения нефти

Эти компоненты нефти представлены кислотами, фенолами, кетонами и эфирами, реже лактонами, ангидридами и фурановыми соединения. Они относятся к различным классам соединений, структура их отвечает структуре углеводородов данной фракции нефти. Основная часть кислородсодержащих соединений (КС) сосредоточена в высококипящих фракциях, начиная с керосиновой (выше 250^оС). Содержание КС в нефтепродуктах изменяется во времени в зависимости от внешних условий, химической стабильности УВ и уже имеющихся в них гетероатомных соединений.

Нефтяные кислоты. Представляют собой смесь органических кислот с различными молекулярными массами, содержащими в молекуле алифатические, циклоалкановые и ареновые радикалы. Этот термин следует отличать от термина «нафтеновые кислоты», под которым понимают циклопентан- и циклогексанкарбоновые кислоты.

Нефтяные кислоты низкокипящих фракций нефти – это в основном монокрабоновые кислоты с углеводородными радикалами циклоалканового, алифатического, аренового или смешанного строения. В средних фракциях нефти обычно содержится одно- и двухосновные моно-, би- и полициклические нефтяные кислоты. Углеводородные радикалы кислот С₆ – С₁₀ , как правило, имеют циклопентановое строение, кислот С₁₂ и более – как циклопентановое, так и циклогексановое строение, в них обнаруживаются моно- и бициклические структуры с длинными боковыми алкановыми цепями. Кислоты С₁₉ – С₂₃ практически полностью имеют би- и полициклическое строение.

Нефтяные кислоты могут быть превращены в сложные эфиры, амиды, галоидангидриды:

Соли щелочных металлов этих кислот обладают хорошими моющими свойствами (мылонафт). Соли меди и марганца растворимы в УВ, дают ярко окрашенным растворы и применяются в качестве катализаторов жидкофазного окисления УВ. Водный раствор калиевых солей этих кислот используется в качестве ускорителя роста для растений.

Н афтеновые кислоты – кислоты общей формулы , являются производными нафтеновых УВ – циклопентана и циклогексана. Общий вид формулы, отвечающей структуре моноциклических нафтеновых кислот:

где n =1–5.

Фенолы. Среди КС по содержанию в нефти фенолы стоят на втором месте после кислот. Общее содержание фенолов в нефти невелико. Обычно оно несколько повышается в нефтях с меньшим количеством нафтеновых кислот.

Эфиры. Основная масса эфиров сосредоточены во фракциях, перегоняющихся выше 370 ^оС, и в тяжелых остатках может составлять до 1,3 % от этих продуктов.

Другие КС. К КС нейтрального характера следует отнести гидропероксиды, спирты, карбонильные соединения. Все эти соединения могут быть выделены из нефти или нефтепродукта в виде сложной смеси – адсорбционных смол, содержание которых возрастает при переходе к более высококипящим фракциям. Средний гомологический ряд углеводородной части молекул КС отвечает формуле , где .

Значительное количество КС содержится в высококипящих и остаточных фракциях нефти. Асфальтены содержат 1–9 % КС продуктов, в том числе до 60 % сложноэфирных, до 20 % – карбонильных и гидроксильных структур.