Лекция №1. Химия нефти и газа.

В основе процессов нефтепереработки лежат законы органической химии. Поэтому, для того, чтобы разобраться в технологии нефтепереработки необходимо вспомнить основные правила и определения химии.

Атом – химически неделимая частица вещества. Атом – электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.

Химический элемент – определенный вид атомов с одинаковым зарядом ядра.

Валентность – это способность атома химического элемента (или атомной группы) образовывать определенное число химических связей с другими атомами (или атомными группами). Валентность атома некоторого элемента равна числу атомов водорода (или их эквивалента), с которым этот атом может соединиться.

Вид соединения между двумя атомами называется химической связью. Упрощенно можно считать, что это сила электростатического взаимодействия.

Углеводороды – органические соединения, молекулы которых построены только из атомов углерода и водорода.

Примером, иллюстрирующим три последних определения, может быть метан, который состоит из одного атома углерода и четырех атомов водорода. Валентность метана равна 4.

Метан относится к предельным углеводородам (алканы) или парафинам общей формулы . Примеры таких углеводородов – пропан, нормальный бутан (n-бутан) и нормальный пентан (n-пентан).

Рис. 14

Атомы в углеводородах С₄Н₁₀ и С₅Н₁₂ могут располагаться несколькими способами. Один из способов показан на рисунке 14.

Другой способ - с ответвлением от одного из внутренних атомов углерода, изображен на рисунке 15.

Рис.15

Соединения С₄Н₁₀ и С₅Н₁₂, которые при этом получаются, являются парафиновыми углеводородами изостроения и называются изобутан и изопентан. Хотя n-бутан и изобутан имеют одинаковые брутто-формулы, их свойства различны. Они кипят при разной температуре, имеют разные плотности, вступают в различные химические реакции.

Другой класс углеводородов – это циклические соединения, содержащие, как правило, больше четырех атомов углерода. Ели цепочку из пяти атомов углерода свернуть в кольцо, получается циклопентан (рисунок 16). Существуют циклы и большего размера, например циклогексан. Этот класс соединений называется нафтенами или нафтеновыми углеводородами.

Рис. 16

Существует молекула, в которой есть два атома углерода, связанных двойной связью и четыре атома водорода. Это этилен, химическая формула С₂Н₄. Двойная связь, удерживающая вместе два атома углерода, менее прочная, чем одинарная. Поэтому этилен – химически неустойчив, и довольно легко вступает в реакцию с другими веществами, превращаясь при этом в соединение, в котором нет двойных связей.

Рис. 17

Этилен принадлежит классу органических соединений, которые называются олефины. Представители олефиновых углеводородов изображены на рисунке 17. Общая формула для олефинов . Этого вида углеводородов в природе не существует. Их нет и в сырой нефти, а появляются они в результате процесса крекинга.

Следующий вид органических соединений, используемых в нефтяной промышленности, - это ароматические углеводороды.

Ароматические соединения – это органические соединения, молекулы которых содержат циклы (так называемые бензольные ядра) из шести атомов углерода, участвующих в образовании единой системы сопряженных связей.

Название связано с тем, что первые открытые представители ароматических соединений обладают приятным запахом.

Общая формула ароматических углеводородов , простейшими представителями являются бензол, толуол, ксилол (рисунок 18).

Рис. 18

В органической химии наблюдается тенденция: как только число атомов углерода в соединении становится больше шести, число различных комбинаций в структуре возрастает лавинообразно. Поэтому индивидуальным соединениям уделяется очень мало внимания. Чтобы описать состав нефти или нефтепродукта, иногда указывают процентное содержание парафинов, нафтенов и ароматики; эти группы веществ обычно характеризуются соответствующими свойствами (плотность, вязкость, температура кипения и т.д.).