2.2. Углеводородный состав нефти
Основную наиболее ценную часть нефти составляют углеводороды (УВ). Молекулы углеводородов состоят только из двух элементов - углерода и водорода. На рис. 2.1. дано общее представление о содержании в нефти соединений углерода. На долю алканов, цикланов и аренов приходится до 99% состава нефти.
Углеводороды группируются в три главных класса: алкановые, циклоалкановые и ароматические.
Алкановые (метановые, алифатические, парафиновые УВ) или алканы - предельные или насыщенные УВ с открытой цепью СпН2п+2 Углеродный скелет алканов представляет собой линейные или разветвленные цепи углеродных атомов, соединенных простыми связями. Алканы с линейной цепью называются нормальными (н-алканы), с разветвленной - изоалканы.
Рис. 2.1. Усредненный углеводородный состав нефти
(Горная энциклопедия. Т. 3, 1987)
Метановые УВ в обычных условиях находятся в разных фазовых состояниях: C1 - С4 - газы, C5 – C15 - жидкости, С16 и выше - твердые вещества, твердые парафины обычны в нефти до С40, в то же время разветвленные изомеры того же молекулярного веса в зависимости от структуры могут быть жидкими или твердыми.
Алканы практически нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в ароматических УВ и органических растворителях. Алканы химически наиболее инертная группа УВ не способная к реакции присоединения, поскольку все связи насыщены, но для них свойственна реакция замещения, особенно с галогенами, а также дегидрирование, окисление, изомеризация.
Метановые УВ присутствуют во всех нефтях; если их содержание более 50%, то такие нефти называются метановыми. Известны нефти, в которых эти УВ составляют 70% - обычно мезозойские и палеозойские нефти глубоких горизонтов (нефти Марковского месторождения Восточной Сибири, Саратовского Поволжья, ряда месторождений Западной Сибири, например, Самотлор, Усть-Балык и др., месторождения Паромай и Тунгор на Сахалине, Озексуат в Ставропольском крае и др.).
Циклоалкановые УВ – (цикланы, циклоалканы, полиметиленовые УВ, циклопарафины, нафтены) - насыщенные циклические УВ.
Циклы УВ этого класса построены на трех и более метиленовых (-СН2) групп. Молекула представлена от трех до шестичленных циклов.
В нефтях цикланы представлены главным образом пяти- и шестичленными циклами.
По физическим и химическим свойствам цикланы близки к алканам (занимают промежуточное положение между алканами и аренами с тем же числом атомов в молекуле).
Цикланы С3-С4 - газы, С5-С7 - жидкости, С8 и выше - твердые вещества. Цикланы весьма устойчивые вещества, в химические реакции вступают только в присутствии катализаторов и при высокой температуре.
Содержание цикланов в нефтях колеблется в широких пределах от 25 до 79%. Цикланы присутствуют во всех фракциях.
Нафтеновый паспорт является важным геохимическим параметром, одним из критериев установления генетических связей нефтей.
Большинство нефтей с высоким содержанием цикланов приурочено к палеоген-неогеновым отложениям бассейнов альпийских складчатых областей (нефти Азербайджана, Сахалина, Калифорнии, Аляски, Венесуэлы, Индонезии). Вне зависимости от возраста вмещающих отложений повышенным содержанием цикланов характеризуются, так называемые, незрелые нефти (бассейны Восточного Китая, нефти севера Западной Сибири, Предкавказья).
Ароматические УВ - арены - класс углеводородов, содержащих шестичленные циклы с сопряженными связями. Общая формула СnН2n-р (р = 6, 12, 14, 16, 18, 20, 24, 28, 30, 36).
Представители этого класса УВ - бензол, нафталин, фенатрен.
В бензиновых фракциях преобладают толуол и метил-ксилол; В керосиновых фракциях содержатся нафталин и его гомологи.
По физическим свойствам арены отличаются от алкановых и циклановых УВ с тем же числом углеродных атомов в молекуле более высокой плотностью, показателем преломления, температурой кипения и кристаллизации. Арены лучше других УВ растворяются в воде; сорбируются сорбентами. Характерная особенность аренов - способность избирательно растворяться в некоторых веществах. На этом основано селективное извлечение аренов из сложных растворов и их легкая идентификация.
Ароматические УВ входят в состав смол, формирование которых происходит в процессе окисления нефтей.
Содержание аренов в нефтях изменяется в широких пределах - от 10 до 50%, но в целом их содержание ниже, чем алканов и нафтенов, а наиболее распространенная концентрация – 10-25%, повышенные значения аренов (37%) отмечаются в малопарафиновых нефтях.