Химия нефти и газа
4 лекция
Состав нефти
План лекции
- элементный состав нефти
- химический состав нефти
- групповой состав нефти
- фракционный состав нефти
Элементный состав нефти
Нефть
Азот
Кислород
Водород
Углерод
Сера
Углеводороды
Металлы
Асфальтены и смолы
Сложные арены
Арены
Нафтены
Парафины
- Химический
состав нефти представлен сложной
смесью жидких и растворенных газообразных
углеводородов.
- Качественный
и количественный состав нефти в зависимости
от месторождения разный.
Химический состав нефти
- Углерод ( С ) - порядка 85 %
- Водород ( Н ) - до 12-14 %
- Кислород ( О ) - 0,05 - 3,6 %
- Азот ( N ) – 0,00001 - 1,7 %
- Сера( S ) - 0,01 - 14 %
- Металлы (V,Ni,Cr,Si,Fe,Ge,Ti,Co и т.д.) - 0,0001- 0,25%
- Бұл
элементтер түрлі органикалық, оның ішінде
бейорганикалық та қосылыстар түзеді
- Мұнайдың
құрамына 500- ден астам түрлі қосылыстар
- Олардың
ішінде көмірсутектердің негізгі
үш түрлері:
- алкандар
- нафтендер
- ароматты
КС
- Молекулалық
құрамы бойынша мұнайды көп жағдайда кіші,
орташа және жоғары молекулалық деп үш бөлікке
бөлуге болады.
Групповой состав нефти
- Алканы - 25-30% (нормальные и разветвленные
изомеры)
- Нафтены
- от
25 до 75% ( циклоалканы)
- Арены
-
15 - 50% (
бензолы и его гомологи, би- и полициклические
УВ)
- Гетероатомные
соединения – серо-,
азот-, кислородсодержащие вещества
- Металлы - соли, металлокомплексные, минеральные
вещества
Мұнайдың төменгі молекулалық
құрам бөліктері.
- Парафиндер
(алкандар) СnH2n+2 – (қаныққан көмірсутектер,
алкан-дар) біршама химиялық тұрақты қосылыстар.
- Атмосфералық
қысым жағдайында құрамындағы көміртек
атомдары-ның санына байланысты алкандардың
фазалық күйлері:
- С1 - С4
- газтәріздес қосылыстар,
С5
- С16 - сұйықтар,
- С16
- қатты заттар.
- Нафтендер - құрамындағы көміртек атомдары 4-тен көп циклді қосылыстар. Мұнайлар құрамында негізінен циклопентан С5Н10 , циклогексан С6Н12 және олардың гомологтары кездеседі
(25-тен 75%-ке дейін) .
Мұнайдың орташа молекулалық
құрам бөліктері
- Арендер
(ароматтық көмірсутектер):
- СnH2n-6- моноциклді
ароматтық көмірсутектер,
- СnH2n-8
- бициклді аралас көмірсутектер,
- СnH2n-12
- бициклді ароматтық көмірсутектер.
- Мұнайдың
жоғары молекулалық құрам бөліктері
- Қүрделі
арендер - құрамында үш, төрт және бес конденсирленген
бензол сақиналары бар күрделі полициклді
ароматтық көмірсутектер.
- Асфальтендер
мен шайырлар - жоғары молекулалық қосылыстар.
Бұлардың құрамына мұнай құрамында кездесетін
барлық көмірсутек-тер кластарының жоғары
молекулалық өкілдері кіреді. Асфальтендер
бензинде ериді, шайырлар-ерімейді.
Алканы – парафины CnH2n+2.
- Құрамындағы көміртек атомдары өзара қарапайым бір байланыспен байланысқан, ал қалған валенттіктері сутек атомдарымен байланыстар түзген, ашық тізбекті көмірсутек қосылыстарын айтады.
- Кәдімгі жағдайда алкандардың реакцияласу қабілеті төмен.
Химические свойства алканов
Алкандар кәдімгі жағдайда
концентрлі минерал қышқылдармен, негіздермен,
тіпті активті болып саналатын, калий
перманганатымен де реакцияласпайды.
Алкандарға орын басу
реакциялары тән.
Алканы – насыщенные УВ: СН4
- метан СН3-
СН3 СН3- СН2-
СН3
СН3- СН2 – СН2 - СН3
этан
пропан
бутан
1. Реакции замещения
2. Реакции изомеризации
3. Крекинг алканов
СН4 С2Н2
+ 3Н2 Н =+95 ккал
С2Н6
С2Н4
+ Н2
- C увеличением
мольной массы нефтяной фракции содержание
алканов в ее составе уменьшается.
- В составе
средней фракции, отгоняющейся при 200-300oС доля алканов не прквышает 55-61 % .
Нафтены-циклоалканы–CnH2n
- Тұйық тізбекті (циклдік) көмірсутектер. Қасиеттері жағынан қаныққан көмірсутек-теріне ұқсас, сондықтан оларды циклоалкан-дар (циклопарафиндер) деп атайды.
Циклоалканы - нафтены
Химические свойства нафтенов
- Нафтендердің химиялық қасиеттері циклдің құрамына кіретін атомдар санына байланысты.
- Төменгі циклоалкандар (циклопропан мен циклобутан қанықпаған көмірсутектердің қасиеттерін көрсетеді.
- Циклдегі көміртек атомдары көп циклоал-кандар химиялық қасиеттері бойынша ал-кандарға жақын, оларға орын басу реакция-лары тән.
Химические свойства нафтенов
- Нафтендік мұнайлар- негізінен тармақ-талған
алкандардан тұрады.
- Барлық дерлік мұнайдың құрамында
әрқашан нафтендер болады.
- Фракцияның мольдік массасы артқан сайын
оның құрамындағы нафтеннің салмақ үлесі
өсе түседі.
СН2
+
Br2
Br -CH2 -CH2 -CH2-Br
Н2С СН2
Арены
СnH2n-6
- Ароматтық көмірсутектер – құрамында
бензол сақинасы
болатын тұйық тізбекті (циклді).
- Мұнайдың ауыр фракцияларындағы арендерде ароматтық нафтендік сақиналар көптеп кезде-седі және орынбасарларының саны мен ұзын-дығы өсе түседі.
Жоғары температурада
қайнайтын фракцияла-рында полициклдік
ароматтық қосылыстар кездеседі.
Арены
Гетероатомные соединения
- S - низкомолекулярные соединения серы
-элементарная сера (Sn) и сероводород (H2S), а также в основном циклические
және ациклические меркаптаны (RSH) и сульфиды (R2S).
- Высокомолекулярные соединения серы - ароматтческие
гетероциклческие (тиофены).
Азот, кислородсодержащие вещества
- N азот входит в состав гетероциклических,
ароматических аминов и нитросоединений.
- Пиридин, анилин, пиррол и их производные
- O кислород в составе нефтей представлен
кислотами, фенолами, спиртами, кетонами,
эфирами и др.
Фракционный состав нефти
- Газойль С14
-С20
(250-4500С)
- Керосин С12 -С18
(180-3000С)
- Нафта С8
-С14
(150 - 2500С)
- Бензин С5
-С11 (60-2000С)
- Соотношение состава фракций
- В легких нефях преобладают легкокипящие
компоненты – бензин и керосин
- В тяжелых фракциях – тяжелые масла,
смолы и т.д.
- Мұнайдың
әрбір фракциясына, бастапқы және соңғы
қайнау темпе-ратуралары тән.
- Қайнау
температурасы 3500С-тан аспайтын фракцияларды
атмосфералық қысымнан біршама жоғары
қысымда бөліп алады, оларды мөлдір дистиляттар
(фракциялар) деп атайды.
- Фракциялардың
атауларын олардың пайдалануына қарай
береді.
- Мазут-мөлдір
дистилляттарды бөліп алғаннан кейінгі
қалған қалдық.
- Оны
ары қарай құрғақ айдайды. Құрғақ айдағаннан
кейінгі түзілетін қалдықты гудрон деп
атайды.
Основные характеристики нефти
- Плотность
- Содержание серы
- Фракционный состав
- Вязкость
- Содержание воды
- Содержание солей и механических примесей