Što je uobičajeno u zoni sedimentne školjke zemljine kore. Jedan je od najvažnijih minerala za ljude. Ulje je vrlo složena mješavina ciklana, arena i alkana. Sadrži i jedinjenja kiseonika, sumpora i azota. U sastavu ulja pronađeno je više od hiljadu specifičnih jedinjenja koja sadrže oko devedeset posto ugljika, petnaest posto vodonika, pet posto sumpora, jedan posto dušika i tri posto kisika. Ulje također uključuje malu primjesu mineralnih jedinjenja. Sadržaj pepela ulja je vrlo nizak, ne prelazi jednu desetinu procenta. Ulje je tri vrste:

1. Lagana.

2. Prosjek.

3. Teška.

Ulje gori pri toploti od oko 43,7-46,2 MJ/kg, što je njegova ogromna prednost među ostalim zapaljivim materijama.

Sastav ulja može uključivati ​​i lake frakcije koje ključaju na dvjesto stepeni Celzijusa. Uglavnom se sastoje od metanskih ugljovodonika, odnosno alkana. Sadržaj takvih lakih frakcija u naftnim derivatima proizvedenim na različitim lokacijama može značajno varirati. U sastavu ulja su esencijalni cikloalkani, kao i aromatični ugljovodonici, odnosno areni.

S pravom se smatraju najotrovnijim komponentama koje čine naftu i naftne derivate (arene). Zovu se hronični toksikanti. Benzen, toluen i ksilen mogu se pripisati najaktivnijim od njih i brzodjelujućim, budući da su tvari niskog ključanja. Veliki broj različitih arena smatra se opasnim mutagenima i kancerogenima. Najopasnija grupa arena je grupa poliaromatskih ugljikovodika.

Hemijski sastav nafta također uključuje veliki udio čvrstih metanskih ugljovodonika - takozvanih parafina. Njihov sadržaj u njemu može premašiti petnaest posto.

1. Ulje niskog parafinskog sastava. Ne sadrže više od jedan i pol posto parafina u sastavu.

2. Ulje srednjeg parafinskog sastava. Ovo ulje sadrži do šest posto parafina.

3. Visoko parafinsko ulje. Ovdje parafin sadrži više od 6 posto.

Sa ekološkog gledišta bitne komponente ulja su. Prema sadržaju ovih proizvoda, ulje se takođe deli u tri grupe:

1. Slatka sirova. Sadrži do pola procenta sumpora.

2. Kiselo ulje. Ovdje sadržaj sumpora ne prelazi dva posto.

3. Ulje sa visokim sadržajem sumpora. Sve su to naftni proizvodi koji sadrže više od dva posto sumpora.

Svojstva ulja, koja su glavna definicija visine njegovog kvaliteta, uključuju:

1. Gustina. Što se tiče ulja, najčešće se misli da njegova gustina u odnosu na destilovano ulje obično varira od 0,8 do 0,9 g/cm3, ali postoje i vrste ulja čija gustina može dostići 0,98 g/cm3.

2. Viskoznost. Odredite uslovnu, kinematičku i dinamičku viskoznost.

3. Molekularna težina. Ovo je najvažniji pokazatelj kvaliteta naftnih derivata. Molekularna težina većine naftnih proizvoda ne prelazi 300 g/mol.

4. Ovo je vrlo važan pokazatelj za naftne derivate, koji su složene mješavine različitih supstanci.

5. Frakcijski sastav. Sve supstance koje i u malim količinama ulaze u sastav ulja od velikog su značaja za njegovu kvalitetu.

Glavni elementi koji čine komponente ulja su ugljik i vodonik. Sadržaj ugljika i vodonika u različitim uljima varira u relativno uskim granicama i iznosi u prosjeku 83,5-87% težinskih za ugljik, 11,5-14% težinski za vodonik. U pogledu visokog sadržaja vodonika, nafta zauzima izuzetan položaj među ostalim kaustobiolitima. U humusnim ugljevima sadržaj vodika je u prosjeku 5% tež., u čvrstim sapropelitnim formacijama - 8% tež. Povećani sadržaj vodonika objašnjava tečno stanje ulja.

Uz ugljik i vodonik, sva ulja sadrže sumpor, kisik i dušik. Azot u uljima od 0,001-0,3 do 1,8% mase. Sadržaj kiseonika kreće se od 0,1-1,0% mase. Međutim, u nekim visoko smolastim uljima može biti i više.

Ulja se značajno razlikuju po sadržaju sumpora. U uljima mnogih nalazišta sumpora ima relativno malo 0,1-1,0% mase. Ali udio kiselih ulja sa sadržajem sumpora od 1 do 3 tež. značajno se povećao posljednjih godina. Postoje i jako sumporisana ulja sa sadržajem sumpora iznad 3% tež.

U vrlo malim količinama ulja sadrže i druge elemente, uglavnom metale (vanadij, nikl, magnezijum, hrom, titan, kobalt, kalijum, kalcijum, natrijum, itd.). Pronađeni su i fosfor i silicijum. Sadržaj ovih elemenata izražen je u malim dijelovima procenta. Germanij se nalazi u raznim naftnim proizvodima sa sadržajem od 0,15 - 0,19 g/t.

U skladu sa elementarnim sastavom, glavnina komponenti ulja su ugljovodonici. U niskomolekularnom dijelu nafte, u koji možemo uvjetno uključiti tvari molekularne mase ne veće od 250-300 i destilirane do 300-350 ° C, nalaze se najjednostavniji ugljikovodici u strukturi. Oni pripadaju sljedećim homolognim serijama:

C p H 2p + 2 - parafini, metan ugljovodonici, alkani;

C p H 2p - cikloparafini, monociklični polimetilen

ugljovodonici, nafteni, ciklani (alkilciklopentani i alkilcikloheksani);

C p H 2p-2 - dicikloparafini, biciklični polimetilen

ugljovodonici (petočlani, šestočlani i mješoviti);

C p H 2p-4 - tricikloparafini, triciklični polimetilenski ugljovodonici (petočlani, šestočlani i mešoviti);

C p H 2p-6 - monociklični aromatični ugljovodonici, benzen ugljovodonici, areni;

C p N 2p-8 - biciklični mešani nafteno-aromatični ugljovodonici;

C p H 2p-12 su biciklični aromatični ugljovodonici.

Samo tri klase ugljovodonika su praktično prisutne u benzinskoj frakciji: alkani, ciklani i serija aromatičnih benzena. U kerozinu

i frakcije gasnog ulja, značajan udio čine bi- i triciklični ugljovodonici.

Nezasićeni ugljovodonici sa nezasićenim vezama u lancu, po pravilu, nisu prisutni u sirovim naftama. Postoje neka ulja sa niskim sadržajem nezasićenih ugljovodonika (Bradford, SAD).

Pored ugljovodonika, niskomolekularni dio ulja sadrži: - jedinjenja kiseonika - naftenske kiseline, fenole;

Jedinjenja sumpora - merkaptani, sulfidi, disulfidi, tiofeni;

Jedinjenja dušika su piridinske baze i amini.

Količina svih ovih heteroatomskih supstanci destiliranih u rasponu od 300-350 o C je mala, jer je najveći dio kisika, sumpora i dušika koncentrisan u visokomolekularnom dijelu ulja.

Prilikom fabričke destilacije kiselih ulja, zbog termičke razgradnje složenih heteroatomskih jedinjenja, u komercijalnim lakim destilatima može se akumulirati do 5% mase. i više jedinjenja sumpora male molekularne težine.

Prilikom procene sadržaja heteroatomskih jedinjenja, mora se uzeti u obzir da su u sumporu, kiseoniku i azotnim jedinjenjima sumpor, kiseonik i azot povezani sa različitim ugljovodoničnim radikalima i 10 - 20 sati (masenih) ovih elemenata čini 10 - 20 sati (mase) ugljika i vodonika.

Malo je proučavan hemijski sastav visokomolekularnog dijela nafte, koji uvjetno uključuje tvari destilirane iznad 350 ° C. Riječ je o loživom ulju, uljnim frakcijama i katranu. Molekularna težina komponenti ovog dijela ulja kreće se od 300 do 1000. Ovaj dio ulja je mješavina tvari različitog sastava i strukture.

Glavne vrste spojeva uključenih u ovu mješavinu:

Parafinski ugljovodonici visoke molekularne mase C p H 2n+2;

Mono- i policiklični cikloparafinski ugljovodonici sa dugim ili kratkim bočnim parafinskim lancima od C p H 2p do C p H 2p-10;

Mono- i policiklični aromatični ugljovodonici sa bočnim parafinskim lancima od C p H 2p-6 do C p H 2p-36;

Mješoviti (hibridni) policiklični nafteno-aromatični ugljovodonici sa bočnim parafinskim lancima od C p H 2p-8 do C p H 2p-22;

Različiti organski spojevi policiklične hibridne prirode, čije se molekule sastoje od čistih ugljičnih prstenova, ciklusa koji sadrže heteroatome - sumpor, kisik ili dušik, kao i duge ili kratke parafinske lance;

Smolasto-asfaltenske tvari - smole i asfalteni; ove najsloženije uljne supstance karakteriše policiklična struktura i obavezno prisustvo kiseonika, takođe koncentrišu najveći deo azota i metala; sadržaj smola u nekim uljima dostiže 30-40 tež.%.

Glavne vrste spojeva uključenih u ulje. parafinskih ugljovodonika. Ugljovodonici ove klase organskih jedinjenja prisutni su u svim uljima i jedan su od njegovih glavnih sastojaka. Neravnomjerno su raspoređeni po frakcijama, koncentrirajući se u naftnim plinovima i benzinsko-kerozinskim frakcijama. U uljnim destilatima njihov sadržaj naglo opada. Neka ulja karakterizira potpuni nedostatak parafina u frakcijama visokog ključanja.

Gasoviti ugljovodonici metan, etan, propan, butan, izobutan, 2,2-dimetilpropan su u gasovitom stanju u normalnim uslovima. Svi su dio prirodnih i naftnih plinova.

Plinovi iz naftnih polja nazivaju se povezanim naftnim plinovima. Ovi plinovi se rastvaraju u ulju i oslobađaju se iz njega kada izađe na površinu. Sastav pridruženih naftnih plinova razlikuje se od suhih po sadržaju etana, propana, butana i viših ugljovodonika.

tečni ugljovodonici. Prema njihovim tačkama ključanja, ugljovodonici od pentana do dekana i svi njihovi izomeri treba da dospeju u destilat benzina tokom destilacije nafte.

čvrsti ugljovodonici. Čvrsti parafini u uljima su u otopljenom ili suspendiranom kristalnom stanju. U parafinskim i visokoparafinskim uljima njihov sadržaj raste do 10-20% mase. Prilikom destilacije mazuta parafini sastava C 18 -C 35 ulaze u frakcije ulja. Ugljovodonici visokog topljenja C 36 -C 53 - cerezini su koncentrisani u katranima.

Prisustvo čvrstih ugljovodonika u mazivima i specijalnim uljima je neprihvatljivo, jer povećavaju tačku tečenja i smanjuju pokretljivost ulja na niskim temperaturama. Zbog toga se ulja podvrgavaju posebnom prečišćavanju - deparafinizaciji.

Ugljovodonici metana pripadaju seriji CH 2n + 2, zauzimaju izuzetno važno mjesto među naftnim ugljovodonicima. Dakle, prirodni plinovi su predstavljeni isključivo metanskim ugljovodonicima i najčešće gotovo u potpunosti samim metanom. Lake frakcije bilo kojeg tečnog ulja se također gotovo u potpunosti sastoje od metanskih ugljovodonika. Istina, kako se prosječna molekularna težina frakcija nafte povećava, sadržaj metanskih ugljikovodika u njima naglo opada. U srednjim frakcijama, koje ključaju u rasponu od 200--300°C, metanski ugljovodonici obično ne sadrže više od 25-33%, a do 500°C metanski ugljovodonici nafte su gotovo potpuno istisnuti. U višim frakcijama nafte, metan ugljikovodici su čvrste tvari - parafin i dijelom cerezin. Pored toga, na strukturu i svojstva složenih polimetilenskih, aromatičnih i takozvanih hibridnih ugljovodonika veliki uticaj imaju bočni lanci radikala metanskog niza.

ZAKLJUČAK: Specifična ulja mogu sadržavati više ili manje metanskih ugljikovodika. Općenito, očito je da metan ugljikovodici čine osnovu većine prirodnih plinova i lakih frakcija tekućih ulja, što zaslužuje posebnu pažnju, jer su upravo te komponente u najvećoj mjeri polazni materijali za savremenu organsku i petrohemijsku sintezu.

Naphthenic.

Cikloalkani (C p H 2p) - naftenski ugljovodonici - deo su svih frakcija nafte, osim gasova. U prosjeku ulja raznih vrsta sadrže od 25 do 80% mase. Frakcije benzina i kerozina predstavljene su uglavnom homolozima ciklopentana i cikloheksana, uglavnom sa kratkim (C 1 - C 3) alkil-supstituiranim ciklanima. Frakcije visokog ključanja sadrže pretežno policiklične homologe ciklana sa 2-4 identična ili različita ciklana tipa zglobne ili kondenzovane strukture. Distribucija ciklana po frakcijama ulja je najraznovrsnija. Njihov sadržaj raste kako frakcije postaju teže i opada samo u frakcijama ulja s najvišom temperaturom ključanja. Može se uočiti sljedeća distribucija ciklanskih izomera: među C 7 - ciklopentanima prevladavaju 1,2 - i 1,3-dimetil-supstituirani; C 8 - ciklopentani su uglavnom predstavljeni trimetil-supstituisanim; među alkilcikloheksanima prevladava udio di- i trimetil-supstituiranih koji ne sadrže kvaternarni atom ugljika.

Naftenski ugljovodonici su počeli da označavaju ne samo monociklične, već i policiklične polimetilenske ugljovodonike naftnog porekla.

Nafteni su dio svih ulja i prisutni su u svim frakcijama. Njihov sadržaj raste kako frakcije postaju teže. Samo u frakcijama ulja s najvećom temperaturom ključanja njihova količina se smanjuje zbog povećanja aromatičnih struktura.

Monociklični nafteni su predstavljeni ciklopentanskim i cikloheksanskim strukturama. U frakcijama benzina i kerozina pronađeno je više od 80 pojedinačnih predstavnika ove klase ugljikovodika sastava C 5 -C 12. Relativno velike količine su prisutne u uljima: metilcikloheksan, cikloheksan, metilciklopentan, neki dimetil homolozi ciklopentana. U malim količinama pronađeni su cikloheptan i metilcikloheptan. Frakcije iznad 200 o C sadrže biciklične i policiklične naftene sa najviše šest ciklusa.

ZAKLJUČAK: Naftenski ugljovodonici su najkvalitetnija komponenta motornih goriva i ulja za podmazivanje. Monociklični naftenski ugljovodonici daju motornim benzinima, mlaznim i dizel gorivima visoke performanse i predstavljaju kvalitetniju sirovinu u procesima katalitičkog reforminga.

aromatični ugljovodonici.

Arene su u ulju predstavljene kao monociklične i policiklične. Tipično, ulja sadrže 15-20% arena. U aromatičnim (smolastim) uljima njihov sadržaj dostiže 35%. Ovisno o raspodjeli aromatičnih ugljovodonika po frakcijama, ulje se može podijeliti u tri grupe:

nafteno-aromatična - ulja čiji su aromatični ugljovodonici (uglavnom policiklični) koncentrirani u višim frakcijama. To su teška smolasta ulja gustine > 0,9;

naftenska - ulja čiji su aromatični ugljikovodici koncentrirani uglavnom u srednjim frakcijama. Gustina takvih ulja je 0,85-0,9;

3) parafinska ulja - ulja čiji su aromatični ugljovodonici koncentrisani u lakim frakcijama (do 300°C).

Frakcije do 200°C (benzinske frakcije) sadrže samo homologe benzena. Svi homolozi benzena pronađeni su u uljima, uključujući C9. Monosupstituirani homolozi benzena koji sadrže 4 ili više atoma ugljika u bočnom lancu su rijetki. Najzastupljeniji su toluen, etilbenzol, ksileni (m-ksilen prevladava kao termodinamički stabilniji), zatim trimetilbenzeni, zatim kumen, propilbenzen, metiletilbenzen.

U frakcijama od 200-350°C preovlađuju alkilbenzeni, uglavnom di- i trisupstituirani, čiji molekuli sadrže metil grupe i alkil grupu sastava C 7 -Cg. Osim homologa benzena, ove frakcije sadrže homologe naftalena (mono-, bi-, tri- i tetrametil naftalene). Pronađeni su i homolozi difenila. Naftalen je rijedak.

Frakcije >350°C, pored viših homologa benzena i homologa naftalena, sadrže diarilalkane - ugljovodonike, u čijim molekulima

Izolovana aromatična jezgra su povezana na ugljikovodični most, na primjer:

Više frakcije također sadrže malu količinu homologa policikličkih ugljikovodika sa kondenziranim prstenovima, kao što su:

Glavni dio ovih ugljikovodika koncentrisan je u katranu. Ugljovodonici mešovite strukture su široko zastupljeni u višim frakcijama ulja čije molekule sadrže, zajedno sa aromatičnim

Mnogi od najbližih homologa benzena sa jednim, dva, tri i četiri supstituenta u jezgri pronađeni su u uljima. Supstituent je najčešće metil radikal, a dokazano je prisustvo ugljovodonika kao što su izopropil benzen (kumen), propilbenzen, butilbenzen, dietilbenzen i homolozi sa različitim supstituentima u bočnim lancima.

U srednjim frakcijama nafte (200-350 o C), uz derivate benzena, prisutni su i naftalen i njegovi najbliži homolozi, tj. biciklički kondenzovani aromatični ugljovodonici.

U višim frakcijama nafte pronađeni su složeniji policiklični aromatični ugljovodonici sa tri, četiri i pet kondenzovanih prstenova. Oni su homolozi naftalena, difenila, acenaftena, antracena, fenantrena, pirena, benzantracena, krizena, fenantrena, perilena.

Prisustvo aromatičnih ugljovodonika u benzinima je veoma poželjno, jer imaju visok oktanski broj. Naprotiv, njihovo prisustvo u značajnim količinama u dizel gorivima (srednje frakcije nafte) pogoršava proces sagorevanja goriva. Policiklični aromatični ugljovodonici sa kratkim bočnim lancima koji ulaze u frakcije ulja tokom destilacije ulja moraju se ukloniti tokom procesa rafinacije, jer njihovo prisustvo negativno utiče na performanse ulja za podmazivanje. Pojedinačni aromatični ugljovodonici: benzen, toluen, ksileni, etilbenzol, izopropilbenzol i naftalen su vrijedne sirovine za mnoge petrohemijske i organske sintezne procese.

Ugljovodonici mješovite strukture. Značajan dio naftnih ugljikovodika ima mješovitu ili hibridnu strukturu. To znači da molekuli takvih ugljikovodika sadrže različite strukturne elemente: aromatične prstenove, peto- i šesteročlane cikloparafinske prstenove i alifatske parafinske lance.

Frakcije nafte gotovo se u potpunosti sastoje od ugljikovodika mješovite strukture. Mogu se podijeliti u tri tipa: parafin-cikloparafin; parafinsko-aromatični; parafin-cikloparafin-aromatični.

Jedinjenja kiseonika. Najveći dio kisika u ulju je dio smolastih tvari, a samo oko 10% otpada na kisela organska jedinjenja - karboksilne kiseline i fenoli. U uljima ima vrlo malo neutralnih kisikovih spojeva. Zauzvrat, među kiselim jedinjenjima prevladavaju spojevi za koje je karakteristično prisustvo karboksilne grupe - naftne kiseline.

Među njima prevladavaju izostrukturne kiseline, uključujući izoprenoidne, te one s parnim brojem atoma ugljika. Karboksilne kiseline - derivati ​​monocikličnih naftena opšte formule C p H 2p-1 COOH ili C p H 2p - 2 O 2 nazivaju se naftenske kiseline.

Od svih kisikovih spojeva ulja, samo su naftenske kiseline i njihove naftenatne soli, koje imaju dobra detergentna svojstva, od industrijskog značaja. Otpad od alkalnog čišćenja naftnih destilata - sapun nafta se koristi u proizvodnji deterdženata za tekstilnu proizvodnju.

Tehničke naftne kiseline (asidol) izdvojene iz kerozina i lakih naftnih destilata koriste se kao rastvarači za smole, gume i anilinske boje, za impregnaciju pragova, za vlaženje vune itd. Natrijumove i kalijeve soli naftenskih kiselina služe kao demulgatori za dehidrataciju ulja.

jedinjenja sumpora. Sumpor je najčešći heteroelement u uljima i naftnim derivatima. Njegov sadržaj u uljima kreće se od stotinki do 5-6% mase. rjeđe do 14% mase. Ulja regije Ural-Volga i Sibira bogata su spojevima koji sadrže sumpor: količina sumpora u nafti Arlan doseže do 3,0% tež., au Ust-Balykskoj do 1,8% tež. Od strane nafte, najveći sadržaj sumpora ima nafta: albanska (5-6% tež.), Ebano-Panuco polja (Meksiko, 5,4% tež.), Rose Point (SAD - do 14% tež.). U potonjem slučaju, gotovo sva uljna jedinjenja sadrže sumpor.

Raspodjela sumpora po frakcijama ovisi o prirodi ulja i vrsti spojeva sumpora. U pravilu njihov sadržaj raste od niskog do visokog ključanja i dostiže maksimum u ostatku vakuumske destilacije uljnog katrana. U uljima su identificirane sljedeće vrste sumpornih jedinjenja:

Elementarni sumpor i vodonik sulfid - nisu direktno organsko sumporna jedinjenja, već se pojavljuju kao rezultat uništenja potonjeg;

Merkaptani-tioli, koji, kao i sumporovodik, imaju kisela svojstva i najjaču korozivnu aktivnost;

Alifatski sulfidi (tioeteri) su neutralni na niskim temperaturama, ali su termički nestabilni i raspadaju se pri zagrijavanju iznad 130-160°C i formiraju sumporovodik i merkaptane;

Mono- i policiklični sulfidi su termički najstabilniji.

Vodonik sulfid se u sirovim naftama nalazi rjeđe iu znatno manjim količinama nego u prirodnim plinovima, plinskim kondenzatima i uljima.

Merkaptani (tioli) imaju RSH strukture, gdje je R ugljikovodični supstituent svih vrsta (alkani, ciklani, areni, hibridi) različite molekularne težine. Tačka ključanja pojedinačnih C1-C6 alkil merkaptana je 6-140°C na atmosferskom pritisku. Imaju veoma neprijatan miris. Ovo svojstvo se koristi u praksi opskrbe plinom gradova i sela kako bi se upozorilo na kvar na gasovodu. Etil merkaptan se koristi kao odorant za kućne gasove.

Prema sadržaju tiola ulja se dijele na merkaptanska i bezmerkaptna. Merkaptani se nalaze u nenormalno visokim koncentracijama u plinskim kondenzatima i uljima Kaspijske nizije. Dakle, u frakciji od 40-200°C Orenburškog gasnog kondenzata, merkaptani čine 1% od 1,24% tež. ukupni sumpor. Utvrđen je sljedeći obrazac: merkaptan sumpor u uljima i plinskim kondenzatima koncentriran je uglavnom u glavnim frakcijama.

Elementarni sumpor, vodonik sulfid i merkaptani kao vrlo agresivna sumporna jedinjenja su najnepoželjniji sastojak ulja. Moraju se potpuno ukloniti u procesima prečišćavanja svih tržišnih naftnih derivata.

Sulfidi (tioeteri) čine glavni dio sumpornih spojeva u gorivim frakcijama nafte (od 50 do 80 tež. % ukupnog sumpora u ovim frakcijama). Naftni sulfidi se dijele u 2 grupe: dialkil sulfidi (tioalkani) i ciklični dialkil sulfidi RSR" (gdje su R i R" alkil supstituenti). Tialkani se pretežno nalaze u parafinskim uljima, dok se ciklični nalaze u naftenskim i naftensko-aromatičnim uljima. Tioalkani C 2 -C 7 imaju niske tačke ključanja (37-150°C) i tokom destilacije ulja padaju u benzinske frakcije. Sa povećanjem tačke ključanja uljanih frakcija, količina tioalkana se smanjuje, a oni su praktički odsutni u frakcijama iznad 300°C. U pojedinim lakim i srednjim frakcijama ulja u malim količinama (manje od 15 tež.% ukupnog sumpora u ovim frakcijama) nađeni su disulfidi RSSR". Pri zagrijavanju stvaraju sumpor, vodonik sulfid i merkaptane.

Monociklički sulfidi su peto- ili šesteročlani heterocikli sa atomom sumpora. Osim toga, u uljima su identificirani policiklički sulfidi i njihovi različiti homolozi.

U srednjim frakcijama mnogih ulja prevladavaju tiociklani. Među tiociklanima, po pravilu, češći su monociklični sulfidi. Policiklički sulfidi tokom destilacije ulja uglavnom padaju u frakcije ulja i koncentrišu se u naftnim ostacima.

Sva jedinjenja ulja koja sadrže sumpor, osim merkaptana male molekularne težine, hemijski su neutralna na niskim temperaturama i po svojstvima su slična arenima. Još nisu našle industrijsku primjenu zbog niske efikasnosti metoda za njihovu izolaciju od ulja. U ograničenim količinama sulfidi se izoluju iz srednjih (kerozinskih) frakcija nekih ulja za naknadnu oksidaciju u sulfone i sulfonske kiseline. Sumporna jedinjenja iz ulja trenutno se ne ekstrahuju, već se uništavaju procesima hidrogenacije. Dobiveni sumporovodik se prerađuje u elementarni sumpor ili sumpornu kiselinu. Istovremeno, posljednjih godina mnoge zemlje svijeta razvijaju i intenzivno uvode velike industrijske procese za sintezu sumpornih spojeva sličnih naftnim, koji imaju veliku vrijednost. Među njima, merkaptani su od najvećeg industrijskog značaja. Metilmerkaptan se koristi u proizvodnji metionina, mirisnog sredstva za gorivo.

Tioli C 1 -C 4 - sirovine za sintezu agrohemikalija, koriste se za aktiviranje (sumporavanje) nekih katalizatora u preradi nafte. Tioli od butilmerkaptana do oktadecilmerkaptana koriste se u proizvodnji aditiva za maziva i transformatorska ulja, za tečnosti za sečenje koje se koriste u hladnoj obradi metala, u proizvodnji deterdženata, sastojaka gumenih smeša. Tioli S 8 -S 16 su: regulatori procesa radikalne polimerizacije u proizvodnji lateksa, gume, plastike. Tercijarni dodecilmerkaptan i normalni dodecilmerkaptan našli su najveću upotrebu kao regulatori polimerizacije. Merkaptani se koriste za sintezu flotacijskih reagensa, fotografskih materijala, boja za posebne namjene, kozmetike, farmakologije i mnogih drugih područja.

Sulfidi služe kao komponente u sintezi boja, njihovi produkti oksidacije - sulfoksidi, sulfoni i sulfonske kiseline koriste se kao efikasni ekstraktanti rijetkih metala i flotacijski reagensi za polimetalne rude, plastifikatori i biološki aktivne tvari. Obećavajuća je upotreba sulfida i njihovih derivata kao komponenti raketnih goriva, insekticida, fungicida, herbicida, plastifikatora, kompleksnih sredstava itd. Posljednjih godina, upotreba polifenilen sulfidnih polimera dramatično se povećala. Odlikuje ih dobra termička stabilnost, sposobnost održavanja odličnih mehaničkih svojstava na visokim temperaturama, visoka hemijska otpornost i kompatibilnost sa raznim punilima. Čvrsti premazi od polifenil sulfida lako se nanose na metal, pružajući pouzdanu zaštitu od korozije, koju je već preuzela strana petrohemijska industrija, gdje se uočava "bum" polifenil sulfida. Također je važno naglasiti da se u ovom polimeru gotovo jedna trećina mase sastoji od sumpora.

Tiofen i 2-metiltiofen su efikasni hvatači jedinjenja mangana iz motora karburatora kada se ciklopentadienilkarbonil mangan koristi kao sredstvo protiv detonacije. Trenutno se ovo sredstvo protiv detonacije široko koristi u SAD-u, gdje oko 40% bezolovnih benzina sadrži neolovne antidetonatore.

Uzimajući u obzir prisustvo značajnih resursa jedinjenja koja sadrže sumpor u uljima, problem njihove ekstrakcije i racionalne upotrebe u nacionalnoj ekonomiji je izuzetno hitan.

Azotna jedinjenja Organska azotna jedinjenja u uljima, u proseku, ne više od 2-3% mase. a maksimalno (u visoko smolastim uljima) do 10% mase. Najveći dio dušika koncentriran je u teškim frakcijama i u rezidualnim proizvodima.

Smolasto-asfaltenske supstance (SAS) koncentrisane su u ostacima teških ulja (HOR) - lož ulje, polukatrani, katrani, bitumen, napukli ostaci itd. Ukupan sadržaj SAS u uljima, zavisno od njihove vrste i gustine, kreće se od frakcije procenta do 45% mase. a u HNO dostiže i do 70% mase. Mlada ulja nafteno-aromatičnog i aromatičnog tipa su najbogatija CAS-om.

SAW je složena višekomponentna, isključivo polidisperzna po molekularnoj težini mješavina ugljovodonika visoke molekularne težine i heterospojeva, uključujući, pored ugljika i vodonika, sumpor, dušik, kisik i metale kao što su vanadij, nikl, željezo, molibden itd. Izolacija pojedinačnih SAS od ulja i HNO je izuzetno teška. Njihova molekularna struktura još nije precizno utvrđena. Trenutni nivo znanja i mogućnosti instrumentalnih fizičko-hemijskih metoda istraživanja omogućavaju samo da se da probabilistička ideja o strukturnoj organizaciji, da se utvrdi broj kondenzovanih naftensko-aromatičnih i drugih karakteristika, te da se izgrade prosječni statistički modeli hipotetičkih molekula smole i asfalteni.

U praksi proučavanja sastava i strukture hemijskih ostataka nafte, uglja i koksa široko se koristi Richardsonova metoda rastvarača, koja se zasniva na različitoj rastvorljivosti grupnih komponenti u organskim otapalima (slabim, srednjim i jakim). Na osnovu toga razlikuju se sljedeće komponente uvjetne grupe:

Rastvorljiv u niskomolekularnim (slabim) rastvaračima (izooktan, petrolej eter) - uljima i smolama.

Smole se dobijaju iz maltena adsorpcionom hromatografijom (na silika gelu ili glinici);

Nerastvorljiv u alkanima male molekulske mase C 5 -C 8, ali rastvorljiv u toluenu, tetrahloridu ugljenika - asfaltenima;

Nerastvorljiv u benzinu, toluenu i tetrahloridu ugljika, ali rastvorljiv u ugljičnom disulfidu i kinolinu - karbenima;

Nerastvorljiv u bilo kojim rastvaračima - karboidi.

Ulja i izvorni HOR (tj. nisu podvrgnuti termičkom razaranju) ne sadrže karbene i karboide. Termin "ulja" se koristi za označavanje visokomolekularnih ugljovodonika molekulske težine 300-500 mješovite (hibridne) strukture. Parafinsko-naftenski i aromatični ugljovodonici, uključujući lake (monociklične), srednje (biciklične) i policiklične (tri ili više ciklične) ugljovodonike, izoluju se iz frakcija ulja hromatografskom separacijom. Najviša vrijednost predstavljaju smole i asfaltene, koji se često nazivaju koksotvornim komponentama i koji stvaraju složene tehnološke probleme u preradi HOR-a. Smole su viskozne tekućine koje se sporo kreću ili amorfne čvrste tvari od tamno smeđe do tamno smeđe boje s gustinom od otprilike jedne ili više. Oni su plano kondenzovani sistemi koji sadrže 5-6 prstenova aromatičnih, naftenskih i heterocikličnih struktura, povezanih alifatskim strukturama. Asfalteni su amorfne, ali kristalne strukture, tamno smeđe ili crne čvrste supstance sa gustinom nešto većom od jedinice. Zagrijavanjem se ne tope, već prelaze u plastično stanje na temperaturi od oko 300°C, a na višoj temperaturi se raspadaju uz nastanak plinovitih i tekućih tvari i čvrstog ostatka – koksa. Za razliku od smola, oni formiraju prostorne kondenzirane kristalne strukture. Najznačajnije razlike između smola i asfaltena očituju se u osnovnim pokazateljima kao što su rastvorljivost u alkanima male molekulske mase, odnos C:H i molekulska težina.

Smole stvaraju prave otopine u uljima i destilatima goriva, a asfalteni u HOR-u su u koloidnom stanju. Otapalo za asfaltene u uljima su aromatični ugljovodonici i smole. Zbog međumolekularnih interakcija, asfalteni mogu formirati asociate – supramolekularne strukture. Na stepen njihove povezanosti snažno utiče okruženje. Dakle, pri niskim koncentracijama u benzenu i naftalenu (manje od 2 odnosno 16 tež. %), asfalteni su u molekularnom stanju. Pri većim koncentracijama u otopini nastaju saradnici koji se sastoje od velikog broja molekula. Upravo sposobnost povezivanja formiranja određuje odstupanje za 1-2 reda veličine u rezultatima određivanja molekulske težine asfaltena, ovisno o metodi njegovog određivanja.

Struktura i svojstva asfaltena značajno zavise od porijekla HOR-a. Tako se asfalteni iz ostataka destruktivnog porijekla odlikuju, u odnosu na izvorne „rastresite“ asfaltene, manjom molekulskom težinom, pretežnom kondenzacijom u ravnini, manjim brojem i dužinom alifatskih struktura, a samim tim i većom kompaktnošću (i manjom). viskozitet).

Odnos smola i asfaltena u uljima i HOR-u uveliko varira - (7-9):1 u ostacima direktne destilacije, do (1-7:1 - u oksidiranim ostacima (bitumeni).

Karbeni i karboidi se pojavljuju u TNO termodestruktivnih procesa.

Karbeni su linearni polimeri molekula asfaltena sa molekulskom težinom od (100-185) hiljada, rastvorljivi samo u ugljen-disulfidu i kinolinu.

Karboidi su umreženi trodimenzionalni polimer (kristalit), zbog čega su nerastvorljivi ni u jednom od poznatih organskih rastvarača.

Svi CAB-ovi negativno utiču na kvalitet ulja za podmazivanje (pokvare boju, povećavaju stvaranje ugljenika, smanjuju mazivost, itd.) i moraju se ukloniti. Kao dio naftnog bitumena, imaju niz vrijednih tehničkih svojstava i daju im kvalitete koji im omogućavaju široku upotrebu. Glavne oblasti upotrebe: putne površine, hidroizolacioni materijali, u građevinarstvu, proizvodnji krovnih proizvoda, bitumensko-asfaltnih lakova, plastike, smole, koksa, veziva za briketiranje uglja, jonoizmjenjivača praha itd.

Klasifikacija neutralnih smolastih supstanci zasniva se na njihovom odnosu prema različitim otapalima. Na osnovu toga, uobičajeno je razlikovati sljedeće grupe:

Neutralne smole, rastvorljive u lakom benzinu (petroleter), pentanu, heksanu;

Asfalteni, nerastvorljivi u petrolej eteru, ali rastvorljivi u vrućem benzenu;

Karbeni, djelimično rastvorljivi samo u piridinu i ugljičnom disulfidu;

Karboidi su supstance koje su praktično netopive ni u čemu.

Smole imaju jaku moć bojenja. Tamna boja destilata, poput sirove nafte, uglavnom je posljedica prisutnosti neutralnih smola u njima. Feature neutralne smole - njihova sposobnost kondenzacije u asfaltene pod utjecajem faktora kao što su zagrijavanje, tretman sa adsorbentima ili sumpornom kiselinom. Ovaj proces je posebno lak kada se istovremeno zagreva i uduvava vazduh.

Asfalteni su heteroorganska uljna jedinjenja najveće molekularne težine. Po izgledu, asfateni su smeđe ili crne praškaste supstance. Njihova relativna gustina je veća od jedinice, molekulska masa je oko 2000. Prema elementarnom sastavu, asfalteni se od neutralnih smola razlikuju po nižem sadržaju vodonika i većem sadržaju ugljenika i heteroatoma.

Svi CAB-ovi negativno utiču na kvalitet ulja za podmazivanje i moraju se ukloniti. Kao dio naftnog bitumena, imaju niz vrijednih tehničkih svojstava. Glavni pravci njihove upotrebe: ceste, hidroizolacijski materijali, proizvodnja krovnih proizvoda, koks.

Neutralne smole i asfalteni su složene mješavine heteroatomskih spojeva visoke molekularne težine. Međusobno se razlikuju po molekularnoj težini, elementarnom sastavu i stupnju nezasićenosti. U općoj formuli (bez heteroatoma) C n H 2 n - x vrijednost x u neutralnim smolama kreće se od 10-34, a za asfaltene može doseći 100-120.

ZAKLJUČAK: Kada se posmatra grupni hemijski sastav nafte, ulje se može grubo podeliti na dva dela jedinjenja: ključanje do približno 360°C, sastoji se uglavnom od ugljovodonika i samo manjim delom od heteroatomskih jedinjenja (kiseonik - fenoli, naftenske kiseline; sumpor - merkaptani, sulfidi, disulfidi, tiofeni; azotne - piridinske baze i imini) i ključanja iznad 360°C, sastoje se uglavnom od heteroatomskih jedinjenja koja sadrže O, S i N molekule i u manjoj mjeri ugljikovodika (parafini, hibridi ugljovodonici).

Pitanja za samoispitivanje

Kakav je sastav parafinskih ugljovodonika u ulju?

Koje su strukture prisutne u naftnim monocikličnim naftenima?

3. Zašto su nafteni poželjni u motornim gorivima i uljima za podmazivanje?

4. Koje se arene nalaze u uljima?

5. Koje su frakcije nafte gotovo u potpunosti sastavljene od ugljovodonika mješovite strukture?

Koje klase jedinjenja su jedinjenja koja sadrže kiseonik prisutni u ulju?

Kako je sumpor raspoređen među frakcijama nafte?

Šta su jedinjenja azota u nafti?

Šta su smole?

10. Glavni pravci upotrebe smolasto-asfaltenskih supstanci.

11. Šta su asfalteni u smislu sastava ugljovodonika?

Nafta (iz tur. nefta, sa perz. ulje) je prirodna uljasta zapaljiva tečnost specifičnog mirisa, koja se uglavnom sastoji od složene mešavine ugljovodonika različite molekularne težine i nekih drugih hemijskih jedinjenja.

Odnosi se na kaustobiolite (fosilna goriva). Velika većina naftnih polja ograničena je na sedimentne stijene. Boja ulja varira u smeđim tonovima (od prljavo žute do tamno smeđe, skoro crne), ponekad je čisto crna, povremeno ima ulja obojenog u svijetlo žuto-zelenu boju, pa čak i bezbojno, kao i zasićeno zeleno ulje. Ima specifičan miris, takođe varira od laganog prijatnog do teškog i veoma neprijatnog. Boja i miris ulja su u velikoj mjeri posljedica prisutnosti komponenti koje sadrže dušik, sumpor i kisik, a koje su koncentrisane u ulju za podmazivanje i ostacima ulja. Većina naftnih ugljikovodika (osim aromatičnih) u svom čistom obliku su bez mirisa i boje.

Tokom 20. i do 21. veka, nafta je bila jedan od najvažnijih minerala za čovečanstvo.

Po hemijskom sastavu i porijeklu nafta je bliska prirodnim zapaljivim plinovima i ozokeritu. Ovi fosili se zajednički nazivaju petroliti. Petroliti pripadaju još većoj grupi takozvanih kaustobiolita - zapaljivih minerala biogenog porijekla, u koje spadaju i druga fosilna goriva (treset, mrki i ugalj, antracit, škriljac).

Nafta se nalazi zajedno sa gasovitim ugljovodonicima na dubinama od desetina metara do 5-6 km. Međutim, na dubinama preko 4,5-5 km prevladavaju naslage plina i plinskog kondenzata sa neznatnom količinom lakih frakcija. Maksimalan broj nalazišta nafte nalazi se na dubini od 1-3 km. Na malim dubinama i na prirodnim prodorima na površinu zemlje, nafta se pretvara u gusti slad, polutvrdi asfalt i druge formacije - na primjer, katranski pijesak i bitumene.

Naziv ulja (reč petroleum)

Riječ petroleum, koji označava ulje na engleskom i nekim drugim jezicima, nastaje dodavanjem dvije riječi: grčki πέτρα - kamen i lat. oleum- ulje, odnosno doslovno "kameno ulje", ili direktno sa grčkog. πετρέλαιο - ulje.

Poreklo ruskog imena nije tačno utvrđeno, a postoji nekoliko verzija. Prema jednom od njih, riječ je u ruski došla iz perzijskog, (naft preko turskog, u kojem se promijenila u tur. neft). U staroj Perziji postojalo je obožavanje vatre, a tokom obreda, sveštenici su iz udubljenja iskopanih u blizini prirodnih izvora nafte izvlačili tečnost do same površine, a zatim je zapalili; ovaj obred se zvao "nafta". Neki lingvisti smatraju da je indijska "nafata" (curenje, odvod) priroda riječi, sugerirajući da je kasnije prešla u perzijski jezik. Drugi vjeruju da je perzijski naft - "ulje" iskonski i da seže do drevne iranske riječi sa značenjem "mokro". Drugi pak smatraju da je naft posuđen iz semitskih jezika, gdje glagolski korijen npt znači pljuvati (ulje, koje se nalazi blizu površine i obično debelo, kada se napravi rupa u zemlji, počinje pljuvati u njega).

AT njemački ulje - to. Erdol, što doslovno znači "mljeveno ulje", Hung. koolaj - "kameno ulje", jap. 石油 (sekyu) - "kameno ulje", finski vuoriöljy - "planinsko ulje".

Porijeklo nafte

Glavni članak: Porijeklo nafte

Ulje- rezultat litogeneze. To je tečna (u osnovi) hidrofobna faza produkata fosilizacije (zakopavanja) organske tvari (kerogen) u vodeno-sedimentnim naslagama.

Formiranje ulja- stepenasti, veoma dug (obično 50-350 miliona godina) proces koji počinje čak iu živoj materiji. Postoji nekoliko faza:

• sedimentacija- pri čemu ostaci živih organizama padaju na dno vodenih bazena;
• biohemijski- procesi zbijanja, dehidracije i biohemijski procesi u uslovima ograničenog pristupa kiseoniku;
• protokatageneza- spuštanje sloja organskih ostataka na dubinu od 1,5-2 km uz spor porast temperature i pritiska;
• mezokatageneza, ili glavna faza stvaranja nafte (MOF)- slijeganje sloja organskih ostataka do dubine od 3-4 km kada temperatura poraste na 150 °C. U tom slučaju organske tvari podliježu termičkom katalitičkom uništavanju, zbog čega nastaju bitumenske tvari koje čine većinu mikroulja. Nadalje, nafta se destilira uslijed pada tlaka i emigracionog odstranjivanja mikroulja u pješčane rezervoare, a duž njih u zamke;
• kerogen apokatageneza, ili glavna faza formiranja gasa (MFG)- slijeganje sloja organskih ostataka na dubinu veću od 4,5 km kada temperatura poraste na 180-250 °C. U tom slučaju organska tvar gubi potencijal stvaranja nafte i ostvaruje svoj potencijal stvaranja metana.

I. M. Gubkin takođe izdvojio binu uništavanje naftnih polja.

Uvjerljivi dokazi o biogenoj prirodi izvornog materijala dobiveni su kao rezultat detaljnog proučavanja evolucije molekularnog sastava ugljikovodika i njihovih biokemijskih prekursora (progenitora) u izvornim organizmima, u organskoj tvari sedimenata i stijena, te u raznim uljima iz naslaga. Važno je bilo otkriće u sastavu ulja hemofosili- vrlo osebujne, često složeno izgrađene molekularne strukture jasno biogene prirode, odnosno naslijeđene (u cjelini ili u obliku fragmenata) iz organske tvari. Proučavanje raspodjele stabilnih izotopa ugljika (12 C, 13 C) u nafti, organskoj materiji stijena i u organizmima (A. P. Vinogradov, E. M. Galimov) također je potvrdilo neispravnost anorganskih hipoteza.

Ipak, u današnje vrijeme neki naučnici (uglavnom u Rusiji) brane neorganske hipoteze o porijeklu nafte. Konkretno, tvrdi se da se male količine ulja, navodno nastalih anorganski, stalno dodaju u ulje koje je u davna vremena nastalo organskim putem. Ako je to tačno, onda to znači hipotetičku neiscrpnost rezervi nafte

Svojstva ulja

Fizička svojstva ulja

Ulje je tečnost od svijetlosmeđe (gotovo bezbojne) do tamnosmeđe (gotovo crne) boje (iako postoje i uzorci smaragdnozelenog ulja). Prosječna molekulska težina je 220-400 g/mol (rijetko 450-470). Gustina 0,65-1,05 (obično 0,82-0,95) g/cm³; ulje gustine ispod 0,83 naziva se lako ulje, 0,831-0,860 - srednje ulje, iznad 0,860 - teško ulje.

Gustoća nafte, kao i drugih ugljikovodika, jako ovisi o temperaturi i pritisku. Sadrži širok izbor organska materija i stoga ga karakteriše ne tačka ključanja, već početna tačka ključanja tečnih ugljovodonika (obično > 28 °C, rjeđe ≥ 100 °C u slučaju teških ulja) i frakcijski sastav - prinos pojedinačnih frakcija koje su prve destilirane na atmosferskom pritisku, a zatim pod vakuumom u određenim temperaturnim granicama, obično do 450-500 °C (ispari ~ 80% zapremine uzorka), rjeđe 560-580 °C (90-95%).

• Temperatura kristalizacije od -60 do +30 °C; zavisi uglavnom od sadržaja parafina u ulju (što ga je više to je temperatura kristalizacije viša) i lakih frakcija (što ih je više, to je niža temperatura).

Viskoznost varira u širokom rasponu (od 1,98 do 265,90 mm²/s za razna ulja proizvedena u Rusiji), određena je frakcijskim sastavom ulja i njegovom temperaturom (što je veća i što je veća količina lakih frakcija, to je niža viskozitet), kao i sadržaj smolasto-asfaltenskih supstanci (što ih je više, to je veći viskozitet). Specifična toplota 1,7-2,1 kJ/(kg∙K); specifična toplota sagorevanja (najniža) 43,7-46,2 MJ/kg; dielektrična konstanta 2,0-2,5, električna provodljivost [specifična] od 2∙10 −10 do 0,3∙10 −18 Ω −1 ∙cm −1.

Ulje je zapaljiva tečnost; tačka paljenja od -35 do +121 ° C (u zavisnosti od frakcionog sastava i sadržaja otopljenih gasova u njemu). Ulje je rastvorljivo u organskim rastvaračima, u normalnim uslovima je nerastvorljivo u vodi, ali sa njim može da formira stabilne emulzije. U tehnologiji, za odvajanje vode od ulja i soli otopljene u njoj, provode se dehidracija i desalinizacija.

Hemijski sastav ulja

Ulje je mješavina od oko 1000 pojedinačnih supstanci, od kojih su većina tekućih ugljovodonika (> 500 tvari ili obično 80-90% masenog udjela) i heteroatomskih organskih jedinjenja (4-5%), uglavnom sumpornih (oko 250 supstanci), azotnih ( > 30 supstanci) i kiseonik (oko 85 supstanci), kao i organometalna jedinjenja (uglavnom vanadijum i nikl); ostale komponente - rastvoreni ugljovodonični gasovi (C 1 -C 4, od desetina do 4%), voda (od tragova do 10%), mineralne soli (uglavnom hloridi, 0,1-4000 mg/l i više), rastvori soli organskih kiselina itd., mehaničke nečistoće.

U osnovi, ulje sadrži parafin (obično 30-35, rjeđe 40-50% zapremine) i naftenska (25-75%) jedinjenja. U manjoj mjeri - spojevi aromatične serije (10-20, rjeđe 35%) i mješovite, ili hibridne, strukture (na primjer, parafinsko-naftenske, naftensko-aromatske).

Uz ugljikovodike, ulje sadrži tvari koje sadrže atome nečistoća. sumpor - H 2 S, merkaptani, mono- i disulfidi, tiofeni i tiofani, kao i policiklični itd. (70-90% je koncentrisano u rezidualnim proizvodima - lož ulje i katran); koji sadrže dušik - uglavnom homološki piridin, kinolin, indol, karbazol, pirol, kao i porfirini (uglavnom koncentrirani u teškim frakcijama i ostacima); koji sadrže kisik - naftenske kiseline, fenole, smolasto-asfaltenske i druge tvari (obično koncentrirane u frakcijama visokog ključanja). Elementarni sastav (%): 82-87 °C; 11-14,5 N; 0,01-6 S (rijetko do 8); 0,001-1,8N; 0,005-0,35 O (rijetko do 1,2) itd. Ukupno je u ulju pronađeno više od 50 elemenata. Dakle, uz navedene, ulje sadrži V (10 -5 - 10 -2%), Ni (10 -4 -10 -3%), Cl (od tragova do 2 10 -2%) itd. ovi spojevi i nečistoće u sirovinama različitih polja uvelike variraju, pa je samo uslovno govoriti o prosječnom hemijskom sastavu nafte.

Često nalazište nafte zauzima samo dio ležišta, pa prema tome, u zavisnosti od prirode poroznosti i stepena cementacije stijene (heterogenost ležišta). U granicama samog ležišta nalazi se različit stepen zasićenosti uljem pojedinih njegovih delova.

Ponekad je ovaj razlog zbog prisustva neproduktivnih područja ležišta. Obično je nafta u ležištu praćena vodom, što ograničava pad slojeva ili duž cijelog dna rezervoara. Osim toga, u svakom nalazištu nafte, uz njega, postoji i tzv. film, ili zaostala voda, obavija čestice stijena (pijesak) i stijenke pora.

• Ako su stijene ležišta ukliještene ili odsječene rasjedima, nagibima itd., disjunktivnim poremećajima, ležište može biti potpuno ili djelomično ograničeno stijenama niske propusnosti. Plin je ponekad koncentrisan u gornjim dijelovima naftnog ležišta (tzv. "gas cap"). Protok bušotina, pored fizičkih svojstava ležišta, njegove debljine i zasićenosti, određen je pritiskom gasa rastvorenog u nafti i marginalnim vodama.

Kada se nafta vadi bušotinama, nije moguće u potpunosti izvući svu naftu iz ležišta, značajna količina ostaje u utrobi zemljine kore (pogledati Okupljanje nafte i proizvodnja nafte).

Za potpuniju ekstrakciju ulja koriste se posebne metode, od kojih veliki značaj ima metodu plavljenja (ivica, in-loop, fokalna).

Nafta u ležištu je pod pritiskom (elastična ekspanzija i/ili granična voda i/ili gas, kako rastvoreni tako i gasna kapa), usled čega je otvaranje rezervoara, posebno prvih bušotina, praćeno rizikom od emisije nafte i gasa (vrlo rijetko ispuhivanje nafte).

Sposobnošću rastvaranja u organskim tečnostima, uključujući:

• ugljični disulfid,
• kloroform,
• mješavina alkohol-benzen

ulje, kao:

• ostali petroliti,
• tvari ekstrahirane ovim rastvaračima iz treseta,
• supstance ekstrahovane ovim rastvaračima iz fosilnih ugljeva

naučnici obično nazivaju grupu bitumena.

Komercijalne klase ulja

Glavni članak: Komercijalne klase ulja

Uvođenje kvaliteta je neophodno zbog razlike u sastavu nafte (sadržaj sumpora, različit sadržaj alkanskih grupa, prisustvo primesa) u zavisnosti od polja. Standard za cijene je WTI i Light Sweet ulje (za zapadnu hemisferu i općenito kao mjerilo za druge vrste nafte), kao i Brent (za tržišta Evrope i zemalja OPEC-a).

Da bi se pojednostavio izvoz, izmišljene su neke standardne sorte nafte, povezane ili sa glavnim poljem ili sa grupom polja. Za Rusiju je to teški Ural i laka nafta Siberian Light. U Velikoj Britaniji - Brent, u Norveškoj - Statfjord, u Iraku - Kirkuk, u SAD - Light Sweet i WTI. Često se dešava da zemlja proizvodi dvije vrste nafte - laku i tešku. Na primjer, u Iranu su to Iran Light i Iran Heavy.

Energetski resursi igraju vodeću ulogu u modernoj ekonomiji. Nivo razvoja proizvodnih snaga svake države u velikoj mjeri je određen obimom i potrošnjom energetskih resursa. O važnoj ulozi energetskih resursa svjedoči i činjenica da više od 70% minerala koji se iskopavaju u svijetu predstavljaju izvori energije.
Glavne vrste energetskih resursa su ugalj, nafta, prirodni plin, hidroelektrana i nuklearna energija.
Trenutno je nafta glavni izvor energije u većini zemalja svijeta. Goriva dobijena od nafte pokreću motore kopnenog, vodenog i vazdušnog saobraćaja, rastu svemirske rakete električna energija se proizvodi u termoelektranama.
Sadašnji nivo civilizacije i tehnologije bio bi nezamisliv bez jeftine i bogate energije koju nam nafta daje. Danas ima nekoliko značenja za Nacionalna ekonomija zemlje:

· sirovine za petrohemiju u proizvodnji sintetičkog kaučuka, alkohola, polietilena, polipropilena, širokog spektra raznih plastičnih masa i gotovih proizvoda od njih, veštačkih tkanina;

izvor za proizvodnju motornih goriva (benzin, kerozin, dizel i mlazno gorivo), ulja i maziva, kao i kotlovsko i loživo gorivo (lož ulje), građevinski materijal(bitumen, katran, asfalt);

· Sirovine za dobijanje niza proteinskih preparata koji se koriste kao aditivi u stočnoj hrani za stimulisanje njenog rasta.

Prirodni plin, otkriven prije više hiljada godina, postao je nezamjenjiv izvor energije u velikom dijelu industrijaliziranog svijeta. U najpovoljnijem su položaju zemlje s barem malim vlastitim rezervama prirodnog plina, dok neke zemlje, poput Japana, moraju uvoziti gotovo sav potreban plin. U područjima bogatim naftom obično postoje značajne rezerve prirodnog gasa. Ove regije uključuju Rusiju, Sjedinjene Američke Države, Bliski istok, Meksiko, dijelove Južne Amerike i evropske zemlje koje graniče sa Sjevernim morem.

Industrijsko korištenje prirodnog plina - kao raznih procesnih goriva - stimulirano je mogućnošću preciznije kontrole generiranog toplotnog toka u odnosu na druge vrste goriva. Zbog toga se prirodni plin sve više koristi u onim industrijama za koje je snabdijevanje toplotom strogo regulirano, ima važnu praktična vrijednost: u prehrambenoj, staklarskoj, keramičkoj i cementnoj industriji, u proizvodnji cigle, porculana i drugih lomljivih materijala. Potrošnja prirodnog gasa raste i u savremenoj petrohemiji, koja koristi ugljovodonični gas kao sirovinu za proizvodnju amonijaka, azotnih đubriva itd.

Široka upotreba plinovitih goriva u stambenim i komunalnim uslugama i uslužnom sektoru posljedica je potrošačkih svojstava kao što su visoka kalorijska vrijednost, jednostavnost korištenja i čistoća sagorijevanja.

Upotreba plina kao goriva u drumskom i željezničkom saobraćaju postaje sve raširenija.

Govoreći o potrošnji gasovitih goriva, treba naglasiti da se, uz prirodni gas, kao tehnološka i domaća goriva koriste veštački gasovi, kao i hemijske sirovine: fabrika, rafinerija, koksarna, visoka peć i dr.

Trenutno, udio različitih vrsta umjetnog plina općenito čini oko 15% ukupne potrošnje plinovitih ugljovodonika.

1. Sastav ulja.

Ulje je međusobno konjugirana otopina ugljovodonika i heteroatomskih organskih jedinjenja. Treba naglasiti da nafta nije mješavina tvari, već otopina ugljovodonika i heteroatomskih organskih jedinjenja. To znači da se pri proučavanju ulja mora pristupiti rješenju.

Ulje nije samo otopljena supstanca u otapalu, već uzajamno rješenje najbližih homologa i drugih spojeva jedno u drugom. Konačno, konjugirano rješenje se naziva u smislu da, rastvarajući se jedna u drugoj, strukture najbliže strukturi formiraju sistem koji predstavlja ulje kao cjelinu.

Zapravo, nafta je tečni fosilni mineral koji se javlja u poroznim sedimentnim stijenama zemljine kore, u pukotinama, pukotinama i drugim prazninama u matičnim stijenama (graniti, gnajs, bazalt, itd.)

Ulje je tamno smeđa, ponekad gotovo bezbojna, a ponekad čak i crna tekućina.

1.1. Hemijski sastav ulja.

Sastav ulja uključuje oko 425 ugljikovodičnih spojeva. Glavni dio ulja čine tri grupe ugljovodonika: metanska, naftenska i aromatična. Prema sastavu ugljikovodika sva ulja se dijele na: 1) metansko-naftenska, 2) naftensko-metanska, 3) aromatično-naftenska, 4) naftensko-aromatična, 5) aromatična-metanska, 6) metan-aromatična i 7) metan-aromatični naftenski. Prvo u ovoj klasifikaciji je naziv ugljikovodika čiji je sadržaj u sastavu ulja manji.

1.1.1. Ugljovodonici nafte i naftnih derivata

Ugljovodonici su najjednostavnija organska jedinjenja. Njihove molekule izgrađene su od atoma samo dva elementa - ugljika i vodika. Opšta formula C n H m . Razlikuju se po strukturi ugljičnog skeleta i prirodi veza između atoma ugljika (Shema 1).

Prema prvom znaku, dijele se na acikličke (alifatske) ugljikovodike, čije su molekule izgrađene od otvorenih ugljik-ugljičnih lanaca, na primjer, heksan i izoheksan:

CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 CH 3 -CH-CH 2 -CH 2 -CH 3,

heksan izoheksan

i ciklički (karbociklički) ugljovodonici.

Karbociklički ugljikovodici sa posebnim svojstvima ("aromatični karakter") nazivaju se aromatični, na primjer:

Drugi karbociklički ugljovodonici, kao što je cikloheksan, nazivaju se aliciklični:

Po prirodi veza između atoma ugljika, ugljikovodici mogu biti zasićeni, ili zasićeni (alkani) i nezasićeni (nezasićeni). Potonji može sadržavati različit broj dvostrukih (alkeni, alkadieni, cikloalkeni, itd.), trostrukih (alkini, cikloalkini, itd.) veza, ili obje u isto vrijeme:

Shema 1. Klasifikacija ugljikovodika

1.1.1.1 Alkani.

Alkani su alifatski ugljikovodici u čijoj molekuli su atomi ugljika međusobno povezani i sa atomima vodika jednom vezom (σ-vezom). Ozyuda i njihovo drugo ime - marginalni, ili zasićeni, ugljikovodici. Predak i najjednostavniji predstavnik alkana je metan CH 4. U molekulu metana, kao iu molekulima drugih alkana, atom ugljika je u stanju sp 3 - hibridizacije. Opšta formula jedinjenja ove serije je C n H 2 n +2. Svaki sljedeći

Alkani zauzimaju izuzetno važno mjesto među naftnim ugljovodonicima. Dakle, prirodni gasovi su predstavljeni gotovo isključivo alkanima.

Lake frakcije bilo kojeg ulja gotovo su u potpunosti sastavljene od alkana. S povećanjem prosječne molekularne težine frakcija ulja, sadržaj alkana u njima se smanjuje. U srednjim frakcijama koje ključaju u rasponu od 200-300 0 C, obično ne sadrže više od 55-61%, a za 500 0 C količina ovih ugljikovodika se smanjuje na 19-5% ili manje.

tečni alkani. Sadržaj tečnih alkana, zavisno od nalazišta nafte, kreće se od 10 do 70%. Najbogatija u njima su Mangyshlak, Sibirska, Tatarska, Baškirska ulja. Tokom frakcione destilacije, ovi ugljovodonici završavaju u destilatima benzina (C 5 -C 10) i kerozina (C 11 -C 16). Trenutno su svi mogući izomeri pentana, heksana i heptana pronađeni u uljima.

Tipično, ulje sadrži uglavnom dva do četiri tuceta pojedinačnih normalnih i izomernih alkana, ostali su prisutni u manjim količinama.

Najkarakterističniji je sadržaj alkana normalne i slabo razgranate strukture. Štoviše, od potonjih su najčešće supstituirani metilom.

U tabeli. Na slici 5 prikazani su prosječni podaci o sadržaju pojedinačnih alkana u benzinskim frakcijama ulja.

Od 18 oktanskih izomera pronađeno je 17. Od 35 mogućih nonanskih izomera, 24 su pronađena.

Dekan i njegovih deset izomera su izolovani, a većina ih je detektirana spektroskopski.

Od ugljikovodika C 11 -C 16 pronađeni su undekan, dodekan, tri- i tetradekan, pentadekan i heksadekan.

Tabela 5

Relativni sadržaj alkanskih ugljovodonika

u frakcijama raznih ulja

ugljovodonici
	za CIS ulja		za strana ulja
Frakcija 60-95 0 S
2-metilpentan
3-metilpentan
2,2-dimetilpentan
2,4-dimetilpentan
2,3-dimetilpentan
3,3-dimetilpentan
2-metilheksan
3-metilheksan
3-etilpentan
Frakcija 95-122 0 S
2,2-dimetilheksan
2,3-dimetilheksan
2,4-dimetilheksan
2-metilheptan
3-metilheptan
4-metilheptan

U nekim uljima pronađeni su izoprenoidni ugljovodonici - razgranati alkani sa pravilnom izmjenom metilnih supstituenata u lancu kroz tri metilenske grupe:

Izoprenoidni ugljovodonici su od posebnog interesa za geohemiju nafte, jer imaju specifičnu strukturu karakterističnu za biohemijske komponente. Karakteristike njihove strukture i visoka koncentracija u raznim uljima govore u prilog njihovoj biogenoj prirodi.

Proučavanjem distribucije normalnih alkana i izostrukturnih alkana u uljima utvrđene su pravilnosti vezane za vrstu ulja. U uljima metanskog tipa dominiraju normalni alkani (do 50%). Ulja naftenskog tipa sadrže pretežno izoalkane (do 75% ili više). Mogu se formirati u uljima iz fitola, nezasićenog alifatskog alkohola biljnog porijekla, koji je sastavni dio hlorofila.

Budući da se ulja metanskog tipa klasificiraju kao stara ulja, prevlast alkana normalne strukture u njima se objašnjava reakcijama cijepanja bočnog lanca od izostrukturnih ugljikovodika. Preovlađujući sadržaj izoalkana u naftenskim uljima ukazuje da su ona mlada, koja još nisu pretrpjela značajnije transformacije.

Tečni alkani su od velikog značaja u tečnim gorivima. Utvrđeno je da su normalni alkani nosioci detonirajućih svojstava, zbog čega je njihovo prisustvo u benzinu nepoželjno.

Naprotiv, poželjni su u dizel gorivu, jer se sa povećanjem dužine lanca povećava takozvani cetanski broj, koji karakteriše sposobnost dizel goriva da se pali.

Razgranati alkani daju benzinu antidetonirajuća svojstva, karakterizirana oktanskim brojem.

Tečni alkani, koji su dio benzina, kerozina i drugih proizvoda prerade nafte, koriste se prvenstveno kao goriva. Značajna količina normalnih alkana se koristi za proizvodnju sintetičkih masnih kiselina, alkohola i surfaktanata. Osim toga, oni su sirovina za mikrobiološku industriju koja proizvodi proteinske i vitaminske koncentrate.

tvrdi alkani. Čvrsti alkani prisutni su u svim uljima. Za sve čvrste alkane, tehnički naziv “ parafini". U uljima ima malo parafina (0,1-5%). Međutim, postoje visokoparafinska ulja sa sadržajem od 7-27% čvrstih parafina.

Njihova glavna masa sadržana je u loživom ulju, tijekom čije destilacije ugljovodonici s brojem atoma ugljika od 17 do 35 padaju u naftne destilate, a C 36 -C 55 ostaju u katranu. U pogledu hemijskog sastava, ugljovodonici izdvojeni iz frakcija nafte čine više od 75% normalnih alkana i male količine cikloalkana i razgranatih ugljovodonika. Imaju tačku topljenja od 45-54 0 C, tačku ključanja do 550 0 C, gustinu od 0,860-0,940 i molekulsku težinu od 300-500. Zovu se čvrsti ugljikovodici s brojem atoma ugljika od 36 do 55 ceresins. Sastav cerezina uključuje alkane normalne i izo strukture, koji mogu sadržavati cikloalkanske i aromatične strukture u molekulu. Cerezini imaju tačku topljenja od 65-88 0 C, tačku ključanja iznad 600 0 C i molekulsku težinu od 500-750. Izgledaju kao vosak.

Parafini lako kristaliziraju u obliku ploča i lamelnih traka. Cerezini se, s druge strane, kristaliziraju u obliku malih iglica, tako da ne formiraju jake sisteme za očvršćavanje, poput parafina.

U ulju su parafini u otopljenom i suspendiranom stanju. Na hladnom je njihova topljivost u ulju i uljnim frakcijama niska, ali kada se zagrije na oko 40 0 ​​C, parafini se u njima otapaju neograničeno. Budući da je u utrobi Zemlje povišena temperatura, parafini u uljima su u otopljenom stanju, izlazeći iz njih u obliku čvrste faze kada nafta izađe na površinu. Stoga, kada je njihov sadržaj u nafti unutar 1,5-2%, parafini se talože u bušotinama i poljskim naftovodima, što otežava rad bušotina i transport nafte.

Parafini i cerezini imaju široku primenu u hemijskoj industriji, u proizvodnji vazelina, u impregnaciji drveta, završnoj obradi tkanina, kao izolacioni materijal u elektrotehnici i radiotehnici.

Parafini se koriste kao zgušnjivači u proizvodnji plastičnih maziva. Oni su od posebnog značaja, kao i tečni alkani, za proizvodnju sintetičkih masnih kiselina i alkohola.

1.1.1.2. Cikloalkani.

Cikloalkani ili ciklani su ugljikovodici koji sadrže cikluse (prstenove) u molekuli, izgrađene od atoma ugljika (karbociklična jedinjenja), međusobno povezanih σ-vezom. Iz ranije razmotrene klasifikacije (vidi str. 17), proizilazi da su ciklani dio alicikličnih jedinjenja. Opšta formula cikloalkana je C n H 2 n . Posljedično, molekuli ciklana koji nemaju supstituente sastoje se od CH 2 grupa (metilenska grupa) međusobno povezanih i zatvorenih u prstenove; otuda njihov drugi naziv - polimetilenska jedinjenja.

U tehničkoj literaturi (uključujući i uljnu) nazivaju se cikloalkani nafteni. Prezime im je dao V.V. Markovnikov, koji je prvi otkrio ove ugljovodonike 1833. godine u uljima u Bakuu.

Cikloalkani se prema broju ciklusa u molekuli dijele na monociklane (opšta formula C n H 2 n), biciklane (C n H 2 n -2) i policiklane (C n H 2 n -4, C n H 2 n -6, itd.) d.).

Monociklični cikloalkani su dominantne komponente ulja. Predstavljaju ih uglavnom metil-supstituirani ciklopentani i cikloheksani. Preovlađuju jedinjenja zamenjena na pozicijama 1,3 i 1,2,3. Homolozi cikloheksana su češći od ciklopentanskih. Nenormalno visok sadržaj ovih ugljikovodika povezan je s porijeklom nafte. Male količine alkilcikloheptana pronađene su u uljima.

Kondenzirani bicikloalkani su pronađeni u uljima

i njihovi homolozi. Najrasprostranjeniji su dekalini od praktičnog značaja. Pored kondenzovanih bicikloalkana, u uljima se mogu predstaviti homolozima diciklopentila i cikloheksila, ciklopentilcikloheksila i dicikloheksilmetana:

Od tricikličkih cikloalkana u uljima su pronađeni samo triciklo (3.3.1.1. 3,7)dekan (adamantan) i njegovi homolozi:

Molekul adamantana je veoma stabilan. Kristalna ćelija ima isto što i dijamant.

Više frakcije ulja sadrže policiklične alkane, čiji su molekuli sistemi kondenzovanih 4,5 i 6 ciklusa sa kratkim bočnim lancima (terpani, sterani), čije je poreklo povezano sa steroidima, široko rasprostranjenim u prirodi.

Monociklični cikloalkani sa dugim bočnim lancima, kao i cikloalkani složene kondenzovane strukture, su čvrste materije na uobičajenim temperaturama. Oni su komponente parafina i cerezina.

Trenutno je iz ulja izolovan samo cikloheksan, koji se koristi u petrohemijskoj sintezi, i derivati ​​adamantana koji se koriste u raznim oblastima (lijekovi, polimeri itd.). Ostali cikloalkani ulja koriste se kao aditivi benzinima ili se prerađuju kako bi se dobili aromatični ugljovodonici.

Što više cikloalkana sadrže benzini i kerozini, to su goriva kvalitetnija. U odnosu na otpornost na detonaciju, oni zauzimaju srednju poziciju između normalnih alkana i arena. Ciklopentan i cikloheksan imaju najveća svojstva protiv detonacije.

U dizel gorivima poželjni su monocikloalkani sa dugim bočnim lancima. Za mlazna goriva posebno su poželjni blago razgranati monocikloalkani jer pri sagorevanju oslobađaju mnogo toplote i imaju nisku tačku stinjavanja.

Za ulja za podmazivanje poželjni su mono- i biciklični cikloalkani sa dugim bočnim lancima. Imaju dobar viskozitet, mazivost, nisku tačku stinjavanja.

Nezasićeni ili nezasićeni ugljikovodici su spojevi koji sadrže dvostruke ili trostruke veze. Nezasićeni ugljovodonici formiraju nekoliko homolognih serija, čiji se sastav izražava jednom od sljedećih formula: C n H 2 n, C n H 2 n -2, C n H 2 n -4, itd.

1.1.1.3. Areni i miješani ugljovodonici.

Areni, ili aromatični ugljovodonici, su jedinjenja koja sadrže posebnu cikličku grupu od šest atoma ugljika u molekuli, koja se naziva benzenska grupa (benzensko jezgro):

benzensko jezgro

Naziv ugljovodonika ove grupe "aromatična jedinjenja" je slučajan i danas je izgubio prvobitno značenje. Zaista, prvi otkriveni spojevi ili su imali specifičan, ponekad ugodan miris, ili su bili izolirani iz prirodnih proizvoda jakog mirisa. Ali broj "aromatičnih" tvari među brojnim poznatim spojevima ove grupe je mali. Istovremeno se uočava niz karakteristika u strukturi, fizičkim svojstvima i hemijskom ponašanju ovih supstanci povezanih sa prisustvom benzenskih grupa u molekulu.

Postoje mononuklearni (jedna benzenska grupa u molekulu) i polinuklearni aromatični ugljikovodici koji sadrže dvije ili više benzenskih grupa. U molekulama arena kao bočni lanci mogu se koristiti ugljikovodični radikali s nerazgranatim ili razgranatim ugljikovim lancem, kao i oni koji sadrže dvostruke ili trostruke veze i cikličke grupe:

Posljedično, areni mogu sadržavati u molekuli, zajedno s aromatičnim jezgrama, alifatske lance različitih struktura, a također uključuju i druge (koje ne sadrže jezgra benzena) cikličke grupe u molekulu.

Prvi i jedan od najvažnijih predstavnika homolognog niza mononuklearnih aromatičnih ugljovodonika je C 6 H 6 benzen. Otuda je uobičajeno ime homolognog niza serija benzena.

Frakcije ulja visokog ključanja uglavnom se sastoje uglavnom od ugljikovodika mješovite (hibridne) strukture. To su policiklični ugljovodonici čije molekule sadrže cikloalkanske strukture spojene sa arenima.

Frakcije kerozin-gasnog ulja sadrže najjednostavnije hibridne bicikličke ugljikovodike i njihove homologe:

Arenski prstenovi hibridnih ugljovodonika imaju pretežno kratke (metil ili etil) supstituente, cikloalkanski prstenovi imaju jedan ili dva prilično duga alkil supstituenta. Posebno je mnogo hibridnih ugljikovodika u frakcijama nafte. Njihova struktura je malo proučavana.

Hibridni ugljovodonici su nepoželjni sastojci ulja za podmazivanje jer narušavaju svojstva viskoznosti i smanjuju njihovu stabilnost na oksidaciju.

Zajedničko za sva ulja je povećanje sadržaja arena sa tačkom ključanja uljnih frakcija.

Ove frakcije sadrže sve metil-supstituirane izomere benzena do i uključujući C10. Toluen, m-ksilen i 1,2,4-trimetilbenzen su glavne komponente ulja. Među disupstituiranim homolozima benzena prevladavaju 1,3-izomeri, među trialkilbenzenima - 1,3,5 i 1,2,4-izomeri.

Frakcije kerozina i gasnog ulja sadrže od 15 do 35% arena. Pored homologa benzena, ovdje su pronađeni naftalen, bifenil, bifeniletan i njihovi metil derivati. Naftalen je prisutan u vrlo malim količinama, što potvrđuje opći obrazac prema kojem se prvi članovi homolognog niza uvijek nalaze u uljima u nižim koncentracijama u odnosu na veće homologe. Frakcije višeg ključanja sadrže policiklične arene kao što su antracen, fenantren, piren, fluoren, krizen, perilen i njihove alkil (uglavnom metil) derivate.

Prosječni sadržaj arena, tipičan za ulja SSSR-a različitih vrsta (u % mase, na osnovu arena): benzen - 67%, naftalen - 18%, fenantren - 8%, krizen i benzofluoren - 3%, piren - 2%, antracen 1%, ostale arene - 1. Homolozi fenantrena prisutni su u znatno većoj količini od homologa antracena, što je u skladu sa relativnim sadržajem ovih struktura u biljnim i životinjskim tkivima.

Areni su poželjne komponente goriva za karburatore, jer imaju visok oktanski broj (toluen -103, etilbenzen - 98).

Prisustvo arena u značajnim količinama u dizel i mlaznim gorivima pogoršava stanje sagorevanja i stoga je veoma nepoželjno.

Policiklični areni sa kratkim bočnim lancima smanjuju performanse ulja i stoga se uklanjaju iz njih.

Arene su vrijedna sirovina za petrohemijsku sintezu, u proizvodnji sintetičke gume, plastike, sintetičkih vlakana, anilinskih boja i eksploziva, te farmaceutskih proizvoda. Najvažniji su benzol, toluen, ksileni, etilbenzol, naftalen.

1.1.1.4. nezasićeni ugljovodonici.

Ranije se vjerovalo da se alkeni ili ne nalaze u uljima ili su prisutni u neznatnim količinama. Krajem 1980-ih pokazalo se da u brojnim uljima iz Istočnog Sibira, Tatarije i drugih regiona Rusije sadržaj alkena može doseći i do 15-20% mase ulja.

U malim količinama se nalaze i u kanadskom ulju. Iz njega su izdvojeni ugljovodonici od C 6 H 12 do C 13 H 26. U malim količinama, nezasićeni ugljovodonici su prisutni u proizvodima jednostavne destilacije ulja. Značajna količina nezasićenih ugljikovodika sadržana je u plinovima termičke i katalitičke obrade naftnih frakcija (do 25%). Veliki broj gasoviti alkeni se takođe nalaze u tečnim proizvodima krekiranja - benzinima. Sadrže normalne i izoalkene, cikloalkene (ciklopenten, cikloheksen i njihove homologe), arene sa dvostrukom vezom u bočnom lancu (stiren, inden i njihovi homolozi).

Nezasićeni ugljovodonici povećavaju oktanski broj goriva. Međutim, zbog njihove visoke reaktivnosti, lako se oksidiraju atmosferskim kisikom (posebno dienima). Oksidacija stvara naslage i gume koje mogu uzrokovati kvar motora. Stoga, da bi se dobili naftni proizvodi stabilni na oksidaciju, oni se ili pročišćavaju od nezasićenih ugljikovodika ili se dodaju antioksidansi.

Nezasićeni ugljovodonici su najvažnija sirovina za petrohemijsku industriju. Na njihovoj osnovi se proizvodi najviše petrokemijskih proizvoda.

1.1.2. Heteroatomska jedinjenja i mineralne komponente ulja.

Heteroatomska jedinjenja su jedinjenja koja, pored atoma ugljenika, sadrže i heteroatome (O, S, N). Sva ulja sadrže heteroatomska jedinjenja: kiseonik, sumpor, azot. Ulja sadrže heteroatomska jedinjenja ciklične i, u mnogo manjoj meri, acikličke prirode. Njihov sadržaj i odnos zavisi od starosti i porekla ulja.

Količina heteroatomskih spojeva u niskomolekularnom dijelu ulja je mala (do 10%). Njihova glavna masa koncentrirana je u visokomolekularnom dijelu (do 40%) nafte i posebno u ostatku katran-asfalta (do 100%).

U mladim uljima ima više smolasto-asfaltnih supstanci, pa stoga obično sadrže više heteroatomskih spojeva.

Prisustvo pojedinih heteroatomskih jedinjenja i njihov sadržaj u uljima je od velikog značaja za rešavanje problema izvornog materijala ulja i procesa njegove transformacije tokom perioda sazrevanja.

1.1.3. Jedinjenja kiseonika

1.1.4. Jedinjenja sumpora

Postoje i miješani spojevi koji sadrže sumpor i kisik - sulfoni, sulfoksidi.

Trenutno je u uljima pronađeno više od 250 spojeva koji sadrže sumpor.

elementarnog sumpora nalazi se u uljima u otopljenom stanju. Njegova količina može varirati od 0,0001 do 0,1% (masenih) i, po pravilu, proporcionalna je sadržaju sumpora u ulju.

Elementarni sumpor se nalazi samo u uljima povezanim sa krečnjačkim ili sulfatno-dolomitnim naslagama. Prilikom skladištenja takvih ulja, elementarni sumpor se skuplja u mulju na dnu skladišta nafte.

Kada se ulje zagrije (tokom destilacije), sumpor djelomično reagira s ugljovodonicima:

Sumpor ulazi u destilate iz izvornog ulja, a u njima nastaje i termičkom razgradnjom organskih sumpornih spojeva.

hidrogen sulfid u uslovima ležišta može biti sadržan iu gasovima iu otopljenom stanju u uljima. Količina vodonik sulfida otopljenog u uljima može doseći i do 0,02% tež. Kada se ulje zagrijava tokom njegove obrade, nastaje sumporovodik zbog razgradnje nestabilnih organskih sumpornih spojeva. Do stvaranja sumporovodika dolazi i prilikom interakcije elementarnog sumpora sa ugljovodonicima .

Ovisno o prirodi ulja, sadržaj sumpora u uljima može varirati od desetina do nekoliko posto.

Raspodjela jedinjenja sumpora po frakcijama nafte je različita. Sa povećanjem tačke ključanja frakcija povećava se sadržaj sumpornih jedinjenja.

Tabela 11

Distribucija jedinjenja sumpora u kiselim uljima

raznim oblastima u Rusiji

Većina njih (70-90 tež.%) koncentrirana je u ostacima teških ulja (mazut i katran), a posebno u asfaltno-smolastom dijelu.

Raspodjela sumpornih spojeva u frakcijama nafte ovisi o vrsti nafte (tablica 12).

Tabela 12

Raspodjela sumpora po frakcijama sumpora i

kisela ulja, % mas.

M je molekulska težina frakcije.

U tabeli. Kao primjer, na slici 13 prikazan je grupni sastav jedinjenja sumpora dva ulja sa ukupnim sadržajem sumpora u jednom od oko 1% (Syzran ulje), u drugom oko 5% (Chusovskaya ulje).

Tabela 13

Grupni sastav sumpornih jedinjenja nekih ulja

Tačka ključanja frakcija		Količina sumpora, % tež.		Količina sumpora u % tež. o ukupnom sadržaju sumpora u ovoj frakciji u obliku:
	po frakciji		hidrogen sulfid		elementarnog sumpora	merkaptani	sulfidi	disulfidi		* ostatak
Syzransko ulje
Chusovskaya oil
											Laboratorijsko-tehničkom kontrolom od početka ključanja do 300 0 C biraju se frakcije od 10 stepeni, a zatim od 50 stepeni. U industrijskim postrojenjima za destilaciju izoluju se frakcije koje ključaju u širim temperaturnim rasponima. Takvi razlomci se obično nazivaju destilati. Destilacija u takvim postrojenjima prvo se vrši pri atmosferskom pritisku, odabirom sljedećih destilata: - benzin (n.c. ÷ 170-200 0 C); - benzin (160 ÷ 200 0 S); - kerozin (180 ÷ 270-300 0 S); - plinsko ulje (270 ÷ 350 0 C). srednji: - kerozin - gasno ulje (270 ÷ 300 0 S); - plinsko ulje - solarno ulje (300 ÷ 350 0 S); - PDV ostatak - lož ulje. Od frakcija koje ključaju do 350 0 C, miješanjem (spojivanjem) čine tzv. laki naftni proizvodi: zračni i automobilski benzini; benzini i benzini - otapala; kerozin - mlazno i ​​traktorsko gorivo; rasvjetni kerozin; plinska ulja - dizel gorivo. PDV ostatak (više od 350 0 C) - lož ulje, destilira se u vakuumu kako bi se spriječilo raspadanje komponenti koje čine njegov sastav, pri čemu se dobijaju uljni destilati: solar, transformator, vreteno, autotol, cilindar i PDV ostatak - katran ( ili polukatran). Uljni destilati se koriste za proizvodnju ulja i masti za podmazivanje. Najviskoznija ulja za podmazivanje i bitumen dobijaju se od katrana (polukatrana). U zavisnosti od naftnog polja, razlikuju se u frakcijskom sastavu, izraženom u različitom prinosu benzina, kerozina i drugih frakcija.. 1.4. Elementarni i izotopski sastav ulja. Uprkos činjenici da se nafta javlja u različitim geološkim uslovima, njen elementarni sastav varira u uskim granicama. Karakteriše ga obavezno prisustvo pet hemijskih elemenata - ugljenika, vodonika, sumpora, kiseonika i azota, sa oštrom kvantitativnom prevlašću prva dva. Sadržaj ugljika u uljima kreće se od 83-87%, u prirodnim plinovima 42-78%. Vodonik u uljima 11-14%, u gasovima 14-24%. Sumpor je najčešći element koji se nalazi u uljima. Njegov sadržaj u pojedinačnim uljima dostiže 6-8%. U prirodnim plinovima sumpor se obično nalazi u obliku sumporovodika, čija količina ponekad doseže 23% (Astrahansko polje) i čak više od 40% (Teksas). Prirodni gasovi sadrže helijum, argon i druge inertne gasove. Sadržaj helijuma u gasovima je obično manji od 1-2%, mada u nekim slučajevima dostiže i 10%. Koncentracija argona u plinovima, u pravilu, ne prelazi 1%, a samo u nekim slučajevima dostiže 2%. Ostali elementi, uglavnom metali, prisutni su u sastavu ulja u vrlo malim količinama: aluminijum, gvožđe, kalcijum, magnezijum, vanadijum, nikl, hrom, kobalt, germanijum, titan, natrijum, kalijum itd. Pronađeni su i fosfor i silicijum. . Sadržaj ovih elemenata nije prelazi nekoliko frakcija procenta, određena je geološkim uslovima pojave nafte. Dakle, glavni element mezozojskih i tercijarnih ulja je željezo. Paleozojska ulja Volga-Uralske regije imaju povećan sadržaj vanadijuma i nikla. Vjeruje se da su neki elementi u tragovima prisutni u ulju od trenutka njegovog nastanka sedimentnih stijena, a drugi dio se akumulira u narednom periodu postojanja ulja. Elementarni sastav nekih ulja dat je u tabeli. jedan. Tabela 1 Elementarni sastav nekih ulja (% mas.) Polje Okhinsky (Sakhalin) Grozni Tjumenskoe (Zapadni Sibir) Surakhani (Azerbejdžan) Romashkinskoye (Tatarstan) Korobkovskaja (Volgogradska oblast) Mogutovskoye (regija Orenburg) Radaevskoe (regija Kuibyshev) Poluotok Mangyshlak Arlanskoe (Bashkortostan) Ukhtinskoye (Komi) Samotlor (Zapadni Sibir) Od velikog interesa za rasvjetljavanje geohemijske povijesti ulja je izotopski sastav ulja, tj. omjer izotopa ugljika, vodika, sumpora i dušika u njima. Prema dostupnim podacima, maseni odnos različitih izotopa u uljima je: 12 C/ 13 C 91-94, N/A (1 H/ 2 H) 3895-4436, 32 S/ 34 S - 22-22,5, 14 N / 15N-273-277. Različite komponente istog ulja imaju različit izotopski sastav elemenata. Frakcije niskog ključanja karakteriziraju lakši sastav ugljika. Razlika u protonskom sastavu se takođe primećuje za određene klase jedinjenja (na primer, aromatični ugljovodonici su bogatiji izotopom 13C od parafinskih ugljovodonika). 1.5. Određivanje sadržaja vode. Voda spada u mineralne nečistoće ulja zajedno sa pepelom, peskom itd. Sirova nafta je sirovina sa sadržajem vode do 200 - 300 kg/t. Voda je nepoželjna nečistoća i prema tehničkim standardima nije dozvoljena u naftnim proizvodima. Kada se ohladi, formira kristale leda koji začepljuju filtere goriva; kada se naftni proizvodi zagrijavaju, stvara se para, povećava se tlak u cjevovodu, što dovodi do njihovog pucanja. Budući da je prisutna u gorivima karburatora, voda smanjuje njihovu kalorijsku vrijednost. Začepljuje karburator, začepljuje mlaznice za prskanje. Dakle, prisustvo vode otežava preradu nafte i negativno utiče na performanse naftnih derivata. Kvalitativna metoda za određivanje vode za tamne naftne proizvode je ispitivanje pucketanja: proizvod se zagrijava u epruveti na 150 o C u uljnoj kupelji. Ako se primijeti pucketanje, pjenjenje, drhtanje proizvoda, to ukazuje na prisutnost vode u uljnom proizvodu. Kvantitativna metoda za određivanje vode u naftnom proizvodu - metoda Deana i Starka. Metoda se zasniva na destilaciji mješavine vode sadržane u uzorku i organskog rastvarača koji se ne miješa s vodom. Destilat se sakuplja u kalibrirani prijemnik i mjeri se zapremina destilovane vode. 2. Sastav gasa. Prirodni plin je mješavina plinova koja nastaje u utrobi zemlje tokom anaerobne razgradnje organske tvari. Prirodni gas spada u minerale. Prirodni gas u akumulacionim uslovima (uslovi nastanka u zemljinoj unutrašnjosti) je u gasovitom stanju – u obliku odvojenih akumulacija (gasnih ležišta) ili u obliku gasne kape naftnih i gasnih polja, ili u rastvorenom stanju u ulje ili vodu. U normalnim uslovima (101,325 kPa i 20 °C), prirodni gas je samo u gasovitom stanju. Prirodni gas može biti i u obliku hidrata prirodnog gasa. 2.1. Hemijski sastav. Prirodni plinovi se uglavnom sastoje od zasićenih ugljovodonika, ali sadrže i sumporovodik, dušik, ugljični dioksid i vodenu paru. Gasovi izvučeni iz čistih plinskih polja sastoje se uglavnom od metana. Plin i nafta u debljini zemlje popunjavaju praznine poroznih stijena, a kod velikih akumulacija istih preporučljivo je industrijsko razvijanje i eksploatacija ležišta. Pritisak u rezervoaru zavisi od dubine njegovog pojavljivanja. Gotovo svakih 10 m dubine, pritisak u rezervoaru se povećava za 0,1 MPa (1 kgf / cm 2). Sastav plinovitih goriva uključuje zapaljive i negorive dijelove. Što je veći zapaljivi dio goriva, to je veća specifična toplina sagorijevanja. Razlike u fizičko-hemijskim i toplotnotehničkim karakteristikama gasovitih goriva nastaju zbog različitih količina gorivih i negorivih gasovitih komponenti (balasta), kao i štetnih nečistoća u sastavu gasa. Zapaljive komponente uključuju sljedeće tvari: · Vodonik H 2 . Bezbojan, netoksičan gas bez ukusa i mirisa, čija je masa 1 m 3 0,09 kg. Lakši je od vazduha 14,5 puta. Specifična toplota sagorevanja vodonika je: Q B - 12.750 kJ/m 3 , 33.850 kcal/kg i 68.260 kcal/mol; Q n - 10 800 kJ/m 3 , 28 640 kcal/kg i 57 740 kcal/mol i premašuje toplotu utrošenu na isparavanje vode koja nastaje tokom sagorevanja vodonika; 1 m 3 vodonika, teoretski sagorijeva potrebna količina vazduha, stvara 2,88 m 3 produkata sagorevanja. Mješavine vodika i zraka su vrlo zapaljive i vrlo zapaljive i eksplozivne. · Metan CH 4 . Bezbojan, netoksičan gas bez mirisa i ukusa. Sastav metana uključuje 75% ugljika i 25% vodonika; masa 1 m 3 metana je 0,717 kg. Pri atmosferskom pritisku i temperaturi od -162 ° C, metan se ukapljuje i njegov volumen se smanjuje za gotovo 600 puta. Stoga je tečni prirodni plin obećavajući energent za mnoge sektore nacionalne ekonomije. Zbog sadržaja 25% vodonika (po masi) u metanu postoji velika razlika između njegove veće i niže specifične kalorijske vrijednosti. Najveća specifična toplota sagorevanja metana Q u iznosi 39.820 kJ/m 3, 13.200 kcal/kg i 212.860 kcal/mol; najniži - Q n - respektivno 35.880 kJ/m3, 11.957 kcal/kg i 191.820 kcal/mol. Prirodni i povezani plinovi, koji se uglavnom sastoje od metana, nisu samo visokokalorično gorivo, već i vrijedna sirovina za hemijsku industriju. Metan ima relativno nisku reaktivnost. To se objašnjava činjenicom da prekid četiri veze CH u molekulu metana zahtijeva veliki utrošak energije. Pored metana, zapaljivi gasovi mogu sadržati etan C 2 H 6, propan C 3 H 8, butan C 4 H 10 itd. Ugljovodonici iz metanske serije imaju opštu formulu C n H 2n+2, gde je P- broj ugljenika jednak 1 za metan, 2 za etan i 3 za propan. Sa povećanjem broja atoma u molekuli teških ugljikovodika, povećava se njegova gustoća i specifična toplina sagorijevanja. CO ugljični monoksid. Bezbojni gas, bez mirisa i ukusa, mase 1 m 3 od čega je 1,25 kg; specifična toplota sagorevanja 13.250 kJ/m 3 , 2413 kcal/kg ili 67.590 kcal/mol Povećanje sadržaja ugljen monoksida smanjenjem balasta (CO 2 + N 2) naglo povećava specifičnu toplotu sagorevanja i temperaturu sagorevanja niskokaloričnih gasova . Kod visokokaloričnih gasova koji sadrže metan i druge ugljovodonike, povećanje procenta ugljen monoksida smanjuje specifičnu toplotu sagorevanja gasa. U ovom slučaju nastaje 2,88 m 3 produkata izgaranja. Zbog svoje male zapremine, svaki kubni metar ugljičnog monoksida predstavlja više topline od 1 m 3 produkata sagorijevanja ugljikovodika. Ugljen monoksid se lako spaja sa hemoglobinom u krvi. Sa sadržajem od 0,04% CO u vazduhu, oko 30% hemoglobina u krvi ulazi u hemijsko jedinjenje sa ugljen monoksidom, kod 0,1% CO - 50%, kod 0,4% - više od 80%. Ugljen monoksid je veoma toksičan gas i boravak u prostoriji u čijem vazduhu ima 0,2% CO 1 sat je štetan za organizam, a sa sadržajem od 0,5% CO, boravak u prostoriji čak i 5 minuta je opasan po život. Negorivi dio plinovitog goriva uključuje dušik, ugljični dioksid i kisik. · Azot N 2 . Bezbojni gas, bez mirisa i ukusa. Gustoća dušika je 1,25 g / m 3 Atomi dušika su međusobno povezani u molekulu trostrukom vezom N \u003d N, čije razbijanje troši 170,2 tisuće kcal / mol topline. Dušik praktički ne reagira s kisikom, pa se pri izračunavanju procesa sagorijevanja smatra inertnim plinom. Sadržaj azota u različitim gasovima značajno varira. · Ugljen dioksid CO 2 . Bezbojni gas, težak, nereaktivan na niskim temperaturama. Ima blago kiselkast miris i ukus. Koncentracija CO 2 u zraku u rasponu od 4-5% dovodi do jake iritacije respiratornog sistema, a unutar 10% izaziva teško trovanje. Gustina CO 2 je 1,98 g/m 3 . Ugljični dioksid je 1,53 puta teži od zraka, na temperaturi od -20 0 C i pritisku od 5,8 MPa (58 kgf/cm g) pretvara se u tekućinu koja se može transportirati u čeličnim cilindrima. S jakim hlađenjem, CO 2 se učvršćuje u bijelu masu nalik snijegu. Čvrsti CO 2 , ili suhi led, široko se koristi za skladištenje kvarljive hrane u druge svrhe. · Kiseonik O 2 . Gas je bez mirisa, boje i ukusa. Gustina mu je 1,43 g/m 3 . Prisustvo kiseonika u gasu smanjuje specifičnu toplotu sagorevanja i čini gas eksplozivnim. Zbog toga sadržaj kiseonika u gasu ne bi trebalo da bude veći od 1% zapremine. Štetne nečistoće uključuju sljedeće plinove. · Vodonik sulfid H 2 S. Bezbojni plin jakog mirisa koji podsjeća na pokvarena jaja i vrlo je toksičan. Masa 1 m 3 sumporovodika je 1,54 kg. Vodonik sulfid, djelujući na metale, stvara sulfide. Ima snažno korozivno dejstvo na gasovode, posebno uz istovremeno prisustvo H 2 S , H 2 O i O 2 u gasu. Kada sagorijeva, sumporovodik stvara sumpor dioksid, koji je štetan po zdravlje i korozivan za metalne površine. Sadržaj sumporovodika u gasu ne bi trebalo da prelazi 2 g na 100 m 3 gasa. Cijanovodonična (cijanovodonična) kiselina HCN. To je bezbojna laka tečnost sa tačkom ključanja od 26 0 C. Zbog tako niske tačke ključanja, HCN se nalazi u zapaljivim gasovima u gasovitom stanju. Cijanovodonična kiselina je vrlo toksična i korozivna za željezo, bakar, kalaj, cink i njihove legure. Zbog toga je dozvoljeno prisustvo ne više od 5 g cijanidnih jedinjenja (u smislu HCN) na svakih 100 m 3 gasa. Kako bi se pravovremeno otkrilo curenje, svi zapaljivi plinovi koji se šalju u gradske plinovode podvrgavaju se odorizaciji, odnosno daju im se oštar specifičan miris po kojem ih je lako otkriti i pri niskim koncentracijama u zraku u zatvorenom prostoru. Odorizacija plinova provodi se pomoću posebnih tekućina jakog mirisa. Najčešće se koristi kao pojedinačni agent etil merkaptana. U tom slučaju, miris plina treba osjetiti kada njegova koncentracija u zraku nije veća od 1/5 donje granice eksplozivnosti. U praksi to znači da se prirodni gas, koji ima donju granicu eksplozivnosti od 5%, treba osjetiti u zraku u zatvorenom prostoru pri koncentraciji od 1%. Miris tečnih gasova treba da se oseti pri koncentraciji od 0,5% u zapremini prostorije. Zaključak. Hemijski, nafta je složena mješavina ugljovodonika. , podijeljeni u dvije grupe - teška i laka nafta. Lako ulje sadrži oko dva posto manje ugljika od teškog ulja, ali, shodno tome, više vodika i kisika. Glavni dio ulja čine tri grupe ugljovodonika - alkani, nafteni i areni. Osim ugljičnog dijela, ulje sadrži komponentu asfalt-katran, porfirine, sumpor i dio pepela. Asfaltno-smolasti dio je tamna gusta tvar koja se djelomično otapa u benzinu. Dio koji se rastvara naziva se asfalten, a nerastvorljivi dio, naravno, zove se smola. Porfirini su posebna organska jedinjenja koja u svom sastavu sadrže dušik. Mnogi naučnici vjeruju da su nekada nastali od biljnog hlorofila i životinjskog hemoglobina. U nafti ima dosta sumpora - do 5%, i on donosi mnogo problema naftašima, izazivajući koroziju metala. I na kraju, dio pepela. To je ono što ostaje nakon sagorijevanja ulja. Pepeo obično sadrži jedinjenja gvožđa, nikla, vanadijuma i nekih drugih materija. O njihovoj upotrebi ćemo kasnije. Ovome se, možda, može dodati da je i geološki susjed nafte - prirodni plin - supstanca koja nije jednostavna po svom sastavu. Najviše - do 95% zapremine - u ovoj mešavini metan. Tu su i etan, propan, butan i drugi alkani - od C5 i više. Detaljnija analiza omogućila je detekciju malih količina helijuma u prirodnom gasu. Bibliografija: Syrkin A.M. Osnove hemije nafte i gasa [Tekst] / A.M. Syrkin, E. M. Movsumzade / / 2002. Mukhametzyanov A.Kh. Metrološka podrška metoda ispitivanja i sredstava praćenja sastava i svojstava nafte i gasa i proizvoda njihove prerade / A. Kh. Mukhametzyanov / / 1992.

Poznavanje hemijskog sastava prirodnih naftnih sistema služi kao polazna tačka za predviđanje njihovog faznog stanja i faznih svojstava u različitim termobaričkim uslovima koji odgovaraju procesima proizvodnje, transporta i prerade naftnih mešavina. Vrsta mješavine - nafta, plinski kondenzat ili plin - također zavisi od njenog hemijskog sastava i kombinacije termobaričnih uslova u ležištu. Hemijski sastav određuje moguće stanje komponenti uljnih sistema pod datim uslovima - molekularnim ili dispergovanim.

;Uljni sistemi se razlikuju po raznim komponentama koje mogu biti u molekularnom ili raspršenom stanju, ovisno o vanjskim uvjetima. Među njima su najviše i najmanje skloni različitim vrstama intermolekularnih interakcija (IIM), što u konačnici određuje asocijativne pojave i početnu disperznost naftnih sistema u normalnim uvjetima.

Hemijski sastav ulja razlikuje se kao elementarni i materijalni.

Glavni elementi sastava ulja su ugljenik(83,5-87%) i vodonik(11,5-14%). Osim toga, ulje sadrži:

• sumpor u količini od 0,1 do 1-2% (ponekad njegov sadržaj može doseći i do 5-7%, u mnogim uljima praktički nema sumpora);
• nitrogen u iznosu od 0,001 do 1 (ponekad i do 1,7%);
• kiseonik(nalazi se ne u čistom obliku, već u različitim jedinjenjima) u količini od 0,01 do 1% ili više, ali ne prelazi 3,6%.

Od ostalih elemenata prisutnih u ulju - gvožđe, magnezijum, aluminijum, bakar, kalaj, natrijum, kobalt, hrom, germanijum, vanadijum, nikl, živa, zlato i drugi. Međutim, njihov sadržaj je manji od 1%.

U materijalnom smislu, nafta se uglavnom sastoji od ugljovodonika i heteroorganskih jedinjenja.

ugljovodonici

ugljovodonici(HC) su organska jedinjenja ugljenika i vodonika. Ulje uglavnom sadrži sljedeće klase ugljikovodika:

Alkanes

Alkanes ili parafinskih ugljovodonika su zasićeni (ograničavajući) SW s općom formulom C n H 2n+2. Njihov sadržaj u ulju je 2 - 30-70%. Postoje alkani normalne strukture ( n-alkani - pentan i njegovi homolozi), izostrukture ( izoalkani - izopentan itd.) i izoprenoidnu strukturu ( izopreni - pristanište, phytane i sl.).

Ulje sadrži gasovite alkane iz Od 1 prije Od 4(kao rastvoreni gas), tečni alkani Od 5 do 16, čine većinu tekućih frakcija ulja i čvrstih alkana sastava Od 17 - Od 53 i više, koji su uključeni u frakcije teške nafte i poznati su kao tvrdi parafini. Čvrsti alkani prisutni su u svim uljima, ali obično u malim količinama - od desetina do 5% (tež.), u rijetkim slučajevima - do 7-12% (tež.).

U ulju postoje različiti izomeri alkana: mono-, di-, tri-, tetrasupstituirani. Od njih preovlađuju monosupstituisani, sa jednim grananjem. Metil-supstituisani alkani su raspoređeni u opadajućem redosledu: 2-metil-supstituisani alkani > 3-metil-supstituisani alkani > 4-metil-supstituisani alkani.

Otkriće u uljima razgranatih alkana izoprenoidnog tipa sa metilnim grupama na pozicijama 2, 6, 10, 14, 18 itd. datira još iz 60-ih godina 20. U glavnom sastavu pronađeno je više od dvadeset takvih ugljovodonika. Od 9 - od 20. Najčešći izoprenoidni alkani u svim uljima su fitan C 20 H 42 i jetty C 19 H 40, čiji sadržaj može dostići i do 1,0 -1,5% i zavisi od geneze i uslova lica nastanka ulja.

Dakle, alkani u različitim omjerima su dio svih prirodnih mješavina i naftnih derivata, a njihovo fizičko stanje u mješavini - u obliku molekularne otopine ili dispergovanog sistema - određeno je sastavom, pojedinačnim fizička svojstva komponente i termobarični uslovi.

Cikloalkani

Cikloalkani ili naftenski ugljovodonici su zasićeni aliciklični ugljovodonici. To uključuje monociklične s općom formulom C n H 2n, biciklistički - C n H 2n-2, triciklički - C n H 2n-4, tetraciklički - C n H 2n-6.

Po ukupnom sadržaju cikloalkana u mnogim uljima prevladavaju nad drugim klasama ugljovodonika: njihov sadržaj se kreće od 25 do 75% (tež.). Prisutni su u svim frakcijama nafte. Obično se njihov sadržaj povećava kako frakcije postaju teže. Ukupni sadržaj naftenskih ugljovodonika u nafti raste kako se povećava njegova molekularna težina. Jedini izuzetak su frakcije ulja u kojima se sadržaj cikloalkana smanjuje zbog povećanja količine aromatičnih ugljikovodika.

Od monocikličnih ugljovodonika u nafti, uglavnom su peto- i šestočlane serije naftenski ugljovodonici. Distribucija monocikličkih naftena u frakcijama nafte, njihova svojstva su mnogo potpunije proučavana u odnosu na policikličke naftene prisutne u frakcijama srednjeg i visokog ključanja. Benzinske frakcije ulja sa niskim ključanjem sadrže uglavnom alkil derivati ​​ciklopentana i cikloheksan[od 10 do 86% (tež.)], au frakcijama visokog ključanja - policikloalkani i monocikloalkani sa alkil supstituentima izoprenoidne strukture (tzv. hibridni ugljovodonici).

Od policikličkih naftena u uljima, identifikovano je samo 25 pojedinačnih bicikličnih, pet tricikličnih i četiri tetra- i pentaciklična naftena. Ako u molekuli postoji nekoliko naftnih prstenova, onda se potonji, u pravilu, kondenziraju u jedan policiklički blok.

Biciklane C 7 -C 9 najčešće prisutan u uljima izraženog naftenskog tipa, u kojima je njihov sadržaj prilično visok. Među ovim pronađenim ugljovodonicima (u opadajućem redoslijedu sadržaja): biciklooktan (pentalan), biciklooktan, biciklooktan, biciklononan (hidrindan), bicikloheptan (norbornan) i njihovi najbliži homolozi. Od triciklana u uljima dominiraju alkilperhidrofenantreni.

Tetraciklani ulja su zastupljena uglavnom derivatima ciklopentano-perhidrofenantren - sterani.

To pentaciklani ulja uključuju ugljovodonike serije hopana, lupana, fridelana.

Pouzdane identifikacione informacije policikloalkani sa velikim brojem ciklusa izostaje, iako se na osnovu strukturne grupe i masene spektralne analize može pretpostaviti da su prisutni nafteni sa brojem ciklusa većim od pet. Prema nekim podacima, nafteni visokog ključanja sadrže do 7-8 ciklusa u molekulima.

Razlike u hemijskom ponašanju cikloalkana često su posledica prisustva viška energije stresa. Ovisno o veličini prstena, cikloalkani se dijele na male C 3 , C 4- iako ciklopropan i ciklobutan nema u uljima), normalno ( C 5 -C 7), prosjek ( C 8 -C 11) i makrociklusa (od C 12 i više). Ova klasifikacija se temelji na odnosu između veličine ciklusa i napona koji u njemu nastaju, a koji utječu na stabilnost. Za cikloalkani i, prije svega, njihove različite derivate karakteriziraju prestrojavanja s promjenom veličine prstena. Dakle, kada se cikloheptan zagrije s aluminij hloridom, nastaje metilcikloheksan, a cikloheksan na 30-80 ° C prelazi u metilciklopentan. Peto- i šesteročlani karbonski prstenovi formiraju se mnogo lakše od manjih i većih prstenova. Stoga se u uljima nalazi mnogo više derivata cikloheksana i ciklopentana nego derivata drugih cikloalkana.

Na osnovu proučavanja viskozitetno-temperaturnih svojstava monocikloheksana supstituisanih alkilom u širokom temperaturnom opsegu, utvrđeno je da supstituent, kako se izdužuje, smanjuje prosečan stepen asocijacije molekula. Cikloalkani, Za razliku od n-alkani sa istim brojem ugljikovih atoma su u pridruženom stanju na višoj temperaturi.

Arenas

Arenas ili aromatični ugljovodonici- jedinjenja u čijim se molekulima nalaze ciklični ugljovodonici sa π-konjugovanim sistemima. Njihov sadržaj u ulju varira od 10-15 do 50% (tež.). To uključuje predstavnike monocikličnih: benzen i njegovi homolozi ( toluen, o-, m-, p-ksilen itd.), biciklistički: naftalin i njegovi homolozi, triciklični: fenantren, antracen i njihovi homolozi, tetraciklični: piren i njegovi homolozi i drugi.

Na osnovu generalizacije podataka za 400 ulja, pokazalo se da su najveće koncentracije arena (37%) tipične za ulja naftenske baze (tipa), a najniže (20%) za ulja parafinskog tipa. Među naftnim arenima prevladavaju spojevi koji ne sadrže više od tri benzenska prstena po molekulu. Koncentracije arena u destilatima koji ključaju do 500°C u pravilu se smanjuju za jedan ili dva reda veličine u sljedećim serijama spojeva: benzeni >> naftaleni >> fenantreni >> krizeni >> pireni >> antraceni.

Opšti obrazac je povećanje sadržaja arena sa povećanjem tačke ključanja. Istovremeno, arene sa višim frakcijama nafte karakteriše ne veliki broj aromatičnih prstenova, već prisustvo alkilnih lanaca i zasićenih ciklusa u molekulima. Svi teoretski mogući homolozi arena pronađeni su u frakcijama benzina C6-C9. Ugljovodonici s malim brojem benzenskih prstenova dominiraju među arenima čak iu najtežim frakcijama nafte. Dakle, prema eksperimentalnim podacima, mono-, bi-, tri-, tetra- i pentaareni su redom 45-58, 24-29, 15-31, 1,5 i do 0,1% mase aromatičnih ugljovodonika u destilatima 370- 535 °C raznih ulja.

Uljni monoareni su predstavljeni alkilbenzenima. Najvažniji predstavnici naftnih alkilbenzena visokog ključanja su ugljikovodici koji sadrže do tri metilna supstituenta i jedan dugi supstituent linearne, α-metilalkilne ili izoprenoidne strukture u benzenskom prstenu. Veliki alkil supstituenti u molekulima alkilbenzena mogu sadržavati više od 30 atoma ugljika.

Među bicikličkim naftnim arenima (dijarenima) glavno mjesto imaju derivati ​​naftalena, koji mogu činiti do 95% ukupnih diarena i sadrže do 8 zasićenih prstenova po molekuli, a sekundarno mjesto imaju derivati ​​difenila i difenilalkana. Svi pojedinačni alkilnaftaleni su identifikovani u uljima S 11 , S 12 i mnogi izomeri C 13 -C 15. Sadržaj difenila u uljima je za red veličine niži od sadržaja naftalena.

Od naftenodijarena, u uljima su pronađeni acenaften, fluoren i niz njegovih homologa koji sadrže metil supstituente na pozicijama 1-4.

Triareni su u uljima predstavljeni derivatima fenantrena i antracena (sa oštrom dominacijom prvog), koji mogu sadržavati do 4-5 zasićenih ciklusa u molekulima.

Naftni tetraareni uključuju ugljovodonike serije krizen, piren, 2,3- i 3,4-benzofenantren i trifenilen.

Povećana sklonost arena, posebno policikličkih, molekularnim interakcijama je posljedica niske energije ekscitacije u procesu homolitičke disocijacije. Jedinjenja kao što su antracen, piren, krizen, itd. karakteriše nizak stepen korelacije razmene π orbitala i povećan potencijalna energija MMW zbog pojave korelacije razmjene elektrona između molekula. Areni formiraju prilično stabilne molekularne komplekse sa nekim polarnim jedinjenjima.

Interakcija π-elektrona u jezgru benzena dovodi do konjugacije ugljik-ugljik veza. Efekat konjugacije rezultira sljedećim svojstvima arena:

• planarna struktura ciklusa sa dužinom C-C veze (0,139 nm), koja je međuprostor između jednostruke i dvostruke C-C veze;
• ekvivalencija svih C-C veza u nesupstituisanim benzenima;
• sklonost reakcijama elektrofilne protonske supstitucije na razne grupe u poređenju sa učešćem u reakcijama adicije višestrukim vezama.

Ceresins

Hibridni ugljovodonici (cerezini)- ugljovodonici mješovite strukture: parafin-naftenski, parafin-aromatični, nafteno-aromatični. U osnovi, to su čvrsti alkani s primjesom dugolančanih ugljikovodika koji sadrže ciklansko ili aromatično jezgro. Oni su glavna komponenta parafinskih naslaga u procesima ekstrakcije i pripreme ulja.

Stranica 1

Stranica 2

Stranica 3