Ceea ce este comun în zona învelișului sedimentar Scoarta terestra. Este unul dintre cele mai importante minerale pentru oameni. Uleiul este un amestec foarte complex de cicani, arene și alcani. De asemenea, conține compuși de oxigen, sulf și azot. În compoziția uleiului s-au găsit peste o mie de compuși specifici, care conțin aproximativ nouăzeci la sută de carbon, cincisprezece la sută hidrogen, cinci la sută sulf, unu la sută azot și trei la sută oxigen. Uleiul include, de asemenea, un mic amestec de compuși minerali. Conținutul de cenușă al uleiului este foarte scăzut, nu depășește o zecime de procent. Uleiul este de trei tipuri:

1. Ușoare.

2. Medie.

3. Grele.

Uleiul arde la o căldură de aproximativ 43,7-46,2 MJ/kg, ceea ce reprezintă avantajul său uriaș printre alte substanțe combustibile.

Compoziția uleiului poate include și fracțiuni ușoare care fierb la două sute de grade Celsius. Sunt compuse în principal din hidrocarburi metanice, adică alcani. Conținutul unor astfel de fracții ușoare în produsele petroliere produse în diferite locații poate varia foarte mult. Cicloalcanii, precum și hidrocarburile aromatice, adică arenele, sunt esențiale în compoziția uleiului.

Cele mai toxice componente care alcătuiesc uleiul și produsele petroliere sunt considerate pe bună dreptate (arene). Se numesc toxici cronici. Benzenul, toluenul și xilenul pot fi atribuite celor mai active dintre ele și cu acțiune rapidă, deoarece sunt substanțe cu punct de fierbere scăzut. Un număr mare de diverse arene sunt considerate mutageni și cancerigeni periculoși. Cel mai periculos grup de arene este grupul de hidrocarburi poliaromatice.

Compoziție chimică uleiul include și o mare proporție de hidrocarburi metanice solide - așa-numitele parafine. Conținutul lor în el poate depăși cincisprezece procente.

1. Ulei cu compoziție scăzută în parafină. Acestea conțin nu mai mult de un procent și jumătate de parafine în compoziție.

2. Ulei cu compoziție medie de parafină. Acest ulei conține până la șase la sută parafină.

3. Ulei bogat în parafină. Aici parafina conține mai mult de 6 procente.

Din punct de vedere al mediului, componentele importante ale uleiului sunt.După conținutul acestor produse, uleiul se împarte și în trei grupe:

1. Brut dulce. Conține până la jumătate la sută de sulf.

2. Ulei acru. Aici conținutul de sulf nu depășește două procente.

3. Ulei cu conținut ridicat de sulf. Acestea sunt toate produse petroliere care conțin mai mult de două procente de sulf.

Proprietățile uleiului, care este principala definiție a înălțimii calității sale, includ:

1. Densitatea. În ceea ce privește uleiul, cel mai adesea ele înseamnă densitatea acestuia în raport cu uleiul distilat, de obicei variază de la 0,8 la 0,9 g/cm3, dar există și tipuri de ulei, a căror densitate poate ajunge la 0,98 g/cm3.

2. Vâscozitate. Alocați vâscozitatea condiționată, cinematică și dinamică.

3. Greutatea moleculară. Acesta este cel mai important indicator al calității produselor petroliere. Greutatea moleculară a majorității produselor petroliere nu depășește 300 g/mol.

4. Acesta este un indicator foarte important pentru produsele petroliere, care sunt amestecuri complexe de diferite substanțe.

5. Compoziția fracționată. Toate substanțele care chiar și în cantități mici fac parte din compoziția uleiului sunt de mare importanță pentru calitatea acestuia.

Principalele elemente care alcătuiesc componentele petrolului sunt carbonul și hidrogenul. Conținutul de carbon și hidrogen din diferite uleiuri variază în limite relativ înguste și este în medie de 83,5-87% în greutate pentru carbon, 11,5-14% în greutate pentru hidrogen. În ceea ce privește conținutul ridicat de hidrogen, uleiul ocupă o poziție excepțională în rândul altor caustobioliți. În cărbunii humus, conținutul de hidrogen este în medie de 5% în greutate, în formațiunile solide de sapropelite - 8% în greutate. Conținutul crescut de hidrogen explică starea lichidă a uleiului.

Alături de carbon și hidrogen, toate uleiurile conțin sulf, oxigen și azot. Azot în uleiuri de la 0,001-0,3 până la 1,8% din masă. Conținutul de oxigen variază de la 0,1-1,0% din masă. Cu toate acestea, în unele uleiuri foarte rășinoase, poate fi mai mare.

Uleiurile diferă semnificativ în conținutul de sulf. În uleiurile din multe zăcăminte de sulf, există relativ puțin 0,1-1,0% din masă. Dar proporția de uleiuri acide cu un conținut de sulf de 1 până la 3 în greutate. a crescut semnificativ în ultima vreme. Există, de asemenea, uleiuri puternic sulfurate cu un conținut de sulf peste 3% în greutate.

În cantități foarte mici, uleiurile conțin și alte elemente, în principal metale (vanadiu, nichel, magneziu, crom, titan, cobalt, potasiu, calciu, sodiu etc.). S-au găsit și fosfor și siliciu. Conținutul acestor elemente este exprimat în fracțiuni mici de procent. Germaniul a fost găsit în diferite produse petroliere cu un conținut de 0,15 - 0,19 g/t.

În conformitate cu compoziția elementară, cea mai mare parte a componentelor uleiului sunt hidrocarburi. În partea cu greutate moleculară mică a uleiului, la care putem include condiționat substanțe cu o greutate moleculară de cel mult 250-300 și distilate la 300-350 ° C, există cele mai simple hidrocarburi în structură. Ele aparțin următoarei serii omoloage:

C p H 2p + 2 - parafine, hidrocarburi metanice, alcani;

C p H 2p - cicloparafine, polimetilenă monociclică

hidrocarburi, naftene, cicani (alchilciclopentani si alchilciclohexani);

C p H 2p-2 - dicicloparafine, polimetilenă biciclică

hidrocarburi (cu cinci membri, șase membri și mixte);

C p H 2p-4 - tricicloparafine, hidrocarburi polimetilen triciclice (cu cinci membri, şase membri şi mixte);

C p H 2p-6 - hidrocarburi aromatice monociclice, hidrocarburi benzenice, arene;

C p N 2p-8 - hidrocarburi nafteno-aromatice mixte biciclice;

CpH2p-12 sunt hidrocarburi aromatice biciclice.

Doar trei clase de hidrocarburi sunt practic prezente în fracția de benzină: alcanii, cicanii și seria benzenului aromatic. În kerosen

și fracțiile de motorină, o proporție semnificativă sunt hidrocarburi bi- și triciclice.

Hidrocarburile nesaturate cu legături nesaturate în lanț, de regulă, nu sunt prezente în țiței. Există unele uleiuri cu un conținut scăzut de hidrocarburi nesaturate (Bradford, SUA).

Pe lângă hidrocarburi, partea cu greutate moleculară mică a uleiului conține: - compuși oxigenați - acizi naftenici, fenoli;

Compuși ai sulfului - mercaptani, sulfuri, disulfuri, tiofeni;

Compușii cu azot sunt baze piridinice și amine.

Cantitatea tuturor acestor substanțe heteroatomice distilate în intervalul 300-350 o C este mică, deoarece cea mai mare parte a oxigenului, sulfului și azotului este concentrată în partea cu greutate moleculară mare a uleiului.

În timpul distilării din fabrică a uleiurilor acide, din cauza descompunerii termice a compușilor heteroatomi complecși, până la 5% din masă se poate acumula în distilate ușoare comerciale. și mai mulți compuși cu sulf cu greutate moleculară mică.

La evaluarea conținutului de compuși heteroatomi, trebuie să se țină cont de faptul că în compușii cu sulf, oxigen și azot, sulful, oxigenul și azotul sunt asociate cu diverși radicali de hidrocarburi și 10 - 20 de ore (masă) din aceste elemente reprezintă 10 - 20 de ore. ore (masă) de carbon și hidrogen.

Compoziția chimică a părții cu molecule înalte a uleiului, care include condiționat substanțe distilate peste 350 ° C, a fost puțin studiată. Vorbim despre păcură, fracțiuni de ulei și gudron. Greutatea moleculară a componentelor acestei părți a uleiului variază de la 300 la 1000. Această parte a uleiului este un amestec de substanțe de compoziție și structură diferite.

Principalele tipuri de compuși incluse în acest amestec:

Hidrocarburi parafinice cu greutate moleculară mare C p H 2n+2;

Hidrocarburi cicloparafină mono- și policiclice cu lanțuri de parafină laterale lungi sau scurte de la CpH2p la CpH2p-10;

Hidrocarburi aromatice mono- și policiclice cu catene laterale de parafină de la CpH2p-6 la CpH2p-36;

Hidrocarburi nafteno-aromatice policiclice mixte (hibride) cu catene laterale de parafină de la CpH2p-8 la CpH2p-22;

O varietate de compuși organici de natură hibridă policiclică, ale căror molecule constau din inele de carbon pur, cicluri care conțin heteroatomi - sulf, oxigen sau azot, precum și lanțuri lungi sau scurte de parafină;

Substanțe rășino-asfaltenice - rășini și asfaltene; aceste substanțe petroliere cele mai complexe se caracterizează printr-o structură policiclică și prezența obligatorie a oxigenului, ele concentrează, de asemenea, cea mai mare parte a azotului și a metalelor; conținutul de rășini din unele uleiuri ajunge la 30-40% în greutate.

Principalele tipuri de compuși incluși în ulei. hidrocarburi parafinice. Hidrocarburile din această clasă de compuși organici sunt prezente în toate uleiurile și sunt unul dintre constituenții săi principali. Ele sunt distribuite inegal între fracții, concentrându-se în gazele petroliere și fracțiile benzină-kerosen. În distilate de ulei, conținutul lor scade brusc. Unele uleiuri se caracterizează prin absența completă a parafinelor în fracțiile cu punct de fierbere ridicat.

Hidrocarburile gazoase metan, etan, propan, butan, izobutan, 2,2-dimetilpropan sunt în stare gazoasă în condiții normale. Toate acestea fac parte din gazele naturale și asociate petrolului.

Gazele din câmpurile petroliere sunt numite gaze petroliere asociate. Aceste gaze sunt dizolvate în ulei și sunt eliberate din acesta când iese la suprafață. Compoziția gazelor asociate petrolului diferă de cele uscate prin conținutul de etan, propan, butani și hidrocarburi superioare.

hidrocarburi lichide. În funcție de punctele lor de fierbere, hidrocarburile de la pentan la decan și toți izomerii acestora ar trebui să intre în distilat de benzină în timpul distilării uleiului.

hidrocarburi solide. Parafinele solide din uleiuri sunt în stare cristalină dizolvată sau suspendată. În uleiurile parafinice și foarte parafinice, conținutul lor crește la 10-20% din masă. În timpul distilării păcurului, parafinele cu compoziția C 18 -C 35 intră în fracțiunile de ulei. Hidrocarburile cu punct de topire mai mare C 36 -C 53 - ceresine sunt concentrate în gudroane.

Prezența hidrocarburilor solide în uleiurile lubrifiante și speciale este inacceptabilă, deoarece acestea cresc punctul de curgere și reduc mobilitatea uleiurilor la temperaturi scăzute. Prin urmare, uleiurile sunt supuse unei purificari speciale - deparafinizare.

Hidrocarburile metanice aparțin seriei CH 2n + 2, ele ocupând un loc excepțional de important în rândul hidrocarburilor petroliere. Astfel, gazele naturale sunt reprezentate exclusiv de hidrocarburi metanice și cel mai adesea aproape în totalitate de metanul însuși. Fracțiunile ușoare ale oricăror uleiuri lichide constau, de asemenea, aproape în întregime din hidrocarburi metanice. Adevărat, pe măsură ce greutatea moleculară medie a fracțiilor petroliere crește, conținutul de hidrocarburi metanice din acestea scade brusc. În fracțiile mijlocii, fierbinți în intervalul 200--300 ° C, hidrocarburile metanice nu conțin de obicei mai mult de 25-33%, iar la 500 ° C, hidrocarburile metanice ale uleiului sunt aproape complet îndepărtate. În fracțiile superioare ale petrolului, hidrocarburile metanice sunt solide - parafină și parțial cerezina. În plus, structura și proprietățile hidrocarburilor complexe de polimetilenă, aromatice și așa-numitele hibride sunt foarte influențate de lanțurile laterale ale radicalilor din seria metanului.

CONCLUZIE: Uleiurile specifice pot conține mai multe sau mai puține hidrocarburi metanice. În general, este evident că hidrocarburile metanice formează baza majorității gazelor naturale și a fracțiilor ușoare ale uleiului lichid, ceea ce merită o atenție specială, deoarece aceste componente sunt materialele de plecare pentru sinteza organică și petrochimică modernă în cea mai mare măsură.

naftenic.

Cicloalcanii (C p H 2p) - hidrocarburi naftenice - fac parte din toate fracțiile petroliere, cu excepția gazelor. În medie, uleiurile de diferite tipuri conțin de la 25 la 80% din masă. Fracțiile de benzină și kerosen sunt reprezentate în principal de omologi ai ciclopentanului și ciclohexanului, în principal cu cicani scurti (C 1 - C 3) substituiți cu alchil. Fracțiile cu punct de fierbere înalt conțin omologi policiclici predominant ai cicanilor cu 2-4 ciclani identici sau diferiți de tip structură articulată sau condensată. Distribuția cicanilor pe fracții petroliere este cea mai diversă. Conținutul lor crește pe măsură ce fracțiile devin mai grele și scade doar în fracțiile de ulei cu cel mai mare punct de fierbere. Se remarcă următoarea distribuţie a izomerilor ciclanici: dintre C7 - ciclopentani predomină cei 1,2 - şi 1,3-dimetil-substituiţi; C8 - ciclopentanii sunt reprezentaţi în principal de cei trimetil-substituiţi; dintre alchilciclohexani predomină proporția celor di- și trimetil-substituiți care nu conțin un atom de carbon cuaternar.

Hidrocarburile naftenice au început să însemne nu numai hidrocarburi polimetilene monociclice, ci și policiclice de origine petrolieră.

Naftenele fac parte din toate uleiurile și sunt prezente în toate fracțiile. Conținutul lor crește pe măsură ce fracțiile devin mai grele. Numai în fracțiile de ulei cu cel mai mare punct de fierbere cantitatea acestora scade din cauza creșterii structurilor aromatice.

Naftenele monociclice sunt reprezentate de structuri ciclopentan și ciclohexan. În fracțiile de benzină și kerosen, s-au găsit mai mult de 80 de reprezentanți individuali ai acestei clase de hidrocarburi cu compoziția C 5 -C 12. În uleiuri sunt prezente cantități relativ mari: metilciclohexan, ciclohexan, metilciclopentan, unii dimetil omologi ai ciclopentanului. În cantități mici, s-au găsit cicloheptan și metilcicloheptan. Fracțiile peste 200 o C conțin naftene biciclice și policiclice cu cel mult șase cicluri.

CONCLUZIE: Hidrocarburile naftenice sunt componenta de cea mai înaltă calitate a combustibililor pentru motoare și a uleiurilor lubrifiante. Hidrocarburile naftenice monociclice conferă benzinelor pentru motoare, carburanților cu reacție și motorină proprietăți de înaltă performanță și sunt o materie primă mai bună în procesele de reformare catalitică.

hidrocarburi aromatice.

Arenele sunt prezentate în ulei ca monociclice și policiclice. De obicei, uleiurile conțin 15-20% arene. În uleiurile aromatice (rășinoase), conținutul lor ajunge la 35%. În funcție de distribuția hidrocarburilor aromatice pe fracții, uleiul poate fi împărțit în trei grupe:

nafteno-aromatic - uleiuri, hidrocarburi aromatice din care (în principal policiclice) sunt concentrate în fracții superioare. Acestea sunt uleiuri rășinoase grele cu o densitate > 0,9;

naftenice - uleiuri, din care hidrocarburi aromatice sunt concentrate în principal în fracțiuni medii. Densitatea acestor uleiuri este de 0,85-0,9;

3) uleiuri parafinice - uleiuri ale căror hidrocarburi aromatice sunt concentrate în fracțiuni ușoare (până la 300 ° C).

Fracțiunile de până la 200°C (fracții de benzină) conțin numai omologi de benzen. Toți omologii benzenului au fost găsiți în uleiuri, inclusiv C9. Omologii de benzen monosubstituit care conțin 4 sau mai mulți atomi de carbon în lanțul lateral sunt rari. Cele mai frecvente sunt toluenul, etilbenzenul, xilenii (m-xilenul predomină ca mai stabil termodinamic), apoi trimetilbenzenul, urmat de cumen, propilbenzen, metiletilbenzen.

În fracţiunile de 200-350°C predomină alchilbenzenii, în principal cei di- şi trisubstituiţi, ale căror molecule conţin grupări metil şi o grupare alchil de compoziţie C7-Cg. Pe lângă omologii benzenului, aceste fracții conțin omologi ai naftalinei (mono-, bi-, tri- și tetrametil naftaline). De asemenea, au fost găsiți omologi de fenil. Naftalina este rar.

Fracțiile >350°C, pe lângă omologii superiori ai benzenului și omologii naftalinei, conțin diarilalcani - hidrocarburi, în moleculele cărora

nucleele aromatice izolate sunt legate de o punte de hidrocarburi, de exemplu:

Fracțiile superioare conțin, de asemenea, o cantitate mică de omologi ai hidrocarburilor policiclice cu inele condensate, cum ar fi:

Cea mai mare parte a acestor hidrocarburi este concentrată în gudron. Hidrocarburile cu structură mixtă sunt larg reprezentate în fracțiile superioare ale uleiurilor, ale căror molecule conțin, alături de substanțe aromatice.

Mulți dintre cei mai apropiați omologi ai benzenului cu unul, doi, trei și patru substituenți în nucleu s-au găsit în uleiuri. Substituentul este cel mai adesea radicalul metil și s-a dovedit prezența unor astfel de hidrocarburi precum izopropilbenzen (cumen), propilbenzen, butilbenzen, dietilbenzen și omologi cu diverși substituenți în lanțurile laterale.

În fracțiile medii ale uleiului (200-350 o C), alături de derivații benzenici, sunt prezente și naftalina și omologii săi cei mai apropiați, adică. hidrocarburi aromatice condensate biciclice.

În fracțiile mai mari de ulei, s-au găsit hidrocarburi aromatice policiclice mai complexe cu trei, patru și cinci inele condensate. Sunt omologi ai naftalenei, difenilului, acenaftenei, antracenului, fenantrenului, pirenului, benzantracenului, crisenei, fenantrenului, perilenei.

Prezența hidrocarburilor aromatice în benzine este foarte de dorit, deoarece acestea au un număr octanic ridicat. Dimpotrivă, prezența lor în cantități semnificative în combustibilii diesel (fracții medii de ulei) înrăutățește procesul de ardere a combustibilului. Hidrocarburile aromatice policiclice cu lanțuri laterale scurte care intră în fracțiunile de ulei în timpul distilării uleiului trebuie îndepărtate în timpul procesului de rafinare, deoarece prezența lor afectează negativ performanța uleiurilor lubrifiante. Hidrocarburile aromatice individuale: benzen, toluen, xilen, etilbenzen, izopropilbenzen și naftalenă sunt materii prime valoroase pentru multe procese petrochimice și de sinteză organică.

Hidrocarburi cu structură mixtă. O parte semnificativă a hidrocarburilor petroliere are o structură mixtă sau hibridă. Aceasta înseamnă că moleculele unor astfel de hidrocarburi conțin diferite elemente structurale: inele aromatice, cicluri de cicloparafină cu cinci și șase atomi și lanțuri de parafină alifatică.

Fracțiile petroliere constau aproape în întregime din hidrocarburi cu o structură mixtă. Ele pot fi împărțite în trei tipuri: parafină-cicloparafină; parafin-aromatic; parafină-cicloparafină-aromatică.

Compușii oxigenului. Cea mai mare parte a oxigenului din ulei face parte din substanțele rășinoase și doar aproximativ 10% din acesta este reprezentată de compuși organici acizi - acizi carboxilici și fenoli. Există foarte puțini compuși neutri ai oxigenului în uleiuri. La rândul lor, dintre compușii acizi, predomină compușii caracterizați prin prezența unei grupări carboxil - acizii din petrol.

Printre ei predomină acizii de izostructură, inclusiv acizii izoprenoizi și cei cu un număr par de atomi de carbon. Acizi carboxilici - derivați ai naftenelor monociclice cu formula generală C p H 2p-1 COOH sau C p H 2p - 2 O 2 se numesc acizi naftenici.

Dintre toți compușii oxigenați ai uleiului, doar acizii naftenici și sărurile lor naftenate, care au proprietăți detergente bune, sunt de importanță industrială. Deșeurile din curățarea alcalină a distilatelor de petrol - nafta de săpun sunt folosite la fabricarea detergenților pentru producția de textile.

Acizii petroliferi tehnici (asidol) izolați din kerosen și distilate de ulei ușor sunt utilizați ca solvenți pentru rășini, coloranți de cauciuc și anilină, pentru impregnarea traverselor, pentru umezirea lânii etc. Sărurile de sodiu și potasiu ale acizilor naftenici servesc ca demulgatori pentru deshidratarea uleiului.

compuși ai sulfului. Sulful este cel mai frecvent heteroelement în uleiuri și produse petroliere. Conținutul său în uleiuri variază de la sutimi la 5-6% din masă. mai rar până la 14% din masă. Uleiurile din regiunea Ural-Volga și Siberia sunt bogate în compuși care conțin sulf: cantitatea de sulf din uleiul Arlan ajunge până la 3,0% în greutate, iar în Ust-Balykskaya până la 1,8% în greutate. Dintre petrolul străin, cel mai mare conținut de sulf se distinge prin petrol: zăcăminte albaneză (5-6% în greutate), câmpurile Ebano-Panuco (Mexic, 5,4% în greutate), Rose Point (SUA - până la 14% în greutate). În acest din urmă caz, aproape toți compușii petrolului conțin sulf.

Distribuția sulfului pe fracții depinde de natura uleiului și de tipul compușilor cu sulf. De regulă, conținutul lor crește de la punctul de fierbere scăzut la cel ridicat și atinge un maxim în reziduul de la distilarea în vid a gudronului de ulei. Următoarele tipuri de compuși ai sulfului au fost identificate în uleiuri:

Sulful elementar și hidrogenul sulfurat - nu sunt compuși direct organosulfurați, ci apar ca urmare a distrugerii acestora din urmă;

Mercaptani-tioli, care, ca și hidrogenul sulfurat, au proprietăți acide și cea mai puternică activitate corozivă;

Sulfurile alifatice (tioeteri) sunt neutre la temperaturi scăzute, dar instabile termic și se descompun atunci când sunt încălzite peste 130-160°C pentru a forma hidrogen sulfurat și mercaptani;

Sulfurile mono și policiclice sunt cele mai stabile termic.

Hidrogenul sulfurat se găsește în țiței mai rar și în cantități mult mai mici decât în ​​gazele naturale, condensatele de gaze și uleiurile.

Mercaptanii (tiolii) au structuri RSH, unde R este un substituent de hidrocarburi de toate tipurile (alcani, cicani, arene, hibrizi) de diferite greutăți moleculare. Punctul de fierbere al mercaptanilor alchil C1-C6 individuali este de 6-140°C la presiunea atmosferică. Au un miros foarte neplăcut. Această proprietate este utilizată în practica furnizării de gaz către orașe și sate pentru a avertiza despre o defecțiune a conductei de gaz. Mercaptanul etil este folosit ca odorant pentru gazele menajere.

În funcție de conținutul de tioli, uleiurile sunt împărțite în mercaptan și fără mercaptan. Mercaptanii se găsesc în concentrații anormal de mari în condensurile de gaze și uleiurile din zona joasă a Caspicei. Astfel, în fracția de 40-200°C a condensatului gazos Orenburg, mercaptanii reprezintă 1% din 1,24% în greutate. sulf total. S-a găsit următorul model: sulful mercaptan din uleiuri și gaze condensate este concentrat în principal în fracțiile de cap.

Sulful elementar, hidrogenul sulfurat și mercaptanii ca compuși ai sulfului foarte agresivi sunt constituentul cel mai nedorit al uleiurilor. Ele trebuie eliminate complet în procesele de purificare a tuturor produselor petroliere comercializabile.

Sulfurile (tioeteri) constituie cea mai mare parte a compușilor sulfului din fracțiunile combustibile ale petrolului (de la 50 până la 80 % în greutate din sulful total din aceste fracții). Sulfurile de petrol sunt împărțite în 2 grupe: sulfuri de dialchil (tioalcani) și sulfuri de dialchil ciclice RSR" (unde R și R" sunt substituenți alchil). Tialcanii se găsesc preponderent în uleiurile parafinice, în timp ce cei ciclici se găsesc în uleiurile naftenice și naftenico-aromatice. Tioalcanii C 2 -C 7 au puncte de fierbere scăzute (37-150°C) și în timpul distilării uleiului cad în fracțiuni de benzină. Odată cu creșterea punctului de fierbere al fracțiilor uleioase, cantitatea de tioalcani scade, iar aceștia sunt practic absenți în fracțiile de peste 300°C. În unele fracții uleioase ușoare și medii, cantități mici (mai puțin de 15 % în greutate din sulful total din aceste fracții) conțin disulfuri RSSR ". Când sunt încălzite, formează sulf, hidrogen sulfurat și mercaptani.

Sulfurile monociclice sunt heterocicluri cu cinci sau șase atomi cu un atom de sulf. În plus, în uleiuri au fost identificate sulfuri policiclice și diferiții lor omologi.

În fracțiile medii ale multor uleiuri predomină tiociclanii. Printre tiociclani, de regulă, sulfurile monociclice sunt mai frecvente. Sulfurile policiclice în timpul distilării uleiurilor cad în principal în fracțiunile de ulei și sunt concentrate în reziduuri de ulei.

Toți compușii uleiurilor care conțin sulf, cu excepția mercaptanilor cu greutate moleculară mică, sunt neutri din punct de vedere chimic la temperaturi scăzute și au proprietăți similare cu arenele. Nu și-au găsit încă aplicație industrială din cauza eficienței scăzute a metodelor de izolare a acestora din uleiuri. În cantități limitate, sulfurile sunt izolate din fracțiunile medii (kerosen) ale unor uleiuri pentru oxidarea ulterioară în sulfone și acizi sulfonici. Compușii cu sulf ai uleiurilor nu sunt în prezent extrași, ci distruși prin procesele de hidrogenare. Hidrogenul sulfurat rezultat este procesat în sulf elementar sau acid sulfuric. Totodată, în ultimii ani, multe țări ale lumii au dezvoltat și introdus intens procese industriale la scară largă pentru sinteza compușilor de sulf asemănătoare celor petroliere, care sunt de mare valoare. Dintre aceștia, mercaptanii au cea mai mare importanță industrială. Metilmercaptanul este utilizat în producerea metioninei, un gaz combustibil odorant.

Tiolii C 1 -C 4 - materii prime pentru sinteza agrochimicelor, sunt folosiți pentru activarea (sulfurarea) unor catalizatori în rafinarea petrolului. Tiolii de la butilmercaptan la octadecilmercaptan sunt utilizați la producerea de aditivi pentru uleiuri lubrifiante și de transformare, pentru fluidele de tăiere utilizate la prelucrarea la rece a metalelor, la producerea detergenților, a ingredientelor compuse din cauciuc. Tiolii С 8 -С 16 sunt: ​​regulatori ai proceselor de polimerizare radicalică în producția de latexuri, cauciucuri, materiale plastice. Dodecilmercaptanul terțiar și dodecilmercaptanul normal au găsit cea mai mare utilizare ca regulatori de polimerizare. Mercaptanii sunt utilizați pentru sinteza reactivilor de flotație, materiale fotografice, coloranți cu destinații speciale, cosmetice, farmacologie și multe alte domenii.

Sulfurile servesc ca componente în sinteza coloranților, produșii lor de oxidare - sulfoxizii, sulfonele și acizii sulfonici sunt utilizați ca extractanți eficienți ai metalelor rare și reactivi de flotație pentru minereurile polimetalice, plastifianți și substanțe biologic active. Utilizarea sulfurilor și a derivaților acestora ca componente ale combustibililor pentru rachete, insecticide, fungicide, erbicide, plastifianți, agenți de complexare etc. este promițătoare. În ultimii ani, utilizarea polimerilor de polifenilen sulfură a crescut dramatic. Se caracterizează prin stabilitate termică bună, capacitatea de a menține proprietăți mecanice excelente la temperaturi ridicate, rezistență chimică ridicată și compatibilitate cu diferite materiale de umplutură. Acoperirile solide de sulfură de polifenil se aplică cu ușurință pe metal, oferind protecție fiabilă împotriva coroziunii, care este deja preluată de industria petrochimică străină, unde se observă un „boom” de sulfură de polifenil. De asemenea, este important de subliniat că în acest polimer aproape o treime din masă constă din sulf.

Tiofenul și 2-metiltiofenul sunt absorbanți eficienți de compuși de mangan din motoarele cu carburator atunci când ciclopentadienilcarbonil manganul este utilizat ca agent antidetonant. În prezent, acest agent antidetonant este utilizat pe scară largă în SUA, unde aproximativ 40% din benzinele fără plumb conțin agenți antidetonant fără plumb.

Ținând cont de prezența unor resurse semnificative de compuși care conțin sulf în uleiuri, problema extracției și utilizării raționale a acestora în economia națională este extrem de urgentă.

Compuși azotați Compuși organici azotați din uleiuri, în medie, nu mai mult de 2-3% din masă. și maxim (în uleiuri foarte rășinoase) până la 10% din masă. Majoritatea azotului este concentrat în fracțiuni grele și în produse reziduale.

Substanțele rășino-asfaltenică (SAS) sunt concentrate în reziduuri de petrol grele (HOR) - păcură, semi-gudroane, gudroane, bitum, reziduuri crăpate etc. Conținutul total de SAS în uleiuri, în funcție de tipul și densitatea acestora, variază de la fracțiuni de la un procent până la 45% masă . iar în HNO ajunge până la 70% din masă. Uleiurile tinere de tipuri nafteno-aromatice și aromatice sunt cele mai bogate în CAS.

SAW este un complex multicomponent, exclusiv polidispers în amestec cu greutate moleculară de hidrocarburi și heterocompuși cu greutate moleculară mare, incluzând, pe lângă carbon și hidrogen, sulf, azot, oxigen și metale precum vanadiu, nichel, fier, molibden etc. Izolarea SAS individuale de uleiuri și HNO este extrem de dificilă. Structura lor moleculară nu a fost încă stabilită cu precizie. Nivelul actual de cunoștințe și posibilitățile metodelor instrumentale de cercetare fizico-chimică permit doar să se dea o idee probabilistică a organizării structurale, să se stabilească numărul de caracteristici nafteno-aromatice condensate și alte caracteristici și să se construiască modele statistice medii ale moleculelor ipotetice de rășini și asfaltene.

În practica studierii compoziției și structurii reziduurilor chimice de petrol, cărbune și cocs, este utilizată pe scară largă metoda solvenților Richardson, bazată pe solubilitatea diferită a componentelor grupului în solvenți organici (slabi, medii și puternici). Pe această bază, se disting următoarele componente ale grupului condiționat:

Solubil în solvenți cu greutate moleculară mică (slabi) (izooctan, eter de petrol) - uleiuri și rășini.

Rășinile sunt recuperate din maltene prin cromatografie de adsorbție (pe silicagel sau alumină);

Insolubil în alcani cu greutate moleculară mică C 5 -C 8, dar solubil în toluen, tetraclorură de carbon - asfaltene;

Insolubil în benzină, toluen și tetraclorură de carbon, dar solubil în disulfură de carbon și chinolină - carbene;

Insolubil în orice solvenți - carboizi.

Uleiurile și HOR-urile native (adică, care nu sunt supuse distrugerii termice) nu conțin carbeni și carboizi. Termenul „uleiuri” este folosit pentru a desemna hidrocarburi cu un nivel molecular înalt cu o greutate moleculară de 300-500 de structură mixtă (hibridă). Hidrocarburile parafină-naftenice și aromatice, inclusiv hidrocarburile ușoare (monociclice), medii (biciclice) și policiclice (trei sau mai multe ciclice), sunt izolate din fracțiile uleioase prin separare cromatografică. Cea mai mare valoare reprezintă rășini și asfaltene, care sunt adesea denumite componente formatoare de cocs și care creează probleme tehnologice complexe în prelucrarea HOR. Rășinile sunt lichide vâscoase, cu mișcare lentă sau solide amorfe, de la maro închis la maro închis, cu o densitate de aproximativ una sau mai multe. Sunt sisteme plan condensate care conțin 5-6 inele de structuri aromatice, naftenice și heterociclice, conectate prin structuri alifatice. Asfaltenele sunt structuri amorfe, dar asemănătoare cristalelor, solide maro închis sau negre, cu o densitate puțin mai mare decât unitatea. Când sunt încălzite, nu se topesc, ci trec în stare plastică la o temperatură de aproximativ 300 ° C, iar la o temperatură mai mare se descompun cu formarea de substanțe gazoase și lichide și a unui reziduu solid - cocs. Spre deosebire de rășini, ele formează structuri asemănătoare cristalelor condensate spațiale. Cele mai semnificative diferențe dintre rășini și asfaltene se manifestă în indicatori de bază precum solubilitatea în alcani cu greutate moleculară mică, raportul C:H și greutatea moleculară.

Rășinile formează adevărate soluții în uleiuri și distilate de combustibil, iar asfaltenele din HOR sunt în stare coloidală. Solventul pentru asfaltenele din uleiuri sunt hidrocarburile aromatice și rășinile. Datorită interacțiunilor intermoleculare, asfaltenele pot forma asociați - structuri supramoleculare. Gradul de asociere a acestora este puternic influențat de mediu. Astfel, la concentrații scăzute în benzen și naftalină (mai puțin de 2, respectiv 16 % în greutate), asfaltenele sunt în stare moleculară. La concentrații mai mari în soluție, se formează asociații care constau dintr-un număr mare de molecule. Capacitatea de a asocia formarea este cea care determină discrepanța cu 1-2 ordine de mărime în rezultatele determinării greutății moleculare a asfaltenelor, în funcție de metoda de determinare a acesteia.

Structura și proprietățile asfaltenelor depind în mod semnificativ de originea HOR. Astfel, asfaltenele din reziduuri de origine distructivă se caracterizează, în comparație cu asfaltenele native „loose”, printr-o greutate moleculară mai mică, condensare predominantă în plan, un număr și lungime mai mic al structurilor alifatice și, prin urmare, o compactitate mai mare (și mai redusă). viscozitate).

Raportul dintre rășini și asfaltene din uleiuri și HOR variază foarte mult - (7-9):1 în reziduurile de distilare directă, până la (1-7):1 - în reziduurile oxidate (bitumuri).

Carbenele și carboizii apar în TNO al proceselor termodistructive.

Carbenele sunt polimeri liniari ai moleculelor de asfaltenă cu o greutate moleculară de (100-185) mii, solubili numai în disulfură de carbon și chinolină.

Carboizii sunt un polimer tridimensional reticulat (cristalit), ca urmare a căruia sunt insolubili în oricare dintre solvenții organici cunoscuți.

Toate CAB-urile afectează negativ calitatea uleiurilor lubrifiante (deteriorează culoarea, cresc formarea de carbon, reduc lubrifierea etc.) și trebuie îndepărtate. Ca parte a bitumului petrolier, au o serie de proprietăți tehnice valoroase și le conferă calități care le permit să fie utilizate pe scară largă. Principalele domenii de utilizare: suprafețe rutiere, materiale de hidroizolație, în construcții, producția de produse pentru acoperișuri, lacuri bitum-asfaltice, materiale plastice, smoală, cocs, lianți pentru brichetarea cărbunelui, schimbătoare de ioni pulbere etc.

Clasificarea substanțelor rășinoase neutre se bazează pe relația lor cu diverși solvenți. Pe această bază, se obișnuiește să se distingă următoarele grupuri:

Rășini neutre, solubile în benzină ușoară (eter de petrol), pentan, hexan;

Asfaltene, insolubile în eter de petrol, dar solubile în benzen fierbinte;

Carbene, parțial solubile numai în piridină și disulfură de carbon;

Carboizii sunt substanțe care sunt practic insolubile în orice.

Rășinile au o putere puternică de colorare. Culoarea închisă a distilatelor, precum țițeiul, se datorează în principal prezenței rășinilor neutre în ele. Caracteristică rășini neutre - capacitatea lor de a se compacta în asfaltene sub influența unor factori precum încălzirea, tratarea cu adsorbanți sau acid sulfuric. Acest proces este deosebit de ușor atunci când este încălzit și aerul este suflat în același timp.

Asfaltenele sunt compușii uleioși heteroorganici cu cea mai mare greutate moleculară. În aparență, asfaltenii sunt substanțe pulverulente brune sau negre. Densitatea lor relativă este mai mare decât unitatea, iar greutatea lor moleculară este de aproximativ 2000. După compoziția elementară, asfaltenele diferă de rășinile neutre printr-un conținut mai scăzut de hidrogen și un conținut mai mare de carbon și heteroatomi.

Toate CAB-urile afectează negativ calitatea uleiurilor lubrifiante și trebuie îndepărtate. Ca parte a bitumului petrolier, au o serie de proprietăți tehnice valoroase. Principalele direcții de utilizare a acestora: suprafețe de drum, materiale de hidroizolație, producție de produse pentru acoperișuri, cocs.

Rășinile neutre și asfaltenele sunt amestecuri complexe de compuși heteroatomi cu greutate moleculară mare. Ele diferă unele de altele prin greutatea moleculară, compoziția elementară și gradul de nesaturare. În formula generală (fără heteroatomi) C n H 2 n - x, valoarea x în rășinile neutre variază între 10-34, iar pentru asfaltene poate ajunge la 100-120.

CONCLUZIE: Când se ia în considerare compoziția chimică a grupului de ulei, uleiul poate fi împărțit aproximativ în două părți de compuși: fierbere până la aproximativ 360 ° C, constând în principal din hidrocarburi și doar o mică parte din compuși heteroatomi (oxigen - fenoli, acizi naftenici; sulf - mercaptani, sulfuri, disulfuri, tiofeni; baze azotate piridinice și imine) și fierbere peste 360 ​​° C, constând în principal din compuși heteroatomi care conțin molecule O, S și N și, într-o măsură mai mică, hidrocarburi (parafine, hidrocarburi hibride). ).

Întrebări pentru autoexaminare

Care este compoziția hidrocarburilor de parafină din ulei?

Ce structuri sunt prezente în naftenele monociclice uleioase?

3. De ce sunt de dorit naftenele în combustibilii de motoare și uleiurile lubrifiante?

4. Ce arene se găsesc în uleiuri?

5. Ce fracții de petrol constau aproape în întregime din hidrocarburi cu structură mixtă?

Ce clase de compuși sunt compușii care conțin oxigen prezenți în ulei?

Cum este distribuit sulful între fracțiile petroliere?

Ce sunt compușii azotați din petrol?

Ce sunt rășinile?

10. Principalele direcții de utilizare a substanțelor rășino-asfaltice.

11. Ce sunt asfaltenele din punct de vedere al compoziției hidrocarburilor?

Ulei (din Tur. neft, din persan. ulei) este un lichid inflamabil uleios natural cu un miros specific, constând în principal dintr-un amestec complex de hidrocarburi de diferite greutăți moleculare și alți compuși chimici.

Se referă la caustobioliți (combustibili fosili). Marea majoritate a câmpurilor petroliere sunt limitate la roci sedimentare. Culoarea uleiului variază în tonuri maronii (de la galben murdar la maro închis, aproape negru), uneori este negru pur, ocazional există ulei colorat în culoare galben-verde deschis și chiar incolor, precum și ulei verde saturat. Are un miros specific, variind si de la usor placut la greu si foarte neplacut. Culoarea și mirosul uleiului se datorează în mare parte prezenței componentelor care conțin azot, sulf și oxigen, care sunt concentrate în uleiul lubrifiant și reziduurile de ulei. Majoritatea hidrocarburilor petroliere (cu excepția celor aromatice) în forma lor pură sunt inodore și incolore.

De-a lungul secolului al XX-lea și până în secolul al XXI-lea, petrolul a fost unul dintre cele mai importante minerale pentru omenire.

După compoziție chimică și origine, uleiul este aproape de gazele naturale combustibile și de ozocerită. Aceste fosile sunt denumite colectiv petroluri. Petroliții aparțin unui grup și mai mare de așa-numitele caustobioliți - minerale combustibile de origine biogenă, care includ și alți combustibili fosili (turbă, maro și cărbune, antracit, șist).

Petrolul se găsește împreună cu hidrocarburile gazoase la adâncimi de la zeci de metri până la 5-6 km. Cu toate acestea, la adâncimi de peste 4,5-5 km predomină depozitele de gaze și gaze condensate cu o cantitate nesemnificativă de fracțiuni ușoare. Numărul maxim de zăcăminte de petrol este situat la o adâncime de 1-3 km. La adâncimi mici și la scurgerile naturale de la suprafața pământului, petrolul este transformat în maltă groasă, asfalt semidur și alte formațiuni - de exemplu, nisipuri bituminoase și bitumuri.

Numele uleiului (cuvânt petrol)

Cuvânt petrol, care desemnează ulei în engleză și în alte limbi, se formează prin adăugarea a două cuvinte: greacă πέτρα - piatră și lat. oleum- ulei, adică literalmente „ulei de piatră”, sau direct din greacă. πετρέλαιο - ulei.

Originea numelui rusesc nu este stabilit exact și există mai multe versiuni. Potrivit unuia dintre ei, cuvântul a venit în rusă din persană, (naft prin turcă, în care s-a schimbat în Tur. neft). În Persia antică, exista închinarea focului, iar în timpul ritualurilor, preoții scoteau lichid din adânciturile săpate în apropierea orificiilor de evacuare naturale a uleiului până la suprafață și apoi îi dădeau foc; acest rit a fost numit „nafta”. Unii lingviști consideră că natura cuvântului este indian „nafata” (scurgere, scurgere), sugerând că a trecut mai târziu în limba persană. Alții cred că naftul persan - „ulei” este primordial și se întoarce la cuvântul antic iranian cu sensul „umed”. Încă alții cred că naft este împrumutat din limbile semitice, unde rădăcina verbală npt înseamnă a scuipa (uleiul, situat lângă suprafață și de obicei gros, când se formează o gaură în pământ, începe să scuipe în el).

LA limba germana ulei - acesta. Erdol, care înseamnă literal „ulei măcinat”, Hung. koolaj - „ulei de piatră”, Jap. 石油 (sekyu) - „ulei de piatră”, finlandeză vuoriöljy - „ulei de munte”.

Originea uleiului

Articolul principal: Originea uleiului

Ulei este rezultatul litogenezei. Este o fază lichidă (practic) hidrofobă a produselor de fosilizare (îngropare) a materiei organice (kerogen) în depozitele hidro-sedimentare.

Formarea uleiului- un proces în etape, foarte lung (de obicei 50-350 de milioane de ani) care începe chiar și în materia vie. Există o serie de etape:

• sedimentare- timp în care rămășițele organismelor vii cad pe fundul bazinelor de apă;
• biochimic- procese de compactare, deshidratare si procese biochimice in conditii de acces limitat la oxigen;
• protocatogeneza- coborârea stratului de reziduuri organice la o adâncime de 1,5-2 km cu o creștere lentă a temperaturii și presiunii;
• mezocatogeneza, sau faza principală a formării uleiului (MAP)- tasarea unui strat de reziduuri organice la o adâncime de 3-4 km când temperatura crește la 150 °C. În acest caz, substanțele organice suferă o distrugere catalitică termică, având ca rezultat formarea de substanțe bituminoase care alcătuiesc cea mai mare parte a microulei. În plus, uleiul este distilat din cauza căderii de presiune și a emigrării micro-ulei în rezervoare nisipoase și de-a lungul acestora în capcane;
• apocatogeneza kerogenezei, sau faza principală a formării gazelor (MFG)- tasarea unui strat de reziduuri organice la o adâncime mai mare de 4,5 km când temperatura crește la 180-250 °C. În acest caz, materia organică își pierde potențialul generator de petrol și își realizează potențialul generator de metan.

I. M. Gubkin a evidențiat și scena distrugerea câmpurilor petroliere.

Dovezi convingătoare ale naturii biogene a materialului sursă au fost obținute în urma unui studiu detaliat al evoluției compoziției moleculare a hidrocarburilor și a precursorilor lor biochimici (progenitori) în organismele originale, în materia organică a sedimentelor și a rocilor și în diferite uleiuri din zăcăminte. Importantă a fost descoperirea în compoziția uleiului chimiofosile- structuri moleculare foarte ciudate, adesea complex construite, de natură clar biogenă, adică moștenite (în întregime sau sub formă de fragmente) din materia organică. Studiul distribuției izotopilor stabili de carbon (12 C, 13 C) în petrol, materia organică a rocilor și în organisme (A. P. Vinogradov, E. M. Galimov) a confirmat, de asemenea, invaliditatea ipotezelor anorganice.

Cu toate acestea, în prezent, unii oameni de știință (în principal din Rusia) apără ipotezele anorganice despre originea petrolului. În special, se susține că cantități mici de ulei, despre care se presupune că s-au format anorganic, sunt adăugate constant la uleiul format în antichitate prin mijloace organice. Dacă acest lucru este adevărat, atunci aceasta înseamnă inepuizabilitatea ipotetică a rezervelor de petrol

Proprietățile uleiului

Proprietățile fizice ale uleiului

Uleiul este un lichid de culoare de la maro deschis (aproape incolor) la maro închis (aproape negru) (deși există chiar și mostre de ulei verde smarald). Greutatea moleculară medie este de 220-400 g/mol (rar 450-470). Densitate 0,65-1,05 (de obicei 0,82-0,95) g/cm³; se numește ulei cu o densitate sub 0,83 ulei uşor, 0,831-0,860 - ulei mediu, peste 0,860 - ulei greu.

Densitatea uleiului, ca și alte hidrocarburi, este foarte dependentă de temperatură și presiune. Conține o mare varietate de materie organicăși, prin urmare, se caracterizează nu prin punctul de fierbere, ci prin punctul inițial de fierbere al hidrocarburilor lichide (de obicei > 28 ° C, mai rar ≥ 100 ° C în cazul uleiurilor grele) și compoziția fracționată - randamentul fracțiilor individuale distilate mai întâi la presiunea atmosferică și apoi sub vid în anumite limite de temperatură, de obicei până la 450-500 °C (fierbe ~ 80% din volumul probei), mai rar 560-580 °C (90-95%).

• Temperatura de cristalizare de la -60 la + 30 °C; depinde în principal de conținutul de parafină din ulei (cu cât este mai mult, cu atât temperatura de cristalizare este mai mare) și de fracțiile ușoare (cu cât sunt mai multe, cu atât este mai scăzută această temperatură).

Vâscozitatea variază într-o gamă largă (de la 1,98 la 265,90 mm²/s pentru diferite uleiuri produse în Rusia), este determinată de compoziția fracționată a uleiului și de temperatura acestuia (cu cât este mai mare și cu cât este mai mare cantitatea de fracții ușoare, cu atât este mai mică). vâscozitatea), precum și conținutul de substanțe rășino-asfaltice (cu cât sunt mai multe, cu atât vâscozitatea este mai mare). Căldura specifică 1,7-2,1 kJ/(kg∙K); căldură specifică de ardere (cea mai scăzută) 43,7-46,2 MJ/kg; constantă dielectrică 2,0-2,5;conductivitate electrică [specifică] de la 2∙10 −10 la 0,3∙10 −18 Ω −1 ∙cm −1.

Uleiul este un lichid inflamabil; punctul de aprindere de la -35 la +121 ° C (în funcție de compoziția fracționată și conținutul de gaze dizolvate în acesta). Uleiul este solubil în solvenți organici, în condiții normale este insolubil în apă, dar poate forma emulsii stabile cu el. În tehnologie, pentru a separa apa de ulei și sare dizolvată în ea, se efectuează deshidratarea și desalinizarea.

Compoziția chimică a uleiului

Uleiul este un amestec de aproximativ 1000 de substanțe individuale, dintre care majoritatea sunt hidrocarburi lichide (> 500 de substanțe sau de obicei 80-90% din greutate) și compuși organici heteroatomi (4-5%), în principal sulfuroși (circa 250 de substanțe), azotați ( > 30 de substanțe) și oxigen (aproximativ 85 de substanțe), precum și compuși organometalici (în principal vanadiu și nichel); alte componente - gaze de hidrocarburi dizolvate (C 1 -C 4, de la zecimi la 4%), apă (de la urme la 10%), săruri minerale (în principal cloruri, 0,1-4000 mg/l și mai mult), soluții săruri de acizi organici , etc., impurități mecanice.

Practic, uleiul conține parafină (de obicei 30-35, mai rar 40-50% în volum) și compuși naftenici (25-75%). Într-o măsură mai mică - compuși din seria aromatică (10-20, mai rar 35%) și structuri mixte sau hibride (de exemplu, parafină-naftenic, naftenic-aromatic).

Alături de hidrocarburi, uleiul conține substanțe care conțin atomi de impurități. sulf - H2S, mercaptani, mono- și disulfuri, tiofeni și tiofani, precum și policiclici etc. (70-90% este concentrat în produse reziduale - păcură și gudron); cu conținut de azot - în principal omologiepiridină, chinolină, indol, carbazol, pirol, precum și porfirine (concentrate mai ales în fracțiuni grele și reziduuri); care conțin oxigen - acizi naftenici, fenoli, rășino-asfaltene și alte substanțe (concentrate de obicei în fracțiuni cu punct de fierbere ridicat). Compoziție elementară (%): 82-87 °C; 11-14,5 N; 0,01-6 S (rar până la 8); 0,001-1,8N; 0,005-0,35 O (rar până la 1,2), etc. În total, au fost găsite peste 50 de elemente în ulei. Deci, alături de cele menționate, uleiul conține V (10 -5 - 10 -2%), Ni (10 -4 -10 -3%), Cl (de la urme la 2 10 -2%) etc. Conținutul de acești compuși și impurități din materiile prime ale diferitelor zăcăminte variază foarte mult, așa că este posibil să vorbim despre compoziția chimică medie a uleiului doar condiționat.

De multe ori depozit de ulei ocupă doar o parte a rezervorului și, prin urmare, în funcție de natura porozității și de gradul de cimentare a rocii (eterogenitatea zăcămintei). Un grad diferit de saturație cu ulei a secțiunilor sale individuale se găsește în limitele depozitului însuși.

Uneori, acest motiv se datorează prezenței zonelor neproductive ale depozitului. De obicei, uleiul dintr-un rezervor este însoțit de apă, ceea ce limitează rezervorul în josul căderii straturilor sau de-a lungul întregului său fund. În plus, în fiecare zăcământ de ulei, împreună cu acesta, există un așa-numit. film, sau apă reziduală, care învelește particulele de roci (nisipuri) și pereții porilor.

• În cazul în care rocile de rezervor sunt înțepate sau tăiate de falii, răsturnări etc., prin perturbări disjunctive, depozitul poate fi limitat fie complet, fie parțial de roci cu permeabilitate scăzută. Gazul este uneori concentrat în părțile superioare ale unui zăcământ de petrol (așa-numitul „capot de gaz”). Debitul sondelor, pe lângă proprietățile fizice ale rezervorului, grosimea și saturația acestuia, este determinat de presiunea gazului dizolvat în petrol și apele marginale.

Când petrolul este extras prin puțuri, nu este posibil să se extragă complet tot petrolul din zăcământ, o cantitate semnificativă din acesta rămâne în intestinele scoarței terestre (vezi Recuperarea petrolului și producția de petrol).

Pentru o extracție mai completă a uleiului se folosesc metode speciale, dintre care mare importanță are o metodă de inundare cu apă (edge, in-loop, focal).

Petrolul din rezervor este sub presiune (expansiune elastică și/sau apă marginală și/sau gaz, atât dizolvată, cât și capac de gaz), drept urmare deschiderea rezervorului, în special a primelor puțuri, este însoțită de riscul de spectacole de gaze și petrol (foarte rar explozii de petrol).

Prin capacitatea de a se dizolva în lichide organice, inclusiv:

• disulfură de carbon,
• cloroform,
• amestec alcool-benzen

ulei, cum ar fi:

• alte petroluri,
• substanțe extrase de acești solvenți din turbă,
• substanțe extrase de acești solvenți din cărbunii fosili

oamenii de știință se referă de obicei la grupul de bitumuri.

Grade de ulei comercial

Articolul principal: Grade de ulei comercial

Introducerea gradului este necesară datorită diferenței de compoziție a uleiului (conținut de sulf, conținut diferit de grupe de alcani, prezența impurităților) în funcție de domeniu. Standardul pentru prețuri este uleiul WTI și Light Sweet (pentru emisfera vestică și în general ca reper pentru alte tipuri de petrol), precum și Brent (pentru piețele din Europa și țările OPEC).

Pentru a simplifica exportul, au fost inventate niște grade standard de petrol, asociate fie cu câmpul principal, fie cu un grup de câmpuri. Pentru Rusia, acest lucru este Urali grele și ulei ușor Siberian Light. În Marea Britanie - Brent, în Norvegia - Statfjord, în Irak - Kirkuk, în SUA - Light Sweet și WTI. Se întâmplă adesea ca o țară să producă două grade de petrol - ușor și greu. De exemplu, în Iran, acestea sunt Iran Light și Iran Heavy.

Resursele energetice joacă un rol principal în economia modernă. Nivelul de dezvoltare al forțelor productive ale fiecărui stat este determinat în mare măsură de amploarea și consumul de resurse energetice. Rolul important al resurselor energetice este dovedit de faptul că peste 70% din mineralele extrase în lume sunt surse de energie.
Principalele tipuri de resurse energetice sunt cărbunele, petrolul, gazele naturale, energia hidroelectrică și energia nucleară.
În prezent, petrolul este principala sursă de energie în majoritatea țărilor lumii. Combustibilii derivați din petrol alimentează motoarele de transport terestru, pe apă și aerian, cresc rachete spațiale electricitatea este generată la centralele termice.
Nivelul actual de civilizație și tehnologie ar fi de neconceput fără energia ieftină și din belșug pe care ne-o oferă petrolul. Astăzi are mai multe semnificații pentru economie nationala tari:

· materii prime pentru petrochimie în producția de cauciuc sintetic, alcooli, polietilenă, polipropilenă, o gamă largă de diverse materiale plastice și produse finite din acestea, țesături artificiale;

sursă pentru producția de combustibili pentru motoare (benzină, kerosen, motorină și carburanți pentru avioane), uleiuri și lubrifianți, precum și combustibil pentru cazane și cuptoare (pacură), materiale de construcții(bitum, gudron, asfalt);

· Materii prime pentru obținerea unui număr de preparate proteice utilizate ca aditivi în hrana animalelor pentru stimularea creșterii acestuia.

Gazele naturale, descoperite cu mii de ani în urmă, au devenit un purtător de energie indispensabil în mare parte din lumea industrializată. Țările care au cel puțin rezerve proprii de gaze naturale sunt în cea mai favorabilă poziție, în timp ce unele țări, precum Japonia, trebuie să importe aproape tot gazul de care au nevoie. În zonele bogate în petrol, există de obicei rezerve semnificative de gaze naturale. Aceste regiuni includ Rusia, Statele Unite, Orientul Mijlociu, Mexic, părți din America de Sud și țările europene adiacente Mării Nordului.

Utilizarea industrială a gazelor naturale - ca o varietate de combustibili de proces - este stimulată de posibilitatea unui control mai precis al fluxului de căldură generat comparativ cu alte tipuri de combustibil. Din acest motiv, gazele naturale sunt din ce în ce mai utilizate în acele industrii pentru care furnizarea de căldură este strict reglementată, are un important valoare practică: in industria alimentara, sticla, ceramica si ciment, in productia de caramizi, portelan si alte materiale fragile. Consumul de gaze naturale este în creștere și în petrochimia modernă, care folosește gaze de hidrocarburi ca materie primă pentru producerea de amoniac, îngrășăminte cu azot etc.

Utilizarea pe scară largă a combustibililor gazoși în locuințe și servicii comunale și în sectorul serviciilor se datorează unor proprietăți de consum precum putere calorică ridicată, ușurință în utilizare și curățenie la ardere.

Utilizarea gazului ca combustibil în transportul rutier și feroviar devine din ce în ce mai răspândită.

Referitor la consumul de combustibili gazoși, trebuie subliniat că alături de gazele naturale se folosesc și gazele artificiale ca combustibili tehnologici și casnici, precum și materii prime chimice: fabrică, rafinărie de petrol, cuptor de cocs, furnal etc.

În prezent, ponderea diferitelor tipuri de gaz artificial în general reprezintă aproximativ 15% din consumul total de hidrocarburi gazoase.

1. Compoziția uleiului.

Uleiul este o soluție conjugată reciproc de hidrocarburi și compuși organici heteroatomi. Trebuie subliniat că uleiul nu este un amestec de substanțe, ci o soluție de hidrocarburi și compuși organici heteroatomi. Aceasta înseamnă că atunci când studiem uleiul, acesta trebuie abordat ca o soluție.

Uleiul nu este doar o substanță dizolvată într-un solvent, ci o soluție reciprocă a celor mai apropiați omologi și a altor compuși unul în celălalt. În sfârșit, soluția conjugată se numește în sensul că, dizolvându-se unele în altele, structurile cele mai apropiate ca structură formează un sistem reprezentând uleiul în ansamblu.

De fapt, petrolul este un mineral fosil lichid care se găsește în rocile sedimentare poroase ale scoarței terestre, în crăpăturile, crăpăturile și alte goluri din rocile părinte (granite, gneisuri, bazalt etc.)

Uleiul este un lichid maro închis, uneori aproape incolor și uneori chiar negru.

1.1. Compoziția chimică a uleiului.

Compoziția uleiului include aproximativ 425 de compuși de hidrocarburi. Partea principală a uleiurilor este alcătuită din trei grupe de hidrocarburi: metan, naftenic și aromatic. După compoziția hidrocarburilor, toate uleiurile se împart în: 1) metano-naftenic, 2) naftenic-metan, 3) aromatic-naftenic, 4) naftenic-aromatic, 5) aromatic-metan, 6) metano-aromatic și 7) naftenic metano-aromatic. Primul din această clasificare este numele hidrocarburii, al cărei conținut în compoziția uleiului este mai mic.

1.1.1. Hidrocarburi din petrol și produse petroliere

Hidrocarburile sunt cei mai simpli compuși organici. Moleculele lor sunt construite din atomi de doar două elemente - carbon și hidrogen. Formula generală C n H m . Ele diferă prin structura scheletului de carbon și natura legăturilor dintre atomii de carbon (Schema 1).

Conform primului semn, ele sunt împărțite în hidrocarburi aciclice (alifatice), ale căror molecule sunt construite din lanțuri deschise de carbon-carbon, de exemplu, hexan și izohexan:

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3CH3-CH-CH2-CH2-CH3,

hexan izohexan

și hidrocarburi ciclice (carbociclice).

Hidrocarburile carbociclice cu proprietăți speciale („caracter aromatic”) sunt numite aromatice, de exemplu:

Alte hidrocarburi carbociclice, cum ar fi ciclohexanul, sunt numite aliciclice:

Prin natura legăturilor dintre atomii de carbon, hidrocarburile pot fi saturate sau saturate (alcani) și nesaturate (nesaturate). Acesta din urmă poate conține un număr diferit de legături duble (alchene, alcadiene, cicloalchene etc.), triple (alchine, cicloalchine etc.) sau ambele în același timp:

Schema 1. Clasificarea hidrocarburilor

1.1.1.1 Alcani.

Alcanii sunt hidrocarburi alifatice, în molecula cărora atomii de carbon sunt legați între ei și de atomii de hidrogen printr-o singură legătură (σ-legatură). Ozyuda și celălalt nume al lor - hidrocarburi marginale sau saturate. Strămoșul și cel mai simplu reprezentant al alcanilor este metanul CH 4. În molecula de metan, ca și în moleculele altor alcani, atomul de carbon se află în starea de hibridizare sp 3. Formula generală a compușilor acestei serii este C n H 2 n +2. Fiecare ulterior

Alcanii ocupă un loc excepțional de important printre hidrocarburile petroliere. Astfel, gazele naturale sunt reprezentate aproape exclusiv de alcani.

Fracțiunile ușoare ale oricăror uleiuri sunt aproape în întregime compuse din alcani. Odată cu creșterea greutății moleculare medii a fracțiilor de ulei, conținutul de alcani din acestea scade. În fracțiile medii care fierb în intervalul 200-300 0 С, ele conțin de obicei nu mai mult de 55-61%, iar cu 500 0 С cantitatea acestor hidrocarburi scade la 19-5% sau mai puțin.

alcani lichizi. Conținutul de alcani lichizi, în funcție de câmpul de petrol, variază de la 10 la 70%. Cele mai bogate în ele sunt uleiurile Mangyshlak, Siberian, Tătar, Bashkir. În timpul distilării fracționate, aceste hidrocarburi ajung în distilate de benzină (C 5 -C 10) și kerosen (C 11 -C 16). În prezent, toți posibilii izomeri ai pentanului, hexanului și heptanului au fost găsiți în uleiuri.

De obicei, uleiul conține în principal două până la patru duzini de alcani normali și izomeri individuali, restul sunt prezenți în cantități minore.

Conținutul de alcani cu structură normală și slab ramificată este cel mai caracteristic. Mai mult, dintre acestea din urmă, cele substituite cu metil sunt cele mai frecvente.

În tabel. Figura 5 prezintă datele medii privind conținutul de alcani individuali în fracțiile de benzină ale uleiurilor.

Din cei 18 izomeri octanici, s-au găsit 17. Din cei 35 de izomeri nonan posibili, s-au găsit 24.

Decanul și cei zece izomeri ai săi au fost izolați, iar majoritatea au fost detectați spectroscopic.

Dintre hidrocarburile C11-C16 s-au găsit undecan, dodecan, tri- și tetradecan, pentadecan și hexadecan.

Tabelul 5

Conținut relativ de hidrocarburi alcanice

în fracţiuni din diferite uleiuri

hidrocarburi
	pentru uleiurile CSI		pentru uleiuri străine
Fracția 60-95 0 С
2-metilpentan
3-metilpentan
2,2-dimetilpentan
2,4-dimetilpentan
2,3-dimetilpentan
3,3-dimetilpentan
2-metilhexan
3-metilhexan
3-etilpentan
Fracția 95-122 0 С
2,2-dimetilhexan
2,3-dimetilhexan
2,4-dimetilhexan
2-metilheptan
3-metilheptan
4-metilheptan

Hidrocarburi izoprenoide - alcani ramificati cu alternanța corectă a substituenților metilici în lanț prin trei grupe metilen au fost găsite în unele uleiuri:

Hidrocarburile izoprenoide prezintă un interes deosebit pentru geochimia petrolului, deoarece au o structură specifică caracteristică componentelor biochimice. Caracteristicile structurii lor și concentrația mare în diferite uleiuri mărturisesc în favoarea naturii lor biogene.

La studierea distribuției alcanilor normali și alcanilor de izostructură în uleiuri, s-au găsit regularități asociate tipului de ulei. În uleiurile de tip metan predomină alcanii normali (până la 50%). Uleiurile de tip naftenic conțin predominant izoalcani (până la 75% sau mai mult). Ele pot fi formate în uleiuri din fitol, un alcool alifatic nesaturat de origine vegetală, care este parte integrantă a clorofilei.

Deoarece uleiurile de tip metan sunt clasificate ca uleiuri vechi, predominanța alcanilor cu structură normală în ele se explică prin reacțiile de scindare a catenei laterale din hidrocarburile cu izostructură. Conținutul predominant de izoalcani din uleiurile naftenice indică faptul că aceștia sunt tineri, care nu au suferit încă transformări semnificative.

Alcanii lichizi sunt de mare importanță în combustibilii lichizi. S-a stabilit că alcanii normali sunt purtători de proprietăți detonante, drept urmare prezența lor în benzină este nedorită.

Dimpotrivă, sunt de dorit în motorină, deoarece odată cu creșterea lungimii lanțului, așa-numitul număr de cetanic crește, ceea ce caracterizează capacitatea motorinei de a se aprinde.

Alcanii ramificati conferă benzinei proprietăți antidetonante, caracterizate printr-un număr octanic.

Alcanii lichizi, care fac parte din benzină, kerosen și alte produse de rafinare a petrolului, sunt utilizați în principal ca combustibili. O cantitate semnificativă de alcani normali este utilizată pentru a produce acizi grași sintetici, alcooli și agenți tensioactivi. În plus, sunt materii prime pentru industria microbiologică producătoare de concentrate de proteine ​​și vitamine.

alcani duri. Alcanii solizi sunt prezenți în toate uleiurile. Pentru toți alcanii solizi, denumirea tehnică „ parafine". Există puține parafine în uleiuri (0,1-5%). Cu toate acestea, există uleiuri foarte parafinice cu un conținut de 7-27% parafine solide.

Masa lor principală este conținută în păcură, în timpul distilării căreia hidrocarburile cu un număr de atomi de carbon de la 17 la 35 cad în distilate de ulei, iar C 36 -C 55 rămân în gudron. În ceea ce privește compoziția chimică, hidrocarburile izolate din fracțiile petroliere cuprind mai mult de 75% din alcanii normali și cantități mici de cicloalcani și hidrocarburi ramificate. Au un punct de topire de 45-54 0 C, un punct de fierbere de până la 550 0 C, o densitate de 0,860-0,940 și o greutate moleculară de 300-500. Se numesc hidrocarburi solide cu un număr de atomi de carbon de la 36 la 55 ceresine. Compoziția ceresinelor include alcani cu structură normală și izo, care pot conține cicloalcani și structuri aromatice în moleculă. Cerezinele au un punct de topire de 65-88 0 C, un punct de fierbere peste 600 0 C și o greutate moleculară de 500-750. Arata ca ceara.

Parafinele se cristalizează ușor sub formă de plăci și panglici lamelare. Cerezinele, pe de altă parte, cristalizează sub formă de ace mici, astfel încât nu formează sisteme puternice de solidificare, cum ar fi parafinele.

În ulei, parafinele sunt în stare dizolvată și suspendată. La rece, solubilitatea lor în fracțiuni de ulei și ulei este scăzută, dar atunci când sunt încălzite la aproximativ 40 0 ​​C, parafinele se dizolvă în ele pe termen nelimitat. Deoarece există o temperatură ridicată în intestinele Pământului, parafinele din uleiuri sunt în stare dizolvată, scăpând din ele sub forma unei faze solide atunci când uleiul iese la suprafață. Prin urmare, atunci când conținutul lor în petrol este de 1,5-2%, parafinele sunt depuse în puțuri și conducte de colectare a petrolului din câmp, ceea ce face dificilă exploatarea puțurilor și transportul petrolului.

Parafinele și ceresinele au o varietate de aplicații în industria chimică, în producția de vaselină, în impregnarea lemnului, finisarea țesăturilor, ca material izolator în inginerie electrică și radio.

Parafinele sunt folosite ca agent de îngroșare în producția de lubrifianți din plastic. Aceștia au o importanță deosebită, precum și alcanii lichizi, pentru producerea de acizi grași sintetici și alcooli.

1.1.1.2. Cicloalcani.

Cicloalcanii sau cicanii sunt hidrocarburi care conțin cicluri (inele) în moleculă, construite din atomi de carbon (compuși carbociclici), interconectați printr-o legătură σ. Din clasificarea discutată mai devreme (vezi p. 17), rezultă că cicanii fac parte din compușii aliciclici. Formula generală a cicloalcanilor este C n H 2 n . În consecință, moleculele de ciclan care nu au substituenți constau din grupări CH2 (grupare metilen) legate între ele și închise în inele; de unde și cealaltă denumire a acestora - compuși polimetilenici.

În literatura tehnică (inclusiv cea petrolieră) se numesc cicloalcani naftene. Numele de familie le-a fost dat de V.V. Markovnikov, care a descoperit pentru prima dată aceste hidrocarburi în 1833 în uleiurile de la Baku.

Cicloalcanii în funcție de numărul de cicluri din moleculă sunt împărțiți în monociclani (formula generală C n H 2 n), biciclani (C n H 2 n -2) și policlani (C n H 2 n -4, C n H 2 n -6 etc.) d.).

Cicloalcanii monociclici sunt componentele predominante ale uleiului. Sunt reprezentați în principal de ciclopentani și ciclohexani substituiți cu metil. Compușii substituiți în pozițiile 1,3 și 1,2,3 predomină. Omologii de ciclohexan sunt mai frecventi decât cei de ciclopentan. Conținutul anormal de mare al acestor hidrocarburi este asociat cu originea petrolului. În uleiuri s-au găsit cantități mici de alchilcicloheptani.

În uleiuri s-au găsit bicicloalcani condensați

și omologii lor. Decalinele de importanță practică sunt cele mai răspândite. Pe lângă bicicloalcanii condensați, aceștia pot fi reprezentați în uleiuri prin omologi ai diciclopentilului și ciclohexilului, ciclopentilciclohexilului și diciclohexilmetanului:

Dintre cicloalcanii triciclici, numai triciclo (3.3.1.1. 3,7)decanul (adamantanul) și omologii săi s-au găsit în uleiuri:

Molecula de adamantan este foarte stabilă. Celulă de cristal are la fel ca un diamant.

Fracțiunile superioare de ulei conțin alcani policiclici, ale căror molecule sunt sisteme de 4,5 și 6 cicluri condensate cu lanțuri laterale scurte (terpani, sterani), a căror origine este asociată cu steroizii, larg răspândiți în natură.

Cicloalcanii monociclici cu lanțuri laterale lungi, precum și cicloalcanii cu o structură condensată complexă, sunt solide la temperaturi obișnuite. Sunt componente ale parafinelor și cerezinelor.

În prezent, din uleiuri este izolat doar ciclohexanul, care este utilizat în sinteza petrochimică, și derivații de adamantan folosiți în diverse domenii (medicamente, polimeri etc.). Alți cicloalcani ai uleiurilor sunt utilizați ca aditivi la benzine sau procesați pentru a obține hidrocarburi aromatice.

Cu cât benzinele și kerosenii conțin mai mulți cicloalcani, cu atât sunt combustibili de calitate superioară. În raport cu rezistența la detonare, aceștia ocupă o poziție de mijloc între alcanii normali și arene. Ciclopentanul și ciclohexanul au cele mai mari proprietăți antidetonante.

În combustibilii diesel, monocicloalcanii cu lanțuri laterale lungi sunt de dorit. Pentru carburanții pentru avioane, monocicloalcanii ușor ramificați sunt de dorit în special deoarece eliberează multă căldură atunci când sunt arși și au un punct de curgere scăzut.

Pentru uleiurile lubrifiante, sunt preferați cicloalcanii mono- și biciclici cu lanțuri laterale lungi. Au vâscozitate bună, lubrifiere, punct de curgere scăzut.

Hidrocarburile nesaturate sau nesaturate sunt compuși care conțin legături duble sau triple. Hidrocarburile nesaturate formează mai multe serii omoloage, a căror compoziție este exprimată prin una dintre următoarele formule: C n H 2 n, C n H 2 n -2, C n H 2 n -4 etc.

1.1.1.3. Arene și hidrocarburi mixte.

Arenele sau hidrocarburile aromatice sunt compuși care conțin o grupare ciclică specială de șase atomi de carbon în moleculă, care se numește grupa benzen (nucleu benzen):

miez de benzen

Denumirea hidrocarburilor din acest grup „compuși aromatici” este întâmplătoare și astăzi și-a pierdut sensul inițial. Într-adevăr, primii compuși descoperiți fie aveau un miros specific, uneori plăcut, fie erau izolați din produse naturale cu miros puternic. Dar numărul de substanțe „aromatice” dintre numeroșii compuși cunoscuți ai acestui grup este mic. În același timp, se observă o serie de caracteristici în structura, proprietățile fizice și comportamentul chimic al acestor substanțe asociate cu prezența grupărilor benzen în moleculă.

Există hidrocarburi aromatice mononucleare (o grupă benzenă într-o moleculă) și polinucleare care conțin două sau mai multe grupe benzene. În moleculele de arenă, radicalii de hidrocarburi cu un lanț de carbon neramificat sau ramificat, precum și cei care conțin legături duble sau triple și grupări ciclice, pot fi utilizați ca lanțuri laterale:

În consecință, arenele pot conține în moleculă, împreună cu nucleele aromatice, lanțuri alifatice de diferite structuri și, de asemenea, pot include și alte grupări ciclice (care nu conțin nuclee de benzen) în moleculă.

Primul și unul dintre cei mai importanți reprezentanți ai seriei omoloage de hidrocarburi aromatice mononucleare este benzenul C 6 H 6. Prin urmare, numele comun al seriei omoloage este seria benzenului.

Fracțiunile cu punct de fierbere ridicat ale uleiului constau în principal din hidrocarburi cu o structură mixtă (hibridă). Acestea sunt hidrocarburi policiclice ale căror molecule conțin structuri cicloalcanice fuzionate cu arene.

Fracțiile de petrol-kerosen conțin cele mai simple hidrocarburi biciclice hibride și omologii acestora:

Inelele arenice ale hidrocarburilor hibride au substituenți preponderent scurti (metil sau etil), ciclurile cicloalcanice au unul sau doi substituenți alchil destul de lungi. Există mai ales multe hidrocarburi hibride în fracțiile petroliere. Structura lor a fost puțin studiată.

Hidrocarburile hibride sunt componente nedorite ale uleiurilor lubrifiante, deoarece afectează proprietățile de vâscozitate și reduc stabilitatea lor împotriva oxidării.

Comun tuturor uleiurilor este o creștere a conținutului de arene cu punctul de fierbere al fracțiilor de ulei.

Aceste fracții conțin toți izomerii benzen substituiți cu metil până la C10 inclusiv. Toluenul, m-xilenul și 1,2,4-trimetilbenzenul sunt componentele principale ale uleiului. Dintre omologii disubstituiți ai benzenului predomină izomerii 1,3-, dintre trialchilbenzenii - izomerii 1,3,5 și 1,2,4.

Kerosenul și fracțiunile de motorină conțin de la 15 la 35% arene. Pe lângă omologii benzenului, aici s-au găsit naftalină, bifenil, bifeniletan și derivații lor de metil. Naftalina este prezentă în cantități foarte mici, confirmând tiparul general, conform căruia primii membri ai seriei omoloage se găsesc întotdeauna în uleiuri în concentrații mai mici comparativ cu omologii mai mari. Fracțiunile cu punct de fierbere mai înalt conțin arene policiclice, cum ar fi antracen, fenantren, piren, fluoren, crisen, perilenă și derivații lor alchil (în principal metil).

Conținutul mediu de arene, tipic pentru uleiurile din URSS de diferite tipuri (în% din masă, pe baza arenelor): benzen - 67%, naftalină - 18%, fenantren - 8%, crisen și benzofluoren - 3%, piren - 2%, antracen 1%, alte arene - 1. Omologii fenantrenului sunt prezenți în cantități mult mai mari decât omologii antracenului, ceea ce este în concordanță cu conținutul relativ al acestor structuri în țesuturile vegetale și animale.

Arenele sunt componente de dorit ale combustibililor pentru carburator, deoarece au un număr octanic ridicat (toluen -103, etilbenzen - 98).

Prezența arenelor în cantități semnificative în motorină și carburanți pentru avioane înrăutățește starea de ardere și, prin urmare, este extrem de nedorită.

Arenele policiclice cu lanțuri laterale scurte degradează proprietățile de performanță ale uleiurilor și, prin urmare, sunt îndepărtate din ele.

Arenele sunt o materie primă valoroasă pentru sinteza petrochimică, în producția de cauciucuri sintetice, materiale plastice, fibre sintetice, coloranți și explozivi anilină, precum și produse farmaceutice. Cele mai importante sunt benzenul, toluenul, xilenii, etilbenzenul, naftalina.

1.1.1.4. hidrocarburi nesaturate.

Anterior, se credea că alchenele fie nu se găsesc în uleiuri, fie sunt prezente în cantități nesemnificative. La sfârșitul anilor 1980, s-a demonstrat că într-un număr de uleiuri din Siberia de Est, Tataria și alte regiuni ale Rusiei, conținutul de alchene poate ajunge până la 15-20% din greutatea uleiului.

De asemenea, se găsesc în cantități mici în uleiul canadian. Din aceasta au fost izolate hidrocarburi de la C6H12 la C13H26. În cantități mici, hidrocarburile nesaturate sunt prezente în produsele distilării simple a uleiului. O cantitate semnificativă de hidrocarburi nesaturate este conținută în gazele de prelucrare termică și catalitică a fracțiilor petroliere (până la 25%). Un numar mare de alchenele gazoase se găsesc și în produsele lichide de cracare - benzine. Conțin alchene normale și izo, cicloalchene (ciclopentenă, ciclohexenă și omologii lor), arene cu dublă legătură în lanțul lateral (stiren, inden și omologii acestora).

Hidrocarburile nesaturate cresc numarul octanic al combustibililor. Cu toate acestea, datorită reactivității lor ridicate, ele sunt ușor oxidate de oxigenul atmosferic (în special dienele). Oxidarea produce depuneri și gingii care pot cauza funcționarea defectuoasă a motorului. Prin urmare, pentru a obține produse petroliere stabile la oxidare, acestea fie sunt purificate din hidrocarburi nesaturate, fie se adaugă antioxidanți.

Hidrocarburile nesaturate sunt cea mai importantă materie primă pentru industria petrochimică. Pe baza lor, se produc majoritatea produselor petrochimice.

1.1.2. Compuși heteroatomi și componente minerale ale uleiului.

Compușii heteroatomi sunt compuși care, pe lângă atomii de carbon, conțin și heteroatomi (O, S, N). Toate uleiurile conțin compuși heteroatomi: oxigen, sulf, azot. Uleiurile conțin compuși heteroatomi atât de natură ciclică, cât și, într-o măsură mult mai mică, aciclică. Conținutul și raportul lor depind de vârsta și originea uleiului.

Cantitatea de compuși heteroatomi din partea uleiului cu greutate moleculară mică este mică (până la 10%). Masa lor principală este concentrată în partea cu greutate moleculară mare (până la 40%) a uleiului și în special în reziduul de gudron-asfalt (până la 100%).

Există mai multe substanțe rășinoase-asfaltice în uleiurile tinere și, prin urmare, acestea conțin de obicei mai mulți compuși heteroatomi.

Prezența anumitor compuși heteroatomi și conținutul acestora în uleiuri este de mare importanță pentru rezolvarea problemei materiei sursă a uleiului și a proceselor de transformare a acestuia în perioada de maturare.

1.1.3. Compușii oxigenului

1.1.4. Compuși ai sulfului

Există, de asemenea, compuși amestecați care conțin sulf și oxigen - sulfone, sulfoxizi.

În prezent, în uleiuri s-au găsit peste 250 de compuși care conțin sulf.

sulf elementar găsite în uleiuri în stare dizolvată. Cantitatea sa poate varia de la 0,0001 la 0,1% (masă) și, de regulă, este proporțională cu conținutul de sulf din ulei.

Sulful elementar se găsește numai în uleiurile asociate cu depozitele de calcar sau sulfat-dolomit. În timpul depozitării unor astfel de uleiuri, sulful elementar este colectat în nămolul de la fundul instalațiilor de depozitare a petrolului.

Când uleiul este încălzit (în timpul distilării), sulful reacționează parțial cu hidrocarburile:

Sulful intră în distilate din uleiul original și se formează și în ele din cauza descompunerii termice a compușilor organosulfurați.

sulfat de hidrogen in conditii de rezervor poate fi continut atat in gaze cat si in stare dizolvata in uleiuri. Cantitatea de hidrogen sulfurat dizolvat în uleiuri poate ajunge până la 0,02% în greutate. Când uleiul este încălzit în timpul procesării sale, se formează hidrogen sulfurat din cauza descompunerii compușilor organosulfurați instabili. Formarea hidrogenului sulfurat are loc și în timpul interacțiunii sulfului elementar cu hidrocarburile .

În funcție de natura uleiului, conținutul de sulf din uleiuri poate varia de la zecimi la câteva procente.

Distribuția compușilor cu sulf pe fracțiile petroliere este diferită. Odată cu creșterea punctului de fierbere al fracțiilor, conținutul de compuși cu sulf crește.

Tabelul 11

Distribuția compușilor sulfului în uleiurile acide

diverse domenii din Rusia

Majoritatea acestora (70-90% în greutate) sunt concentrate în reziduuri de petrol grele (păcură și gudron) și mai ales în partea asfalto-rășinoasă.

Distribuția compușilor cu sulf în fracțiile petroliere depinde de tipul de ulei (Tabelul 12).

Tabelul 12

Distribuția sulfului pe fracții de sulf și

uleiuri acide, % gr.

M este greutatea moleculară a fracției.

În tabel. Ca exemplu, Figura 13 prezintă compoziția grupului de compuși cu sulf a două uleiuri cu un conținut total de sulf într-unul de aproximativ 1% (ulei Syzran), în celălalt aproximativ 5% (ulei Chusovskaya).

Tabelul 13

Compoziția de grup a compușilor cu sulf ai unor uleiuri

Punctul de fierbere al fracțiilor		Cantitatea de sulf, % în greutate.		Cantitatea de sulf în % în greutate. asupra conținutului total de sulf din această fracție sub formă de:
	pe fracțiune		sulfat de hidrogen		sulf elementar	mercaptani	sulfuri	disulfuri		* rezidual
Ulei de Syzran
Uleiul Chusovskaya
											Cu control tehnic de laborator de la începutul fierberii la 300 0 C, sunt selectate fracții de 10 grade și apoi de 50 de grade. În instalațiile industriale de distilare, sunt izolate fracțiile care fierb pe intervale mai largi de temperatură. Astfel de fracții sunt de obicei numite distilate. Distilarea în astfel de instalații se efectuează mai întâi la presiunea atmosferică, selectând următoarele distilate: - benzina (n.c. ÷ 170-200 0 C); - nafta (160 ÷ 200 0 С); - kerosen (180 ÷ 270-300 0 С); - motorină (270 ÷ 350 0 С). Intermediar: - kerosen - motorină (270 ÷ 300 0 С); - motorina - ulei solar (300 ÷ 350 0 С); - reziduuri de TVA - păcură. Dintre fracțiile care fierb până la 350 0 C, prin amestecare (compunere) ele alcătuiesc așa-numitele produse petroliere ușoare: benzine pentru aviație și automobile; benzine și nafte - solvenți; kerosen - combustibil pentru jet și tractor; kerosen de iluminat; motorine - motorină. Reziduu de TVA (peste 350 0 C) - păcură, se distilează în vid pentru a preveni descompunerea componentelor care alcătuiesc compoziția sa, obținându-se distilate de ulei: solar, transformator, fus, autotol, cilindru și reziduu de TVA - gudron ( sau semi-gudron). Distilatele de ulei sunt folosite pentru a produce uleiuri și grăsimi lubrifiante. Cele mai vâscoase uleiuri lubrifiante și bitum sunt obținute din gudron (semi-gudron). În funcție de câmpul de petrol, acestea au o diferență de compoziție fracțională, exprimată într-un randament diferit de benzină, kerosen și alte fracții. 1.4. Compoziția elementară și izotopică a uleiurilor. În ciuda faptului că petrolul apare în diferite condiții geologice, compoziția sa elementară variază în limite înguste. Se caracterizează prin prezența obligatorie a cinci elemente chimice - carbon, hidrogen, sulf, oxigen și azot, cu o predominanță cantitativă accentuată a primelor două. Conținutul de carbon din uleiuri variază între 83-87%, în gazele naturale 42-78%. Hidrogen în uleiuri 11-14%, în gaze 14-24%. Sulful este cel mai frecvent element găsit în uleiuri. Conținutul său în uleiuri individuale ajunge la 6-8%. În gazele naturale, sulful se găsește de obicei sub formă de hidrogen sulfurat, a cărei cantitate ajunge uneori la 23% (câmpul Astrakhan) și chiar mai mult de 40% (Texas). Gazele naturale conțin heliu, argon și alte gaze inerte. Conținutul de heliu în gaze este de obicei mai mic de 1-2%, deși în unele cazuri ajunge la 10%. Concentrația de argon în gaze, de regulă, nu depășește 1% și doar în unele cazuri ajunge la 2%. În compoziția uleiului sunt prezente și alte elemente în cantități foarte mici, în principal metale: aluminiu, fier, calciu, magneziu, vanadiu, nichel, crom, cobalt, germaniu, titan, sodiu, potasiu etc. S-au găsit și fosfor și siliciu. . Conținutul acestor elemente nu este depășește câteva fracțiuni de procent, este determinată de condițiile geologice ale apariției petrolului. Deci, elementele principale ale uleiurilor mezozoice și terțiare este fierul. Uleiurile paleozoice din regiunea Volga-Ural au un conținut crescut de vanadiu și nichel. Se crede că unele oligoelemente sunt prezente în ulei din momentul formării lui în roci sedimentare, iar cealaltă parte se acumulează în perioada ulterioară a existenței uleiurilor. Compoziția elementară a unor uleiuri este dată în tabel. unu. tabelul 1 Compoziția elementară a unor uleiuri (% în greutate) Camp Ohinsky (Sahalin) Grozny Tyumenskoye (Siberia de Vest) Surakhani (Azerbaijan) Romashkinskoye (Tatarstan) Korobkovskaya (regiunea Volgograd) Mogutovskoye (regiunea Orenburg) Radaevskoe (regiunea Kuibyshev) Peninsula Mangyshlak Arlanskoe (Bașkortostan) Ukhtinskoye (Komi) Samotlor (Siberia de Vest) De mare interes pentru elucidarea istoriei geochimice a uleiurilor este compoziția izotopică a uleiurilor, adică. raportul dintre izotopii de carbon, hidrogen, sulf și azot din ei. Conform datelor disponibile, raportul de masă al diferiților izotopi din uleiuri este: 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. Componentele diferite ale aceluiași ulei au o compoziție izotopică diferită a elementelor. Fracțiile cu punct de fierbere scăzut se caracterizează printr-o compoziție de carbon mai ușoară. O diferență în compoziția protonilor se observă și pentru anumite clase de compuși (de exemplu, hidrocarburile aromatice sunt mai bogate în izotopul 13C decât hidrocarburile parafinice). 1.5. Determinarea continutului de apa. Apa aparține impurităților minerale ale uleiului împreună cu cenușa, nisipul etc. Țițeiul este o materie primă cu un conținut de apă de până la 200 - 300 kg/t. Apa este o impuritate nedorită și, conform standardelor tehnice, nu este permisă în produsele petroliere. Când este răcit, formează cristale de gheață care înfundă filtrele de combustibil; când produsele petroliere sunt încălzite, se formează abur, presiunea în conductă crește, ceea ce duce la ruperea lor. Fiind prezentă în combustibilii de carburator, apa le reduce puterea calorică. Înfundă carburatorul, înfundă duzele de pulverizare. Astfel, prezența apei complică procesarea uleiului și afectează negativ proprietățile de performanță ale produselor petroliere. O metodă calitativă pentru determinarea apei pentru produsele petroliere închise la culoare este un test de trosnire: produsul este încălzit într-o eprubetă la 150 o C într-o baie de ulei. Dacă se observă trosnire, spumare, tremurări ale produsului, atunci aceasta indică prezența apei în produsul uleios. Metoda cantitativă pentru determinarea apei într-un produs petrolier - metoda lui Dean și Stark. Metoda se bazează pe distilarea unui amestec de apă conținut în probă și a unui solvent organic care este nemiscibil cu apa. Distilatul este colectat într-un recipient calibrat și se măsoară volumul de apă distilată. 2. Compoziția gazului. Gazul natural este un amestec de gaze format în intestinele pământului în timpul descompunerii anaerobe a materiei organice. Gazele naturale aparțin mineralelor. Gazul natural în condiții de rezervor (condiții de apariție în interiorul pământului) este în stare gazoasă - sub formă de acumulări separate (depozite de gaze) sau sub forma unui capac de gaz al zăcămintelor de petrol și gaze sau în stare dizolvată în ulei sau apă. În condiții normale (101,325 kPa și 20 °C), gazul natural este doar în stare gazoasă. Gazele naturale pot fi, de asemenea, sub formă de hidrați de gaze naturale. 2.1. Compoziție chimică. Gazele naturale constau în principal din hidrocarburi saturate, dar conțin și hidrogen sulfurat, azot, dioxid de carbon și vapori de apă. Gazele extrase din câmpurile de gaze pure constau în principal din metan. Gazele și petrolul în grosimea pământului umplu golurile rocilor poroase, iar cu acumulări mari ale acestora se recomandă dezvoltarea industrială și exploatarea zăcămintelor. Presiunea din rezervor depinde de adâncimea apariției sale. Aproape la fiecare 10 m de adâncime, presiunea din rezervor crește cu 0,1 MPa (1 kgf / cm 2). Compoziția combustibililor gazoși include părți combustibile și incombustibile. Cu cât partea combustibilă a combustibilului este mai mare, cu atât căldura specifică de ardere este mai mare. Diferențele dintre caracteristicile fizico-chimice și termice ale combustibililor gazoși se datorează cantităților diferite de componente gazoase combustibile și necombustibile (balasturi), precum și impurităților nocive din compoziția gazului. Componentele combustibile includ următoarele substanțe: · Hidrogen H2. Un gaz incolor, netoxic, insipid și inodor, a cărui masă de 1 m 3 este de 0,09 kg. Este de 14,5 ori mai ușor decât aerul. Căldura specifică de ardere a hidrogenului este: Q B - 12.750 kJ/m 3 , 33.850 kcal/kg şi 68.260 kcal/mol; Q n - respectiv 10 800 kJ/m 3 , 28640 kcal/kg şi 57 740 kcal/mol şi depăşeşte căldura consumată la evaporarea apei formate în timpul arderii hidrogenului; 1 m 3 de hidrogen, care arde teoretic cantitatea necesară aer, formează 2,88 m 3 de produse de ardere. Amestecurile hidrogen-aer sunt foarte inflamabile și foarte inflamabile și explozive. · Metan CH4. Gaz incolor, netoxic, inodor și fără gust. Compoziția metanului include 75% carbon și 25% hidrogen; masa a 1 m 3 de metan este de 0,717 kg. La presiunea atmosferică și la o temperatură de -162 ° C, metanul se lichefiază și volumul său scade de aproape 600 de ori. Prin urmare, gazul natural lichefiat este un purtător de energie promițător pentru multe sectoare ale economiei naționale. Datorită conținutului de 25% hidrogen (în masă) în metan, există o mare diferență între puterea calorică specifică mai mare și cea mai mică. Cea mai mare căldură specifică de ardere a metanului Q in este 39.820 kJ/m 3, 13.200 kcal/kg și 212.860 kcal/mol; cel mai mic - respectiv Q n - 35.880 kJ/m3, 11.957 kcal/kg și 191.820 kcal/mol. Gazele naturale și cele asociate, constând în principal din metan, nu sunt doar un combustibil bogat în calorii, ci și o materie primă valoroasă pentru industria chimică. Metanul are o reactivitate relativ scăzută. Acest lucru se explică prin faptul că ruperea a patru legături CH într-o moleculă de metan necesită o cheltuială mare de energie. Pe lângă metan, gazele combustibile pot conține etan C 2 H 6, propan C 3 H 8, butan C 4 H 10 etc. Hidrocarburile din seria metanului au formula generală C n H 2n+2, unde P- număr de atomi de carbon egal cu 1 pentru metan, 2 pentru etan și 3 pentru propan. Odată cu creșterea numărului de atomi dintr-o moleculă de hidrocarburi grele, densitatea acesteia și căldura specifică de ardere cresc. monoxid de carbon CO. Un gaz incolor, inodor și fără gust, a cărui masă de 1 m 3 este de 1,25 kg; căldura specifică de ardere 13.250 kJ/m 3 , 2413 kcal/kg sau 67.590 kcal/mol Creșterea conținutului de monoxid de carbon prin reducerea balastului (CO 2 + N 2) crește brusc căldura specifică de ardere și temperatura de ardere a scăzut gaze calorice. În gazele cu conținut ridicat de calorii care conțin metan și alte hidrocarburi, o creștere a procentului de monoxid de carbon scade căldura specifică de ardere a gazului. În acest caz, se formează 2,88 m 3 de produse de ardere. Datorită volumului lor mic, fiecare metru cub de monoxid de carbon reprezintă mai multă căldură decât 1 m 3 de produse de ardere a hidrocarburilor. Monoxidul de carbon se combină ușor cu hemoglobina din sânge. Cu un conținut de 0,04% CO în aer, aproximativ 30% din hemoglobina din sânge intră într-un compus chimic cu monoxid de carbon, la 0,1% CO - 50%, la 0,4% - mai mult de 80%. Monoxidul de carbon este un gaz extrem de toxic, iar a fi într-o încăpere al cărei aer conține 0,2% CO timp de 1 oră este dăunător pentru organism, iar cu un conținut de 0,5% CO, a fi într-o încăpere chiar și 5 minute pune viața în pericol. Partea necombustibilă a combustibilului gazos include azot, dioxid de carbon și oxigen. · Azot N2. Gaz incolor, inodor și fără gust. Densitatea azotului este de 1,25 g / m 3 Atomii de azot sunt interconectați într-o moleculă printr-o legătură triplă N \u003d N, a cărei rupere consumă 170,2 mii kcal / mol de căldură. Azotul practic nu reacționează cu oxigenul, prin urmare, atunci când se calculează procesul de ardere, este considerat un gaz inert. Conținutul de azot din diferite gaze variază considerabil. · Dioxid de carbon CO 2 . Gaz incolor, greu, nereactiv la temperaturi scăzute. Are un miros și gust ușor acrișor. Concentrația de CO 2 în aer în intervalul de 4-5% duce la iritarea severă a sistemului respirator, iar în termen de 10% provoacă otrăvire severă. Densitatea CO2 este de 1,98 g/m3. Dioxidul de carbon este de 1,53 ori mai greu decât aerul, la o temperatură de -20 0 C și o presiune de 5,8 MPa (58 kgf/cm g) se transformă într-un lichid care poate fi transportat în cilindri de oțel. Cu o răcire puternică, CO 2 se solidifică într-o masă albă asemănătoare zăpezii. CO2 solid, sau gheața carbonică, este utilizat pe scară largă pentru depozitarea alimentelor perisabile în alte scopuri. · Oxigen O 2 . Gazul este inodor, incolor și fără gust. Densitatea sa este de 1,43 g/m 3 . Prezența oxigenului în gaz reduce căldura specifică de ardere și face gazul exploziv. Prin urmare, conținutul de oxigen din gaz nu trebuie să fie mai mare de 1% în volum. Impuritățile nocive includ următoarele gaze. · Hidrogen sulfurat H 2 S. Un gaz incolor cu un miros puternic care amintește de ouăle putrezite și este foarte toxic. Masa a 1 m 3 de hidrogen sulfurat este de 1,54 kg. Hidrogenul sulfurat, acționând asupra metalelor, formează sulfuri. Are un puternic efect coroziv asupra conductelor de gaze, în special cu prezența simultană a H 2 S , H 2 O și O 2 în gaz. Când este arsă, hidrogenul sulfurat formează dioxid de sulf, care este dăunător sănătății și coroziv pentru suprafețele metalice. Conținutul de hidrogen sulfurat în gaz nu trebuie să depășească 2 g la 100 m 3 de gaz. Acid cianhidric (hidric) HCN. Este un lichid ușor incolor cu punctul de fierbere de 26 0 C. Datorită unui punct de fierbere atât de scăzut, HCN se găsește în gazele combustibile în stare gazoasă. Acidul cianhidric este foarte toxic și coroziv pentru fier, cupru, staniu, zinc și aliajele acestora. Prin urmare, este permisă prezența a nu mai mult de 5 g de compuși cu cianură (în termeni de HCN) pentru fiecare 100 m 3 de gaz. Pentru a detecta în timp util o scurgere, toate gazele combustibile trimise către conductele de gaze ale orașului sunt supuse odorizării, adică li se conferă un miros specific ascuțit, prin care sunt ușor de detectat chiar și la concentrații scăzute în aerul interior. Odorizarea gazelor se realizează folosind lichide speciale cu miros puternic. Cel mai adesea folosit ca un singur agent etil mercaptan. În acest caz, mirosul de gaz trebuie simțit atunci când concentrația acestuia în aer nu depășește 1/5 din limita inferioară de explozie. În practică, aceasta înseamnă că gazul natural, care are o limită inferioară de explozie de 5%, trebuie resimțit în aerul din interior la concentrație de 1%. Mirosul de gaze lichefiate trebuie simțit la o concentrație de 0,5% în volumul camerei. Concluzie. Din punct de vedere chimic, uleiul este un amestec complex de hidrocarburi. , împărțit în două grupe - ulei greu și ulei ușor. Uleiul ușor conține cu aproximativ două procente mai puțin carbon decât petrolul greu, dar, în consecință, mai mult hidrogen și oxigen. Partea principală a uleiurilor este alcătuită din trei grupe de hidrocarburi - alcani, naftene și arene. Pe lângă partea de carbon, uleiul conține o componentă asfalt-gudron, porfirine, sulf și o parte de cenușă. Partea asfalt-rășinoasă este o substanță densă întunecată care se dizolvă parțial în benzină. Partea care se dizolvă se numește asfaltenă, iar partea insolubilă, desigur, se numește rășină. Porfirinele sunt compuși organici speciali care conțin azot în compoziția lor. Mulți oameni de știință cred că s-au format cândva din clorofila vegetală și hemoglobina animală. Există destul de mult sulf în ulei - până la 5% și aduce multe probleme petrolierilor, provocând coroziunea metalelor. Și în sfârșit, partea de cenușă. Aceasta este ceea ce rămâne după arderea uleiului. Cenușa conține de obicei compuși de fier, nichel, vanadiu și alte substanțe. Despre utilizarea lor vom vorbi mai târziu. La cele spuse, poate, se mai poate adăuga că vecinul geologic al petrolului - gazul natural - este și o substanță care nu este simplă în compoziția sa. Majoritatea - până la 95% din volum - în acest amestec metan. Există, de asemenea, etan, propan, butani și alcani - de la C5 și mai sus. O analiză mai amănunțită a făcut posibilă detectarea unor cantități mici de heliu în gazul natural. Bibliografie: Syrkin A.M. Fundamentele chimiei petrolului și gazelor [Text] / A.M. Syrkin, E. M. Movsumzade / / 2002 Mukhametzyanov A.Kh. Suport metrologic al metodelor de testare și al mijloacelor de monitorizare a compoziției și proprietăților petrolului și gazelor și a produselor de prelucrare a acestora / A.Kh. Mukhametzyanov / / 1992

Cunoașterea compoziției chimice a sistemelor petroliere naturale servește ca punct de plecare pentru prezicerea stării fazei și a proprietăților fazelor în diferite condiții termobarice corespunzătoare proceselor de producție, transport și prelucrare a amestecurilor de ulei. Tipul amestecului - petrol, gaz condensat sau gaz - depinde și de compoziția sa chimică și de combinația condițiilor termobarice din zăcământ. Compoziția chimică determină starea posibilă a componentelor sistemelor petroliere în condiții date - moleculare sau dispersate.

;Sistemele de ulei se disting printr-o varietate de componente care pot fi în stare moleculară sau dispersată, în funcție de condițiile externe. Printre acestea se numără cele mai și mai puțin predispuse la diferite tipuri de interacțiuni intermoleculare (IIM), care determină în cele din urmă fenomenele asociative și dispersitatea inițială a sistemelor petroliere în condiții normale.

Compoziția chimică a uleiului se distinge ca elementară și materială.

Elementele principale ale compoziției uleiului sunt carbon(83,5-87%) și hidrogen(11,5-14%). În plus, uleiul conține:

• sulfîntr-o cantitate de la 0,1 la 1-2% (uneori conținutul său poate ajunge până la 5-7%, în multe uleiuri practic nu există sulf);
• azotîntr-o sumă de la 0,001 la 1 (uneori până la 1,7%);
• oxigen(găsit nu sub formă pură, ci în diverși compuși) într-o cantitate de la 0,01 la 1% sau mai mult, dar nu depășește 3,6%.

Dintre celelalte elemente prezente în ulei - fier, magneziu, aluminiu, cupru, staniu, sodiu, cobalt, crom, germaniu, vanadiu, nichel, mercur, aur și altele. Cu toate acestea, conținutul lor este mai mic de 1%.

Din punct de vedere material, petrolul constă în principal din hidrocarburi și compuși heteroorganici.

hidrocarburi

hidrocarburi(HC) sunt compuși organici ai carbonului și hidrogenului. Uleiul conține în principal următoarele clase de hidrocarburi:

Alcani

Alcani sau hidrocarburi parafinice sunt SW saturate (limitatoare) cu formula generală CnH2n+2. Conținutul lor în ulei este de 2 - 30-70%. Există alcani cu structură normală ( n-alcani - pentanși omologii săi), izostructuri ( izoalcani - izopentan etc.) și structura izoprenoidă ( izoprene - debarcader, fitan si etc.).

Uleiul conține alcani gazoși din De la 1 inainte de De la 4(sub formă de gaz dizolvat), alcani lichizi De la 5 la 16, alcătuiesc cea mai mare parte a fracțiilor lichide ale uleiului și alcanilor solizi din compoziție De la 17 la 53și altele, care sunt incluse în fracțiunile de petrol grele și sunt cunoscute sub numele de parafine dure. Alcanii solizi sunt prezenți în toate uleiurile, dar de obicei în cantități mici - de la zecimi la 5% (greutate), în cazuri rare - până la 7-12% (greutate).

Există diferiți izomeri ai alcanilor în ulei: mono-, di-, tri-, tetrasubstituiți. Dintre acestea predomină cele monosubstituite, cu o singură ramificare. Alcanii metil-substituiți sunt aranjați în ordine descrescătoare: alcani 2-metil-substituiți > alcani 3-metil-substituiți > alcani 4-metil-substituiți.

Descoperirea în uleiuri a alcanilor ramificati de tip izoprenoid cu grupări metil în pozițiile 2, 6, 10, 14, 18 etc datează din anii 60. În compoziția principală au fost găsite peste douăzeci de astfel de hidrocarburi. De la 9 - de la 20. Cei mai comuni alcani izoprenoizi din orice ulei sunt fitanul C20H42și debarcader C19H40, al cărui conținut poate ajunge până la 1,0 -1,5% și depinde de geneza și condițiile faciale ale formării uleiurilor.

Astfel, alcanii în diferite proporții fac parte din toate amestecurile naturale și produsele petroliere, iar starea lor fizică într-un amestec - sub formă de soluție moleculară sau de sistem dispers - este determinată de compoziția, individual proprietăți fizice componente și condiții termobarice.

Cicloalcani

Cicloalcani sau hidrocarburi naftenice sunt hidrocarburi aliciclice saturate. Acestea includ cele monociclice cu formula generală CnH2n, ciclic - CnH2n-2, triciclic - CnH2n-4, tetraciclic - CnH2n-6.

În funcție de conținutul total, cicloalcanii din multe uleiuri prevalează asupra altor clase de hidrocarburi: conținutul lor variază de la 25 la 75% (greutate). Sunt prezente în toate fracțiile petroliere. De obicei, conținutul lor crește pe măsură ce fracțiile devin mai grele. Conținutul total de hidrocarburi naftenice din ulei crește pe măsură ce greutatea moleculară a acestuia crește. Singurele excepții sunt fracțiile petroliere, în care conținutul de cicloalcani scade din cauza creșterii cantității de hidrocarburi aromatice.

Dintre hidrocarburile monociclice din petrol, există în principal serii cu cinci și șase membri hidrocarburi naftenice. Distribuția naftenelor monociclice în fracțiile petroliere, proprietățile lor sunt studiate mult mai pe deplin în comparație cu naftenele policiclice prezente în fracțiile cu punct de fierbere mediu și înalt. Fracțiunile de benzină cu punct de fierbere scăzut ale uleiurilor conțin în principal derivați alchil ai ciclopentanuluiși ciclohexan[de la 10 la 86% (greutate)] și în fracțiuni cu punct de fierbere ridicat - policicicloalcaniși monocicloalcani cu substituenți alchil cu structură izoprenoidă (așa-numitele hidrocarburi hibride).

Dintre naftenele policiclice din uleiuri, doar 25 de naftene biciclice individuale, cinci triciclice și patru naftene tetra- și pentaciclice au fost identificate. Dacă într-o moleculă există mai multe inele naftenice, atunci acestea din urmă, de regulă, sunt condensate într-un singur bloc policiclic.

Bicicletele C7-C9 sunt prezente cel mai adesea în uleiurile de tip naftenic pronunțat, în care conținutul lor este destul de ridicat. Printre aceste hidrocarburi găsite (în ordinea descrescătoare a conținutului): biciclooctan (pentalan), biciclooctan, biciclooctan, biciclononan (hidrindan), bicicloheptan (norbornan)și omologii lor cei mai apropiați. Din triciclani în uleiuri domină alchilperhidrofenantreni.

Tetraciclani uleiurile sunt reprezentate mai ales prin derivate ciclopentano-perhidrofenantren - sterani.

La pentaciclani uleiurile includ hidrocarburi din serie hopana, lupana, fridelana.

Informații de identificare fiabile policicicloalcani cu un număr mare de cicluri este absent, deși pe baza grupului structural și a analizei spectrale de masă, se poate presupune că sunt prezente naftene cu un număr de cicluri mai mare de cinci. Potrivit unor date, naftenele cu punct de fierbere ridicat conțin până la 7-8 cicluri în molecule.

Diferențele în comportamentul chimic al cicloalcanilor se datorează adesea prezenței energiei de stres în exces. În funcție de mărimea inelului, cicloalcanii sunt împărțiți în mici C3, C4- cu toate că ciclopropanși ciclobutan nu se găsește în uleiuri), normal ( C5-C7), in medie ( C8-C11) și macrocicluri (de la C 12și altele). Această clasificare se bazează pe relația dintre dimensiunea ciclului și tensiunile care apar în acesta, care afectează stabilitatea. Pentru cicloalcaniși, mai presus de toate, diferitele lor derivate sunt caracterizate prin rearanjamente cu o modificare a mărimii inelului. Deci, atunci când cicloheptanul este încălzit cu clorură de aluminiu, se formează metilciclohexan, iar ciclohexanul la 30-80 ° C se transformă în metilciclopentan. Inelele de carbon cu cinci și șase membri se formează mult mai ușor decât inelele mai mici și mai mari. Prin urmare, în uleiuri se găsesc mult mai mulți derivați ai ciclohexanului și ciclopentanului decât derivații altor cicloalcani.

Pe baza studiului proprietăților vâscozitate-temperatură ale monociclohexanilor substituiți cu alchil într-un domeniu larg de temperatură, s-a constatat că substituentul, pe măsură ce se alungește, reduce gradul mediu de asociere al moleculelor. Cicloalcani, Spre deosebire de n-alcani cu același număr de atomi de carbon sunt într-o stare asociată la o temperatură mai mare.

Arene

Arene sau hidrocarburi aromatice- compuși în moleculele cărora se află hidrocarburi ciclice cu sisteme π-conjugate. Conținutul lor în ulei variază de la 10-15 până la 50% (greutate). Acestea includ reprezentanți ai monociclicilor: benzenși omologii săi ( toluen, o-, m-, p-xilen etc.), biciclice: naftalinăși omologii săi, triciclici: fenantren, antracenși omologii lor, tetraciclici: pirenși omologii săi și altele.

Pe baza generalizării datelor privind 400 de uleiuri, s-a arătat că cele mai mari concentrații de arene (37%) sunt tipice pentru uleiurile de tip naftenic, iar cele mai scăzute (20%) pentru uleiurile de tip parafină. Printre arenele petroliere predomină compușii care nu conțin mai mult de trei inele benzenice pe moleculă. Concentrațiile de arenă în distilate care fierb până la 500°C, de regulă, scad cu unul sau două ordine de mărime în următoarea serie de compuși: benzen >> naftalene >> fenantrene >> crizene >> pirene >> antracene.

Tiparul general este o creștere a conținutului de arene cu o creștere a punctului de fierbere. În același timp, arenele cu fracții mai mari de ulei sunt caracterizate nu de un număr mare de inele aromatice, ci de prezența lanțurilor alchil și a ciclurilor saturate în molecule. Toți omologii de arenă teoretic posibili au fost găsiți în fracțiile de benzină C6-C9. Hidrocarburile cu un număr mic de inele benzenice domină printre arene chiar și în cele mai grele fracțiuni de ulei. Deci, conform datelor experimentale, mono-, bi-, tri-, tetra- și pentaarene sunt, respectiv, 45-58, 24-29, 15-31, 1,5 și până la 0,1% din masa hidrocarburilor aromatice din distilate 370- 535 °C din diferite uleiuri.

Monoarenele uleioase sunt reprezentate de alchilbenzeni. Cei mai importanți reprezentanți ai alchilbenzenilor de petrol cu ​​punct de fierbere ridicat sunt hidrocarburile care conțin până la trei substituenți metil și un substituent lung cu structură liniară, α-metilalchil sau izoprenoid în ciclul benzenic. Substituenții alchil mari din moleculele de alchilbenzen pot conține mai mult de 30 de atomi de carbon.

Locul principal în rândul arenelor petroliere biciclice (diarenele) aparține derivaților naftalinei, care pot reprezenta până la 95% din totalul diarenelor și pot conține până la 8 inele saturate pe moleculă, iar locul secundar aparține derivaților difenilului și difenilalcanilor. Toate alchilnaftalinele individuale au fost identificate în uleiuri C11, C12și mulți izomeri C13-C15. Conținutul de difenili din uleiuri este cu un ordin de mărime mai mic decât conținutul de naftaline.

Dintre naftenodiareni, acenaftena, fluorenul și un număr de omologi ai săi care conțin substituenți metil în pozițiile 1-4 s-au găsit în uleiuri.

Triarenele sunt reprezentate în uleiuri de derivați ai fenantrenului și antracenului (cu o predominanță accentuată a primului), care pot conține până la 4-5 cicluri saturate în molecule.

Tetraarenele petroliere includ hidrocarburi din seria crizenă, pirenă, 2,3- și 3,4-benzofenantren și trifenilen.

Tendința crescută a arenelor, în special a celor policiclice, la interacțiuni moleculare se datorează energiei de excitație scăzute în procesul de disociere omolotică. Compuși precum antracenul, pirenul, crisenul etc. se caracterizează printr-un grad scăzut de corelație de schimb a orbitalilor π și o creștere energie potențială MMW datorită apariției unei corelații de schimb de electroni între molecule. Arenele formează complexe moleculare destul de stabile cu unii compuși polari.

Interacțiunea electronilor π din nucleul benzenului duce la conjugarea legăturilor carbon-carbon. Efectul de conjugare are ca rezultat următoarele proprietăți ale arenelor:

• structura plană a ciclului cu o lungime a legăturii C-C (0,139 nm), care este intermediară între o legătură C-C simplă și dublă;
• echivalența tuturor legăturilor C-C în benzeni nesubstituiți;
• predispoziție la reacții de substituție electrofilă de protoni pe diverse grupuriîn comparație cu participarea la reacții de adiție prin legături multiple.

Cerezine

Hidrocarburi hibride (ceresine)- hidrocarburi cu structură mixtă: parafină-naftenic, parafin-aromatic, nafteno-aromatic. Practic, aceștia sunt alcani solizi cu un amestec de hidrocarburi cu catenă lungă care conțin un nucleu ciclanic sau aromatic. Sunt componenta principală a depozitelor de parafină în procesele de extracție și preparare a uleiurilor.

Pagina 1

Pagina 2

Pagina 3