Нефть. Состав, физические свойства - Углеводороды нефти

Нефть -- горючая маслянистая жидкость со специфическим запахом, распространенная в осадочной оболочке Земли и являющаяся важнейшим полезным ископаемым.

Главной свойством нефти, которые принесли ей мировую славу исключительных энергоносителей, является ее способность выделять при сгорании значительное количество тепла. Нефть и ее производные обладают наивысшей среди всех видов топлив теплотой сгорания. Теплота сгорания нефти -- 41 МДж / кг, бензина -- 42 МДж / кг. Важным показателем для нефти является температура кипения, зависит от строения входящих в состав нефти углеводородов и колеблется от 50 до 550°С.

Нефть, как и любая жидкость, при определенной температуре закипает и переходит в газообразное состояние. Различные компоненты нефти переходят в газообразное состояние при различной температуре. Так, температура кипения метана -161,5 °С, этана -88°С, бутана 0,5 С, пентана 36,1 °С. Легкие нефти кипят при 50-100 °С, тяжелые -- при температуре более 100 °С.

Различие температур кипения углеводородов используется для разделения нефти на температурные фракции. При нагревании нефти до 180-200 °С выкипают углеводороды бензиновой фракции, при 200-250 °С -- лигроина, при 250-315°С -- керосиново -- газойлевые и при 315-350 °С -- масляной. Остаток представлен гудроном. В состав бензиновой и лигроиновой фракций входят углеводороды, содержащие 6-10 атомов углерода. Керосиновая фракция состоит из углеводородов с, газойлевая -- и т. д.

Важно свойство нефти растворять углеводородные газы. В 1 м3 нефти может раствориться в 400 м3 горючих газов. Большое значение имеет выяснение условий растворения нефти и природных газов в воде. Нефтяные углеводороды растворяются в воде крайне незначительно. Нефти различаются по плотности. Плотность нефти, измеренной при 20 °С, отнесенной к плотности воды, измеренной при 4 °С, называется относительной. Нефти с относительной плотностью 0,85 называются легкими, с относительной плотностью от 0,85 до 0,90 -- средними, а с относительной плотностью свыше 0,90 -- тяжелыми. В тяжелых нефтях содержатся в основном циклические углеводороды. Цвет нефти зависит от ее плотности: светлые нефти обладают меньшей плотностью, чем темные. А чем больше в нефти смол и асфальтенов, тем выше ее плотность. При добыче нефти важно знать ее вязкость. Различают динамическую и кинематическую вязкость. Динамической вязкостью называется внутреннее сопротивление отдельных частиц жидкости движению общего потока. В легкой нефти вязкость меньше, чем в тяжелой. При добыче и дальнейшей транспортировке тяжелые нефти подогревают. Кинематической вязкостью называется отношение динамической вязкости к плотности среды. Большое значение имеет знание поверхностного натяжения нефти. При соприкосновении нефти и воды между ними возникает поверхность типа упругой мембраны. Капиллярные явления используются при добыче нефти. Силы взаимодействия воды с горной породой больше, чем у нефти. Поэтому вода способна вытеснить нефть из мелких трещин в более крупные. Для увеличения нефтеотдачи пластов используются специальные поверхностно - активные вещества (ПАВ). Нефть имеет неодинаковые оптические свойства. Под действием ультрафиолетовых лучей нефть способна светиться. При этом легкие нефти светятся голубым светом, тяжелые -- бурым и желто-бурым. Это используется при поиске нефти. Нефть является диэлектриком и имеет высокое удельное сопротивление. На этом основаны электрометрические методы установления в разрезе, раскрытом скважиной, нефтеносных слоев.

Нефть состоит главным образом из углерода -- 79,5--87,5 % и водорода -- 11,0--14,5 % от массы нефти. Кроме них в нефти присутствуют еще три элемента -- сера, кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5--8 %. В незначительных концентрациях в нефти встречаются элементы: ванадий, никель, железо, алюминий, медь, магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт, молибден, бор, мышьяк, калий и др. Их общий смысл не превышает 0,02--0,03 % от массы нефти. Указанные элементы образуют органические и неорганические соединения, из которых состоит нефть. Кислород и азот находятся в нефти только в связанном состоянии. Сера может встречаться в свободном состоянии или входить в состав сероводорода.

Определение химического состава нефти и их фракций трудоемкое, и до конца невыполнимая на сегодня задача. Даже состав бензинов известен лишь на 80 %. Поэтому сейчас используются методы анализа, позволяющие определить групповой химический или структурно--групповой состав нефти и ее фракций. Наименее изучены компоненты высококипящих фракций нефти. При составлении материального баланса группового состава учитываются только три класса углеводородов: насыщенные алифатические (алканы), нафтеновые (цикланы) и ароматические (арены). Кроме того, иногда приводят детализированный групповой состав, отражающий также содержимое различных индивидуальных углеводородов, входящих в состав каждой из групп. Гибридные углеводороды сконцентрированы преимущественно в высококипящих фракциях нефти, что затрудняет определение их группового химического состава.

Алканы и изоалканы у всей нефти в количествах от 3-5 до 50-60 % и более. Алканы при комнатной температуре инертные к действию многих химических реагентов и способны только к реакциям замещения. В группу жидких при обычных температурах алканов входят гомологи метана от пентана (С5Н12) в гексадекана (С16Н3) как нормальной, так и изоструктуры. Многие из них, кипящие от 28 (изопентан) до 300 °С, входят в состав основной массы нефтей, однако максимальное их количество содержится во фракциях, выкипающих от 200 до 300°С. Жидкие алканы входят в состав почти всех нефти, однако их содержание в различных нефти колеблется от 40 до 0%.

Сегодня разработан карбамидный метод определения и выделения, нормальных алканов, основанный на способности карбамида СО (NH2) 2 образовывать при обычной температуре твердые комплексные соединения с алканами, т. е. кларатни соединения или аддукты. Изоалканы можно выделить из их смеси с нормальными алканами хлорсульфоновой кислотой, с которой они взаимодействуют при комнатной температуре.

Жидкие алканы является основным компонентом товарных нефтепродуктов и сырьем для химической переработки. Наиболее легкокипящих жидкие алканы широко применяют как растворители. Это прежде петролейный эфир, выкипающая при 36-75 °С, а также обычные бензины и лигроина, в составе которых есть редкие алканы. В двигателях внутреннего сгорания наиболее нежелательными компонентами бензина есть нормальные, высокомолекулярные алканы, а самые необходимые широкорозголуженни изоалканы, имеющих низкую способность к детонации.

К твердым алканов относят как нормальные, так и изоалканы от гексадекана С16Н34, имеющий температуру плавления 18,1 °С до гептоконтану С70Н142 с температурой плавления более 100 °С. Смеси твердых алканов входят в состав нефтяных парафинов (технический, медицинский, спичечный) и церезинов, которые выделяют из нефти и озокерита ("земляной воск").

Похожие статьи




Нефть. Состав, физические свойства - Углеводороды нефти

Предыдущая | Следующая