Классы углеводородов в нефти » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Классы углеводородов в нефти

22.07.2021

По общему мнению, углеводороды, присутствующие в нефти в наиболее значительных количествах, принадлежат к 3 основным классам: парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов. Парафиновые [метановые] углеводороды имеют общую формулу CnH2n+2. Рис. 3-2 показывает строение низших членов парафинового ряда. Начиная с метана, различные члены ряда могут быть получены путем присоединения атома углерода и соответствующего числа атомов водорода. На рис. 3-2 это иллюстрируется на примере первых трех членов ряда: метана, этана и пропана.

Из всех углеводородов метан наиболее богат водородом; строго говоря, он является, пожалуй, единственным насыщенным (если иметь в виду водород) углеводородом. Метан является также наиболее химически стойким, т. е. труднее всех диссоциирует и вступает в химические реакции. Члены парафинового [метанового] ряда, по сравнению с членами других рядов, являются химически наиболее стойкими; их молекулы относятся к числу насыщенных и алифатических [с незамкнутой цепью]. Нефтей, состоящих исключительно из парафиновых углеводородов, не существует, хотя озокерит и природный газ образованы почти одними метановыми углеводородами, а жидкие продукты, получаемые при перегонке нефти, и конденсаты природного газа могут на 75% состоять из углеводородов парафинового ряда.

Нефти метанового ряда содержат заметное количество, иногда доходящее до 10%, твердого парафина; кроме того, в таких нефтях содержатся ценные смазочные масла. В целом нефти метанового типа имеют относительно меньший удельный вес; кроме того, удельный вес отдельных фракций, отгоняемых от таких нефтей в определенном интервале температур, ниже удельного веса соответствующих погонов из нефтей другого типа.

Метановые нефти добываются в США — в Пенсильвании и соседних штатах, и в Родессе (Rodessa) — Луизиана.

В других странах добыча производится в незначительных количествах. Самые легкие фракции нефти, как правило, имеют наивысшее процентное содержание метановых углеводородов; в более тяжелых фракциях, выкипающих при более высоких температурах, содержание метановых углеводородов снижается. В табл. 3-1 приводится процентное содержание членов парафинового [метанового] ряда и других классов углеводородов в различных нефтях.
Классы углеводородов в нефти

Характеризуя, не совсем правильно, групповой (углеводородный) состав нефтей, автор не дифференцирует их на различные генетические типы. Между тем такие типы существуют и каждому из них свойственны свои особенности как в валовом содержании метановых, нафтеновых и ароматических углеводородов, так и в их распределении по температурным фракциям. Эти особенности касаются также содержания твердых парафинов, асфальтово-смолистых веществ и т. д.

Если оставить в стороне нефти, измененные вследствие фильтрации при их перемещении в земной коре, то можно различить три основных генетических типа нефтей: 1) нефти, наиболее близкие к первичному начальному типу, или, точнее, претерпевшие наименьшие вторичные изменения (независимо от их характера); 2) нефти, испытавшие воздействие повышенных температур (более 100°С), т. е. затронутые катагенезом; 3) нефти, подвергшиеся окислению в зоне гипергенеза (такие нефти обычно залегают на глубинах менее 2000 м). Характеристика углеводородного состава нефтей, приведенная У. Расселом, больше всего подходит к нефтям именно этого последнего типа. В нефтях первого типа, залегающих в верхней части зоны катагенеза, максимальное содержание метановых углеводородов приходится не на самые легкие фракции, а на дистилляты, выкипающие в температурных интервалах от 250 до 300° С (тяжелые сорта керосина) и даже 300—350° (легкие масла). Нефти, происходящие из более глубоких слоев зоны катагенеза, примечательны смещением максимума в содержании метановых углеводородов в сторону еще более высокотемпературных фракций.

Сказанное можно иллюстрировать диаграммами группового состава нефтей разного типа (рис. А, Б, В и Г). Важно отметить, что по таким графикам можно судить о прошлом нефти. Больше того, поскольку ведущим фактором, влияющим как непосредственно, так и косвенно на протекающие в залежах процессы, является температура, то располагая материалами по геотермике района, можно обычно заранее предсказывать, какого типа будет встречена нефть на данной глубине. Конечно, следует учитывать также и другие факторы, например, степень гидрогеологической закрытости месторождения, стерильность (в отношении микрофлоры) залежи, и т. д.


Нельзя не отметить, что все или большая часть данных о групповом составе нефтей в табл. 3-1 (как и цифры, по которым построены диаграммы на рис. А, Б, В и Г) получены путем анализа по методу анилиновых точек, долгое время являвшемуся стандартным во многих странах, в том числе и в СССР. Этим методом определяют содержание в нефти трех групп соединений, именуемых метановыми, нафтеновыми и ароматическими углеводородами. Однако наименования эти условны, и условность их нарастает вместе с повышением температуры кипения анализируемых фракций. В нефтях много сложнопостроенных угловодородов, являющихся смешанными, «гибридными», содержащими в своих молекулах как кольчатые структуры (нередко нафтеновые и ароматические вместе), так и алифатические (метанового ряда) боковые цепочки. Таких соединений особенно много в масляной фракции, но они встречаются и в более низкотемпературных фракциях. В так называемые «ароматические углеводороды», определяемые по анилиновому методу, в действительности попадают, кроме собственно ароматических углеводородов и углеводородов, содержащих наряду с ароматическими кольцами и нафтеновые, также почти все соединения, содержащие серу, азот, кислород.

Соотношения между нафтеновыми и метановыми углеводородами, определяемыми по анилиновой точке деароматизированных фракций, особенно неточны для масляных фракций нефтей; степень этой неточности увеличивается с уменьшением содержания нафтеновых углеводородов и с уменьшением их цикличности. В последнем случае анилиновый метод может показать даже отсутствие нафтеновых углеводородов в масляных фракциях (см. рис. Г), в то время как в действительности они имеются.

Углеводороды нафтенового ряда имеют общую формулу СnН2n, кольцеобразную (циклическую) структуру и насыщенную молекулу. В сравнении с метановыми углеводородами члены нафтенового ряда, имеющие те же температуры кипения, обладают более высоким удельным весом. Кроме того, они являются химически менее стойкими.

Тяжелые фракции нефтей нафтенового типа не содержат или содержат очень мало твердых парафинов и, наоборот, характеризуются значительным количеством асфальтово-смолистых веществ. Хотя нефти с резким преобладанием нафтенов встречаются редко, последние содержатся в значительном количестве во всех типах нефтей.

Углеводороды ароматического ряда имеют общую формулу CnH2n-6, циклическую структуру и ненасыщенную молекулу. Строение простейшей и наименьшей из всех молекул этого ряда — молекулы бензола — графически изображено на рис. 3-2. Молекулы построены по типу колец, состоящих из шести атомов углерода и шести атомов водорода, причем атомы углерода присоединяются друг к другу поочередно одно- и двухвалентными связями. Члены данного ряда менее стойки химически и быстрее окисляются, чем члены парафинового и нафтенового рядов; они вступают в реакцию с концентрированной серной кислотой.

Нефти, состоящие исключительно из ароматических углеводородов, в природе неизвестны; однако, как видно из табл. 3-1, все нефти содержат некоторое количество ароматических углеводородов. Относительно высокому процентному содержанию ароматических углеводородов обычно сопутствует большое количество асфальтово-смолистых веществ и, как показывает табл. 3-1, в природных асфальтах нафтеновых и метановых углеводородов содержится меньше, чем ароматических.

Связь асфальтов и ароматических углеводородов можно рассматривать как результат способности последних легко окисляться, что объясняется принадлежностью их к ненасыщенным соединениям. В продуктах крекинга нефти установлено наличие углеводородов других рядов. Что же касается их присутствия в природных (сырых) нефтях, то здесь мнения расходятся. Если они и присутствуют в сырых нефтях, то, по-видимому, только в малых количествах и в тяжелых фракциях. Все они являются ненасыщенными, химически нестойкими, некоторые из них уступают в стойкости даже ароматическим углеводородам.

Из огромного количества химических и физических методов, используемых для выделения и анализа различных сложных веществ, присутствующих в нефти, дистилляция (перегонка) применяется настолько часто, что необходимо рассмотреть возможности этого метода. Дистилляция дает хорошие результаты при выделении компонентов, имеющих низкие температуры кипения, поскольку такие компоненты характеризуются довольно большой разницей в точках кипения. Однако дистилляция не дает хороших результатов в случае тяжелых фракций, вследствие того, что точки кипения многих из соединений, входящих в состав фракций, очень близки друг к другу; кроме того, большое количество сложных веществ при дистилляции разлагается с образованием новых, что может привести к ошибочному предположению об их присутствии в исходных нефтях.

Для суждения о составе нефтей могут использоваться удельный вес, показатель преломления, вязкость и многие другие физические и химические свойства. Точных сведений о химической природе асфальтов и других сходных с ними веществ не имеется из-за трудности выделения и изучения тяжелых и сложных ,нестойких компонентов нефти. Поэтому в основу их классификации кладется растворимость и другие физические свойства.

Нефти, по характеру тяжелой их части, остающейся после отгона легких фракций, делятся на два типа. Если этот остаток состоит из слабоокрашенного твердого парафина, то говорят, что нефть имеет парафиновое основание (основу); если же он состоит из темноокрашенных асфальтов, то говорят об асфальтовом основании. В общем, нефти парафинового основания во всех фракциях содержат в значительных количествах углеводороды парафинового [метанового] ряда, в то время как нефти асфальтового основания в больших количествах содержат ароматические углеводороды.

Нефти с преобладанием нафтеновых углеводородов относятся к классу нефтей с так называемой смешанной [«промежуточной» — intermediate base] основой; этот неудовлетворительный и неопределенный термин является особенно неудачным вследствие того, что многие нефти относятся именно к классу нефтей смешанного основания. Были предприняты различные попытки создать лучшую классификацию, но ни одна из них не получила всеобщего признания. Е. Лейн и Е. Гартон предложили классифицировать нефти по удельному весу фракций, выделяющихся при дистилляции в определенных температурных пределах, однако, как указывает А. Саханен, эта попытка является неудачной, поскольку больший удельный вес может быть обусловлен присутствием нафтеновых или ароматических углеводородов.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: