1. Литературный обзор

1.1. Общие сведения о нефти

Нефть – это жидкий горючий минерал, распространённый в осадочной оболочке Земли. Своё название нефть получила от персидского слова нафата, означающего просачивающаяся, вытекающая.

Различные виды полезных ископаемых (природных энергоносителей) – уголь, нефть и природный газ – известны человечеству с доисторических времён. Археологическими раскопками установлено, что на берегу Евфрата нефть добывалась за 6 - 4 тыс. лет до н. э. Использовалась она для различных целей, в том числе и в качестве лекарства. Ещё строители Вавилонской башни, Великой Китайской стены использовали для скрепления кирпичей между собой «земляную смолу». Нефть являлась составной частью зажигательного средства, вошедшего в историю под названием «греческий огонь». У народов, населявших южные берега Каспийского моря, нефть издавна применялась для освещения жилищ [1].

Нефть – уникальное и исключительно полезное ископаемое. Продукты её переработки применяют практически во всех отраслях промышленности, на всех видах транспорта, в военном и гражданском строительстве, сельском хозяйстве, энергетике, в быту и т.д. За последние несколько десятилетий из нефти и газа стали получать в больших количествах разнообразные химические материалы, такие как пластмассы, синтетические волокна, каучуки, лаки, краски, моющие средства, минеральные удобрения и многое другое.

Нефть представляет собой подвижную маслянистую горючую жидкость легче воды от светло – коричневого до чёрного цвета со специфическим запахом.

С позиции химии нефть – сложная многокомпонентная взаиморастворимая смесь газообразных, жидких и твёрдых углеводородов различного химического строения с числом углеродных атомов до 100 и более с примесью гетероорганических соединений серы, азота, кислорода и некоторых металлов. По химическому составу нефти различных месторождений весьма разнообразны. Менее всего колеблется элементный состав нефтей: 82,5 – 87% углерода; 11,5 – 14,5% водорода; 0,05 – 0,35, редко до 0,7% кислорода; до 1,8% азота и до 5,3, редко до 10% серы. Кроме названных, в нефтях обнаружены в незначительных количествах очень многие элементы, в том числе металлы (Ca, Mg, Fe, Al, Si, V, Ni, Na и др.).

Поскольку нефть представляет собой многокомпонентную непрерывную смесь углеводородов и гетероатомных соединений, то обычными методами перегонки не удаётся разделить их на индивидуальные соединения со строго определёнными физическими константами, в частности, температурой кипени

при данном давлении. Принято разделять нефть путём перегонки на отдельные компоненты, каждый из которых является менее сложной смесью. Такие компо-

ненты называют фракциями или дистиллятами.

В состав нефтей входят в основном углеводороды следующих четырех групп: парафиновые (алканы), нафтеновые (циклоалканы), ароматические (арены) и гибридные – парафино-нафтено-ароматические. Кислород, сера и азот содержатся в виде кислородных, сернистых и азотистых соединений. Относительное содержание групп углеводородов во фракциях нефтей весьма различно. Преобладание той или другой группы углеводородов придает нефтям различные свойства, что неизбежно сказывается на методах их переработки и областях применения нефтепродуктов.

Парафиновые углеводороды – алканы С_nH_2n+2 – составляют значительную часть групповых компонентов нефтей. Их общее содержание составляет 25 – 35% масс. (не считая растворённых газов). Наиболее широко представлены алканы нормального строения и изоалканы преимущественно монометилзамещенные с различным положением метильной группы в цепи. С повышением молекулярной массы фракций нефти содержание в них алканов уменьшается. Попутные нефтяные и природные газы практически полностью состоят из алканов, а прямогонные бензины - на 60 – 70%.

Нафтеновые углеводороды – циклоалканы (цикланы) – входят в состав всех фракций нефтей, кроме газов. В среднем в нефтях различных типов они содержаться от 25 до 80% масс. Распределение нафтеновых углеводородов по фракциям нефти самое разнообразное. Их содержание обычно растёт по мере утяжеления фракций. Распределение циклоалканов по типам структур определяется химическим составом нефтей и температурными пределами фракций. Для большинства нефтей характерно преобладание моно- и бицикланов над остальными. С ростом температуры кипения фракций последовательно повышается доля нафтенов с большим числом циклов, а моноцикланов – непрерывно снижается.

Ароматические углеводороды – арены с эмпирической формулой C_nH_n+2-Ka (где Ка – число ареновых колец) – содержаться в нефтях, как правило, в меньшем количестве (10 – 15% масс.), чем алканы и циклоалканы, и представлены гомологами бензола и производными полициклических аренов с числом Ка до 4 и более.

В молекулах гибридных углеводородов имеются в различных сочетаниях структурные элементы всех типов: моно- и полициклических аренов, моно- и полициклических пяти или шестикольчатых цикланов и алканов нормального и разветвлённого строения.

Их условно можно разделить на три типа: 1) алкано-циклановые; 2) алкано-ареновые и 3) алкано-циклано-ареновые. Масляные фракции нефти практически полностью состоят из высокомолекулярных гибридных углеводородов. Гибридные углеводороды с моно- или бициклическими аренами с длинными алкильными цепями могут входить в состав парафинов и церезинов. Третий тип гибридных углеводородов наиболее распространён среди углеводородов высокомолекулярных части нефти.