- •Л.В. Шишмина
- •Часть I
- •Томск 2010 Оглавление
- •Введение
- •1. Происхождение нефти
- •1.1.Гипотезы минерального происхождения нефти [3]
- •1.2. Представления об органическом происхождении нефти
- •1.3. Современные представления об образовании нефти и газа
- •1.4. Стадии процесса преобразования сапропелевого рассеянного органического вещества осадков[5]
- •1.5. Образование основных классов углеводородов нефти[3]
- •2. Химический состав нефти
- •2.1. Элементный состав
- •2.2. Фракционный состав
- •2.3. Групповой химический состав нефти
- •2.3.1. Групповой углеводородный состав нефти
- •2.3.2. Групповой состав гетероатомных компонентов нефти
- •2.3.3. Смолисто-асфальтеновые вещества
- •2.3.4. Минеральные компоненты нефти
- •3. Классификации нефти
- •3.1. Химические классификации
- •3.2. Генетические классификации
- •3.3. Технологические классификации
- •4. Нефть как дисперсная система. Ассоциаты нефти и структурообразование
- •Классификация нефтяных дисперсных систем по агрегатному состоянию
- •Основные понятия физико-химической механики нефтяных дисперсных систем
- •Межмолекулярное взаимодействие. Парафиновые углеводороды
- •Нафтеновые углеводороды (циклоалканы)
- •Ароматические углеводороды
- •Смолисто-асфальтеновые вещества
- •5. Реологические свойства нефти
- •6. Основные направления переработки нефтей[Шишлов]
- •Классификация процессов переработки нефтяного сырья
- •Поточные схемы нпз
- •7. Классификация и товарная характеристика нефтепродуктов
- •7.1. Классификация товарных нефтепродуктов
- •7.2. Химмотологические требования и марки моторных топлив
- •7.2.1. Автомобильные и авиационные бензины
- •7.2.2. Дизельные топлива
- •7.2.3. Реактивные топлива
- •8. Ресурсы и месторождения природного газа
- •8.1. Классификация газов по происхождению
- •8.2. Особенности химического состава газов различного происхождения
- •9. Каменноугольные газы
- •9.1. Состав каменноугольных газов
- •9.2. Газоносность каменных углей
- •Список использованных источников
2. Химический состав нефти
Для выражения состава нефти используются следующие показатели:
элементный химический состав– относительное содержание отдельных элементов: углерода, водорода, кислорода, азота, серы и др.;
фракционный состав– содержание соединений нефти, выкипающих в определенных интервалах температур;
вещественный состав– содержание углеводородов, гетероатомных и смолисто-асфальтеновых соединений;
групповой состав– содержание соединений различных структурных типов: групповой углеводородный состав и групповой состав гетероатомных соединений;
структурно-групповой состав– относительное распределение углерода по типам главных химических структур (алифатических цепей, нафтеновых и бензольных колец и др.) независимо от их сочетания в реальных молекулах: разные структуры могут находиться в одной молекуле, а разные по типу молекулы могут содержать одинаковые структуры;
индивидуальный состав– концентрация соединений известного строения.
2.1. Элементный состав
Основными химическими элементами в составе нефти являются следующие.
Углерод– его содержание составляет от83до87% (масс.), причем, чем выше плотность нефти, тем выше его содержание.
Водород– содержится в количестве11-14% (масс.). С ростом плотности нефти относительное количество водорода уменьшается.
Сера. Ее содержание в нефти является классификационным признаком, по которому нефти относят к трем классам: малосернистые, сернистые и высокосернистые. В малосернистых нефтях содержание серы составляет от0,02 до0,5 %, а в высокосернистых – от1,5 до6% (масс.).
По фракциям нефти сера распределена неравномерно. Ее содержание изменяется по экстремальной зависимости с минимумом в области температур кипения 150 – 220 оС. В высококипящих фракциях нефти (выше 400оС) серы обычно содержится значительно больше, чем в низкокипящих [6].
Некоторые соединения серы с углеводородами обладают коррозионной активностью, а при сгорании образуют оксиды, которые являются опасными загрязнителями атмосферы.
Азотсодержится в нефти в значительно меньших количествах, чем сера:0,01–0,6% (масс.) и лишь в отдельных случаях – до1,5% (масс.). Азотсодержащие соединения концентрируются в основном в тяжелых фракциях нефти, кипящих выше 400оС.
Соединения азота оказывают отравляющее действие на катализаторы нефтепереработки, а при сгорании топлив образуют оксиды азота, оказывающие вредное влияние на качество атмосферного воздуха.
Кислород. Общее содержание кислорода в нефти составляет от0,05 до0,8 % и лишь в отдельных случаях достигает3% (масс.). Так же, как азот, кислород концентрируется в тяжелых фракциях нефти.
Опасность присутствия кислорода обусловлена высокими коррозионными свойствами его соединений.
Металлыприсутствуют в нефти в виде сложных соединений с углеводородами, гетероатомными соединениями. Содержание металлов в нефти невелико и редко превышает0,05% (масс.) (500 мг/кг). Всего в нефти обнаружено порядка30металлов, среди которых наиболее распространенными являются ванадий, никель, железо, цинк, медь, магний, алюминий [6].
Металлы входят в состав высокомолекулярных соединений нефти, выкипающих от 450 оС и выше. В процессах переработки нефти металлы отлагаются в порах катализаторов, дезактивируя их, а при регенерации катализаторов металлы образуют оксидные соединения, отрицательно влияющие на свойства катализаторов.
Элементный состав некоторых нефтей приведен в табл. 3.
Таблица 3. Характеристика и элементный состав некоторых нефтей[3]
|
Нефть |
Содержание, % | ||||||||
|
М |
r204 |
С |
Н |
S |
О |
N |
Смолы |
Асфаль-тены | |
|
Каменноложская |
210 |
0,8110 |
85,52 |
13,34 |
0,63 |
0,39 |
0,09 |
5,18 |
0 |
|
Осиновская |
274 |
0,8719 |
84,01 |
12,48 |
2,30 |
0,97 |
0,24 |
10,83 |
1,90 |
|
Туймазинская |
235 |
0,8560 |
85,55 |
12,70 |
1,44 |
0,15 |
0,14 |
9,60 |
3,40 |
|
Арланская |
- |
0,8918 |
84,42 |
12,15 |
3,04 |
0,06 |
0,33 |
16,60 |
5,80 |
|
Ромашкинская (пашинский горизонт) |
232 |
0,8620 |
85,13 |
13,00 |
1,61 |
0,09 |
0,17 |
10,24 |
4,00 |
|
Ромашкинская (угленосный горизонт) |
300 |
0,8909 |
84,33 |
11,93 |
3,50 |
0,04 |
0,20 |
14,00 |
5,20 |
|
Мухановская |
215 |
0,8404 |
85,08 |
13,31 |
1,30 |
0,21 |
0,09 |
8,96 |
3,80 |
|
Жирновская |
245 |
0,8876 |
86,10 |
13,44 |
0,23 |
0,17 |
0,06 |
4,70 |
0,60 |
|
Сураханская |
240 |
0,8488 |
85,90 |
13,40 |
0,13 |
0,52 |
0,05 |
2,00 |
0 |
|
Сураханская (масляная) |
267 |
0,8956 |
86,70 |
12,50 |
0,20 |
0,26 |
0,14 |
9,00 |
0 |
|
Балаханская (масляная) |
246 |
0,8760 |
86,60 |
12,70 |
0,19 |
0,42 |
0,09 |
8,00 |
0,01 |
|
Долинская |
206 |
0,8476 |
84,40 |
14,50 |
0,20 |
0,72 |
0,18 |
14,30 |
0,64 |
|
Котуртепинская |
293 |
0,8580 |
86,12 |
13,19 |
0,27 |
0,28 |
0,14 |
6,40 |
0,73 |
|
Прорвинская |
282 |
0,8703 |
86,17 |
12,37 |
1,25 |
0,13 |
0,08 |
6,00 |
2,19 |
|
Усть-балыкская |
284 |
0,8704 |
85,37 |
12,69 |
1,53 |
0,22 |
0,19 |
11,10 |
2,30 |
|
Самотлорская |
194 |
0,8426 |
86,23 |
12,79 |
0,63 |
0,25 |
0,10 |
10,03 |
1,36 |
|
Марковская |
- |
0,7205 |
83,60 |
16,12 |
0,04 |
0,23 |
0,01 |
0,70 |
0 |
|
Уч-кызылская |
- |
0,9620 |
- |
- |
6,32 |
- |
0,82 |
34,80 |
3,90 |
Экспериментальное определение элементного состава нефти основано на сжигании навески нефти и анализе состава продуктов горения химическими, спектральными и др. методами.