Гетероатомные соединения нефти реферат

Обновлено: 05.07.2024

Приведенные в разделе гетероатомные соединения и минеральные компоненты достаточно полно характеризуют состав этих групп соединений, присутствующих в нефти. Изучение этого раздела особенно важно для понимания студентами процессов гидроочистки гидрооблагораживания и гидрокрекинга нефтяных фракций.

Помимо углеводородов все нефти содержат гетероатомные соединения. Содержание этих соединении от возраста месторождений и природы.

Обычно наибольшее содержание из гетероатомов в нефти приходится на серу. Сера может составлять от 0.02 до 7.0%. Это соответствует содержанию в нефти сернистых соединении от 0.2 до 70%.

Концентрация кислорода в нефти составляет от 0.05 до 4%, что соответствует содержанию кислородных соединений в нефти от 0.5 до 40%.

Содержание азота в нефтях обычно не превышает 1.7%, что соответствует 17% азотсодержащих соединений.

Серосодержащие соединения.

В нефтях содержится небольшое количество растворенной серы с количестве от 0.0001 до 0.1%. Кроме того, в нефти присутствует растворенный сероводород.

Меркаптаны. Содержатся в основном во фракциях, выкипающих до 300 о С. В нефтях идентифицировано более 50 меркаптанов с числом атомов углерода от 1 до 8. Общая формула меркаптанов:

Где R – алкильный радикал.

Наиболее летучими, токсичными и дурно пахнущими соединениями являются сероводород (H₂S), метилмеркаптан (CH₃SH ) и этилмеркаптан (CH₃CH₂SH).

Сульфиды(R-S-R 1 ). Наибольшее содержание сульфидов наблюдается в средних дистиллятах. С повышением температуры кипения фракций выше 300-350 о С содержание сульфидов в них резко падает. Кроме линейных сульфидов в нефтях присутствуют циклические сульфиды (тиоцикланы). Во многих нефтях тиоцикланы составляют главную часть сульфидов.

Дисульфиды (R-S-S-R 1 ) обнаружены в легких и средних нефтяных дистиллятах.

Тиофен и его производные. Эти соединения распределены по всем нефтяным фракциям. Сам тиофен и его алкилзамещенные (метил-, димети-, триметил- и алкилтиофены) распределены в во фракциях, выкипающих до 250 о С, бензо- и дибензотиофены концентрируются в высококипящих фракциях (выше 300-350 о С). Основное количество серы дизельных фракций сконцентрировано в бензотиофенах.

1 – тиофен, 2 – бензотиофен, 3 – дибензотиофен, 4 – нафтотиофен.

Меркаптаны, сульфиды сравнительно легко окисляются. При этом в мягких условиях окисления из меркаптанов образуются дисульфиды.

Практически все сернистые соединения нефти, кроме низших меркаптанов химически нейтральны. А производные тиофена по своим свойствам близки к ароматическим соединениям нефти (аренам).

Кислородсодержащие соединения. Общее содержание кислородных соединений в нефти не превышает 10%. Эти соединения представлены карбоновыми кислотами, фенолами, сложными и простыми эфирами, лактонами, кетонами и фурановыми производными.

Нефтяные кислоты. Низшие алифатические кислоты обнаружены во фракциях, выкипающих до 200 о С. С ростом температуры кипения фракций в них обнаруживают кислоты с разветвленным строением.

Нафтеновые кислоты. В нефтях по содержанию нафтеновые кислоты занимают первое место. Они составляют около 90% от всех карбоновых кислот, содержащихся в нефти. Нафтеновые кислоты содержат от 1 до 5 полиметиленовых колец (пятичленных или шестичленных).

Нефтяные фенолы. Нефтяные фенолы в основном представлены крезолами и ксиленолами.

1 Фенол, 2-4 крезолы, 5-8 ксиленолы.

Нейтральные соединения. К нейтральным соединениям относятся кетоны, эфиры, фураны. В Бензиновых фракциях некоторых нефтей обнаружен ряд метилалкилкетонов. В средних и и высококипящих фракциях идентифицированы циклические и ароматические кетоны.

1- Метилалкилкетон, 2 - флуоренон, 3- алкилдигидробензофуран, 4 – сложный эфир.

Из всех кислородсодержащих соединений промышленное значение имеют только нафтеновые кислоты. Так как эти кислоты и их соли обладают хорошими поверхностными свойствами, их используют как моющие и чистящие вещества. Натриевые соли нафтеновых кислот применяют в качестве эмульгаторов, а кальциевые как загустители консистентных смазок.

Азотсодержащие соединения. Содержание азота в нефтях редко доходит до 1.7%, обычно концентрация азота не превышает 1%. При этом большая часть азотсодержащих соединений находится в высококипящих фракциях. Азотистые соединения принято делить на азотистые основания и нейтральные азотистые соединения.

Азотистые основания относительно легко выделяются из нефти минеральными кислотами. В нефтяных фракциях идентифицировано более 50 азотистых оснований. К азотистым основаниям относят алкилпиридины, аклилхинолины, производные анилина.

1- Алкиланилин, 2-алкилпиридин, 3-алкилхинолин, 4-алкилакридин.

Нейтральные азотистые соединения. К нейтральным азотистым соединениям относят производные пиррола и амиды кислот. Основная часть нейтральных азотистых соединений в нефтяных фракциях представлена производными индола, карбазола и бензокарбазола.

1 – Алкилиндол, 2- алкилкарбазол, 3- бензоалкилкарбазол.

Кроме перечисленных азотсодержащих соединений в нефтях присутствуют алкилпорфириныновые комплексы, которые содержат атомы металлов.

Амиды кислот к настоящему времени практически не изучены.

Смолисто-асфальтеновые соединения. Они концентрируются в высококипящей части нефти – гудронах и битумах.

Смолы- это вязкие малоподвижные жидкости или аморфные вещества от коричневого до темно-бурого цвета. Смолы растворимы в насыщенных углеводородах. Имеют молекулярную массу от 700 до 1000 а.е.м. Смолы являются лабильными веществами, окисляются кислородом воздуха превращаясь в асфальтены.

Асфальтены – твердые, аморфные вещества темно-бурого или черного цвета. При нагревании до 300 о С не плавятся, а переходят в пластичное состояние. Асфальтены не растворяются в парафиновых углеводородах С₅-С₈. Молекулярная масса асфальтенов около 2000 а.е.м.

Содержание смол в гудроне около 20%, а асфальтенов около10%. В окисленных битума содержанием смол около 30, а асфальтенов около 20%.

Минеральные компоненты нефти. В нефти присутствуют более 60 элементов. Это щелочные и щелочноземельные металлы (литий, натрий, калий, барий, кальций магний), металлы группы меди, группы бора, подгруппы ванадия, металлы переменной валентности(молибден, кобальт, вольфрам, и др). Кроме того, в нефти содержатся кремний, фосфор, мышьяк, галогены и др. Общее содержание микропримесей элементов в нефтях составляет от 0.01 до 2.50%.

Наиболее значимыми примесями являются ванадий и никель. Их содержание в нефтях составляет 0.0002 до 0.02%.

Кислород в нефти встречается в следующих функциональных группах и соединениях: карбонильная группа (в основном кетоны), простые эфиры, сложные эфиры, фенолы, спирты кислоты, смолисто-асфальтеновые вещества.

Подавляющее количество кислород, содержится в нефти в фенолах (особенно много фенолов в смолистых нефтях), нафтеновых и алифатических кислотах.

Алифатические кислоты представлены в нефтях кислотами нормального и изомерного строения, в том числе изопреноидного. Нафтеновые кислоты являются производными нафтеновых углеводородов — циклопентана и циклогексана. Ароматические кислоты являются производными бензола и полициклических аренов. Следует отметить, что в парафиновых нефтях, т. е. в нефтях богатых парафиновыми углеводородами, преобладают алифатические кислоты, а в нафтеновых — нафтеновые.

Нафтеновые кислоты стараются удалить из нефти, так как они образуют соли с металлами, что ведет к разрушению аппаратуры и трубопроводов. Вместе с тем, нафтенаты щелочных металлов — это деэмульгаторы нефти и используются для ее обезвоживания.

Серосодержащие соединения

Содержание сернистых соединений в нефтях колеблется в широких пределах — от следовых количеств до 7 % маcc. Насчитывается более 200 различных сернистых соединений, найденных и идентифицированных в нефтях. В основном сера в нефти содержится в виде: элементной серы, сероводорода, меркаптанов, сульфидов (тиоэфиры) и дисульфидов (дитиоэфиры), циклических соединений и их гомологов.

Сера как простое вещество и в виде сероводорода содержится в нефтях в растворенном состоянии. Содержание меркаптановой серы достигает 15 % масс. от ее общего содержания. Сосредоточены меркаптаны в бензиновых фракциях. Сульфиды распространены в бензиновых и легроино-керосиновых фракциях, где они составляют от 50 до 80 % масс. от суммы всех сернистых соединений, а дисульфиды — в керосино-газойлевых фракциях. На них приходится до 15 % масс. всей серы. Циклические соединения — тиацикланы (циклические сульфиды), тиофен и их гомологи — сосредоточены в керосиновых и масляных фракциях. Они составляют всего лишь несколько процентов от суммы сернистых соединений.

В сырой нефти сера преобладает в меркаптанах, сульфидах и дисульфидах, а после термической обработки входит в состав тяжелых продуктов переработки в основном в ароматические гетероциклические соединения.

Каталог :: Химия. Доклад про нефть

. часть. Это то, что остается после сжигания нефти. В золе обычно содержатся соединения железа, никеля, ванадия и некоторых других . каменный и бурый), торф и сланцы, а именно—к классу каустобиолитов. Это замысловатое слово составлено из трех греческих слов: . водорода в бензоле 7,7%. А что говорить о сложных полициклических соединениях, в ароматических кольцах которых много ненасыщенных связей .

Сера — самый вредный элемент в нефти, так как входит в очень агрессивные соединения (сера, сероводород и меркаптаны), приводящие к коррозии металла и ухудшающие антидетонационные свойства топлив и качество вторичных продуктов переработки нефти (нефтяной кокс).

Азотсодержащие соединения

Азотистые основания равномерно распределены по фракциям нефти и составляют от 20 до 40 % масс. от общего количества азотистых соединений. Очевидно, в низкокипящих фракциях нефти сосредоточены аминогруппы алкильного характера, а в высоко-кипящих — молекулы, содержащие несколько конденсированных бензольных или нафтеновых циклов.

Смолисто-асфальтеновые вещества

В группу гетероатомных соединений нефти включают смолисто-асфальтеновые вещества, содержащие в себе все гетероатомы нефти: кислород, азот и серу. Суммарно содержание в них гетероатомов достигает 14 % масс. Гудрон, получаемый после отгонки из нефти светлых фракций и масляных дистиллятов, состоит из смолисто-асфальтеновых соединений.

В составе этих соединений различают смолы и асфальтены.

Смолы — это конденсированные циклические соединения с длинными алифатическими боковыми цепями. Густые вязкие вещества бурого цвета. Их плотность больше воды (1,1 г/см 3 ), и молекулярная масса колеблется в пределах 600—700 кг/кмоль.

Асфальтены — полициклические ароматические сильно конденсированные системы с короткими алифатическими боковыми цепями. Твердые высокоплавкие хрупкие вещества черного цвета, не растворимые в алканах. Молекулярная масса равна 2000—3000, а иногда превышает 6000 кг/кмоль. Молекулы асфальтенов можно рассматривать как продукт конденсации (соединения) нескольких молекул смол.

^ 2.3 Классификация нефтей

Классификация нефтей является базой, которая позволяет предопределить ассортимент и качество продуктов, подобрать наилучшие условия переработки тех или иных нефтей.

С того момента, как добыча нефти и ее переработка вышли на промышленный уровень, классификация нефти претерпевала изменения и дополнения.

Химическая классификация основана на групповом составе нефтей. По этой классификации различают следующие нефти: метановая; нафтеновая; метано-нафтеновая; ароматическая; метано-нафтено-ароматическая; нафтено-ароматическая.

Существует промышленная классификация, основанная на плотности нефти. В этой классификации выделяют 3 типа нефти: легкие, чья плотность ниже 0,878 г/см 3 ; утяжеленные — от 0,878 до 0,884 г/см 3 ; тяжелые — выше 0,884 г/см 3 .

Широкое распространение имела также технологическая классификация нефти. Согласно этой классификации нефть подразделяется на три класса по содержанию серы, три типа по выходу фракций, выкипающих до 350 °С, четыре группы по потенциальному содержанию базовых масел, две подгруппы по индексу вязкости и три вида по содержанию твердого парафина. В целом нефть характеризуется шифром, составляемым последовательно из обозначений класса, типа, группы, подгруппы и вида, которым соответствует данная нефть (табл.)

Читайте также: