Из чего состоит нефть кратко

Обновлено: 02.07.2024

Из чего же состоит нефть? Нефть состоит из углеводородов. Углеводороды – это такие молекулы , каркас которых построен из атомов (С), соединенных между собой в различные конфигурации. Существует несколько теорий химических связи, объясняющих причину возникновения и разрыва химической связи между молекулами. Но нам для объяснения природы химических связей достаточно только теории валентных связей.

Основные элементы – углерод (C) и водород (H)

Атом углерода может образовывать четыре связи, потому что на его внешней электронной оболочке имеется 4 электрона, а каждый атом стремится, чтобы было 8 электронов. Остальные 4 электрона он забирает у других атомов, например, у соседнего атома (С). Пара электронов между двумя атомами становится общей. Это и есть валентная химическая связь.

К остальным неспаренным электронам могут присоединяться атомы водорода (H), у которого имеется один неспаренный электрон. Так образуются углеводороды. Для того чтобы было проще, пару электронов принято изображать чертой или двумя точками.

Как уже было сказано, в нефти присутствуют различные углеводороды, каждый из которых обозначается свой брутто-формулой. Единой химической формулы нефти просто не существует. Нефть – это целый список химических формул, поскольку это множество веществ в одной маслянистой смеси.

Строение углеводородов

Существуют простые углеводороды – метан, у которого один атом углерода (формула CH₄). Более тяжелое вещество с двумя атомами углерода – этан (формула C₂H₆). Важно помнить, что различное строение обуславливает различные физико-химические свойства.

На реальных производствах чаще всего используют понятие фракционного состава.

Химический состав нефти

В химическом отношении нефть – взаиморастворимая смесь газообразных, жидких и даже твердых углеводородов с примесями гетероорганических соединения серы, азота, кислорода и других элементов. В зависимости от состава нефть имеет цвет от буро-коричневого до черного. Элементарный состав нефти различен для разных типов и для разных месторождений. В среднем он может быть охарактеризован следующими цифрами: углерод – (82,5 – 87) %, водород – (11,5 – 14,5) %, кислород – (0,1 – 0,35) %, азот – до 1,8 %, сера – до 10 % [1].

Углеводороды в нефти представлены соединениями различных классов. В основном это парафиновые углеводороды (алканы) – C_nH₂_n₊₂; нафтеновые углеводороды (цикланы) – C_nH₂_n; ароматические соединения – углеводороды, содержащие в своем составе разнообразные гомологи бензола, а так же гибридные углеводородные соединения.

Цвет нефти меняется в зависимости от ее фракционного состава. Чем выше температура выкипания, тем темнее будет нефть или ее фракция.

Если вы ничего не знаете о нефти, ее физических и химических свойствах, а также происхождении, то эта статья поможет заполнить пробелы в знаниях.

С точки зрения химии нефть - это сложная смесь углеводородов, (соединений, состоящих из атомов углерода и водорода). Также в ее составе могут быть сера, азот и многие другие минеральные вещества. При этом от месторождения к месторождению, от пласта к пласту и даже в пределах одного пласта состав может меняться.

Физически нефть - это маслянистая жидкость преимущественно темного цвета: от черного до светло-коричневого, но также встречаются красные, желтые и зеленые нефти. Считается, что за оттенок отвечают разнообразные примеси, в основном смолы и асфальтены (они темного цвета). Подробнее о взаимосвязи между цветом и составом читайте здесь .

Также у нефти есть запах, который в основном зависит от наличия таких компонентов, как сера (или сероводород) и азот. В зависимости от концентрации этих веществ, запах может варьироваться от приятного до довольно резкого. Однозначно сказать, как пахнет нефть, не получится. По описанию запах может напоминать моторное масло, парафин, бензин, тухлые яйца (спасибо сероводороду) и многое другое.

На вкус нефть может быть сладкой и кислой, - да, раньше нефтяники ее пробовали. За вкусовые качества отвечает сера. Как правило, в сладкой нефти очень низкий уровень серы, менее 0,5%, а в кислой - более 0,5%. Первый вариант ценится значительно больше - он требует меньше затрат на этапе переработки и очистки нефти, когда соединения серы удаляют из топлив. Это важный этап, потому что при сгорании соединения серы образуют сернистый ангидрид и серный ангидрид, которые могут привести к коррозии деталей двигателя и вредны для окружающей среды.

Откуда берется нефть?

По этому поводу существуют две глобальные теории происхождения нефти : органическая (или биогенная) и неорганическая.

Органическая теория считается главенствующей. Она подразумевает, что нефть произошла от останков древних микроорганизмов, которые на протяжении миллионов лет осаждались на дне морей и перемешивались с глинистыми отложениями. Затем они перерабатывались сообществами микроорганизмов и преобразовывались под действием температуры и давлений, формируя богатые органическим веществом нефтематеринские породы.

В пользу органической теории говорят так называемые биомаркеры, которые есть в каждой нефти. Биомаркеры - это органические соединения, которые присутствуют в живых организмах. Важно понимать, что речь идет не о динозаврах, а именно о многочисленных микроорганизмах и растениях, обитающих в морях. Теоретически из динозавра тоже могла бы получиться нефть, но ее было бы ничтожно мало.

Однако и неорганики приводят ряд аргументов в пользу своей точки зрения. Есть различные версии возможного неорганического происхождения нефти. Во-первых, многие, хотя и не все месторождения связаны с зонами разломов. Через эти разломы, по мнению сторонников неорганической концепции, нефть и поднимается с больших глубин ближе к поверхности Земли. Во-вторых, месторождения бывают не только в осадочных, но также в магматических и метаморфических горных породах (впрочем, они могли оказаться там и в результате миграции). Кроме того, углеводороды встречаются в веществе, извергающемся из вулканов. Наконец, третий, наиболее весомый аргумент в пользу неорганической теории состоит в том, что углеводороды есть не только на Земле, но и в метеоритах, хвостах комет, в атмосфере других планет и в рассеянном космическом веществе. Так, присутствие метана отмечено на Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. На Титане, спутнике Сатурна, обнаружены реки и озера, состоящие из смеси метана, этана, пропана, этилена и ацетилена. Если на других планетах Солнечной системы эти вещества могут образовываться без участия биологических объектов, почему это невозможно на Земле?

Нефть является природным полезным ископаемым, которое представляет собой маслянистую горючую жидкость, нередко – черного цвета, хотя встречаются нефти и других цветовых оттенков (коричневого, вишневого, зеленоватого, желтоватого и прозрачного). Её добывают с помощью такой горной выработки, как нефтяная скважина, для формирования которой применяется бурение горных пород.

Из чего состоит нефть? Хим. состав нефти
Общая химическая структура нефти
Парафиновые углеводороды
Углеводороды нафтеновой группы
Ароматические углеводороды
Непредельные углеводороды
Соединения серы
Кислородные соединения
Смолисто-асфальтовые компоненты
Соединения азота

По своему химическому составу нефть представляет собой сложную смесь углеводородов с различными примесями. В её состав включены соединения таких хим. элементов, как сера, азот и так далее.

Запах этого хим. вещества также различается, в зависимости от содержания в нем сернистых соединений и углеводородов ароматической группы.

Из чего состоит нефть? Хим. состав нефти

Нефть состоит из углеводородов, которые с химической точки зрения представляют собой соединения атомов углерода и водорода. В общем виде нефть – формула, описываемая как C_xH_y.

К примеру, такой самый простой углеводород, как метан, состоит из одного атома углерода, связанного с четырьмя атомами водорода. Другими словами, формула метана – CH₄. Он относится к так называемым легким углеводородам и всегда есть в составе любой нефти.

В зависимости от того, какова концентрация в этом веществе различных видов углеводородных соединений, хим. и физические свойства нефти могут быть различны. Другими словами, компоненты нефти влияют на её свойства и внешний вид. Она может быть как текучей и прозрачной, так и черной и малоподвижной, причем настолько, что из-за высокой вязкости не выливается даже из перевернутого из сосуда.

Хим. состав обычной нефти представлен следующими хим. элементами:

углеродом (около 84-х процентов);
водородом на уровне 14-ти процентов;
серой и её соединениями в количестве от одного до трех процентов (сульфиды, дисульфиды, сероводород и сама сера);
азотом, доля которого – меньше процента;
кислородом (также меньше 1-го %);
различными металлами, общая концентрация которых также меньше 1 % (железо, ванадий, никель, хром, медь, молибден, кобальт и так далее);
различными солями, доля которых также менее процента (например, хлоридом кальция, хлоридом магния, хлоридом натрия и прочими).

Нефть и сопутствующий ей, как правило, углеводородный газ могут залегать на глубине от десятков метров до пяти-шести километров. Стоит сказать, что при глубине залегания более шести километров находят только газ, а если глубина залегания продуктивного слоя менее одного километра, то встречается только нефть. В основном продуктивные пласты находятся глубже одного, но выше шести километров, и там бывают как нефтеносные, так и газоносные слои.

Читать также: Сколько литров нефтепродуктов содержится в барелле нефти?

Породы, в которых залегает углеводородное сырье, называются коллекторы. Если описать коллектор простыми словами, то нефть как бы находится в плотной и твердой губке, состоящей из нефтеносных слоев различной пористости.

Общая химическая структура нефти

Состав и свойства нефти оказывают большое влияние на её дальнейшую переработку. Содержание углеводорода в нефти может варьироваться от 83-х до 87-ми процентов, водорода – от 12-ти до 14-ти %, а содержание серы колеблется в районе 1-го – 3-х %. Эту сложную химическую смесь в основном представляют различные соединения углерода и водорода: парафиновые, нафтеновые и ароматические.

Основные компоненты нефти – это углеводородные соединения, которые бывают следующих видов:

Парафиновые углеводороды

Этот компонент нефти имеет и другое название – алканы. Общая химическая формула – С_nН_2n _{+ 2}.

Если в парафинах менее четырех атомов углерода, то это – газы, известные нам как этан, метан, бутан. пропан, изобутан. Их отличает высокий показатель детонационной стойкости. Другими словами, их октановое число (если считать по моторному методу) – более 100.

Если в таких углеводородах от пяти до пятнадцати углеродных атомов, то это – жидкости. Если атомов углерода больше 15-ти, то это – твердые вещества.

В различных видах топлива и смазочных материалов концентрация алканов весьма высока, вследствие чего для этих нефтепродуктов характерна высокая стабильность. Для автомобильных бензинов высокого качества крайне желательно наличие в их составе изопарафиновых соединений, поскольку они весьма устойчивы к кислородному воздействию в условиях высоких температур.

Наличие в составе топлива нормальных парафинов, которые при высоких температурных значениях легко окисляются, значительно уменьшает уровень детонационной стойкости бензина, однако одновременно уменьшает время, которое проходит с момента подачи бензина в двигатель внутреннего сгорания до воспламенения топливной смеси, а это позволяет наращивать давление более плавно, что благотворно влияет на работу двигателя. В связи с этим наличие нормальных парафиновых соединений желательно в более тяжелом дизельном топливе, хотя в его зимних сортах количество таких парафинов ограничивается.

Углеводороды нафтеновой группы

Другое название – цикланы. Представляют собой насыщенные циклические углеводородные соединения, общая формула которых выглядит как С_nН_2n. В нефти цикланы представлены как циклопентан(С₅Н₁₀) и циклогексан(С₆Н₁₂ ).

Благодаря своему циклическому строению, цикланы отличаются высокой химической прочностью. Углеводороды нафтеновой группы при сгорании выделяют меньше теплоты (если сравнивать их с парафиновыми соединениями), однако также обладают высокой детонационной стойкостью. В связи с этим желательно их присутствие в топливах, используемых в карбюраторных двигателях, а также и зимних сортах дизтоплива.

Читать также: Как ликвидировать разлив нефтепродуктов и устранить загрязнения?

Смазочные нефтепродукты, содержащие нафтеновые углеводороды, более вязкие и маслянистые.

Ароматические углеводороды

Другое название – арены. Их эмпирическая формула – С_nН_2n_–₆. В нефти они представлены как бензол (формула С₆Н₆ ) и его гомологи.

Благодаря высокому показателю своей термической устойчивости, арены являются желательными компонентами в карбюраторных топливах, октановое число которых должно быть как можно выше. Однако, поскольку арены обладают высокой нагарообразующей способностью, их содержание в бензинах допустимо до отметки 40 – 45 процентов.

Из-за своей высокой термической стабильности наличие аренов в дизельных видах топлива нежелательно.

Непредельные углеводороды

Другое название – олефины. В сырой нефти они не содержатся, а образуются во время нефтепереработки. Непредельные углеводородные соединения – это важнейшее сырье, необходимое для получения топлива с помощью нефтехимических методов и основным органическим синтезом.

Общая эмпирическая формула таких углеводородов – С_nН_2n (к примеру, С₂Н₄ – это всем известный этилен).

Низкий уровень химической стойкости олефинов негативно сказывается на практической эксплуатации нефтепродуктов, поскольку снижает уровень их стабильности. К примеру, бензины, получаемые с помощью термического крекингового процесса, в результате окисления содержащихся в них олефинов осмоляются в процессе хранения и загрязняют карбюраторные жиклеры и впускные трубопроводы. Другими словами, присутствие олефиновых соединений в любых видах нефтепродуктов нежелательно.

Соединения серы

На большом числе месторождений добывают сернистую или высокосернистую нефть.

При переработке такого сырья необходимы дополнительные затраты, поскольку увеличение концентрации серы в бензине с 0,033 до 0,15 процентов приводит к:

снижению мощности двигателя на 10,5 процентов;
увеличению расхода топлива на 12 процентов;
возрастанию количества необходимых капремонтов вдвое.

Помимо этого, того, сернистое топливо сильно вредит экологии окружающей нас среды.

Соединения серы делятся на активные и не активные. Активные вызывают коррозию металлов в нормальных атмосферных условиях. К ним относятся:

Читать также: Основные причины, почему природный газ лучше нефтепродуктов

И в растворенном, и во взвешенном состоянии, они оказывают сильное коррозионное воздействие на металлы практически при любых температурах, поэтому их присутствие в нефтепродуктах – недопустимо.

Неактивные соединения серы в нормальных условиях коррозию не вызывают.

Однако, после полного сгорания топлива они образуют в двигателе серные и сернистые ангидриды, которые в соединении с водой образуют серную и сернистую кислоту.

Читайте также: