Гетероатомные соединения нефти

метки: Соединение, Нефть, Гетероатомный, Группа, Топливо, Классификация, Нефтяной, Базовый

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

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

Большая часть азота сосредоточена в смолистых веществах, но встречается и в виде аминогрупп ароматического или алифа­тического характера. Азотистые соединения нефтей подразделя­ют на две основные группы: азотистые основания и «нейтраль­ные» (слабоосновные) 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.

К «нейтральным» азотистым соединениям относят производ­ные индола и карбазола, циклические амиды и порфирины. Кроме того, в нефтях обнаружены также гетероциклические со­единения, содержащие, кроме азота, серу (тиазолы).

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/см³ ; тяжелые — выше 0,884 г/см³ .

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.)

Таблица

Класс	Содержание серы, % масс	Тип	Выход светлых нефтепродуктов, %масс.	Группа	^ Содержание базовых масел, % масс.	Подгруппа	Индекс вязкости базовых масел	Вид	Содержание парафина, % масс.
I Малосер- нистая	<0,50	Т 1	>45,0	М 1	>25	И 1	85	П 1 малопа-рафинистая	<1,5
II сернистая	0,51÷2,00	Т 2	30,0÷44,9	М 2 М 3	15÷25 15÷25	И 2	40÷85	П 2 парафи-нистая	1,51÷6,00
III Высоко- сернистая	>2,00	Т 3	<30,0	М 4	<15	И 3		П 3 высоко-парафинистая	>6,00

Приведем несколько примеров шифров, которыми обознача­ются нефти различных месторождений.

1 Нефть сернистая, содержание серы 0,51-2,00 % маcc.; вы­ход светлых нефтепродуктов ≥45 % мае.; содержание базовых масел 15-25 % масс.; индекс вязкости базовых масел >85; парафинистая, содержание парафина 1,51-6,00 % масс. — обознача­ют «I IТ ₁ М₂ И₁ П₂ ».

2 Нефть малосернистая, содержание серы ≤0,5 % маcc.; выход светлых нефтепродуктов 30,0-44,9 % маcc.; содержание базовых масел < 15 % маcc,; индекс вязкости базовых масел >85; высокопарафинистая, содержание парафина ≥6,00 % масс. — обозначают «IТ ₂ М₄ И₁ П₃ ».

В настоящее время действует классификация нефтей по ГОСТ Р 51858—2002. Согласно этому стандарту нефть по физи­ко-химическим свойствам, степени подготовки, содержанию се­роводорода и легких меркаптанов нефти подразделяют на клас­сы типы, группы и виды. В зависимости от массовой доли серы нефти подразделяют на классы 1-4 (табл.100000).

По плотности, а при поставке на экспорт — дополнительно по выходу фракции и массовой доле парафина нефти подразделяют на пять типов (табл 10000) По степени подготовки нефти подразделяют на груп­пы 1-3 (табл. 1.12).

Па массовой доле сероводорода и легких меркаптанов нефти подразделяют на виды 1-3 (табл.100000).

Условное обозначение нефти состоит из четырех цифр, соот­ветствующих обозначениям класса, типа, группы и вида нефти. При поставке нефти на экспорт к обозначению типа добавляется индекс «э». Структура условного обозначения нефти:

^ X X X X ГОСТР

Табл.

Классы нефтей

Класс нефти	Наименование	Массовая доля серы, % масс
1	Малосернистая	До 0,60 включ.
2	Сернистая	0,61-1,80
3	Высокосернистая	1,81-3,50
4	Особо высокосернистая	Свыше 3,50

Табл.

Типы нефтей

Наименование параметра	Норма для типа нефти
	0 (особо легкая)			1 (легкая)		2 (средняя)		3 (тяжелая)		4 (битуми- нозная)
	Для экономики страны	для экспорта		для экономики страны	для экспорта	для экономики страны	для экспорта	для экономики страны	для экспорта	для экономики страны	для экспорта
Плотность при температуре 15 о С, кг/м3	Не более 834,5			834,5 ÷854,4		854,4÷874,4		874,4÷899,3		Более 899,3
Выход фракции, не менее,%, до температуры:
200ºС	—		30	—	27	—	—	—	—	—	—
300ºС	—		52	—	47	—	—	—	—	—	—
350ºС	—		62	—	57	—	—	—	—	—	—
Массовая доля парафина, не более, %	—		6	—	6	—	—	—	—	—	—

Если по одному из показателей (плотности или выходу фракций) нефть относится к типу с меньшим номером, а по другому — к типу с большим номером, то нефть признают соответствующей типу с большим номером.

Таблица.

Группы нефтей

Наименование показателя	Норма для нефти группы
	1	2	3
Массовая доля воды, не более, %	0,5	0,5	1,0
Концентрация хлористых солей, не более, мг/дм 3	100	300	900
Массовая доля механических примесей, не более, %	0,05
Давление насыщенных паров, не более, кПа	66,7	66,7	66,7
Содержание хлорорганических соединений, мил -1 (ppm)	Не нормируется. Определение обязательно

Если по одному из показателей нефть относится к типу с меньшим номе ром, а по другому — к типу с большим номером, то нефть признают соответствующей с большим номером.

Таблица 1.13.

Виды нефтей

Наименование показателя	Норма для нефти вида
	1	2	3
Массовая доля сероводорода, не более, мил -1 (ppm)	20	50	100
Массовая доля метил- и этилмеркаптанов, мил -1 (ppm)	40	60	100

Нефть с массовой долей сероводорода менее 20 мил ^-1 считают не содержа­щей сероводород.

Рассмотрим несколько примеров классификации нефти.

1. нефть (при поставке потребителю в России): массовая доля серы 1,15% (класс 2); плотность при 15 ^о С 860,0 кг/м³ (тип 2); концентрация хлористых солей 120 мг/дм³ , массовая доля воды 0,40% (группа 2); при отсутствии сероводорода (вид 1) — обозначают «2.2.2.1 ГОСТ Р 51858-2002».

2. нефть (при поставке на экспорт): массовая доля серы 1,15% (класс 2); плотность при 15 ^о С 860,0 кг/м³ , объемная доля фракции до 200ºС – 26%, до 300ºС – 46%, до 350ºС — 55%, массовая доля парафина 4,1% (тип 2э); концентрация хлористых солей 90 мг/дм³ , массовая доля воды 0,40% (группа 1); при отсутствии сероводорода (вид 1) — обозначают «2.2э.1.1 ГОСТ Р 51858-2002».

По шифру нефти можно составить представление о наиболее рациональных схемах ее переработки и обосновать необходимость в процессах облагораживания нефтепродуктов.

^ 2.4. Классификация нефтепродуктов

Нефтеперерабатывающая промышленность вырабатывает исклю­чительно большой ассортимент (более 500 наименований) газообразных, жид­ких и твердых нефтепродуктов. Требования к ним весьма разнообразны и дик­туются постоянно изменяющимися условиями применения или эксплуатации того или иного конкретного нефтепродукта.

В основу классификации товарных нефтепродуктов могут быть поло­жены различные принципы, например, по фазовому составу или способу их производства. Поскольку требования как к объему производства, так и к каче­ству товаров диктуют их потребители, то принято классифицировать нефте­продукты по их назначению, т. е. по направлению их использования в отраслях народного хозяйства.

В соответствии с этим различают следующие группы нефтепродуктов:

1. Моторные топлива.

2. Энергетические топлива.

3. Нефтяные масла.

4. Углеродные и вяжущие материалы.

5. Нефтехимическое сырье.

6. Нефтепродукты специального назначения. Моторные топлива в зави­симости от принципа работы двигателей подразделяют на:

1.1. Бензины (авиационные и автомобильные);

1.2. Реактивные.

1.3. Дизельные.

Энергетические топлива подразделяются на:

2.1. Газотурбинные.

2.2. Котельные.

Нефтяные масла подразделяют на смазочные и несмазочные. Различают следующие подгруппы смазочных масел:

3.1. Моторные (для поршневых и реактивных двигателей).

3.2. Трансмиссионные и осевые, предназначенные для смазки авто­мобильных и тракторных гипоидных трансмиссий (зубчатых передач различных типов) и шеек осей железнодорожных вагонов и тепловозов.

3.3. Индустриальные масла предназначены для смазки станков, машин и механизмов различного промышленного оборудования, работающих в разно­образных условиях и с различной скоростью и нагрузкой. По значению вязкости их подразделяют на легкие (швейное, сепараторное, вазелиновое, приборное, веретенное, велосит и др.), средние (для средних режимов скоростей и нагру­зок) и тяжелые (для смазки кранов, буровых установок, оборудования марте­новских печей, прокатных станов и др.).

3.4. Энергетические масла (турбинные, компрессорные и цилиндровые) — для смазки энергетических установок и машин, работающих в условиях на­грузки, повышенной температуры и воздействия воды, пара и воздуха.

Несмазочные (специальные) масла предназначены не для смазки, а для применения в качестве рабочих жидкостей в тормозных системах, в пароструй­ных насосах и гидравлических устройствах, в трансформаторах, конденсаторах, маслонаполненных электрокабелях в качестве электроизолирующей среды (трансформаторное, конденсаторное, гидравлическое, вакуумное), а также такие как вазелиновое, медицинское, парфюмерное, смазочно-охлаждающие жидко­сти и др.

Углеродные и вяжущие материалы включают:

4.1. Нефтяные коксы.

4.2. Битумы.

4.3. Нефтяные пеки (связующие, пропитывающие, брикетные, волок-нообразующие и специальные).

Нефтехимическое сырье. К этой группе можно отнести:

5.1. Ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы, нафталин и др.).

5.2. Сырье для пиролиза (нефтезаводские и попутные нефтяные газы, пря-могонные бензиновые фракции, олефинсодержащие газы и др.).

5.3. Парафины и церезины. Вырабатываются как жидкие (получаемые кар-бамидной и адсорбционной депарафинизацией нефтяных дистиллятов), так и твердые (получаемые при депарафинизации масел).

Жидкие парафины являются сырьем для получения белкововитаминных концентратов, синтетических жирных кислот и поверхностно-активных веществ.

Нефтепродукты специального назначения подразделяют на:

6.1. Термогазойль (сырье для производства технического углерода).

6.2. Консистентные смазки (антифрикционные, защитные и уплот-нителъные).

6.3. Осветительный керосин.

6.4. Присадки к топливам и маслам, деэмульгаторы.

6.5. Элементная сера.

6.6. Водород и др.

В РФ систему классификации нефтепродуктов и смазочных материа­лов определяет ГОСТ 28576-90 (ИСО 8681-86)

Таблица Классификация нефтепродуктов и родственных продуктов

Класс	Продукты	Класс	Продукты
F	Топлива	L	Смазочные материалы, индустриальные масла и родственные продукты
S	Растворители и сырье для химической промышленности	B	Битумы
W	Парафины

Примеры полного обозначения нефтепродуктов по данной классификации:

1. ИСО—L—G—68, где

L— класс (смазочные материалы);

• G — категория (группа смазочных материалов для направ­ляющих скольжения);

68— число (класс вязкости по ИСО).

2. ИСО-L—HL—32, где

L — класс (смазочные материалы);

HL — категория (где Н — группа смазочных материалов для

гидравлических систем);

32— число (класс вязкости по ИСО).

3. ИСО—F—DST—2, где

F — класс (топлива);

• DST—категория (где D — группа дистиллятных топлив);

2— число (класс обозначения).

4. ИСО—F—RMB—32, где

F — класс (топлива);

• RMB—категория (где R — остаточное жидкое топливо);

10 — число (максимальная вязкость при 100°С, мм ² /с).

^ 3. Товарная характеристика топлив

Топлива, используемые в современной технике, являются в основном продуктами переработки нефти. Их качество улучшают технологическими ме­тодами (вторичные процессы переработки) или добавлением специальных при­садок. В зависимости от назначения, технологии получения, сырьевого источ­ника нефтяных топлив производится их классификация. Дня потребителей наи­более актуальна классификация нефтяных топлив по назначению. Классифика­ция нефтяных топлив по назначению связана с типами двигателей, для которых они предназначены.

Нефтяные топлива можно разделить на следующие виды: 1. Топлива для поршневых двигателей с искровым зажиганием (принуди­тельным воспламенением):

• а) бензины автомобильные;
• б) бензины авиационные.

2. Топлива для поршневых двигателей с воспламенением от сжатия:

• а) топлива для быстроходных дизелей;
• б) топлива для средне- и малооборотных дизелей. 3. Топлива для реактивных двигателей:
• а) реактивные топлива для дозвуковой авиации;
• б) реактивные топлива для сверхзвуковой авиации. 4. Топлива для газотурбинных двигателей:
• а) топлива для транспортных газотурбинных двигателей;
• б) топлива для стационарных газотурбинных установок. 5. Топлива для котельных установок:
• а) топлива для транспортных котельных установок;
• б) топлива для стационарных котельных установок. К нефтяным топливам для тепловых двигателей предъявляются следую­щие общие требования:
• высокие энергетические характеристики;
• оптимальная скорость горения и высокая полнота сгорания;
• минимальная коррозионная активность по отношению к деталям сило­вой установки, средствам транспортирования, хранения и заправки;
• стабильность в условиях применения и хранения;
• хорошая прокачиваемость в системах топливопитания двигателей и топочных устройств, топливопроводах средств транспортирования и хранения;
• высокие экологические свойства.

Нефтяное топливо — это вещество или совокупность веществ нефтяного происхождения, находящиеся в любом агрегатном состоянии, способных в результате горения образовывать высокотемпературные конечные продукты.

^ 3.1.Классификация нефтяных топлив

Общая классификация нефтяных топлив (класс F по ГОСТ 28576-90 (ИСО 8681-86)) устанавливается ГОСТом 28577.0-90(ИСО8216/0-86).

В этот стандарт включены пять нефтепродуктов

Продукты обозначаются символом, состоящим из групп букв, например ИСО-F-Д S T 2.

В обозначения входят: аббревиатура ИСО, буква, обозначающая класс (F- для топлив), которую отделяют дефисом от аббревиатуры и последующих букв; буквы (от одной до четырех), обозначающего категорию топлива; цифра, указывающая на основе свойство топлива.

Группа топлива	Характеристика
G	Газообразные топлива. Газообразные топлива нефтяного происхождения, состоящие в основном из метана и (или) этана.
L	Сжиженные газообразные топлива. Газообразные топлива нефтяного происхождения, состоящие в основном из пропана и пропена и (или) бутена и бутана.
D	Дистилятные топлива. Топлива нефтяного происхождения (бензины, керосины, газойли и дизельные топлива), за исключением сжиженных нефтяных газов и топлив. Тяжелые дистилляты, которые могут содержать не- большое количество остатков.
R	Остаточные топлива. Нефтяные топлива, содержащие остаточные фракции процесса перегонки.
C	Нефтяные коксы. Твердые топлива нефтяного происхождения, состоя­щие в основном из углерода и полученные в процессе гидрокрекинга.