Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования 
 
 

тихоокеанский Государственный  университет 
 
 
 
 
 
 

Кафедра: Химическая технология и биотехнология 
 

РЕФЕРАТ

на тему: «ХИМИЯ НЕФТИ».

                        

Р.09041032747.00.00.00. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      СОДЕРЖАНИЕ

  ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………… 

1 Химический и групповой состав нефти………………………………….…...

2 Значение алканов и изоалканов для бензинов и других нефтепродуктов……… 

3 Сернистые соединения нефти……………………………………………..........

     СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………………  42 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

  Нефть (греч. ναφθα, или через тур. neft, от персидск. нефт; восходит к аккад. напатум  — вспыхивать, воспламеняться) — природная маслянистая горючая жидкость, состоящая из сложной смеси углеводородов и некоторых органических соединений. По цвету нефть бывает красно-коричневого, иногда почти чёрного цвета, хотя иногда встречается и слабо окрашенная в жёлто-зелёный цвет и даже бесцветная нефть, имеет специфический запах, распространена в осадочных породах Земли. Сегодня нефть является одним из важнейших для человечества полезных ископаемых.

  Нефть обнаруживается вместе с газообразными  углеводородами на глубинах от десятков метров до 5—6 км. Однако на глубинах свыше 4,5—5 км преобладают газовые и газоконденсатные залежи с незначительным количеством лёгких фракций. Максимальное число залежей нефти располагается на глубине 1—3 км. На малых глубинах и при естественных выходах на земную поверхность нефть преобразуется в густую мальту, полутвёрдый асфальт и др. образования — например, битуминозные пески и битумы. 

  По  химическому составу и происхождению  нефть близка к естественным горючим газам, озокериту, а также асфальту. Эти ископаемые объединяют под общим названием петролитов. Петролиты относят к ещё более обширной группе так называемых каустобиолитов — горючих минералов биогенного происхождения, которые включают также ископаемые твёрдые топлива.

  

    
 
 
 
 
 

    1 Химический и групповой  состав нефти

    Химический  состав. Нефти различных месторождений и даже одного месторождения, но разных горизонтов, отличаются элементным и углеводородным составом, что определяет и различие в их химических свойствах. Свойства нефтей обуславливают методы их добычи и эксплуатации месторождений, способы их переработки, вид и качество получаемых из них продуктов. Абсолютно одинаковые нефти не существуют, но имеются такие её виды, которые близки по своей химической природе и свойствам.

      Нефть представляет собой смесь около 1000 индивидуальных веществв, из которых большая часть - жидкие углеводороды ( > 500 или обычно 80-90% по массе) и гетеро-атомные органические соединения ( 4-5%), преимущественно сернистые (около 250), азотистые ( > 30) и кислородные (около 85), а также металло-органические соединения (в основном ванадиевые и никелевые); остальные компоненты - растворенные углеводородные газы ( С1-С4, от десятых долей до 4%), вода (от следов до 10%), минеральные соли (гл. обр. хлориды, 0,1 - 4000 мг/л и более), растворы солей органических кислот и других  механические примеси (частицы глины, песка, известняка).

    

    Углеводородный  состав: в основном парафиновые (обычно 30 - 35, реже 40 - 50% по объему) и нафтеновые (25 - 75%), в меньшей степени-соединения ароматического ряда (10 - 20, реже 35%) и смешанного, или гибридного, строения (например, парафино - нафтеновые, нафтено - ароматич.). Гетероатомные компоненты: серосодержащие - Н2S, меркаптаны, моно- и дисульфиды, тиофены и тиофаны, а также полицикличные и т.д. (70-90% концентрируется в остаточных продуктах-мазуте и гудроне); азотсодержащие - преимущественно гомологи пиридина, хинолина, индола, карбазола, пиррола, а также порфирины (большей частью концентрируется в тяжелых фракциях и остатках); кислородсодержащие-нафтеновые кислоты, фенолы, смолисто - асфальтеновые вещества и другие (сосредоточены обычно в высококипящих фракциях). Элементный состав (%): С - 82-87, H - 11-14,5, S - 0,01-6 (редко до 8), N-0,001-1,8, О-0,005-0,35 (редко до 1,2) и другие. Всего в нефти обнаружено более 50 элементов. Так, наряду с упомянутыми в нефти присутствуют V (10^-5 - 10^-2 %), Ni (10^-4 - 10^-3 %), Cl (от следов до 2-х * 10^-2 %) и т.д. Содержание указанных соединений и примесей в сырье разных месторождений колеблется в широких пределах, поэтому говорить о среднем химическом составе нефти можно только условно.

    Групповой химический состав нефтей. Из элементного состава следует, что нефть в основном состоит из углеводородов. Наиболее широко в нефти представлены углеводороды трёх классов: алканы, циклоалканы и арены.

    Присутствуют  также углеводороды смешанного строения. Сравнительно жёсткие условия, в  которых в природе находится  нефть (температура до 200 ⁰С и более), обусловливает незначительное содержание лишь в некоторых нефтях таких химически активных углеводородов, как алкены и алкины.

    Соединения  с циклическими и полициклическими структурами преобладают в нефтях, приуроченным к относительно молодым отложениям (третичным), а алифатические структуры более характерны для нефтей из палеозойских отложений. Таким образом, парафинистые нефти являются самыми "старыми", а тяжелые и богатые высокомолекулярными соединениями относятся к "молодым" (табл. 1.1).

    Таблица 3.1 Изменение состав нефти от возраста, % (масс.) 

    

      

    Из  неуглеводородных компонентов нефтей известны кислородные, сернистые, азотистые соединения, также смолы и асфальтены, содерджащие и кислород, и серу, и азот, но с не вполне ясной химической природой. Имеются и некотрые другие элементно — органические соединения, но характер их тоже пока не совсем ясен.

    Алканы  Сn Н2n+2. Парафиновые углеводороды составляют значительную часть нефти и попутного газа. Из них выделены все алканы нормального строения от СH4 до С33Н68 (CH3 (CH2)n CH3), кроме них встречаются и разветвленные алканы

    

    Углеводороды  С5-С10 переходят в бензиновый дистиллят; С11-С16 содержатся в керосиновой фракции; С16 и выше - во фракции с интервалом кипения 350-550 °С. Некоторые нефти содержат разветвленные парафиновые углеводороды с регулярным расположением метиловых радикалов вдоль главной углеродной цепи в положениях 2, 6, 10, 14, 18. Такое строение молекул соответствует насыщенной регулярной цепи полиизопрена, поэтому подобные углеводороды нефти получили название изопреноидов. По агрегатному состоянию парафины делятся на газообразные (C1-C4), жидкие (C5-C15) и твердые (C≥16), кристаллизующиеся при 20 °С. Все они находят применение либо в качестве топлива, либо химического сырья. 

    Циклоалканы Сn+2n. Нафтены составляют большую часть нефти, в ней встречаются как моно-, так и полициклические циклоалканы. Из моноциклических циклоалканов выделены, в основном, циклопентаны, циклогексаны с числом заместителей от 1 до 3, например

    

    

    алкилциклопентан                                          алкилциклогексан 
 

    Их  количество в нефти почти одинаково.

    Полициклические нафтены могут иметь следующее строение                                      

    Декалин                         бициклогексан                   норборнан  

                                                           

    адамантан                                              трициклотридекан 
 

    Нафтены склонны к структурным изменениям в процессе нефтепереработки. Они положительно влияют на качество топливных фракций и масляных дистиллятов. В легких фракциях нефтепродуктов содержатся, в основном, цикло-пентан, циклогексан и метилциклопентан. С увеличением температуры выкипания фракций в них увеличивается количество углеводородов с большим числом циклов в молекулах и длиной боковых цепей заместителей. В тяжелых фракциях появляются нафтены с заместителями С14 и выше с изопреноидным типом строения.

    

    

    Арены. Содержание аренов в нефти изменяется в широких пределах (15 - 50 %). В бензиновых фракциях присутствуют все теоретически возможные арены С6-С9 в соотношении С6:С7:С8:С9=1:3:7:8. Больше всего обнаружено термодинамически устойчивых 1,3-ди- и 1,2,4-триалкилбензолов. В этой фракции присутствует простейший гибридный нафтено-ароматический углеводород индан

    

 

    Бензольные  углеводороды керосиновой фракции  представлены в основном структурами, связанными с длинными алкильными заместителями (в том числе и изопреноидного типа

    

    В керосиновой фракции обнаружены метилпроизводные индана, нафталин, тетралин и их метилзамещенные

    

    В более тяжелых фракциях нефти  присутствуют гибридные моноароматические углеводороды, имеющие три, четыре или пять насыщенных колец

    

    В высококипящих фракциях найдены  полициклические ароматические  соединения, например

    

                             

    антрацен                                хризен                         коронен

    Ароматические углеводороды играют исключительно важную роль в качестве химического сырья и как компоненты моторного топлива, повышающие его детонационную стойкость (октановое число).

    

           2 Значение алканов и изоалканов для бензинов

               и других нефтепродуктов

    Все алканы легче воды (относительная плотность меньше 1) и практически в ней не растворяются; хорошо растворимы в углеводородах, их галогенопроизводных, в простых и сложных эфирах.

    Плотность, температуры кипения и плавления  разветвленных алканов ниже, чем у их изомеров линейного строения. Это связано с менее плотной упаковкой разветвленных молекул и, соответственно, более слабыми вандерваальсовыми межмолекулярными взаимодействиями.

    Химические  свойства соединений определяются их строением, то есть природой входящих в состав молекул атомов и характером связей между ними.

    Алканы  содержат неполярные С–С и слабополярные С–Н ковалентные связи. Для таких связей характерен гомолитический разрыв на свободные радикалы. Поэтому реакции алканов происходят преимущественно по радикальному механизму.

    Для радикальных реакций требуются  довольно жесткие условия: повышенная температура, действие ультрафиолетового или радиоактивного излучения и/или присутствие инициаторов – источников активных свободных радикалов.

    Гетеролитический разрыв связей С–С и С–Н в обычных условиях не происходит, поэтому ионные реакции для предельных углеводородов не типичны. Это проявляется в устойчивости алканов к действию полярных реа гентов (кислот, щелочей, окислителей ионного типа: КMnO4, К2Сr2O7 и т.п.).

    Предельная  насыщенность алканов не допускает реакций присоединения, но не препятствует реакциям разложения, изомеризации, элимини-рования (отщепления) и замещения.