ВВЕДЕНИЕ
Бурный научно-технический
прогресс и высокие темпы развития
различных отраслей науки и
мирового хозяйства в XIX – XX
вв. привели к резкому увеличению
потребления различных полезных
ископаемых, особое место среди
которых заняла нефть.
Нефть начали добывать
на берегу Евфрата за 6 – 4 тыс.
лет до нашей эры.
Использовалась она
и в качестве лекарства. Древние
египтяне использовали асфальт
(окисленную нефть) для бальзамирования.
Нефтяные битумы использовались
для приготовления строительных
растворов. Нефть входила в
состав «греческого огня». В
средние века нефть использовалась
для освещения в ряде городов
на Ближнем Востоке, Южной Италии
и др. В начале XIX в. в
России, а в середине
XIX в. в Америке из нефти путем
возгонки был получен керосин.
Он использовался в лампах. До
середины XIX в. нефть добывалась
в небольших количествах из
глубоких колодцев вблизи естественных
выходов ее на поверхность.
Изобретение парового, а затем
дизельного и бензинового двигателя
привело к бурному развитию
нефтедобывающей промышленности.
Нефть – это маслянистая
горючая жидкость, обладающая специфическим
запахом, обычно коричневого цвета
с зеленоватым или другим оттенком,
иногда почти черная, очень редко
бесцветная.
ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
И СОЕДИНЕНИЯ В НЕФТЯХ
Нефти состоят главным
образом из углерода – 79,5 –
87,5 % и водорода –
11,0 – 14,5 % от массы нефти.
Кроме них в нефтях присутствуют
еще три элемента – сера, кислород
и азот. Их общее количество
обычно составляет 0,5
– 8 %. В незначительных
концентрациях в нефтях встречаются
элементы: ванадий, никель, железо, алюминий,
медь, магний, барий, стронций, марганец,
хром, кобальт, молибден, бор, мышьяк,
калий и др. Их общее содержание
не превышает 0,02 – 0,03 % от массы
нефти. Указанные элементы образуют
органические и неорганические
соединения, из которых состоят
нефти.
Кислород и азот
находятся в нефтях только
в связанном состоянии. Сера
может встречаться в свободном
состоянии или входить в состав
сероводорода.
Углеводородные соединения
В состав нефти входит
около 425 углеводородных соединений.
Нефть в природных
условиях состоит из смеси
метановых, нафтеновых и ароматических
углеводородов. По углеводородному
составу все нефти подразделяются
на: 1) метаново-нафтеновые, 2) нафтеново-метановые,
3) ароматическо-нафтеновые, 4) нафтеново-ароматические,
5) ароматическо- метановые, 6) метаново-ароматические
и 7) метаново-ароматическо-нафтеновые.
Первым в этой классификации
ставится название углеводорода,
содержание которого в составе
нефти меньше.
В нефти также содержится
некоторое количество твердых
и газообразных растворенных
углеводородов. Количество природного
газа в кубометрах, растворенного
в 1 т нефти в пластовых условиях,
называется газовым фактором.
В нефтяных (попутных)
газах кроме метана и его
газообразных гомологов содержатся
пары пентана, гексана и гептана.
Гетеросоединения
Наряду с углеводородами
в нефтях присутствуют химические
соединения других классов. Обычно
все эти классы объединяют
в одну группу гетеросоединений
(греч. «гетерос» – другой).
В нефтях также обнаружено
более 380 сложных гетеросоединений,
в которых к углеводородным
ядрам присоединены такие элементы,
как сера, азот и кислород. Большинство
из указанных соединений относится
к классу сернистых соединений
– меркаптанов. Это очень слабые
кислоты с неприятным запахом.
С металлами они образуют солеобразные
соединения – меркаптиды. В нефтях
меркаптаны представляют собой
соединения, в которых к углеводородным
радикалам присоединена группа SH.
Рис. 1. Метилмеркаптан.
Меркаптаны разъедают
трубы и другое металлическое
оборудование буровых установок.
Главную массу неуглеводородных
соединений в нефтях составляют
асфальтово- смолистые компоненты.
Это темно-окрашенные вещества, содержащие
помимо углерода и водорода
кислород, азот и серу. Они представлены
смолами и асфальтенами. Смолистые вещества
заключают около 93% кислорода в нефтях.
Кислород в нефтях
встречается в связанном состоянии
также в составе нафтеновых
кислот (около 6%) – [pic], фенолов
(не более 1%) – [pic], а также
жирных кислот и их производных
– [pic](Р). Содержание азота в
нефтях не превышает 1%. Основная
его масса содержится в смолах.
Содержание смол в нефтях может
достигать 60% от массы нефти,
асфальтенов – 16%.
Асфальтены представляют
собой черное твердое вещество.
По составу они сходны со
смолами, но характеризуются иными
соотношениями элементов. Они
отличаются большим содержанием
железа, ванадия, никеля и др. Если
смолы растворяются в жидких
углеводородах всех групп, то
асфальтены нерастворимы в метановых
углеводородах, частично растворимы
в нафтеновых и лучше растворяются
в ароматических. В “белых”
нефтях смолы содержатся в
малых количествах, а асфальтены
вообще отсутствуют.
ПРОИЗВОДНЫЕ НЕФТЕЙ
В 1888 г. предложено
называть все горючие ископаемые
каустобиолитами.
Они подразделяются
на две группы: угли и битумы.
К битумам (лат. “битумен”
– смола) отнесли
нефть и горючие газы, а также
твердые вещества, родственные нефтям.
При классификации производных
нефти выделяют две ветви.
Одна из них объединяет
последовательные продукты изменения
нефтей с нафтеновым основанием
– минералы асфальтового ряда.
Ко второй ветви относятся
продукты изменения нефтей с
парафиновым основанием – минералы
парафинового ряда.
Продукты изменения
нефтей с нафтеновым основанием
подразделяют на три группы: группу
асфальтов, группу асфальтитов
и группу керитов. К первой
группе относятся мальты и
асфальты. Мальты – это черные,
очень густые смолистые нефти.
Они богаты серой и кислородом.
Асфальты представляют собой
буро-черные или черные вязкие,
слегка эластичные или твердые
аморфные вещества. Асфальтиты отличаются
от асфальтов большей твердостью,
хрупкостью и большей обогащенностью
смолисто-асфальтовыми компонентами.
Мальты, асфальты и асфальтиты
полностью растворяются в органических
растворителях.
В отличие от них
кериты (нефтяные угли) не плавятся
и не растворяются в органических
растворителях.
Основными продуктами
изменения нефтей с парафиновым
основанием являются озокериты.
Это – воскообразные вещества
плотностью меньше единицы. Они
хорошо растворяются в бензине,
бензоле, скипидаре и сероуглероде.
Они легко воспламеняются и
горят ярким коптящим пламенем.
Озокерит – это смесь алканов от [pic] до
[pic]. Вторичные компоненты представлены
маслами, смолами и асфальтенами.