2. Olaj. Az olaj összetétele.
Az olaj szerves vegyületek összetett keveréke. Több száz különböző szerkezetű szénhidrogént, számos heteroszerves vegyületet tartalmaz. Lehetetlen egy ilyen keveréket teljesen szétválasztani egyedi vegyületekre, de ez sem a kőolaj-alapanyag műszaki jellemzői miatt, sem ipari felhasználása miatt nem szükséges.
A frakcionált összetétel az olaj minőségének fontos mutatója. A frakcionált összetételt laboratóriumi desztilláció során határozzák meg, amelynek során fokozatosan növekvő hőmérsékleten az olajból részeket desztillálnak le - olyan frakciókat, amelyek a forrási tartományban különböznek egymástól. Mindegyik frakciót a forrás kezdetének és végének hőmérséklete jellemzi.
Az olaj ipari desztillációjában nem a fokozatos bepárlás laboratóriumi módszerét alkalmazzák, hanem az úgynevezett egyszeri bepárlással és további rektifikációval rendelkező sémákat. A 350 ° C-ig forráspontig terjedő frakciókat a légkörinél valamivel magasabb nyomáson veszik; könnyű desztillátumoknak (frakcióknak) nevezik. Általában az atmoszférikus desztilláció során a következő frakciókat kapják, amelyeket további felhasználásuk irányától függően neveznek el:
n.c. (a forrás kezdete) - 140°С) – benzinfrakció
140-180°C - benzin (nehéz benzin)
140-220°С (180-240°С) - kerozinfrakció
180-350°С (220-350°С, 240-350°С) – dízelfrakció (könnyű vagy atmoszférikus gázolaj, szoláris desztillátum)
A könnyű desztillátumok (350°C feletti forráspontú frakció) szelekciója utáni maradékot fűtőolajnak nevezzük. A fűtőolajat vákuumban gyorsítják, miközben az olajfinomítás irányától függően a következő frakciókat kapjuk
Üzemanyaghoz jutni
350-500°C - vákuum gázolaj (vákuumdesztillátum)
>500°С – vákuummaradék (kátrány)
Olajokat szerezni
300-400°С (350-420°С) - könnyű olajfrakció (transzformátor desztillátum)
400-450°С (420-490°С) - közepes olajfrakció (gépi desztillátum)
450-490°C - nehézolaj-frakció (hengerpárlat)
>490°С – kátrány
A fűtőolajat és az abból nyert frakciókat sötétnek nevezzük. Másodlagos olajfinomítási folyamatokból nyert termékek, valamint a elsődleges desztilláció, világosnak nevezzük, ha 350 °C-ig forrnak, és sötétnek, ha a forráspont 350 °C és afölötti.
A különböző területekről származó olajok frakcionált összetételében, világos és sötét frakcióiban jelentősen eltérnek egymástól. Így a Yaregskaya olaj (Komi Köztársaság) 18,8% könnyű frakciót tartalmaz, és a Samotlor olaj ( Nyugat-Szibéria) – 58,8%.
Az olaj az üledékes kőzetek csoportjába tartozik, homok, agyag, mészkő, kősó stb. mellett. Egy fontos tulajdonsága van - az égés és a hőenergia felszabadítása. A többi fosszilis tüzelőanyag közül ennek a legmagasabb a fűtőértéke. Például egy kazánház vagy más létesítmény fűtéséhez az olaj tömeg szerint sokkal kevesebb, mint a szén.
Minden éghető kőzet egy speciális családba tartozik, az úgynevezett kaustobiolitok(a görög "caustos" - éghető, "biosz" - élet, "lithos" - kő, azaz éghető szerves kő szavakból).
Kémiailag az olaj szénhidrogének (HC) és széntartalmú vegyületek összetett keveréke.
Az olaj a következő fő elemekből áll:
szén (84-87%),
hidrogén (12-14%),
oxigén,
kén (1-2%).
Az olajok nagy részét különböző összetételű, szerkezetű és tulajdonságú szénhidrogének teszik ki, amelyek lehetnek gáz-, folyékony- és szilárd halmazállapotúak. A molekulák szerkezetétől függően az olajat felosztják három osztály – paraffinos, nafténes és aromás. De az olaj jelentős része vegyes szerkezetű szénhidrogén, amely mindhárom fenti osztály szerkezeti elemeit tartalmazza. A molekulák szerkezete meghatározza kémiai és fizikai tulajdonságaikat.
1.1. Paraffin szénhidrogének
A paraffin szénhidrogének - alkánok C p H 2p + 2 - minden mező olajjai és földgázai csoportkomponenseinek jelentős részét teszik ki. Össztartalmuk az olajokban 25-35 tömeg% (az oldott gázok nélkül), és csak egyes paraffinos olajokban éri el a 40-50 tömegszázalékot. Az olajokban legszélesebb körben a normál alkánok és az izoalkánok, amelyek túlnyomórészt monometil-szubsztituálva vannak a láncban a metilcsoport különböző helyzeteivel. Az olajfrakciók molekulatömegének növekedésével az alkánok tartalma csökken bennük. A kapcsolódó kőolaj és földgáz szinte teljes egészében, a közvetlen lepárlású benzinek pedig leggyakrabban 60-70%-ban alkánokból állnak. Az olajfrakciókban tartalmuk 5-20 tömeg%-ra csökken.
gáznemű alkánok. C 1 - C 4 alkánok: metán, etán, propán, bután és izobután, valamint a 2,2-dimetil-propán n/s-on gáz halmazállapotúak.
A földgázokat tiszta gázmezők. Főleg metánból (93-99 tömeg%), homológjainak kis keverékével, nem szénhidrogén komponensekkel: kénhidrogén, szén-dioxid, nitrogén és ritka gázok (He, Ar stb.) állnak. Gázkondenzátummezők gázai és olaj kapcsolódó gázok abban különböznek a tisztán gázoktól, hogy a bennük lévő metánt jelentős koncentrációban kísérik C 2 -C 4 és magasabb gáznemű homológjai. Ezért ezeket zsíros gázoknak nevezik. Könnyűgáz-benzint állítanak elő, amely a kereskedelmi benzin adaléka, valamint sűrített folyékony gázokat üzemanyagként. Az etán, a propán és a butánok elválasztás után a petrolkémiai nyersanyagként szolgálnak.
folyékony alkánok. Az 5-15 szénatomos alkánok normál körülmények között olyan folyadékok, amelyek az olajok benzin (C 5 - C 15) és kerozin (C 11 - C 15) frakcióinak részét képezik. Tanulmányok kimutatták, hogy a folyékony 5-9 szénatomos alkánok általában normális vagy enyhén elágazó szerkezetűek.
Szilárd alkánok, A C 16 és afölötti alkánok normál körülmények között szilárd anyagok, amelyek a kőolaj paraffinok és cerezinek részét képezik. Valamennyi olajban gyakrabban vannak jelen kis mennyiségben (legfeljebb 5 tömegszázalékban) oldott vagy szuszpendált kristályos állapotban. A paraffinos és erősen paraffinos olajokban tartalmuk a tömeg 10-20%-ára emelkedik.
Attól függően, hogy Tpl. A paraffin lágy (45 C alatti), közepesen olvadó (45-50 C) és kemény (50-60 C) részekre oszlik.
A kőolajviaszok túlnyomórészt különböző molekulatömegű alkánok keverékei. A fűtőolaj desztillációja során 250 - 500 molekulatömegű szilárd C 18 - C 35 alkánok kerülnek az olajfrakciókba Magasabb olvadáspontú alkánok C 36 - C 55 - cerezinek, amelyek finom kristályszerkezetükben különböznek a paraffinoktól, nagyobb molekulatömeg (500-700) és olvadáspont (65-88°C a paraffinok 45-54°C helyett). Tanulmányok kimutatták, hogy a szilárd paraffinok főként normál szerkezetű alkánokból, a cerezinek pedig főként cikloalkánokból és arénokból állnak, amelyek hosszú, normál és izo szerkezetű alkilláncai vannak. A cerezinek a természetes éghető ásványi anyag, az ozokerit részei is.
A kőolajból a paraffin finoman kristályos állapotban szabadul fel a gyantaszerű anyagok jelenléte miatt, valamint azért, mert a paraffinban lévő cerezin szennyeződések visszatartják az olajokat.
A paraffinok és cerezinek nemkívánatos komponensek az olaj olajfrakcióinak összetételében, mivel növelik dermedéspontjukat. Sokféle műszaki alkalmazást találnak számos iparágban: villamos- és rádiótechnika, papír-, gyufa-, bőr-, illatszer-, vegyipar, stb. Felhasználják zsírok, gyertyák stb. gyártásában is. Különösen fontos modern felhasználási terület a petrolkémiai nyersanyag szintetikus zsírsavak, alkoholok, felületaktív anyagok, emulgeálószerek, mosóporok stb.
1.2. Nafténes szénhidrogének
A nafténes szénhidrogének - cikloalkánok (ciklánok) - minden olajfrakció részét képezik, kivéve a gázokat. A különféle típusú olajok átlagosan a tömeg 25-80% -át tartalmazzák. Az olajok benzin- és kerozinfrakcióit elsősorban a ciklopentán (I) és a ciklohexán (II) homológjai képviselik, főként rövid (1-3 szénatomos) alkilcsoporttal szubsztituált ciklánokkal. A magas forráspontú frakciók túlnyomórészt policiklusos kondenzált és ritkábban nem kondenzált nafténeket tartalmaznak 2-4 ciklusban, általános empirikus képlettel
C p H 2p + 2 - 2Kc, ahol p a szénatomok száma, kts-ciklángyűrűk száma.
A policiklusos naftének azonos vagy eltérő hídgyűrűs (III, IV, V), csuklós (VI), izolált (VII) és kondenzált (VIII, IX, X) szerkezetű ciklánok homológjaival reprezentálhatók:
I - ciklopentán; P - ciklohexán; III - biciklo(3,2,1)oktán*; IV-biciklo(3,3,1)nonán; V-biciklo(2,2,1)heptán; VI - biciklo(5.5.0)dodekán; VII - metilbicikli o(5,4,0)undekán; VIII - biciklo(3.3.0)oktán; IX - biciklo(4,3,0)nonán; X - biciklo(4,4,0)dekán - dekalin
A nafténes szénhidrogének a motor-üzemanyagok és kenőolajok legjobb minőségű összetevői. A monociklusos naftén szénhidrogének nagy teljesítményű tulajdonságokat kölcsönöznek a motorbenzineknek, sugárhajtóműveknek és dízel üzemanyagoknak, és jobb minőségű nyersanyagot jelentenek a katalitikus reformálási folyamatokban. A kenőolajok részeként a naftének kis mértékben változtatják viszkozitásukat a hőmérséklet függvényében (azaz az olajok magas indexe). Az azonos számú szénatom mellett a nafténeket az alkánokhoz képest nagyobb sűrűség, és ami a legfontosabb, alacsonyabb dermedéspont jellemzi.
Olaj Ez egy viszkózus olajos gyúlékony folyadék, majdnem fekete színű, barna vagy zöldes árnyalattal és jellegzetes szaggal. Az olaj nem oldódik vízben, de intenzív keveréssel stabil, lassan felszívódó emulziókat képez. Körülbelül 1000 egyedi anyag keveréke, amelyek többsége (80-90%) folyékony szénhidrogén, a többi pedig oldott szénhidrogéngáz (maximum 10%), ásványi sók, szerves savak sóinak oldatai, mechanikai szennyeződések. . az olajat és a feldolgozásából származó termékeket szinte minden iparágban felhasználják nemzetgazdaság: a közlekedésben, az orvostudományban, mezőgazdaság, építőipar, könnyűipar és élelmiszeripar. Az olaj anyagának nagy részét szénhidrogének teszik ki, amelyek a molekula eltérő szén- és hidrogéntartalmában, valamint szerkezetében különböznek egymástól. Az olajos szénhidrogének a következő csoportokba tartoznak: paraffinos, nafténes, aromás.
Nyers olaj- széles fizikai és kémiai összetételű szénhidrogének folyékony természetes fosszilis keveréke, amely oldott gázt, vizet, ásványi sókat, mechanikai szennyeződéseket tartalmaz, és fő nyersanyagként szolgál folyékony energiahordozók (benzin, kerozin, gázolaj) előállításához, fűtőolaj), kenőolajok, bitumen és koksz.
Kereskedelmi olaj- az előírt módon elfogadott mindenkori szabályozási és műszaki dokumentumok követelményeinek megfelelően a fogyasztóhoz történő szállításra előkészített olaj.
Az olaj kémiai összetétele.
A kőolaj és a keletkező olajtermékek minősége összetételétől függ. Kémiailag az olaj szénhidrogének összetett keveréke. A szén és a hidrogén mellett az olaj ként, oxigént, nitrogént és nyomokban fémeket tartalmaz.
Az olaj szénhidrogén összetétele. Az olaj anyagának nagy részét szénhidrogének teszik ki, amelyek a molekula eltérő szén- és hidrogéntartalmában, valamint szerkezetében különböznek egymástól. Az olajos szénhidrogének a következő csoportokba tartoznak: paraffinos, nafténes, aromás.
Paraffin szénhidrogének telített vegyületek.
Nafténes (cikloparaffinok) szénhidrogének.
aromás szénhidrogének. Nevezze meg az összes olyan vegyületet, amelynek molekuláiban benzolgyűrű található!
Kénvegyületek olajban. A kénvegyületek változó mennyiségben megtalálhatók minden olajban. Egyes esetekben tartalmuk eléri a 6%-ot.
Oxigénvegyületek az olajban. Az olajban lévő oxigénatomok a következő vegyületek közé tartoznak: nafténsavak, fenolos vegyületek, észterek, gyantaszerű anyagok.
Nitrogénvegyületek olajban.
Az olaj tulajdonságai.
Az olajnak egy fontos tulajdonsága van - az égés és a hőenergia felszabadításának képessége. Az olaj nem oldódik vízben, de intenzív keveréssel stabil, lassan felszívódó emulziókat képez.
Az olaj és az olajtermékek sűrűsége a könnyű és nehéz frakciók tartalmától függ. API sűrűség.
Minél nagyobb az API-sűrűség értéke, annál könnyebb a kapcsolat.
Molekulatömeg - az olajban lévő anyagok molekulatömegének számtani átlaga. Az olaj kémiai és frakcionált összetételétől függ.
Forráspont - a frakcionált összetételtől függ.
Termikus tulajdonságok - fajlagos hőkapacitás, fajlagos látens párolgási hőmérséklet.
Az olaj frakcionált összetétele. Törtjellemzők.
Az olaj minőségének fontos mutatója a frakcionált összetétel.
Töredék- az olaj egy része, amely bizonyos hőmérsékleti tartományban kiforr. Minden frakciót a forrás kezdetének (b.c.) és a forrás végének (b.c.) hőmérsékletével jellemeznek.
Az olaj frakciókra való szétválasztása azon alapul, hogy az összetételét alkotó különféle szénhidrogének különböző hőmérsékleteken forrnak. Először a benzint alkotó könnyű szénhidrogének forrnak el, majd a repülőgép-üzemanyag nehezebb komponensei, a kerozin, majd a még magasabb forráspontú szénhidrogének, amelyekből gázolajat állítanak elő.
Olajfinomítás- a kőolaj fizikai és kémiai feldolgozásának többlépcsős folyamata, amelynek eredményeként kőolajtermékek komplexét állítják elő. Az olajfinomítás desztillációval történik, vagyis az olaj fizikai szétválasztásával frakciókra.
Frakciók direkt desztillációval nyert anyagokat könnyű desztillátumoknak nevezzük. Általában a közvetlen desztilláció során a következő frakciókat kapják, amelyeket további felhasználásuk irányától függően neveznek el:
Benzinfrakció (benzin) - 50 - 140 ° С;
Benzinfrakció (nehézbenzin) - 110 - 180 °С;
Kerozin frakció - 140 - 280 ° С;
Dízelfrakció (könnyű vagy atmoszférikus gázolaj, szoláris desztillátum) - 180 - 350 °С.
A közvetlen desztilláció során a benzin hozama 5-20 tömeg% olaj. A könnyű frakciók kiválasztása utáni maradékot fűtőolajnak nevezzük. A fűtőolajat és a belőle nyert frakciókat sötétnek nevezzük. A különböző területekről származó olajok frakcionált összetételében, a sötét és világos frakciók tartalmában jelentősen különböznek.
Kémiailag az olaj szénhidrogének és szénvegyületek összetett keveréke, a következő fő elemekből áll: szén (84-87%), hidrogén (12-14%), oxigén, nitrogén és kén (1-2%), A kéntartalom néha akár 3-5%-ra is emelkedik.
Az olajban szénhidrogén, aszfalt-gyantás rész, porfirin, kén és hamu rész különül el.
Az olaj nagy részét három szénhidrogéncsoport alkotja: metán, naftén és aromás.
Az olaj aszfalt-gyantás része sötét színű anyag. Benzinben részben oldódik. Az oldott részt aszfalténnek, a fel nem oldott részt gyantának nevezzük. A gyanták összetétele az olajban lévő teljes mennyiségének 93%-áig oxigént tartalmaz.
A porfirinek speciális, szerves eredetű nitrogéntartalmú vegyületek. Úgy gondolják, hogy növényi klorofillból és állati hemoglobinból képződnek. Hőmérsékleten a porfirinek elpusztulnak.
A kén széles körben elterjedt az olajban és a szénhidrogéngázban, és vagy szabad állapotban, vagy vegyületek formájában (hidrogén-szulfid, merkaptánok) található. Ennek mennyisége 0,1% és 5% között mozog.
A hamu rész az olaj égéséből származó maradék. Ezek különféle ásványi vegyületek, leggyakrabban vas, nikkel, vanádium, néha nátriumsók.
Az olaj színe (világosbarnától, szinte színtelentől a sötétbarnáig, csaknem feketéig) és sűrűsége (a világostól 0,65-0,70-től a nehéz 0,98-1,05-ig) nagyon változó.
Az olaj forráspontja általában 280 C felett kezdődik. a dermedéspont +300 és -600C között van, és főként a paraffintartalomtól függ (minél több, annál magasabb a dermedéspont). A viszkozitás széles tartományban változik, és az olaj- és kátránytartalom kémiai és frakcionált összetételétől (a benne lévő aszfalt-gyantaszerű anyagoktól) függ. Az olaj szerves oldószerekben oldódik, normál körülmények között vízben gyakorlatilag nem oldódik, de stabil emulziókat képezhet vele.
Az olaj különböző szempontok szerint osztályozható.
2. A 3500C-ig forráspontú frakciók potenciális tartalma szerint
3. A potenciális olajtartalom szerint
4. Az olajok minősége szerint
Az osztály, típus, csoport, alcsoport és típus megjelöléseinek kombinációja alkotja az olaj technológiai osztályozásának kódját.
Mezőtől függően az olaj minőségi és mennyiségi összetétele eltérő. Például a bakui olaj gazdag cikloparaffinokban és viszonylag szegény telített szénhidrogénekben. A Groznij és Ferghana olajban lényegesen több a telített szénhidrogén. Perm olajat tartalmaz aromás szénhidrogének.
Az energiaforrások vezető szerepet játszanak a modern gazdaságban. Az egyes államok termelőerőinek fejlettségi szintjét nagymértékben meghatározza az energiaforrások mértéke és felhasználása. Az energiaforrások fontos szerepét bizonyítja, hogy a világon bányászott ásványok több mint 70%-a energiaforrás.
Az energiaforrások fő típusai a szén, olaj, földgáz, vízenergia és atomenergia..
Jelenleg a világ legtöbb országában az olaj a fő energiaforrás. A szárazföldi, vízi és légi közlekedés motorjai olajból nyert üzemanyaggal működnek, űrrakéták emelkednek, hőerőművekben villamos energiát állítanak elő.
A civilizáció és a technológia jelenlegi szintje elképzelhetetlen lenne az olaj által biztosított olcsó és bőséges energia nélkül. Ma az ország nemzetgazdasága szempontjából több jelentéssel bír:
· petrolkémiai alapanyagok szintetikus gumi, alkoholok, polietilén, polipropilén, különféle műanyagok és ezekből készült késztermékek széles skálája, műszövetek előállításához;
· motorüzemanyagok (benzin, kerozin, dízel és repülőgép-üzemanyagok), olajok és kenőanyagok, valamint kazán- és kemenceüzemanyag (fűtőolaj), építőanyagok (bitumen, kátrány, aszfalt) előállításának forrása;
· Nyersanyagok számos fehérjekészítmény előállításához, amelyeket állati takarmányok adalékanyagaként használnak a növekedés serkentésére.
A több ezer éve felfedezett földgáz az iparosodott világ nagy részén nélkülözhetetlen energiahordozóvá vált. A legkedvezőbb helyzetben azok az országok vannak, amelyek legalább kis földgáztartalékkal rendelkeznek, míg egyes országoknak, például Japánnak szinte az összes szükséges gázt importálniuk kell. Az olajban gazdag területeken általában jelentős földgázkészletek vannak. Ezek a régiók közé tartozik Oroszország, USA, Közel-Kelet, Mexikó és néhány terület Dél Amerika, valamint az Északi-tengerrel szomszédos európai országokban.
A földgáz ipari felhasználását - mint különféle technológiai tüzelőanyagokat - ösztönzi a keletkező hőáram pontosabb szabályozásának lehetősége a többi tüzelőanyaghoz képest. Emiatt a földgázt egyre gyakrabban használják fel azokban az iparágakban, ahol a hőszolgáltatás szigorúan szabályozott. gyakorlati érték: élelmiszer-, üveg-, kerámia- és cementiparban, tégla, porcelán és egyéb törékeny anyagok gyártásában. A földgáz fogyasztása nő a modern petrolkémiában is, amely szénhidrogéngázt használ nyersanyagként ammónia, nitrogénműtrágyák stb.
A gáznemű tüzelőanyagok széles körű elterjedése a lakás- és kommunális szolgáltatásokban, valamint a szolgáltatási szektorban olyan fogyasztói tulajdonságoknak köszönhető, mint a magas fűtőérték, a könnyű használhatóság és az égés tisztasága.
Egyre elterjedtebb a gáz üzemanyagként való felhasználása a közúti és vasúti közlekedésben.
A gáznemű tüzelőanyagok felhasználásáról szólva kiemelendő, hogy a földgáz mellett technológiai és háztartási tüzelőanyagként a mesterséges gázokat, valamint vegyi alapanyagokat is felhasználnak: gyár, olajfinomító, kokszolókemence, nagyolvasztó stb.
Jelenleg a különböző típusú mesterséges gázok részesedése általában a gáz-halmazállapotú szénhidrogének teljes felhasználásának mintegy 15%-át teszi ki.
Az olaj összetétele körülbelül 425 szénhidrogén vegyületet tartalmaz. Az olajok nagy részét három szénhidrogéncsoport alkotja: metán, naftén és aromás. A szénhidrogén-összetétel szerint az összes olajat a következőkre osztják: 1) metán-naftén, 2) naftén-metán, 3) aromás-naftén, 4) naftén-aromás, 5) aromás-metán, 6) metán-aromás és 7) metán-aromás naftén. Ebben az osztályozásban az első a szénhidrogén neve, amelynek tartalma az olaj összetételében kisebb.
A szénhidrogének a legegyszerűbb szerves vegyületek. Molekuláik mindössze két elem – szén és hidrogén – atomjaiból épülnek fel. Általános képlet C n H m . Különböznek a szénváz szerkezetében és a szénatomok közötti kötések természetében (1. ábra).
Az első jel szerint aciklusos (alifás) szénhidrogénekre oszlanak, amelyek molekulái nyitott szén-szén láncokból épülnek fel, például hexán és izohexán:
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3CH3-CH-CH2-CH2-CH3,
hexán izohexán
és ciklikus (karbociklusos) szénhidrogének.
A különleges tulajdonságokkal rendelkező ("aromás karakter") szénhidrogéneket aromásnak nevezik, például:
Más karbociklusos szénhidrogéneket, például a ciklohexánt aliciklusosnak nevezzük:
A szénatomok közötti kötések természetéből adódóan a szénhidrogének lehetnek telítettek vagy telítettek (alkánok) és telítetlenek (telítetlenek). Ez utóbbiak különböző számú kettős (alkének, alkadiének, cikloalkének stb.), hármas (alkinek, cikloalkinek stb.) kötést tartalmazhatnak, vagy mindkettőt egyszerre:
1. séma. A szénhidrogének osztályozásaAz alkánok alifás szénhidrogének, amelyek molekulájában a szénatomok egymáshoz és a hidrogénatomokhoz egyszeres kötéssel (σ-kötés) kapcsolódnak. Ozyuda és másik nevük - marginális vagy telített szénhidrogének. Az alkánok őse és legegyszerűbb képviselője a metán CH 4. A metánmolekulában, akárcsak más alkánok molekuláiban, a szénatom sp 3 - hibridizációs állapotban van. E sorozat vegyületeinek általános képlete: C n H 2 n +2. Minden további
Az alkánok rendkívül fontos helyet foglalnak el az olajszénhidrogének között. Így a földgázokat szinte kizárólag az alkánok képviselik.
Bármely olaj könnyű frakciói szinte teljes egészében alkánokból állnak. Az olajfrakciók átlagos molekulatömegének növekedésével az alkánok tartalma csökken bennük. A 200-300 0 С közötti forráspontú középső frakciókban általában legfeljebb 55-61%, és 500 0 C-ra ezeknek a szénhidrogéneknek a mennyisége 19-5% -ra vagy kevesebbre csökken.
folyékony alkánok. A folyékony alkánok tartalma az olajmezőtől függően 10-70% között mozog. A leggazdagabbak a mangyshlak, szibériai, tatár, baskír olajok. A frakcionált desztilláció során ezek a szénhidrogének benzin (C 5 -C 10) és kerozin (C 11 -C 16) desztillátumokba kerülnek. Jelenleg a pentán, a hexán és a heptán összes lehetséges izomerje megtalálható az olajokban.
Az olaj jellemzően két-négy tucat egyedi normál és izomer alkánt tartalmaz, a többi kis mennyiségben van jelen.
Legjellemzőbb a normál és gyengén elágazó szerkezetű alkánok tartalma. Ezenkívül az utóbbiak közül a metil-szubsztituált a leggyakoribb.
táblázatban. Az 5. ábra az olajok benzinfrakcióinak egyes alkántartalmának átlagolt adatait mutatja.
A 18 oktánszámú izomerből 17. A 35 lehetséges nonán izomer közül 24-et találtunk.
A dekánt és tíz izomerjét izolálták, és legtöbbjüket spektroszkópiával kimutatták.
A 11-16 szénatomos szénhidrogének közül undekán, dodekán, tri- és tetradekán, pentadekán és hexadekán került elő.
5. táblázat
Alkán szénhidrogének relatív tartalma
különféle olajok frakcióiban
| szénhidrogének |
|||
| FÁK olajokhoz |
idegen olajokhoz |
||
| Frakció 60-95 0 С |
|||
| 2-metil-pentán |
|||
| 3-metil-pentán |
|||
| 2,2-dimetil-pentán |
|||
| 2,4-dimetil-pentán |
|||
| 2,3-dimetil-pentán |
|||
| 3,3-dimetil-pentán |
|||
| 2-metil-hexán |
|||
| 3-metil-hexán |
|||
| 3-etil-pentán |
|||
| Frakció 95-122 0 С |
|||
| 2,2-dimetil-hexán |
|||
| 2,3-dimetil-hexán |
|||
| 2,4-dimetil-hexán |
|||
| 2-metil-heptán |
|||
| 3-metil-heptán |
|||
| 4-metil-heptán |
|||
Izoprenoid szénhidrogének - elágazó láncú alkánok a láncban a metil-szubsztituensek helyes váltakozásával három metiléncsoporton keresztül megtalálhatók egyes olajokban:
Az izoprenoid szénhidrogének különösen érdekesek a kőolajgeokémiában, mivel a biokémiai komponensekre jellemző sajátos szerkezettel rendelkeznek. Szerkezetük jellemzői és a különféle olajokban lévő magas koncentrációk biogén természetük mellett tanúskodnak.
A normál alkánok és izoszerkezetű alkánok olajokban való eloszlásának vizsgálata során az olajtípushoz kapcsolódó törvényszerűségeket találtunk. A metán típusú olajokban a normál alkánok vannak túlsúlyban (legfeljebb 50%). A nafténes típusú olajok túlnyomórészt izoalkánokat tartalmaznak (legfeljebb 75%-ban). Olajokban képződhetnek fitolból, egy növényi eredetű telítetlen alifás alkoholból, amely szerves része klorofill.
Mivel a metán típusú olajokat a régi olajok közé sorolják, a normál szerkezetű alkánok túlsúlya bennük az izoszerkezetű szénhidrogének oldallánc-hasadási reakcióival magyarázható. A nafténes olajokban az izoalkánok túlnyomó része azt jelzi, hogy azok fiatalok, amelyek még nem mentek át jelentős átalakuláson.
A folyékony alkánoknak van nagyon fontos folyékony üzemanyagokban. Megállapítást nyert, hogy a normál alkánok detonáló tulajdonságúak, ezért jelenlétük a benzinben nem kívánatos.
Éppen ellenkezőleg, kívánatosak a dízel üzemanyagban, mert a lánchossz növekedésével megnő az úgynevezett cetánszám, amely a gázolaj gyulladási képességét jellemzi.
Az elágazó alkánok oktánszámmal jellemezve kopogásgátló tulajdonságokat adnak a benzinnek.
A folyékony alkánokat, amelyek a benzin, a kerozin és más olajfinomító termékek részét képezik, elsősorban üzemanyagként használják. Jelentős mennyiségű normál alkánt használnak fel szintetikus zsírsavak, alkoholok és felületaktív anyagok előállítására. Ezenkívül a fehérje- és vitaminkoncentrátumokat előállító mikrobiológiai ipar alapanyagai.
kemény alkánok. Szilárd alkánok minden olajban jelen vannak. Minden szilárd alkán esetében a „technikai név” paraffinok". Az olajokban kevés a paraffin (0,1-5%). Vannak azonban erősen paraffintartalmú olajok, amelyek 7-27% szilárd paraffint tartalmaznak.
Fő tömegüket a fűtőolaj tartalmazza, amelynek desztillációja során a 17-35 szénatomszámú szénhidrogének olajpárlatokba esnek, a 36-55 szénhidrogének pedig a kátrányban maradnak. Által kémiai összetétel Az olajfrakciókból izolált szénhidrogének a normál alkánok több mint 75%-át, valamint kis mennyiségben cikloalkánokat és elágazó szénhidrogéneket tartalmaznak. Olvadáspontjuk 45-54 0 C, forráspontjuk akár 550 0 C, sűrűségük 0,860-0,940, molekulatömege 300-500. A 36 és 55 közötti szénatomszámú szilárd szénhidrogéneket nevezzük cerezinek. A cerezinek összetétele normál és izo szerkezetű alkánokat tartalmaz, amelyek cikloalkánokat és aromás szerkezeteket tartalmazhatnak a molekulában. A cerezinek olvadáspontja 65-88 0 C, forráspontja 600 0 C feletti, molekulatömege 500-750. Úgy néznek ki, mint a viasz.
A paraffinok könnyen kristályosodnak lemezek és lamellás szalagok formájában. A cerezinek viszont kis tűk formájában kristályosodnak ki, így nem képeznek olyan erős szilárdító rendszereket, mint a paraffinok.
Az olajban a paraffinok oldott és szuszpendált állapotban vannak. Hidegben az olajban és olajfrakciókban való oldhatóságuk csekély, de körülbelül 40 0 C-ra melegítve a paraffinok korlátlanul feloldódnak bennük. Mivel a Föld beleiben megemelkedett hőmérséklet van, az olajokban lévő paraffinok oldott állapotban vannak, és szilárd fázis formájában távoznak belőlük, amikor az olaj a felszínre emelkedik. Ezért ha olajtartalmuk 1,5-2%-on belül van, a paraffinok lerakódnak a kutakba és a mezei olajgyűjtő vezetékekbe, megnehezítve a kutak üzemeltetését és az olajszállítást.
A paraffinoknak és cerezineknek sokféle felhasználási területük van a vegyiparban, vazelin gyártásában, fa impregnálásakor, befejező szövetekben, szigetelőanyagként az elektro- és rádiótechnikában.
A paraffinokat sűrítőanyagként használják a műanyag kenőanyagok gyártása során. A folyékony alkánokhoz hasonlóan különösen fontosak a szintetikus zsírsavak és alkoholok előállításában.
A cikloalkánok vagy ciklánok olyan szénhidrogének, amelyek a molekulában ciklusokat (gyűrűket) tartalmaznak, szénatomokból (karbociklusos vegyületekből) épülnek fel, és σ-kötéssel kapcsolódnak egymáshoz. A korábban tárgyalt osztályozásból (lásd 17. oldal) az következik, hogy a ciklánok az aliciklusos vegyületek részét képezik. A cikloalkánok általános képlete C n H 2 n. Következésképpen a szubsztituenseket nem tartalmazó ciklánmolekulák egymáshoz kapcsolódó és gyűrűkbe zárt CH 2 csoportokból (metiléncsoport) állnak; innen a másik nevük - polimetilénvegyületek.
A szakirodalomban (beleértve az olajat is) cikloalkánoknak nevezik naftének. A vezetéknevet V.V. Markovnikov, aki először fedezte fel ezeket a szénhidrogéneket 1833-ban bakui olajokban.
A cikloalkánok a molekulában lévő ciklusok száma szerint monociklánokra (általános képlet C n H 2 n), biciklánokra (C n H 2 n -2) és policiklánokra (C n H 2 n -4, C n H 2 n) oszthatók. -6 stb.). d.).
A monociklusos cikloalkánok az olaj domináns összetevői. Főleg metil-szubsztituált ciklopentánok és ciklohexánok képviselik őket. Az 1, 3 és 1, 2, 3 pozíciókban helyettesített vegyületek dominálnak. A ciklohexán homológok gyakoribbak, mint a ciklopentán homológok. E szénhidrogének abnormálisan magas tartalma az olaj eredetével függ össze. Kis mennyiségű alkil-cikloheptánt találtak az olajokban.
Kondenzált bicikloalkánokat találtak az olajokban
és homológjaik. A gyakorlati jelentőségű dekalinok a legelterjedtebbek. A kondenzált bicikloalkánok mellett az olajokban a diciklopentil és a ciklohexil, a ciklopentil-ciklohexil és a diciklohexil-metán homológjai is képviselhetők:
A triciklusos cikloalkánok közül csak a triciklo (3.3.1.1. 3,7)dekán (adamantán) és homológjai találhatók az olajokban:
Az adamantán molekula nagyon stabil. Kristály cella ugyanannyija van, mint egy gyémántnak.
Az olaj magasabb frakciói policiklusos alkánokat tartalmaznak, amelyek molekulái kondenzált 4,5 és 6 ciklusú, rövid oldalláncú rendszerek (terpánok, szteránok), amelyek eredete a vadon élő állatokban széles körben elterjedt szteroidokhoz kapcsolódik.
A hosszú oldalláncú monociklusos cikloalkánok, valamint az összetett kondenzált szerkezetű cikloalkánok normál hőmérsékleten szilárd anyagok. Ezek a paraffinok és cerezinek összetevői.
Jelenleg csak a petrolkémiai szintézisben használt ciklohexánt és a különféle területeken (gyógyszerek, polimerek stb.) használt adamantán származékokat izolálják az olajokból. Az olajok más cikloalkánjait benzinek adalékanyagaként használják, vagy aromás szénhidrogének előállítására dolgozzák fel.
Minél több cikloalkánt tartalmaz a benzin és a kerozin, annál jobb minőségű üzemanyagok. A detonációval szembeni ellenállás tekintetében a normál alkánok és arének között középső helyet foglalnak el. A ciklopentán és a ciklohexán rendelkezik a legmagasabb kopogásgátló tulajdonságokkal.
Dízel üzemanyagokban a hosszú oldalláncú monocikloalkánok kívánatosak. A repülőgép-üzemanyagok esetében az enyhén elágazó monocikloalkánok különösen kívánatosak, mivel elégetve sok hőt szabadítanak fel, és alacsony a dermedéspontjuk.
Kenőolajokhoz előnyösek a hosszú oldalláncú mono- és biciklusos cikloalkánok. Jó viszkozitásúak, kenőképességük, alacsony folyáspontjuk van.
A telítetlen vagy telítetlen szénhidrogének kettős vagy hármas kötéseket tartalmazó vegyületek. A telítetlen szénhidrogének több homológ sorozatot alkotnak, amelyek összetételét a következő képletek valamelyikével fejezzük ki: C n H 2 n, C n H 2 n -2, C n H 2 n -4 stb.
Az arének vagy aromás szénhidrogének olyan vegyületek, amelyek a molekulában egy speciális, hat szénatomos ciklikus csoportot tartalmaznak, amelyet benzolcsoportnak (benzolmag) neveznek:
benzol mag
Az ebbe a csoportba tartozó szénhidrogének elnevezése „aromás vegyületek” véletlen, és mára elvesztette eredeti jelentését. Valójában az első felfedezett vegyületeknek vagy sajátos, néha kellemes illata volt, vagy természetes, erős szagú termékekből izolálták őket. De az "aromás" anyagok száma a csoport számos ismert vegyülete között csekély. Ugyanakkor számos olyan jellemző figyelhető meg ezen anyagok szerkezetében, fizikai tulajdonságaiban és kémiai viselkedésében, amelyek a benzolcsoportok molekulában való jelenlétéhez kapcsolódnak.
Léteznek egymagvú (egy benzolcsoport a molekulában) és többmagvú aromás szénhidrogének, amelyek két vagy több benzolcsoportot tartalmaznak. Az arénmolekulákban oldalláncként használhatók az el nem ágazó vagy elágazó szénláncú, valamint a kettős vagy hármas kötéseket és ciklusos csoportokat tartalmazó szénhidrogéncsoportok:
Következésképpen az arének az aromás atommagokkal együtt különféle szerkezetű alifás láncokat tartalmazhatnak a molekulában, és más (benzolmagot nem tartalmazó) ciklikus csoportokat is tartalmazhatnak a molekulában.
A mononukleáris aromás szénhidrogének homológ sorozatának első és egyik legfontosabb képviselője a C 6 H 6 benzol. Ezért a homológ sorozatok közönséges neve a benzolsorozat.
Az olaj magas forráspontú frakciói főként vegyes (hibrid) szerkezetű szénhidrogénekből állnak. Ezek policiklusos szénhidrogének, amelyek molekulái arénekkel fuzionált cikloalkánszerkezeteket tartalmaznak.
A kerozin-gázolaj frakciók a legegyszerűbb hibrid biciklusos szénhidrogéneket és homológjaikat tartalmazzák:
A hibrid szénhidrogének aréngyűrűi túlnyomórészt rövid (metil- vagy etil-) szubsztituensekkel, a cikloalkángyűrűk egy vagy két meglehetősen hosszú alkil-szubsztituenssel rendelkeznek. Különösen sok hibrid szénhidrogén található az olajfrakciókban. Szerkezetüket kevéssé tanulmányozták.
A hibrid szénhidrogének nemkívánatos összetevői a kenőolajoknak, mivel rontják a viszkozitási tulajdonságokat és csökkentik az oxidációval szembeni stabilitásukat.
Minden olajra közös az aréntartalom növekedése az olajfrakciók forráspontjával.
Ezek a frakciók tartalmazzák az összes metil-szubsztituált benzolizomert C10-ig bezárólag. Az olaj fő összetevői a toluol, az m-xilol és az 1,2,4-trimetil-benzol. A benzol diszubsztituált homológjai közül az 1,3-izomerek, a trialkil-benzolok közül az 1,3,5 és 1,2,4-izomerek dominálnak.
A kerozin és a gázolaj frakciói 15-35% arént tartalmaznak. A benzol homológok mellett itt találtak naftalint, bifenilt, bifenil-etánt és ezek metil-származékait. A naftalin nagyon kis mennyiségben van jelen, megerősítve azt az általános mintát, miszerint a homológ sorozat első tagjai mindig alacsonyabb koncentrációban találhatók meg az olajokban a magasabb homológokhoz képest. A magasabb forráspontú frakciók policiklusos arénokat tartalmaznak, mint például antracén, fenantrén, pirén, fluorén, krizén, perilén és ezek alkil- (főleg metil-) származékai.
A Szovjetunió olajaira jellemző átlagos aréntartalom különféle típusok(tömeg%-ban, arénokra számítva): benzol - 67%, naftalin - 18%, fenantrén - 8%, krizén és benzofluorén - 3%, pirén - 2%, antracén 1%, egyéb arénák - 1. A fenantrén homológok: sokkal nagyobb mennyiségben vannak jelen, mint az antracén homológok, ami összhangban van e szerkezetek relatív tartalmával a növényi és állati szövetekben.
Az arének a karburátor-üzemanyagok kívánatos összetevői, mivel magas oktánszámúak (toluol -103, etilbenzol - 98).
Az arének jelentős mennyiségben jelenléte a dízel- és repülőgép-üzemanyagokban rontja az égési állapotot, ezért nagyon nem kívánatos.
A rövid oldalláncú policiklusos arének rontják az olajok teljesítménytulajdonságait, ezért eltávolítják őket.
Az arénák értékes nyersanyagot jelentenek a petrolkémiai szintézisekhez, szintetikus gumik, műanyagok, szintetikus szálak, anilinfestékek és robbanóanyagok, valamint gyógyszerek gyártásában. A legfontosabbak a benzol, toluol, xilolok, etilbenzol, naftalin.
Korábban azt hitték, hogy az alkének vagy nem találhatók az olajokban, vagy jelentéktelen mennyiségben vannak jelen. Az 1980-as évek végén kimutatták, hogy számos olajban Kelet-Szibéria, Tatársztán és Oroszország más régióiban az alkének tartalma elérheti az olaj tömegének akár 15-20%-át is.
Kis mennyiségben a kanadai olajban is megtalálhatók. C 6 H 12 - C 13 H 26 szénhidrogéneket izoláltak belőle. Kis mennyiségben telítetlen szénhidrogének vannak jelen az egyszerű olajdesztilláció termékeiben. A kőolajfrakciók termikus és katalitikus feldolgozásának gázai jelentős mennyiségű telítetlen szénhidrogént tartalmaznak (legfeljebb 25%). Nagyszámú gáz halmazállapotú alkének is megtalálhatók a folyékony krakkolási termékekben - benzinekben. Normál- és izoalkéneket, cikloalkéneket (ciklopentén, ciklohexén és homológjaik), oldalláncban kettős kötéssel rendelkező aréneket (sztirol, indén és homológjaik) tartalmaznak.
A telítetlen szénhidrogének növelik az üzemanyagok oktánszámát. Nagy reakcióképességük miatt azonban a légköri oxigén (különösen a diének) könnyen oxidálódnak. Az oxidáció során lerakódások és gumik keletkeznek, amelyek a motor meghibásodását okozhatják. Ezért az oxidációstabil olajtermékek előállításához vagy megtisztítják a telítetlen szénhidrogénektől, vagy antioxidánsokat adnak hozzá.
A telítetlen szénhidrogének a petrolkémiai ipar legfontosabb nyersanyagai. Ezek alapján állítják elő a legtöbb petrolkémiai terméket.
A heteroatomos vegyületek olyan vegyületek, amelyek a szénatomokon kívül heteroatomokat (O, S, N) is tartalmaznak. Minden olaj tartalmaz heteroatomos vegyületeket: oxigént, ként, nitrogént. Az olajok ciklikus és jóval kisebb mértékben aciklikus természetű heteroatomos vegyületeket is tartalmaznak. Tartalmuk és arányuk az olaj korától és eredetétől függ.
Az olaj kis molekulatömegű részében a heteroatomos vegyületek mennyisége kicsi (legfeljebb 10%). Fő tömegük az olaj nagy molekulatömegű részében (legfeljebb 40%) és különösen a kátrány-aszfaltmaradékban (100%-ig) koncentrálódik.
A fiatal olajokban több a gyantás-aszfaltanyag, ezért általában több heteroatomos vegyületet tartalmaznak.
Egyes heteroatomos vegyületek jelenléte és tartalmuk az olajokban nagy jelentőséggel bír az olaj alapanyagának és az érlelési időszak alatti átalakulási folyamatainak megoldásában.
Vannak vegyes kén- és oxigéntartalmú vegyületek is - szulfonok, szulfoxidok.
Jelenleg több mint 250 kéntartalmú vegyületet találtak az olajokban.
elemi kén az olajokban oldott állapotban található meg. Mennyisége 0,0001 és 0,1 tömeg% között változhat, és általában arányos az olaj kéntartalmával.
Az elemi kén csak a mészkő- vagy szulfát-dolomit lerakódásokhoz kapcsolódó olajokban található. Az ilyen olajok tárolása során az elemi kén az olajtároló létesítmények alján lévő iszapban gyűlik össze.
Az olaj melegítésekor (a desztilláció során) a kén részlegesen reagál szénhidrogénekkel:
A kén az eredeti olajból kerül a desztillátumokba, és a szerves kénvegyületek hőbomlása következtében bennük is képződik.
hidrogén-szulfid tartályos körülmények között gázokban és olajokban oldott állapotban egyaránt tartalmazható. Az olajokban oldott hidrogén-szulfid mennyisége elérheti a 0,02 tömeg%-ot is. Ha az olajat feldolgozása során hevítik, az instabil szerves kénvegyületek bomlása miatt kénhidrogén képződik. A kénhidrogén képződése az elemi kén és a szénhidrogén kölcsönhatás során is megtörténik .
Az olajok kéntartalma az olaj természetétől függően tizedtől több százalékig is változhat.
A kénvegyületek olajfrakciók szerinti megoszlása eltérő. A frakciók forráspontjának növekedésével a kénvegyületek tartalma nő.
11. táblázat
A kénvegyületek eloszlása savanyú olajokban
különböző területeken Oroszországban
Legtöbbjük (70-90 tömeg%) nehézolaj-maradványokban (fűtőolaj és kátrány) és különösen az aszfalt-gyantás részben koncentrálódik.
A kénvegyületek eloszlása az olajfrakciókban az olaj típusától függ (12. táblázat).
12. táblázat
A kén megoszlása a kénfrakciók szerint és
savanyú olajok, tömeg%
M a frakció molekulatömege.
táblázatban. Példaként a 13. ábra mutatja két olyan olaj kénvegyületeinek csoportösszetételét, amelyek teljes kéntartalma az egyikben körülbelül 1% (Syzran olaj), a másikban körülbelül 5% (Chusovskaya olaj).
13. táblázat
Egyes olajok kénvegyületeinek csoportösszetétele
| A frakciók forráspontja |
A kén mennyisége, tömegszázalék |
A kén mennyisége tömeg%-ban. ennek a frakciónak a teljes kéntartalmára a következő formában: |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| frakciónként |
hidrogén-szulfid |
elemi kén |
merkaptánok |
szulfidok |
diszulfidok |
* maradék |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Syzran olaj |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Chusovskaya olaj |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Laboratóriumi műszaki ellenőrzéssel a forralás kezdetétől 300 0 C-ig 10 fokos, majd 50 fokos frakciókat választunk ki.Az ipari desztilláló üzemekben olyan frakciókat különítenek el, amelyek szélesebb hőmérséklet-tartományban forrnak. Az ilyen törteket általában ún párlatok. Az ilyen üzemekben a desztillációt először légköri nyomáson végzik, a következő desztillátumok kiválasztásával:- benzin (n.c. ÷ 170-200 0 С);- benzin (160 ÷ 200 0 С);- kerozin (180 ÷ 270-300 0 С);- gázolaj (270 ÷ 350 0 C).Közbülső:- kerozin - gázolaj (270 ÷ 300 0 С);- gázolaj - napolaj (300 ÷ 350 0 С);- ÁFA maradék - fűtőolaj.A 350 0 C-ig forráspontig forráspontos frakciókból keveréssel (keveréssel) ún. könnyű olajtermékeket képeznek:Repülő- és gépjárműbenzinek; benzin és benzin - oldószerek; kerozin - repülőgép- és traktor-üzemanyag; világító kerozin; gázolajok - dízel üzemanyag.ÁFA-maradék (több mint 350 0 C) - fűtőolaj, vákuumban desztillálva, hogy megakadályozzák az összetételét alkotó komponensek bomlását, olajpárlatok előállítása: napelem, transzformátor, orsó, autotol, henger és ÁFA maradék - kátrány (vagy félig) -kátrány). Az olajpárlatokat kenőolajok és zsírok előállítására használják.A legviszkózusabb kenőolajokat és bitument kátrányból (félkátrányból) nyerik.Az olajmezőtől függően eltérő a frakcionált összetételük, amelyet a benzin, a kerozin és más frakciók eltérő hozamában fejeznek ki..1.4. Az olajok elemi és izotópos összetétele.Annak ellenére, hogy az olaj különféle geológiai körülmények között fordul elő, elemi összetétele szűk határok között változik. Öt kémiai elem – szén, hidrogén, kén, oxigén és nitrogén – kötelező jelenléte jellemzi, az első kettő éles mennyiségi túlsúlyával. Az olajok széntartalma 83-87%, a földgázoké 42-78%. Hidrogén olajokban 11-14%, gázokban 14-24%. A kén az olajokban található leggyakoribb elem. Tartalma az egyes olajokban eléri a 6-8%-ot. A földgázokban a kén általában hidrogén-szulfid formájában található meg, melynek mennyisége néha eléri a 23%-ot (Asztrahán mező), sőt több mint 40%-ot (Texas). A földgázok héliumot, argont és más inert gázokat tartalmaznak. A gázok héliumtartalma általában kevesebb, mint 1-2%, bár egyes esetekben eléri a 10%-ot. Az argon koncentrációja a gázokban általában nem haladja meg az 1% -ot, és csak bizonyos esetekben éri el a 2% -ot. Más elemek is nagyon kis mennyiségben jelen vannak az olaj összetételében, főleg fémek: alumínium, vas, kalcium, magnézium, vanádium, nikkel, króm, kobalt, germánium, titán, nátrium, kálium stb. Foszfort és szilíciumot is találtak. . Ezeknek az elemeknek a tartalma nem meghaladja a százalék néhány töredékét, az olaj előfordulásának geológiai viszonyai határozzák meg. Tehát a mezozoikum és a tercier olajok fő elemei a vas. A Volga-Ural régió paleozoikus olajai megnövekedett vanádium- és nikkeltartalommal rendelkeznek. Úgy gondolják, hogy a mikroelemek egy része az üledékes kőzetekben való képződés pillanatától az olajban van, a másik része pedig az olajok létezésének következő időszakában halmozódik fel. Egyes olajok elemi összetételét a táblázat tartalmazza. egy. Asztal 1 Egyes olajok elemi összetétele (tömeg%-ban)
Az olajok geokémiai történetének tisztázása szempontjából nagy érdeklődésre tart számot az olajok izotópos összetétele, i.e. a szén, hidrogén, kén és nitrogén izotópjainak aránya bennük. A rendelkezésre álló adatok szerint a különféle izotópok tömegaránya az olajokban: 12 C/ 13 C 91-94, N/A (1 H/ 2 H) 3895-4436, 32 S/ 34 S - 22-22,5, 14 N / 15N-273-277. Ugyanazon olaj különböző összetevői eltérő izotóp-összetételű elemeket tartalmaznak. Az alacsony forráspontú frakciókat könnyebb szénösszetétel jellemzi. A protonösszetételben is különbség figyelhető meg bizonyos vegyületosztályok esetében (például az aromás szénhidrogének gazdagabbak a 13C izotópban, mint a paraffinos szénhidrogének). 1.5. Víztartalom meghatározása.A víz az olaj ásványi szennyeződései közé tartozik, hamuval, homokkal stb. A kőolaj legfeljebb 200-300 kg/t víztartalmú alapanyag. A víz nemkívánatos szennyeződés, és a műszaki szabványok szerint nem megengedett az olajtermékekben. Lehűtve jégkristályokat képez, amelyek eltömítik az üzemanyagszűrőket; az olajtermékek felmelegítésekor gőz képződik, a csővezetékben megnő a nyomás, ami azok megszakadásához vezet. A karburátor üzemanyagokban jelenlévő víz csökkenti azok fűtőértékét. Eltömíti a karburátort, eltömíti a permetező fúvókákat. Így a víz jelenléte megnehezíti az olaj feldolgozását, és hátrányosan befolyásolja a kőolajtermékek teljesítményét. A sötét olajtermékek víz meghatározásának kvalitatív módszere a tepertőpróba: a terméket kémcsőben olajfürdőben 150 o C-ra melegítjük. Ha a termék recsegését, habzását, remegését észleli, akkor ez víz jelenlétét jelzi az olajtermékben. mennyiségi módszer víz meghatározása olajtermékben - Dean és Stark módszer. A módszer a mintában lévő víz és egy vízzel nem elegyedő szerves oldószer keverékének desztillációján alapul. A desztillátumot egy kalibrált edénybe gyűjtik, és megmérik a desztillált víz térfogatát. 2. A gáz összetétele.A földgáz a szerves anyagok anaerob bomlása során a föld belsejében képződő gázok keveréke. A földgáz az ásványok közé tartozik. A földgáz tározói körülmények között (a föld belsejében való előfordulás körülményei) gáz halmazállapotú - különálló felhalmozódások (gázlerakódások) vagy olaj- és gázmezők gázsapkája formájában, vagy oldott állapotban olajat vagy vizet. Normál körülmények között (101,325 kPa és 20 °C) a földgáz csak gáz halmazállapotú. A földgáz lehet földgázhidrát formájában is. 2.1. Kémiai összetétel.A földgázok főként telített szénhidrogénekből állnak, de tartalmaznak hidrogén-szulfidot, nitrogént, szén-dioxidot és vízgőzt is. A tiszta gázmezőkből kivont gázok főként metánból állnak. A föld vastagságában gáz és olaj tölti ki a porózus kőzetek üregeit, amelyek nagy felhalmozódása esetén ipari fejlesztés és a lerakódások kiaknázása javasolt. A tartályban lévő nyomás az előfordulás mélységétől függ. Szinte minden 10 m-es mélységben a nyomás a tartályban 0,1 MPa-val (1 kgf / cm 2) növekszik. A gáznemű tüzelőanyagok összetétele éghető és nem éghető részeket tartalmaz. Minél nagyobb a tüzelőanyag éghető része, annál nagyobb a fajlagos égéshő. A gáz-halmazállapotú tüzelőanyagok fizikai-kémiai és termikus jellemzőiben mutatkozó különbségek a gázösszetételben lévő éghető és nem éghető gáznemű komponensek (ballasztok), valamint káros szennyeződések eltérő mennyiségéből adódnak. Az éghető összetevők a következő anyagokat tartalmazzák: · Hidrogén H 2 . Színtelen, nem mérgező, íztelen és szagtalan gáz, melynek 1 m 3 tömege 0,09 kg. A levegőnél 14,5-szer könnyebb. A hidrogén fajlagos égéshője: Q B - 12 750 kJ/m 3, 33 850 kcal/kg és 68 260 kcal/mol; Q n - rendre 10 800 kJ/m 3, 28640 kcal/kg és 57 740 kcal/mol, és meghaladja a hidrogén égésekor keletkező víz elpárologtatására fordított hőt; 1 m 3 hidrogén az elméletileg szükséges mennyiségű levegőben égve 2,88 m 3 égésterméket képez. A hidrogén-levegő keverékek nagyon gyúlékonyak, valamint erősen tűz- és robbanásveszélyesek. · Metán CH 4 . Színtelen, nem mérgező, szagtalan és íztelen gáz. A metán összetétele 75% szenet és 25% hidrogént tartalmaz; 1 m 3 metán tömege 0,717 kg. Légköri nyomáson és -162 ° C hőmérsékleten a metán cseppfolyósodik, és térfogata csaknem 600-szorosára csökken. Ezért a cseppfolyósított földgáz ígéretes energiahordozó a nemzetgazdaság számos ágazatában. A metán 25 tömegszázalékos hidrogéntartalma miatt nagy különbség van a magasabb és az alacsonyabb fajlagos fűtőérték között. A Q in metán legmagasabb fajlagos égési hője 39 820 kJ / m 3, 13 200 kcal/kg és 212 860 kcal/mol; a legalacsonyabb - Q n - ill 35 880 kJ/m3, 11 957 kcal/kg és 191 820 kcal/mol. A főként metánból álló természetes és kapcsolódó gázok nemcsak magas kalóriatartalmú üzemanyagok, hanem a vegyipar értékes nyersanyagai is. A metánnak viszonylag alacsony a reakcióképessége. Ez azzal magyarázható, hogy egy metánmolekulában négy CH-kötés feltörése nagy energiaráfordítást igényel. Az éghető gázok a metánon kívül tartalmazhatnak etánt C 2 H 6, propánt C 3 H 8, butánt C 4 H 10 stb. A metánsorozat szénhidrogéneinek általános képlete C n H 2n+2, ahol P- metán szénatomszáma 1, etán 2 és propán 3. A nehéz szénhidrogének molekulájában az atomok számának növekedésével nő a sűrűsége és a fajlagos égéshője. CO szén-monoxid. Színtelen, szagtalan és íztelen gáz, amelynek 1 m 3 tömege 1,25 kg; fajlagos égéshő 13 250 kJ/m 3, 2413 kcal/kg vagy 67 590 kcal/mol A szén-monoxid-tartalom növelése a ballaszt (CO 2 + N 2) csökkentésével jelentősen megnöveli a fajlagos égéshőt és az alacsony égési hőmérsékletet. kalóriatartalmú gázok. A metánt és más szénhidrogéneket tartalmazó, magas kalóriatartalmú gázokban a szén-monoxid százalékos arányának növekedése csökkenti a gáz fajlagos égéshőjét. Ilyenkor 2,88 m 3 égéstermék képződik. Kis térfogatuk miatt minden köbméter szén-monoxid több hőt ad, mint 1 m 3 szénhidrogén égéstermék. A szén-monoxid könnyen egyesül a hemoglobinnal a vérben. A levegőben 0,04% CO-tartalommal a vér hemoglobinjának körülbelül 30% -a szén-monoxiddal kémiai vegyületté válik, 0,1% CO-nál - 50%, 0,4% -nál - több mint 80%. A szén-monoxid erősen mérgező gáz, 1 órán át 0,2% CO-t tartalmazó helyiségben tartózkodni káros a szervezetre, 0,5% CO-tartalommal pedig akár 5 percig is életveszélyes. A gáznemű tüzelőanyag nem éghető része nitrogént, szén-dioxidot és oxigént tartalmaz. · Nitrogén N 2 . Színtelen gáz, szagtalan és íztelen. A nitrogén sűrűsége 1,25 g / m 3 A nitrogénatomok egy molekulában N = N hármas kötéssel kapcsolódnak egymáshoz, amelynek megtörése 170,2 ezer kcal / mol hőt fogyaszt. A nitrogén gyakorlatilag nem lép reakcióba oxigénnel, ezért az égési folyamat kiszámításakor inert gáznak tekintjük. A különböző gázok nitrogéntartalma jelentősen eltér. · Szén-dioxid CO2. Színtelen gáz, nehéz, nem reakcióképes alacsony hőmérsékletek. Enyhén savanykás illata és íze van. A levegő CO 2 koncentrációja a 4-5% tartományban a légzőrendszer súlyos irritációjához vezet, 10% -on belül pedig súlyos mérgezést okoz. A CO 2 sűrűsége 1,98 g/m 3 . A szén-dioxid 1,53-szor nehezebb a levegőnél, -20 0 C hőmérsékleten és 5,8 MPa (58 kgf / cm g) nyomáson acélhengerekben szállítható folyadékká alakul. Erős hűtéssel a CO 2 fehér hószerű masszává szilárdul. A szilárd CO 2 -t vagy szárazjeget széles körben használják romlandó élelmiszerek más célokra való tárolására. · Oxigén O 2 . A gáz szagtalan, színtelen és íztelen. Sűrűsége 1,43 g/m 3 . Az oxigén jelenléte a gázban csökkenti a fajlagos égéshőt, és robbanásveszélyessé teszi a gázt. Ezért a gáz oxigéntartalma nem haladhatja meg az 1 térfogatszázalékot. Nak nek káros szennyeződéseket tartalmazza a következő gázokat. · Hidrogén-szulfid H 2 S. Színtelen gáz, erős szagú, rothadt tojásra emlékeztet, és nagyon mérgező. 1 m 3 hidrogén-szulfid tömege 1,54 kg. A fémekre ható hidrogén-szulfid szulfidokat képez. Erős korrozív hatást fejt ki a gázvezetékekre, különösen a H 2 S , H 2 O és O 2 egyidejű jelenléte esetén a gázban. Égéskor a kénhidrogén kén-dioxidot képez, amely káros az egészségre és maró hatású a fémfelületekre. A gáz hidrogén-szulfid tartalma nem haladhatja meg a 2 g-ot 100 m 3 gázra vonatkoztatva. Hidrociánsav (hidrogén-cianid) HCN. Színtelen könnyű folyadék, forráspontja 26 0 C. Ilyen alacsony forráspontja miatt a HCN gáz halmazállapotú éghető gázokban található. A hidrogén-cianid erősen mérgező, és maró hatású a vasra, rézre, ónra, cinkre és ezek ötvözeteire. Ezért minden 100 m 3 gázra legfeljebb 5 g cianidvegyület jelenléte megengedett (HCN-ben kifejezve). A szivárgás időbeni észlelése érdekében a városi gázvezetékekre küldött összes éghető gázt szagosításnak vetik alá, azaz éles fajszagot kapnak, amellyel a beltéri levegőben alacsony koncentrációban is könnyen észlelhetők. A gázok szagosítása speciális, erős szagú folyadékokkal történik. Leggyakrabban egyetlen szerként használják etil-merkaptán. Ebben az esetben a gázszagot akkor kell érezni, ha koncentrációja a levegőben nem haladja meg az alsó robbanási határ 1/5-ét. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy az alsó, 5%-os robbanási határral rendelkező földgázt 1%-os koncentrációban kell érezni a beltéri levegőben. A cseppfolyósított gázok szagát 0,5%-os koncentrációnál kell érezni a helyiség térfogatában. Következtetés.Kémiailag az olaj szénhidrogének összetett keveréke. ,
két csoportra osztható - nehéz és könnyű olaj. A könnyűolaj körülbelül két százalékkal kevesebb szenet tartalmaz, mint a nehézolaj, de ennek megfelelően több hidrogént és oxigént tartalmaz. Az olaj a szénrészen kívül aszfaltkátrány komponenst, porfirineket, ként és hamurészt tartalmaz. Bibliográfia: Syrkin A.M. Az olaj és gáz kémiájának alapjai [Szöveg] / A. M. Syrkin, E. M. Movsumzade / / 2002 Mukhametzyanov A.Kh. Az olaj és gáz, valamint ezek feldolgozási termékeinek összetételének és tulajdonságainak ellenőrzésére szolgáló vizsgálati módszerek és eszközök metrológiai támogatása / A.Kh. Mukhametzyanov // 1992 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Vlagyimir Khomutko
Olvasási idő: 6 perc
A A
Az olaj kémiai képlete és az összetevők leírása
Az olaj természetes ásvány, amely olajosan éghető folyadék, gyakran fekete színű, bár van olaj és más szín (barna, cseresznye, zöldes, sárgás és átlátszó). Ilyen bányászattal bányászzák olajkútként, amelynek kialakításához kőzetfúrást használnak.
Kémiai összetétele szerint az olaj különféle szennyeződésekkel rendelkező szénhidrogének összetett keveréke. Összetétele ilyen vegyi anyagokat tartalmaz. olyan elemek, mint a kén, nitrogén és így tovább.
Ennek a vegyszernek az illata. az anyagok is különböznek a benne lévő kénvegyületek és aromás szénhidrogének tartalmától függően.
Az olaj szénhidrogénekből áll, amelyek kémiailag szén- és hidrogénatomok vegyületei. Az olaj általában C x H y képlet.
Például a legegyszerűbb szénhidrogén, a metán, egy szénatomból áll, amely négy hidrogénatomhoz kapcsolódik. Más szavakkal, a metán képlete CH 4 . Az úgynevezett könnyű szénhidrogének közé tartozik, és mindig jelen van minden olajban.
Attól függően, hogy ebben az anyagban milyen koncentrációban vannak különféle szénhidrogén-vegyületek, a chem. a fizikai pedig más lehet. Más szóval, az olaj összetevői befolyásolják annak tulajdonságait és megjelenését. Lehet folyékony és átlátszó, vagy fekete és inaktív, és olyannyira, hogy magas viszkozitása miatt még egy fordított edényből sem ömlik ki.
Chem. a hagyományos olaj összetételét a következő vegyi anyag képviseli. elemek:
Az olaj és az azt kísérő szénhidrogéngáz rendszerint több tíz méter és öt-hat kilométer mélységben fordulhat elő. Érdemes elmondani, hogy több mint hat kilométeres mélységben csak gáz található, és ha a termelő réteg mélysége kevesebb, mint egy kilométer, akkor csak olaj található. A legtöbb produktív képződmény egynél mélyebb, de hat kilométer felett van, és vannak olaj- és gáztartalmú rétegek is.
Azokat a kőzeteket, amelyekben szénhidrogének rakódnak le, tározóknak nevezzük. Ha egyszerű szavakkal írjuk le a tartályt, akkor az olaj egy sűrű és kemény szivacsban van, amely különböző porozitású olajtartalmú rétegekből áll.
Az olaj összetétele és tulajdonságai nagy befolyást további feldolgozásához. Az olaj szénhidrogén-tartalma 83-87%, a hidrogén-12-14%, a kéntartalom 1-3% között változhat. Ezt az összetett kémiai keveréket főleg szén és hidrogén különféle vegyületei képviselik: paraffinos, nafténes és aromás.
Az olaj fő összetevői a szénhidrogén vegyületek, amelyek a következő típusúak:
Ennek az olajkomponensnek egy másik neve - alkánok. Az általános kémiai képlet C n H 2n + 2.
Ha a paraffinokban négynél kevesebb szénatom van, akkor ezek számunkra etán, metán, bután néven ismert gázok. propán, izobután. Megkülönböztetik őket a nagy robbanásállóság. Más szóval, oktánszámuk (motoros módszerrel mérve) 100 felett van.
Ha az ilyen szénhidrogének öt-tizenöt szénatomot tartalmaznak, akkor ezek folyadékok. Ha több mint 15 szénatom van, akkor ezek szilárd anyagok.
Különböző típusú üzemanyagokban és kenőanyagokban az alkánok koncentrációja nagyon magas, aminek következtében ezek a kőolajtermékek nagy stabilitásúak. Motorbenzinhez Jó minőségösszetételükben az izoparaffin vegyületek jelenléte nagyon kívánatos, mivel nagyon ellenállóak a magas hőmérsékleten történő oxigénexpozícióval szemben.
A normál paraffinok jelenléte az üzemanyag-összetételben, amelyek magas hőmérsékleten könnyen oxidálódnak, jelentősen csökkenti a benzin robbanási ellenállásának szintjét, ugyanakkor lecsökkenti azt az időt, amely a benzinnek a belső égésű motorba való beszállításától eltelik. az üzemanyag-keverék meggyullad, és ez lehetővé teszi a nyomás simább felépítését, ami pozitív hatással van a motor teljesítményére. Ebben a tekintetben a normál paraffinvegyületek jelenléte kívánatos a nehezebb dízel üzemanyagokban, bár az ilyen paraffinok mennyisége korlátozott a téli minőségben.
Egy másik név a ciklánok. Telített ciklikus szénhidrogén vegyületek, amelyek általános képlete C n H 2n. Az olajban a ciklánokat ciklopentánként (C 5 H 10) és ciklohexánként (C 6 H 12) képviselik.
Ciklikus szerkezetüknek köszönhetően a ciklánokat nagy vegyszerállóság jellemzi. A nafténcsoportba tartozó szénhidrogének az égés során kevesebb hőt bocsátanak ki (a paraffinos vegyületekkel összehasonlítva), de nagy kopogásállósággal is rendelkeznek. Ebben a tekintetben kívánatos jelenlétük a karburátoros motorokban használt üzemanyagokban, valamint a téli dízel üzemanyagokban.
A nafténes szénhidrogéneket tartalmazó kenőolaj termékek viszkózusabbak és olajosabbak.
Egy másik név az aréna. Tapasztalati képletük: C n H 2n - 6. Az olajban benzolként (C 6 H 6 képlet) és homológjaiként szerepelnek.
Magas hőstabilitási indexük miatt az arének kívánatos komponensek a karburátor üzemanyagokban, amelyek oktánszáma a lehető legmagasabb legyen. Mivel azonban az arénák nagy szénképző képességgel rendelkeznek, tartalmuk a benzinben 40-45 százalékig elfogadható.
Nagy termikus stabilitásuk miatt nem kívánatos az arének jelenléte a dízel üzemanyagokban.
Egy másik név az olefinek. A kőolajban nem találhatók meg, hanem az olajfinomítás során keletkeznek. A telítetlen szénhidrogén-vegyületek a legfontosabb nyersanyagok, amelyek petrolkémiai módszerekkel és alapvető szerves szintézissel történő üzemanyag-előállításhoz szükségesek.
Az ilyen szénhidrogének általános tapasztalati képlete a C n H 2n (például a C 2 H 4 a jól ismert etilén).
Az olefinek alacsony kémiai stabilitása negatív hatással van a kőolajtermékek gyakorlati működésére, mivel csökkenti a stabilitás szintjét. Például a termikus krakkolási eljárással előállított benzinek olefinjeik oxidációja következtében a tárolás során gumivá válnak, és szennyezik a porlasztófúvókákat és a szívócsöveket. Más szavakkal, az olefinvegyületek jelenléte bármilyen kőolajtermékben nem kívánatos.
Számos mező termel savanyú vagy savanyú olajat.
Az ilyen nyersanyagok feldolgozása során további költségekre van szükség, mivel a benzin kénkoncentrációjának 0,033-ról 0,15 százalékra történő növekedése a következőkhöz vezet:
Ezenkívül a kénes tüzelőanyag nagymértékben károsítja környezetünk ökológiáját.
A kénvegyületeket aktív és inaktív csoportokra osztják. Az aktívak normál légköri körülmények között a fémek korrózióját okozzák. Ezek tartalmazzák:
Mind oldott, mind szuszpendált állapotban szinte bármilyen hőmérsékleten erős korrozív hatást fejtenek ki a fémekre, így jelenlétük kőolajtermékekben elfogadhatatlan.
Az inaktív kénvegyületek normál körülmények között nem okoznak korróziót.
Az üzemanyag teljes elégetése után azonban kénsavat és kénes anhidrideket képeznek a motorban, amelyek vízzel kombinálva kénsavat és kénsavat képeznek.
Az alacsony kéntartalmú olaj 0,1-0,5% kénvegyületet tartalmaz, a kénes - legfeljebb 4% -ot.
A nyersolajban ezek savak, fenolok, észterek és egyéb vegyületek. Ezen anyagok többsége magas forráspontú olajfrakciókat tartalmaz.
Bizonyos típusú színesfémek (cink, ólom stb.) súlyos korrózióját képesek előidézni, ezért tartalmukat a különböző kőolajtermékekben szigorúan korlátozzák a szabványok.
Ezek összetett, nagy molekulatömegű elemek, például nitrogén, oxigén, kén és egyes fémek keverékei. A kőolajban az egy százalék töredékétől a több tíz százalékig terjedhetnek.
Magas színezőképességgel rendelkező vegyületek határozzák meg az olaj színét. Nagyon instabilok, könnyen változnak és rendkívül rosszul párolognak, ami negatívan befolyásolja az üzemanyag és a különféle olajok minőségét.
A keletkező olajtermékek minőségére nincs észrevehető hatásuk, mivel a kőolajban rendkívül kicsi a tartalmuk.
