2. Óleo. Composição do óleo.
O petróleo é uma mistura complexa de compostos orgânicos. Contém centenas de hidrocarbonetos de várias estruturas, numerosos compostos heteroorgânicos. É impossível separar completamente essa mistura em compostos individuais, mas isso não é necessário para suas características técnicas da matéria-prima de petróleo ou para seu uso industrial.
A composição fracionária é um importante indicador da qualidade do óleo. A composição fracionária é determinada durante a destilação em laboratório, durante a qual, a uma temperatura gradualmente crescente, partes são destiladas do óleo - frações que diferem umas das outras na faixa de ebulição. Cada uma das frações é caracterizada pelas temperaturas de início e fim de ebulição.
Na destilação industrial do óleo, não é usado o método laboratorial de evaporação gradual, mas esquemas com a chamada evaporação única e retificação posterior. Frações com ebulição até 350 ° C são tomadas a uma pressão ligeiramente superior à atmosférica; eles são chamados de destilados leves (frações). Normalmente, durante a destilação atmosférica, são obtidas as seguintes frações, que são nomeadas dependendo da direção de seu uso posterior:
s.c. (início da ebulição) - 140°С) – fração de gasolina
140-180°C - nafta (nafta pesada)
140-220°С (180-240°С) - fração de querosene
180-350°С (220-350°С, 240-350°С) - fração de diesel (gasóleo leve ou atmosférico, destilado solar)
O resíduo após a seleção de destilados leves (a fração que ferve acima de 350°C) é chamado de óleo combustível. O óleo combustível é acelerado sob vácuo, enquanto dependendo da direção do refino do óleo, as seguintes frações são obtidas
Para obter combustível
350-500°C - gasóleo a vácuo (destilado a vácuo)
>500°С - resíduo de vácuo (alcatrão)
Para obter óleos
300-400°С (350-420°С) - fração de óleo leve (destilado do transformador)
400-450°С (420-490°С) - fração média de óleo (destilado de máquina)
450-490°C - fração de óleo pesado (cilindro destilado)
>490°С – alcatrão
O óleo combustível e as frações obtidas a partir dele são chamados de escuros. Produtos obtidos de processos secundários de refino de petróleo, bem como de destilação primária, são referidos como claros se ferverem até 350 ° e escuros se a faixa de ebulição for de 350 ° C e acima.
Óleos de diferentes campos diferem marcadamente na composição fracionária, conteúdo de frações claras e escuras. Assim, o óleo de Yaregskaya (República de Komi) contém 18,8% de frações leves e o óleo de Samotlor ( Sibéria Ocidental) – 58,8%.
O petróleo pertence ao grupo de rochas sedimentares juntamente com areias, argilas, calcários, sal-gema, etc. Tem uma propriedade importante - a capacidade de queimar e liberar energia térmica. Entre outros combustíveis fósseis, tem o maior poder calorífico. Por exemplo, para aquecer uma casa de caldeira ou outra instalação, o óleo é necessário muito menos em peso do que o carvão.
Todas as rochas combustíveis pertencem a uma família especial chamada caustobiolitos(das palavras gregas "caustos" - combustível, "bios" - vida, "lithos" - pedra, ou seja, pedra orgânica combustível).
Quimicamente, o petróleo é uma mistura complexa de hidrocarbonetos (HC) e compostos carbonáceos.
O óleo consiste nos seguintes elementos principais:
carbono (84-87%),
hidrogênio (12-14%),
oxigênio,
enxofre (1-2%).
A parte principal dos óleos são hidrocarbonetos de composição, estrutura e propriedades variadas, que podem estar no estado gasoso, líquido e sólido. Dependendo da estrutura das moléculas, o óleo é dividido em três aulas – parafínicos, naftênicos e aromáticos. Mas uma parte significativa do petróleo são hidrocarbonetos de estrutura mista, contendo elementos estruturais de todas as três classes acima. A estrutura das moléculas determina suas propriedades químicas e físicas.
1.1. Hidrocarbonetos de parafina
Hidrocarbonetos parafínicos - alcanos C p H 2p + 2 - compõem uma parte significativa dos componentes do grupo de óleos e gases naturais de todos os campos. Seu conteúdo total em óleos é de 25 a 35% em peso (excluindo gases dissolvidos) e somente em alguns óleos parafínicos chega a 40 a 50% em peso. Os mais amplamente representados nos óleos são os alcanos normais e isoalcanos predominantemente monometil-substituídos com diferentes posições do grupo metil na cadeia. Com um aumento no peso molecular das frações de óleo, o teor de alcanos nelas diminui. O petróleo e os gases naturais associados são quase completamente, e as gasolinas de corrida direta geralmente 60 - 70% consistem em alcanos. Nas frações de óleo, seu conteúdo é reduzido para 5-20% em peso.
alcanos gasosos. Alcanos C 1 - C 4: metano, etano, propano, butano e isobutano, assim como 2,2-dimetilpropano em n/s estão em estado gasoso.
Os gases naturais são extraídos de campos de gás. Eles consistem principalmente de metano (93 - 99% em peso) com uma pequena mistura de seus homólogos, componentes não hidrocarbonetos: sulfeto de hidrogênio, dióxido de carbono, nitrogênio e gases raros (He, Ar, etc.). Gases de campos de condensado de gás e petróleo gases associados diferem dos puramente gasosos em que o metano neles é acompanhado em concentrações significativas por seus homólogos gasosos C 2 -C 4 e superiores. Por isso, são chamados de gases graxos. Eles produzem gasolina gasosa leve, que é um aditivo à gasolina comercial, bem como gases líquidos comprimidos como combustível. Etano, propano e butanos após a separação servem como matérias-primas para petroquímicos.
alcanos líquidos. Alcanos de C 5 a C 15 em condições normais são líquidos que fazem parte das frações dos óleos gasolina (C 5 - C 15) e querosene (C 11 - C 15). Estudos estabeleceram que os alcanos C 5 - C 9 líquidos têm uma estrutura geralmente normal ou ligeiramente ramificada.
Alcanos sólidos, Alcanos C 16 e acima em condições normais são substâncias sólidas que fazem parte de parafinas de petróleo e ceresinas. Eles estão presentes em todos os óleos mais frequentemente em pequenas quantidades (até 5% em peso) em um estado cristalino dissolvido ou suspenso. Em óleos parafínicos e altamente parafínicos, seu conteúdo sobe para 10 - 20% da massa.
Dependendo do Tpl. a parafina é dividida em mole (abaixo de 45 C), de fusão média (45-50 C) e dura (50-60 C).
As ceras de petróleo são uma mistura predominantemente de alcanos de diferentes pesos moleculares. Durante a destilação do óleo combustível, alcanos sólidos C 18 - C 35 com um peso molecular de 250 - 500 entram nas frações de óleo. Alcanos de maior ponto de fusão C 36 - C 55 - ceresinas, que diferem das parafinas em uma estrutura cristalina fina, um peso molecular mais elevado (500 - 700) e ponto de fusão (65-88°C em vez de 45-54°C para parafinas). Estudos estabeleceram que as parafinas sólidas consistem principalmente de alcanos de estrutura normal e cersinas - principalmente de cicloalcanos e arenos com longas cadeias alquílicas de estrutura normal e iso. Ceresinas também fazem parte do mineral combustível natural - ozocerita.
Do petróleo bruto, a parafina é liberada em um estado finamente cristalino devido à presença de substâncias resinosas e também porque as impurezas de ceresina contidas na parafina retêm óleos.
As parafinas e as ceresinas são componentes indesejáveis na composição das frações oleosas do óleo, pois aumentam seus pontos de fluidez. Eles encontram uma variedade de aplicações técnicas em muitas indústrias: engenharia elétrica e de rádio, papel, fósforos, couro, perfumaria, química, etc. Eles também são usados na produção de graxas, velas, etc. Uma área de aplicação moderna particularmente importante é como matéria-prima petroquímica para a produção de ácidos graxos sintéticos, álcoois, surfactantes, desemulsificantes, pós de lavagem, etc.
1.2. Hidrocarbonetos naftênicos
Os hidrocarbonetos naftênicos - cicloalcanos (ciclanos) - fazem parte de todas as frações do petróleo, exceto os gases. Em média, os óleos de vários tipos contêm de 25 a 80% da massa. As frações de gasolina e querosene de óleos são representadas principalmente por homólogos de ciclopentano (I) e ciclohexano (II), principalmente com ciclanos curtos (C 1 - C 3 ) substituídos por alquila. As frações de alto ponto de ebulição contêm naftenos condensados predominantemente policíclicos e menos frequentemente não condensados com 2-4 ciclos com uma fórmula empírica geral
C p H 2p + 2 - 2Kc, onde p é o número de átomos de carbono, nós-número de anéis ciclânicos.
Os naftenos policíclicos podem ser representados por homólogos de ciclanos com os mesmos ou diferentes anéis de estrutura em ponte (III, IV, V), articulado (VI), isolado (VII) e condensado (VIII, IX, X):
I - ciclopentano; P - ciclohexano; III - biciclo(3,2,1)octano*; IV-biciclo(3,3,1)nonano; V-biciclo(2,2,1)heptano; VI - biciclo(5.5.0) dodecano; VII - metil biciclo o(5,4,0)un decano; VIII - biciclo(3.3.0)octano; IX - biciclo(4,3,0)nonano; X - biciclo(4,4,0)decano - decalina
Os hidrocarbonetos naftênicos são o componente de mais alta qualidade dos combustíveis para motores e óleos lubrificantes. Os hidrocarbonetos naftênicos monocíclicos conferem propriedades de alto desempenho às gasolinas para motores, combustíveis para aviação e diesel, e são uma matéria-prima de maior qualidade em processos de reforma catalítica. Como parte dos óleos lubrificantes, os naftenos proporcionam uma pequena mudança na viscosidade com a temperatura (ou seja, um alto índice de óleos). Com o mesmo número de átomos de carbono, os naftenos comparados aos alcanos são caracterizados por uma densidade mais alta e, mais importante, um ponto de fluidez mais baixo.
ÓleoÉ um líquido viscoso oleoso inflamável de cor quase preta com tonalidade marrom ou esverdeada e odor característico. O óleo não se dissolve em água, mas com agitação intensa forma emulsões estáveis e de absorção lenta. É uma mistura de cerca de 1000 substâncias individuais, das quais a maioria (80-90%) são hidrocarbonetos líquidos, e o restante são gases de hidrocarbonetos dissolvidos (até 10%), sais minerais, soluções de sais de ácidos orgânicos, impurezas mecânicas . óleo e produtos de seu processamento são utilizados em quase todas as indústrias economia nacional: no transporte, na medicina, agricultura, construção, indústrias leves e alimentícias. A maior parte da substância do petróleo é composta de hidrocarbonetos, que diferem entre si no conteúdo diferente de carbono e hidrogênio na molécula, bem como em sua estrutura. Os hidrocarbonetos do petróleo pertencem aos seguintes grupos: parafínicos, naftênicos, aromáticos.
Óleo bruto- uma mistura líquida fóssil natural de hidrocarbonetos de ampla composição física e química, que contém gás dissolvido, água, sais minerais, impurezas mecânicas e serve como principal matéria-prima para a produção de transportadores líquidos de energia (gasolina, querosene, óleo diesel, óleo combustível), óleos lubrificantes, betume e coque.
Óleo comercial- óleo preparado para entrega ao consumidor de acordo com os requisitos dos documentos regulamentares e técnicos vigentes adotados da maneira prescrita.
Composição química do óleo.
A qualidade do petróleo bruto e dos derivados de petróleo resultantes depende de sua composição. Quimicamente, o petróleo é uma mistura complexa de hidrocarbonetos. Além de carbono e hidrogênio, o óleo contém: enxofre, oxigênio, nitrogênio e traços de metais.
Composição de hidrocarbonetos do petróleo. A maior parte da substância do petróleo é composta de hidrocarbonetos, que diferem entre si no conteúdo diferente de carbono e hidrogênio na molécula, bem como em sua estrutura. Os hidrocarbonetos do petróleo pertencem aos seguintes grupos: parafínicos, naftênicos, aromáticos.
Hidrocarbonetos de parafina são compostos saturados.
Hidrocarbonetos naftênicos (cicloparafinas).
Hidrocarbonetos aromáticos. Nomeie todos os compostos que possuem um anel benzênico em suas moléculas.
Compostos de enxofre no óleo. Os compostos de enxofre são encontrados em quantidades variadas em todos os óleos. Em alguns casos, seu conteúdo chega a 6%.
Compostos de oxigênio em óleo. Os átomos de oxigênio no óleo estão incluídos nos seguintes compostos: ácidos naftênicos, compostos fenólicos, ésteres, substâncias resinosas.
Compostos nitrogenados no óleo.
Propriedades do óleo.
O petróleo tem uma propriedade importante - a capacidade de queimar e liberar energia térmica. O óleo não se dissolve em água, mas com agitação intensa forma emulsões estáveis e de absorção lenta.
A densidade de petróleo e derivados depende do conteúdo de frações leves e pesadas neles. Densidade da API.
Quanto maior o valor de densidade da API, mais leve a conexão.
Peso molecular - a média aritmética dos pesos moleculares das substâncias incluídas no óleo. Depende da composição química e fracionária do óleo.
Ponto de ebulição - depende da composição fracionária.
Propriedades térmicas - capacidade calorífica específica, temperatura específica de evaporação latente.
Composição fracionária do óleo. Características da fração.
Um importante indicador da qualidade do óleo é sua composição fracionária.
Fração- parte do óleo que ferve em uma determinada faixa de temperatura. Cada fração é caracterizada pela temperatura de início de ebulição (b.c.) e final de ebulição (b.c.).
A separação do óleo em frações baseia-se no fato de que os diversos hidrocarbonetos que compõem sua composição fervem a diferentes temperaturas. Primeiro, os hidrocarbonetos leves que compõem a gasolina evaporam, depois os componentes mais pesados do combustível de aviação, o querosene, e depois os hidrocarbonetos de ponto de ebulição ainda mais alto, a partir dos quais o diesel é produzido.
Refinaria de oléo- um processo de processamento físico e químico de petróleo bruto em várias etapas, cujo resultado é a produção de um complexo de produtos petrolíferos. O refino de petróleo é realizado pelo método de destilação, ou seja, a separação física do petróleo em frações.
Facções obtidos por destilação direta são chamados de destilados leves. Normalmente, durante a destilação direta, são obtidas as seguintes frações, que são nomeadas dependendo da direção de seu uso posterior:
Fração de gasolina (gasolina) - 50 - 140 ° C;
Fração de nafta (nafta pesada) - 110 - 180 °С;
Fração de querosene - 140 - 280 ° С;
Fração de diesel (gasóleo leve ou atmosférico, destilado solar) - 180 - 350 °С.
O rendimento da gasolina durante a destilação direta é de 5 a 20% em peso de óleo. O resíduo após a seleção das frações leves é chamado de óleo combustível. O óleo combustível e as frações obtidas dele são chamados de escuros. Óleos de diferentes campos diferem marcadamente na composição fracionária, conteúdo de frações escuras e claras.
Quimicamente, o petróleo é uma mistura complexa de hidrocarbonetos e compostos de carbono, composto pelos seguintes elementos principais: carbono (84-87%), hidrogênio (12-14%), oxigênio, nitrogênio e enxofre (1-2%), o teor de enxofre aumenta às vezes até 3-5%.
No óleo, são isolados um hidrocarboneto, uma parte asfáltica-resinosa, porfirinas, enxofre e uma parte de cinzas.
A parte principal do óleo é composta por três grupos de hidrocarbonetos: metano, naftênico e aromático.
A parte asfáltica do óleo é uma substância de cor escura. É parcialmente solúvel em gasolina. A parte dissolvida é chamada de asfalteno, a parte não dissolvida é chamada de resina. A composição das resinas contém oxigênio até 93% de sua quantidade total em óleo.
As porfirinas são compostos nitrogenados especiais de origem orgânica. Acredita-se que eles são formados a partir de clorofila vegetal e hemoglobina animal. À temperatura, as porfirinas são destruídas.
O enxofre é amplamente distribuído no petróleo e nos hidrocarbonetos gasosos e está contido no estado livre ou na forma de compostos (sulfeto de hidrogênio, mercaptanos). Sua quantidade varia de 0,1% a 5%.
A parte cinza é o resíduo resultante da combustão do óleo. Estes são vários compostos minerais, na maioria das vezes ferro, níquel, vanádio, às vezes sais de sódio.
O óleo varia muito em cor (de marrom claro, quase incolor, a marrom escuro, quase preto) e em densidade (de leve 0,65-0,70 a pesado 0,98-1,05).
O início da ebulição do óleo é geralmente acima de 280C. o ponto de fluidez varia de +300 a -600C e depende principalmente do teor de parafina (quanto maior, maior o ponto de fluidez). A viscosidade varia em uma ampla faixa e depende da composição química e fracionária do teor de óleo e alcatrão (o teor de substâncias asfálticas-resinosas nele). O óleo é solúvel em solventes orgânicos, praticamente insolúvel em água em condições normais, mas pode formar emulsões estáveis com ele.
O óleo pode ser classificado de acordo com diferentes critérios.
2. De acordo com o conteúdo potencial de frações com ebulição até 3500C
3. Por teor de óleo potencial
4. Pela qualidade dos óleos
A combinação de designações de classe, tipo, grupo, subgrupo e tipo compõe o código para a classificação tecnológica do petróleo.
Dependendo do campo, o petróleo tem uma composição qualitativa e quantitativa diferente. Por exemplo, o óleo de Baku é rico em cicloparafinas e relativamente pobre em hidrocarbonetos saturados. Existem hidrocarbonetos significativamente mais saturados no petróleo de Grozny e Ferghana. O óleo de permanente contém Hidrocarbonetos aromáticos.
Os recursos energéticos desempenham um papel de liderança na economia moderna. O nível de desenvolvimento das forças produtivas de cada estado é determinado em grande parte pela escala e consumo de recursos energéticos. O importante papel dos recursos energéticos é evidenciado pelo fato de que mais de 70% dos minerais extraídos no mundo são fontes de energia.
Os principais tipos de recursos energéticos são carvão, petróleo, gás natural, energia hidrelétrica e poder nuclear..
Atualmente, o petróleo é a principal fonte de energia na maioria dos países do mundo. Motores de transporte terrestre, aquático e aéreo operam com combustíveis obtidos do petróleo, foguetes espaciais sobem e a eletricidade é gerada em usinas termelétricas.
O atual nível de civilização e tecnologia seria impensável sem a energia barata e abundante que o petróleo nos fornece. Hoje tem vários significados para a economia nacional do país:
· matérias-primas para petroquímica na produção de borracha sintética, álcoois, polietileno, polipropileno, uma ampla gama de diversos plásticos e produtos acabados deles, tecidos artificiais;
· fonte para a produção de combustíveis para motores (gasolina, querosene, diesel e querosene de aviação), óleos e lubrificantes, bem como combustível para caldeiras e fornos (óleo combustível), materiais de construção (betume, alcatrão, asfalto);
· Matérias-primas para a obtenção de diversas preparações proteicas utilizadas como aditivos na alimentação do gado para estimular o seu crescimento.
O gás natural, descoberto há milhares de anos, tornou-se um transportador de energia indispensável em grande parte do mundo industrializado. Os países que possuem pelo menos pequenas reservas próprias de gás natural estão na posição mais favorável, enquanto alguns países, como o Japão, devem importar quase todo o gás de que necessitam. Em áreas ricas em petróleo, geralmente há reservas significativas de gás natural. Essas regiões incluem Rússia, EUA, Oriente Médio, México, algumas áreas América do Sul, bem como países europeus adjacentes ao Mar do Norte.
O uso industrial do gás natural - como uma variedade de combustíveis de processo - é estimulado pela possibilidade de controle mais preciso do fluxo de calor gerado em comparação com outros tipos de combustível. Devido a isso, o gás natural é cada vez mais utilizado naquelas indústrias para as quais o fornecimento de calor é estritamente regulado, tem um importante valor prático: nas indústrias alimentícia, vidreira, cerâmica e cimento, na produção de tijolos, porcelanatos e outros materiais frágeis. O consumo de gás natural também está crescendo na petroquímica moderna, que utiliza o gás hidrocarboneto como matéria-prima para a produção de amônia, fertilizantes nitrogenados, etc.
O uso generalizado de combustíveis gasosos na habitação e serviços comunitários e no setor de serviços se deve a propriedades de consumo como alto poder calorífico, facilidade de uso e limpeza de combustão.
O uso do gás como combustível no transporte rodoviário e ferroviário está se tornando mais difundido.
Falando sobre o consumo de combustíveis gasosos, deve-se destacar que, juntamente com o gás natural, são utilizados gases artificiais como combustíveis tecnológicos e domésticos, além de matérias-primas químicas: fábrica, refinaria de petróleo, forno de coque, alto-forno, etc.
Atualmente, a participação de vários tipos de gás artificial em geral representa cerca de 15% do consumo total de hidrocarbonetos gasosos.
A composição do óleo inclui cerca de 425 compostos de hidrocarbonetos. A parte principal dos óleos é composta por três grupos de hidrocarbonetos: metano, naftênico e aromático. De acordo com a composição de hidrocarbonetos, todos os óleos são divididos em: 1) metano-naftênico, 2) naftênico-metano, 3) aromático-naftênico, 4) naftênico-aromático, 5) aromático-metano, 6) metano-aromático e 7) metano-aromático naftênico. O primeiro nesta classificação é o nome do hidrocarboneto, cujo teor na composição do óleo é menor.
Os hidrocarbonetos são os compostos orgânicos mais simples. Suas moléculas são construídas a partir de átomos de apenas dois elementos - carbono e hidrogênio. Fórmula geral C n H m . Eles diferem na estrutura do esqueleto de carbono e na natureza das ligações entre os átomos de carbono (Esquema 1).
De acordo com o primeiro sinal, eles são divididos em hidrocarbonetos acíclicos (alifáticos), cujas moléculas são construídas a partir de cadeias abertas de carbono-carbono, por exemplo, hexano e isohexano:
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 CH 3 -CH-CH 2 -CH 2 -CH 3,
hexano isohexano
e hidrocarbonetos cíclicos (carbocíclicos).
Os hidrocarbonetos carbocíclicos com propriedades especiais ("caráter aromático") são chamados de aromáticos, por exemplo:
Outros hidrocarbonetos carbocíclicos, como o ciclohexano, são chamados alicíclicos:
Pela natureza das ligações entre os átomos de carbono, os hidrocarbonetos podem ser saturados ou saturados (alcanos) e insaturados (insaturados). Este último pode conter um número diferente de ligações duplas (alcenos, alcadienos, cicloalcenos, etc.), triplas (alcinos, cicloalcinos, etc.), ou ambas ao mesmo tempo:
Esquema 1. Classificação de hidrocarbonetosOs alcanos são hidrocarbonetos alifáticos, em cuja molécula os átomos de carbono estão ligados uns aos outros e aos átomos de hidrogênio por uma ligação simples (ligação σ). Ozyuda e seu outro nome - hidrocarbonetos marginais ou saturados. O ancestral e o representante mais simples dos alcanos é o metano CH 4. Na molécula de metano, como nas moléculas de outros alcanos, o átomo de carbono está no estado de hibridização sp3. A fórmula geral dos compostos desta série é C n H 2 n +2. Cada subsequente
Os alcanos ocupam um lugar excepcionalmente importante entre os hidrocarbonetos do petróleo. Assim, os gases naturais são representados quase exclusivamente por alcanos.
As frações leves de qualquer óleo são quase inteiramente compostas de alcanos. Com um aumento no peso molecular médio das frações de óleo, o teor de alcanos nelas diminui. Nas frações intermediárias que destilam na faixa de 200-300 0 С, geralmente não contêm mais de 55-61% e, em 500 0 С, a quantidade desses hidrocarbonetos diminui para 19-5% ou menos.
alcanos líquidos. O teor de alcanos líquidos, dependendo do campo de petróleo, varia de 10 a 70%. Os mais ricos são os óleos Mangyshlak, Siberiano, Tártaro e Bashkir. Durante a destilação fracionada, esses hidrocarbonetos acabam em destilados de gasolina (C 5 -C 10) e querosene (C 11 -C 16). Atualmente, todos os isômeros possíveis de pentano, hexano e heptano foram encontrados em óleos.
Normalmente, o óleo contém principalmente duas a quatro dúzias de alcanos normais e isoméricos individuais, o restante está presente em pequenas quantidades.
O conteúdo de alcanos de estrutura normal e fracamente ramificada é o mais característico. Além disso, destes últimos, os substituídos por metil são os mais comuns.
Na tabela. A Figura 5 mostra dados médios sobre o conteúdo de alcanos individuais em frações de óleos de gasolina.
Dos 18 isômeros de octano, foram encontrados 17. Dos 35 isômeros nonano possíveis, 24 foram encontrados.
Decano e seus dez isômeros foram isolados, e a maioria deles foi detectada espectroscopicamente.
Dos hidrocarbonetos C 11 -C 16 foram encontrados undecano, dodecano, tri- e tetradecano, pentadecano e hexadecano.
Tabela 5
Conteúdo relativo de hidrocarbonetos alcanos
em frações de vários óleos
| hidrocarbonetos |
|||
| para óleos CIS |
para óleos estrangeiros |
||
| Fração 60-95 0 C |
|||
| 2-metilpentano |
|||
| 3-metilpentano |
|||
| 2,2-dimetilpentano |
|||
| 2,4-dimetilpentano |
|||
| 2,3-dimetilpentano |
|||
| 3,3-dimetilpentano |
|||
| 2-metilhexano |
|||
| 3-metilhexano |
|||
| 3-etilpentano |
|||
| Fração 95-122 0 С |
|||
| 2,2-dimetilhexano |
|||
| 2,3-dimetilhexano |
|||
| 2,4-dimetilhexano |
|||
| 2-metilheptano |
|||
| 3-metilheptano |
|||
| 4-metilheptano |
|||
Hidrocarbonetos isoprenóides - alcanos ramificados com a correta alternância de substituintes metil na cadeia através de três grupos metileno foram encontrados em alguns óleos:
Os hidrocarbonetos isoprenóides são de particular interesse para a geoquímica do petróleo, pois possuem uma estrutura específica característica dos componentes bioquímicos. Características de sua estrutura e alta concentração em vários óleos testemunham a favor de sua natureza biogênica.
Ao estudar a distribuição de alcanos normais e alcanos de isoestrutura em óleos, foram encontradas regularidades associadas ao tipo de óleo. Nos óleos do tipo metano predominam os alcanos normais (até 50%). Os óleos do tipo naftênico contêm predominantemente isoalcanos (até 75% ou mais). Eles podem se formar em óleos de fitol, um álcool alifático insaturado de origem vegetal, que é parte integral clorofila.
Como os óleos do tipo metano são classificados como óleos antigos, a predominância de alcanos de estrutura normal neles é explicada pelas reações de clivagem da cadeia lateral de hidrocarbonetos de isoestrutura. O teor predominante de isoalcanos nos óleos naftênicos indica que são jovens, que ainda não sofreram transformações significativas.
Os alcanos líquidos têm grande importância em combustíveis líquidos. Foi estabelecido que os alcanos normais são portadores de propriedades detonantes, pelo que a sua presença na gasolina é indesejável.
Ao contrário, são desejáveis no óleo diesel, pois com o aumento do comprimento da corrente, o chamado número de cetano aumenta, o que caracteriza a capacidade de ignição do óleo diesel.
Alcanos ramificados conferem propriedades antidetonantes à gasolina, caracterizadas por um número de octanas.
Os alcanos líquidos, que fazem parte da gasolina, querosene e outros produtos de refino de petróleo, são usados principalmente como combustíveis. Uma quantidade significativa de alcanos normais é usada para produzir ácidos graxos sintéticos, álcoois e surfactantes. Além disso, são matérias-primas para a indústria microbiológica que produz concentrados proteicos e vitamínicos.
alcanos duros. Alcanos sólidos estão presentes em todos os óleos. Para todos os alcanos sólidos, o nome técnico “ parafinas". Existem poucas parafinas em óleos (0,1-5%). No entanto, existem óleos altamente parafínicos com um teor de 7-27% de parafinas sólidas.
Sua massa principal está contida no óleo combustível, durante a destilação do qual hidrocarbonetos com um número de átomos de carbono de 17 a 35 caem em destilados de óleo e C 36 -C 55 permanecem no alcatrão. Por composição química hidrocarbonetos isolados de frações de óleo compreendem mais de 75% de alcanos normais e pequenas quantidades de cicloalcanos e hidrocarbonetos ramificados. Eles têm um ponto de fusão de 45-54 0 C, um ponto de ebulição de até 550 0 C, uma densidade de 0,860-0,940 e um peso molecular de 300-500. Hidrocarbonetos sólidos com o número de átomos de carbono de 36 a 55 são chamados ceresinas. A composição das ceresinas inclui alcanos de estrutura normal e iso, que podem conter cicloalcano e estruturas aromáticas na molécula. As ceresinas têm um ponto de fusão de 65-88 0 C, um ponto de ebulição acima de 600 0 C e um peso molecular de 500-750. Parecem cera.
As parafinas cristalizam facilmente na forma de placas e fitas lamelares. As ceresinas, por outro lado, cristalizam na forma de pequenas agulhas, de modo que não formam sistemas solidificantes fortes, como as parafinas.
No óleo, as parafinas estão dissolvidas e suspensas. No frio, sua solubilidade em óleo e frações de óleo é baixa, mas quando aquecidas a cerca de 40 0 C, as parafinas se dissolvem nelas indefinidamente. Como há uma temperatura elevada nas entranhas da Terra, as parafinas dos óleos estão em estado dissolvido, escapando delas na forma de uma fase sólida quando o óleo sobe à superfície. Portanto, quando seu teor em óleo está entre 1,5-2%, as parafinas são depositadas em poços e oleodutos de campo, dificultando a operação de poços e o transporte de óleo.
As parafinas e ceresinas têm uma variedade de aplicações na indústria química, na produção de vaselina, na impregnação de madeiras, tecidos de acabamento, como material isolante em engenharia elétrica e de rádio.
As parafinas são usadas como espessante na produção de lubrificantes plásticos. Eles são de particular importância, assim como os alcanos líquidos, para a produção de ácidos graxos sintéticos e álcoois.
Cicloalcanos ou ciclanos são hidrocarbonetos contendo ciclos (anéis) na molécula, construídos a partir de átomos de carbono (compostos carbocíclicos), interligados por uma ligação σ. Da classificação discutida anteriormente (ver p. 17), segue-se que os ciclanos fazem parte de compostos alicíclicos. A fórmula geral dos cicloalcanos é C n H 2 n . Conseqüentemente, as moléculas de ciclano que não possuem substituintes consistem em grupos CH 2 (grupo metileno) ligados entre si e fechados em anéis; daí o seu outro nome - compostos de polimetileno.
Na literatura técnica (incluindo a do óleo), os cicloalcanos são chamados de naftenos. O sobrenome foi dado a eles por V.V. Markovnikov, que descobriu esses hidrocarbonetos pela primeira vez em 1833 em óleos de Baku.
Os cicloalcanos de acordo com o número de ciclos na molécula são divididos em monociclanos (fórmula geral C n H 2 n), biciclanos (C n H 2 n -2) e policiclanos (C n H 2 n -4, C n H 2 n -6, etc.). d.).
Os cicloalcanos monocíclicos são os componentes predominantes do petróleo. Eles são representados principalmente por ciclopentanos e ciclohexanos substituídos com metila. Os compostos substituídos nas posições 1,3 e 1,2,3 predominam. Os homólogos de ciclohexano são mais comuns do que os de ciclopentano. O teor anormalmente alto desses hidrocarbonetos está associado à origem do petróleo. Pequenas quantidades de alquilcicloheptanos foram encontradas em óleos.
Bicicloalcanos condensados foram encontrados em óleos
e seus homólogos. Os decalinas de importância prática são os mais difundidos. Além dos bicicloalcanos condensados, eles podem ser representados em óleos por homólogos de diciclopentil e ciclohexil, ciclopentilciclohexil e diciclohexilmetano:
Dos cicloalcanos tricíclicos, apenas triciclo (3.3.1.1. 3,7)decano (adamantano) e seus homólogos foram encontrados em óleos:
A molécula de adamantano é muito estável. Célula de cristal ele tem o mesmo que um diamante.
As frações superiores do óleo contêm alcanos policíclicos, cujas moléculas são sistemas de 4,5 e 6 ciclos condensados com cadeias laterais curtas (terpanos, esteranos), cuja origem está associada a esteroides, amplamente distribuídos na vida selvagem.
Cicloalcanos monocíclicos com cadeias laterais longas, assim como cicloalcanos de estrutura condensada complexa, são sólidos em temperaturas normais. São componentes de parafinas e ceresinas.
Atualmente, apenas o ciclohexano, que é utilizado em sínteses petroquímicas, e os derivados de adamantano utilizados em diversas áreas (medicamentos, polímeros, etc.) são isolados dos óleos. Outros cicloalcanos de óleos são usados como aditivos para gasolinas ou processados para obter hidrocarbonetos aromáticos.
Quanto mais cicloalcanos gasolinas e querosenes contêm, mais qualidade são os combustíveis. Em relação à resistência à detonação, eles ocupam uma posição intermediária entre alcanos e arenos normais. Ciclopentano e ciclohexano têm as maiores propriedades antidetonantes.
Em combustíveis diesel, monocicloalcanos com cadeias laterais longas são desejáveis. Para combustíveis de aviação, monocicloalcanos levemente ramificados são especialmente desejáveis porque liberam muito calor quando queimados e têm baixo ponto de fluidez.
Para óleos lubrificantes, são preferidos os cicloalcanos mono e bicíclicos com cadeias laterais longas. Eles têm boa viscosidade, lubricidade, baixo ponto de fluidez.
Hidrocarbonetos insaturados ou insaturados são compostos que contêm ligações duplas ou triplas. Os hidrocarbonetos insaturados formam várias séries homólogas, cuja composição é expressa por uma das seguintes fórmulas: C n H 2 n, C n H 2 n -2, C n H 2 n -4, etc.
Arenos, ou hidrocarbonetos aromáticos, são compostos que contêm um grupo cíclico especial de seis átomos de carbono na molécula, que é chamado de grupo benzeno (núcleo benzênico):
núcleo de benzeno
O nome dos hidrocarbonetos deste grupo "compostos aromáticos" é acidental e hoje perdeu seu significado original. De fato, os primeiros compostos descobertos tinham um cheiro específico, às vezes agradável, ou eram isolados de produtos naturais com cheiro forte. Mas o número de substâncias "aromáticas" entre os numerosos compostos conhecidos deste grupo é pequeno. Ao mesmo tempo, várias características são observadas na estrutura, propriedades físicas e comportamento químico dessas substâncias associadas à presença de grupos benzeno na molécula.
Existem hidrocarbonetos aromáticos mononucleares (um grupo benzeno em uma molécula) e polinucleares contendo dois ou mais grupos benzeno. Em moléculas de areno, radicais de hidrocarbonetos com uma cadeia de carbono não ramificada ou ramificada, bem como aqueles contendo ligações duplas ou triplas e grupos cíclicos, podem ser usados como cadeias laterais:
Consequentemente, os arenos podem conter, juntamente com núcleos aromáticos, cadeias alifáticas de várias estruturas na molécula, e também incluir outros grupos cíclicos (não contendo núcleos de benzeno) na molécula.
O primeiro e um dos representantes mais importantes da série homóloga de hidrocarbonetos aromáticos mononucleares é o C 6 H 6 benzeno. Daí o nome comum da série homóloga é a série do benzeno.
As frações de alto ponto de ebulição do petróleo consistem principalmente em hidrocarbonetos de estrutura mista (híbrida). Estes são hidrocarbonetos policíclicos cujas moléculas contêm estruturas de cicloalcanos fundidas com arenos.
As frações de querosene-gasóleo contêm os hidrocarbonetos bicíclicos híbridos mais simples e seus homólogos:
Anéis de areno de hidrocarbonetos híbridos têm substituintes predominantemente curtos (metil ou etil), anéis de cicloalcano têm um ou dois substituintes alquil bastante longos. Existem especialmente muitos hidrocarbonetos híbridos em frações de petróleo. Sua estrutura foi pouco estudada.
Os hidrocarbonetos híbridos são componentes indesejáveis dos óleos lubrificantes porque prejudicam as propriedades de viscosidade e reduzem sua estabilidade contra a oxidação.
Comum a todos os óleos é um aumento no teor de arenos com o ponto de ebulição das frações de óleo.
Essas frações contêm todos os isômeros de benzeno substituídos com metila até e incluindo C10. Tolueno, m-xileno e 1,2,4-trimetilbenzeno são os principais componentes do petróleo. Entre os homólogos dissubstituídos do benzeno predominam os isômeros 1,3-, entre os trialquilbenzenos os isômeros 1,3,5 e 1,2,4.
As frações de querosene e gasóleo contêm de 15 a 35% de arenos. Além de homólogos de benzeno, naftaleno, bifenil, bifeniletano e seus derivados metil foram encontrados aqui. O naftaleno está presente em quantidades muito pequenas, confirmando o padrão geral, segundo o qual os primeiros membros da série homóloga são sempre encontrados em óleos em concentrações mais baixas em comparação com homólogos mais altos. As frações de ponto de ebulição mais alto contêm arenos policíclicos como antraceno, fenantreno, pireno, fluoreno, criseno, perileno e seus derivados alquil (principalmente metil).
O teor médio de arenos, típico para os óleos da URSS Vários tipos(em % de massa, calculado em arenos): benzeno - 67%, naftaleno - 18%, fenantreno - 8%, criseno e benzofluoreno - 3%, pireno - 2%, antraceno 1%, outras arenas - 1. Os homólogos de fenantreno são presente em uma quantidade muito maior do que os homólogos de antraceno, o que é consistente com o conteúdo relativo dessas estruturas em tecidos vegetais e animais.
Arenos são componentes desejáveis de combustíveis de carburador, pois possuem alto índice de octanas (tolueno -103, etilbenzeno - 98).
A presença de arenos em quantidades significativas no diesel e nos combustíveis de aviação piora a condição de combustão e, portanto, é altamente indesejável.
Arenos policíclicos com cadeias laterais curtas degradam as propriedades de desempenho dos óleos e, portanto, são removidos deles.
As arenas são uma matéria-prima valiosa para a síntese petroquímica, na produção de borrachas sintéticas, plásticos, fibras sintéticas, corantes e explosivos de anilina e produtos farmacêuticos. Os mais importantes são benzeno, tolueno, xilenos, etilbenzeno, naftaleno.
Anteriormente, acreditava-se que os alcenos não são encontrados em óleos ou estão presentes em quantidades insignificantes. No final da década de 1980, foi demonstrado que em vários óleos Leste da Sibéria, Tartaristão e outras regiões da Rússia, o teor de alcenos pode atingir até 15-20% da massa de petróleo.
Eles também são encontrados em pequenas quantidades no petróleo canadense. Hidrocarbonetos de C 6 H 12 a C 13 H 26 foram isolados dele. Em pequenas quantidades, hidrocarbonetos insaturados estão presentes nos produtos da destilação simples do óleo. Uma quantidade significativa de hidrocarbonetos insaturados está contida nos gases de processamento térmico e catalítico de frações de petróleo (até 25%). Um grande número de alcenos gasosos também são encontrados em produtos líquidos de craqueamento - gasolinas. Contêm alcenos normais e iso, cicloalcenos (ciclopenteno, ciclohexeno e seus homólogos), arenos com dupla ligação na cadeia lateral (estireno, indeno e seus homólogos).
Os hidrocarbonetos insaturados aumentam o número de octanas dos combustíveis. No entanto, devido à sua alta reatividade, eles são facilmente oxidados pelo oxigênio atmosférico (especialmente dienos). A oxidação produz depósitos e gomas que podem causar mau funcionamento do motor. Portanto, para obter produtos petrolíferos estáveis à oxidação, eles são purificados a partir de hidrocarbonetos insaturados ou são adicionados antioxidantes.
Os hidrocarbonetos insaturados são a matéria-prima mais importante para a indústria petroquímica. Com base neles, a maior parte de todos os produtos petroquímicos são produzidos.
Compostos heteroatômicos são compostos que, além de átomos de carbono, contêm heteroátomos (O, S, N). Todos os óleos contêm compostos heteroatômicos: oxigênio, enxofre, nitrogênio. Os óleos contêm compostos heteroatômicos de natureza cíclica e, em menor grau, acíclica. Seu conteúdo e proporção dependem da idade e origem do óleo.
A quantidade de compostos heteroatômicos na parte de baixo peso molecular do óleo é pequena (até 10%). Sua massa principal está concentrada na parte de alto peso molecular (até 40%) do óleo e especialmente no resíduo de alcatrão-asfalto (até 100%).
Existem mais substâncias asfálticas resinosas em óleos jovens e, portanto, eles geralmente contêm mais compostos heteroatômicos.
A presença de certos compostos heteroatômicos e seu conteúdo nos óleos é de grande importância para resolver o problema da matéria-prima do óleo e os processos de sua transformação durante o período de maturação.
Existem também compostos mistos contendo enxofre e oxigênio - sulfonas, sulfóxidos.
Atualmente, mais de 250 compostos contendo enxofre foram encontrados em óleos.
enxofre elementar encontrado em óleos em estado dissolvido. Sua quantidade pode variar de 0,0001 a 0,1% (massa) e, via de regra, é proporcional ao teor de enxofre no óleo.
O enxofre elementar é encontrado apenas em óleos associados a depósitos de calcário ou sulfato-dolomita. Durante o armazenamento de tais óleos, o enxofre elementar é coletado no lodo no fundo das instalações de armazenamento de óleo.
Quando o óleo é aquecido (durante a destilação), o enxofre reage parcialmente com os hidrocarbonetos:
O enxofre entra nos destilados a partir do óleo original e também é formado neles devido à decomposição térmica dos compostos organossulfurados.
sulfato de hidrogênio em condições de reservatório pode estar contido tanto em gases como em estado dissolvido em óleos. A quantidade de sulfeto de hidrogênio dissolvido em óleos pode atingir até 0,02% em peso. Quando o óleo é aquecido durante seu processamento, o sulfeto de hidrogênio é formado devido à decomposição de compostos organossulfurados instáveis. A formação de sulfeto de hidrogênio também ocorre durante a interação de enxofre elementar com hidrocarbonetos .
Dependendo da natureza do óleo, o teor de enxofre nos óleos pode variar de décimos a vários por cento.
A distribuição de compostos de enxofre por frações de óleo é diferente. Com o aumento do ponto de ebulição das frações, o teor de compostos de enxofre aumenta.
Tabela 11
Distribuição de compostos de enxofre em óleos ácidos
vários campos na Rússia
A maioria deles (70-90% em peso) está concentrada em resíduos de óleos pesados (óleo combustível e alcatrão) e principalmente na parte asfáltica-resinosa.
A distribuição de compostos de enxofre nas frações de óleo depende do tipo de óleo (Tabela 12).
Tabela 12
A distribuição de enxofre por frações de enxofre e
óleos ácidos, % em peso.
M é o peso molecular da fração.
Na tabela. Como exemplo, a Figura 13 mostra a composição do grupo de compostos de enxofre de dois óleos com um teor total de enxofre em um de cerca de 1% (óleo de Syzran), no outro cerca de 5% (óleo de Chusovskaya).
Tabela 13
Composição do grupo de compostos de enxofre de alguns óleos
| Ponto de ebulição das frações |
A quantidade de enxofre, % em peso. |
A quantidade de enxofre em % em peso. sobre o teor total de enxofre nesta fração na forma de: |
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| por facção |
sulfato de hidrogênio |
enxofre elementar |
mercaptanos |
sulfetos |
dissulfetos |
* residual |
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| óleo de Syzran |
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| óleo de Chusovskaya |
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Com controle técnico de laboratório desde o início da fervura até 300 0 C, frações de 10 graus e depois de 50 graus são selecionadas.Nas plantas de destilação industrial, são isoladas frações que fervem em faixas de temperatura mais amplas. Essas frações são geralmente chamadas de destilados. A destilação em tais plantas é realizada primeiro à pressão atmosférica, selecionando os seguintes destilados:- gasolina (n.c. ÷ 170-200 0 C);- nafta (160 ÷ 200 0 С);- querosene (180 ÷ 270-300 0 С);- gasóleo (270 ÷ 350 0 C).Intermediário:- querosene - gasóleo (270 ÷ 300 0 С);- gasóleo - óleo solar (300 ÷ 350 0 С);- Resíduo de IVA - óleo combustível.Das frações com ebulição até 350 0 C, por mistura (composição) formam os chamados produtos petrolíferos leves:gasolinas de aviação e automóveis; gasolinas e naftas - solventes; querosene - combustível de jato e trator; querosene de iluminação; gasóleos - combustível diesel.Resíduo de IVA (mais de 350 0 C) - óleo combustível, destilado a vácuo para evitar a decomposição dos componentes que compõem sua composição, obtendo destilados de óleo: solar, transformador, fuso, autotol, cilindro e resíduo de IVA - alcatrão (ou semi -alcatrão). Os destilados de óleo são usados para fazer óleos e graxas lubrificantes.Os óleos lubrificantes e betume mais viscosos são obtidos a partir do alcatrão (semi-alcatrão).Dependendo do campo de petróleo, eles têm uma diferença na composição fracionária, expressa em um rendimento diferente de gasolina, querosene e outras frações.1.4. Composição elementar e isotópica de óleos.Apesar do petróleo ocorrer em várias condições geológicas, sua composição elementar varia dentro de limites estreitos. Caracteriza-se pela presença obrigatória de cinco elementos químicos - carbono, hidrogênio, enxofre, oxigênio e nitrogênio, com forte predominância quantitativa dos dois primeiros. O teor de carbono em óleos varia de 83-87%, em gases naturais 42-78%. Hidrogênio em óleos 11-14%, em gases 14-24%. O enxofre é o elemento mais comum encontrado nos óleos. Seu conteúdo em óleos individuais atinge 6-8%. Nos gases naturais, o enxofre é geralmente encontrado na forma de sulfeto de hidrogênio, cuja quantidade às vezes atinge 23% (campo de Astrakhan) e até mais de 40% (Texas). Os gases naturais contêm hélio, argônio e outros gases inertes. O teor de hélio nos gases é geralmente inferior a 1-2%, embora em alguns casos atinja 10%. A concentração de argônio em gases, como regra, não excede 1% e só em alguns casos atinge 2%. Outros elementos também estão presentes na composição do óleo em quantidades muito pequenas, principalmente metais: alumínio, ferro, cálcio, magnésio, vanádio, níquel, cromo, cobalto, germânio, titânio, sódio, potássio, etc. Fósforo e silício também foram encontrados . O conteúdo desses elementos não é excede algumas frações de um por cento, é determinado pelas condições geológicas da ocorrência do óleo. Assim, os principais elementos dos óleos mesozóicos e terciários é o ferro. Os óleos paleozóicos da região Volga-Ural têm um teor aumentado de vanádio e níquel. Acredita-se que parte dos microelementos esteja no óleo a partir do momento de sua formação nas rochas sedimentares, e a outra parte se acumule no período subsequente da existência dos óleos. A composição elementar de alguns óleos é dada na Tabela. 1. tabela 1 Composição elementar de alguns óleos (% em peso)
De grande interesse para elucidar a história geoquímica dos óleos é a composição isotópica dos óleos, ou seja, a proporção de isótopos de carbono, hidrogênio, enxofre e nitrogênio neles. De acordo com os dados disponíveis, a razão de massa de vários isótopos em óleos é: 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. Diferentes componentes do mesmo óleo têm diferentes composições isotópicas de elementos. As frações de baixo ponto de ebulição são caracterizadas por uma composição de carbono mais leve. Uma diferença na composição de prótons também é observada para certas classes de compostos (por exemplo, hidrocarbonetos aromáticos são mais ricos no isótopo 13C do que hidrocarbonetos parafínicos). 1.5. Determinação do teor de água.A água pertence às impurezas minerais do óleo junto com cinzas, areia, etc. O petróleo bruto é uma matéria-prima com teor de água de até 200 - 300 kg/t. A água é uma impureza indesejável e, de acordo com as normas técnicas, não é permitida em derivados de petróleo. Quando resfriado, forma cristais de gelo que entopem os filtros de combustível; quando os produtos petrolíferos são aquecidos, o vapor é formado, a pressão no oleoduto aumenta, o que leva à sua ruptura. Estando presente nos combustíveis do carburador, a água reduz seu poder calorífico. Obstrui o carburador, entope os bicos de pulverização. Assim, a presença de água complica o processamento do petróleo e afeta negativamente as propriedades de desempenho dos produtos petrolíferos. Um método qualitativo para a determinação de água para derivados de petróleo escuro é o teste de crepitação: o produto é aquecido em um tubo de ensaio a 150 o C em banho de óleo. Se for observado crepitação, espuma, estremecimento do produto, isso indica a presença de água no produto petrolífero. método quantitativo determinação de água em um produto petrolífero - o método de Dean e Stark. O método baseia-se na destilação de uma mistura de água contida na amostra e um solvente orgânico imiscível com água. O destilado é coletado em um receptor calibrado e o volume de água destilada é medido. 2. A composição do gás.O gás natural é uma mistura de gases formada nas entranhas da terra durante a decomposição anaeróbica da matéria orgânica. O gás natural pertence aos minerais. O gás natural em condições de reservatório (condições de ocorrência no interior da Terra) está em estado gasoso - na forma de acumulações separadas (depósitos de gás) ou na forma de uma tampa de gás de campos de petróleo e gás, ou em estado dissolvido em óleo ou água. Em condições normais (101,325 kPa e 20 °C), o gás natural encontra-se apenas no estado gasoso. O gás natural também pode estar na forma de hidratos de gás natural. 2.1. Composição química.Os gases naturais consistem principalmente de hidrocarbonetos saturados, mas também contêm sulfeto de hidrogênio, nitrogênio, dióxido de carbono e vapor de água. Os gases extraídos de campos de gás puro consistem principalmente em metano. Gás e petróleo na espessura da terra preenchem os vazios das rochas porosas e, com grandes acumulações delas, é aconselhável o desenvolvimento industrial e a exploração de jazidas. A pressão no reservatório depende da profundidade de sua ocorrência. Quase a cada 10 m de profundidade, a pressão no reservatório aumenta em 0,1 MPa (1 kgf/cm 2). A composição dos combustíveis gasosos inclui partes combustíveis e não combustíveis. Quanto maior a parte combustível do combustível, maior o calor específico de combustão. As diferenças nas características físico-químicas e térmicas dos combustíveis gasosos são devidas a diferentes quantidades de componentes gasosos combustíveis e não combustíveis (lastros), bem como impurezas nocivas, na composição do gás. Os componentes combustíveis incluem as seguintes substâncias: · Hidrogênio H 2 . Um gás incolor, não tóxico, insípido e inodoro, cuja massa de 1 m 3 é de 0,09 kg. É 14,5 vezes mais leve que o ar. O calor específico de combustão do hidrogênio é: Q B - 12.750 kJ/m 3 , 33.850 kcal/kg e 68.260 kcal/mol; Q n - respectivamente 10 800 kJ/m 3 , 28640 kcal/kg e 57 740 kcal/mol e excede o calor gasto na evaporação da água formada durante a combustão do hidrogênio; 1 m 3 de hidrogênio, queimando na quantidade teoricamente necessária de ar, forma 2,88 m 3 de produtos de combustão. As misturas hidrogênio-ar são altamente inflamáveis e altamente inflamáveis e explosivas. · Metano CH 4 . Gás incolor, atóxico, inodoro e insípido. A composição do metano inclui 75% de carbono e 25% de hidrogênio; a massa de 1 m 3 de metano é 0,717 kg. À pressão atmosférica e a uma temperatura de -162 ° C, o metano se liquefaz e seu volume diminui quase 600 vezes. Portanto, o gás natural liquefeito é um promissor carreador de energia para diversos setores da economia nacional. Devido ao teor de 25% de hidrogênio (em massa) em metano, há uma grande diferença entre seu poder calorífico específico maior e menor. O maior calor específico de combustão do metano Q in é 39.820 kJ/m 3, 13.200 kcal/kg e 212.860 kcal/mol; o mais baixo - Q n - respectivamente 35.880 kJ/m3, 11.957 kcal/kg e 191.820 kcal/mol. Os gases naturais e associados, compostos principalmente de metano, não são apenas um combustível de alto teor calórico, mas também uma valiosa matéria-prima para a indústria química. O metano tem uma reatividade relativamente baixa. Isso é explicado pelo fato de que quebrar quatro ligações CH em uma molécula de metano requer um grande gasto de energia. Além do metano, os gases combustíveis podem conter etano C 2 H 6, propano C 3 H 8, butano C 4 H 10, etc. Os hidrocarbonetos da série do metano têm a fórmula geral C n H 2n+2, onde P- número de carbono igual a 1 para metano, 2 para etano e 3 para propano. Com o aumento do número de átomos em uma molécula de hidrocarbonetos pesados, sua densidade e calor específico de combustão aumentam. CO monóxido de carbono. Um gás incolor, inodoro e insípido, cuja massa de 1 m 3 é 1,25 kg; calor específico de combustão 13.250 kJ/m 3 , 2413 kcal/kg ou 67.590 kcal/mol. Aumentar o teor de monóxido de carbono reduzindo o lastro (CO 2 + N 2) aumenta drasticamente o calor específico de combustão e a temperatura de combustão de gases calóricos. Em gases de alto teor calórico contendo metano e outros hidrocarbonetos, um aumento na porcentagem de monóxido de carbono reduz o calor específico de combustão do gás. Neste caso, são formados 2,88 m 3 de produtos de combustão. Devido ao seu pequeno volume, cada metro cúbico de monóxido de carbono é responsável por mais calor do que 1 m 3 de produtos de combustão de hidrocarbonetos. O monóxido de carbono combina-se prontamente com a hemoglobina no sangue. Com um teor de 0,04% de CO no ar, aproximadamente 30% da hemoglobina do sangue entra em um composto químico com monóxido de carbono, a 0,1% CO - 50%, a 0,4% - mais de 80%. O monóxido de carbono é um gás altamente tóxico, e estar em uma sala cujo ar contém 0,2% de CO por 1 hora é prejudicial ao corpo, e com um teor de 0,5% de CO, ficar em uma sala por 5 minutos é uma ameaça à vida. A parte não combustível do combustível gasoso inclui nitrogênio, dióxido de carbono e oxigênio. · Nitrogênio N 2 . Gás incolor, inodoro e insípido. A densidade do nitrogênio é de 1,25 g / m 3 Os átomos de nitrogênio estão interconectados em uma molécula por uma ligação tripla N \u003d N, cuja quebra consome 170,2 mil kcal / mol de calor. O nitrogênio praticamente não reage com o oxigênio, portanto, ao calcular o processo de combustão, é considerado um gás inerte. O conteúdo de nitrogênio em vários gases varia consideravelmente. · Dióxido de carbono CO2. Gás incolor, pesado, não reativo a Baixas temperaturas. Tem um cheiro e sabor levemente azedo. A concentração de CO 2 no ar na faixa de 4-5% leva a irritação grave do sistema respiratório e dentro de 10% causa envenenamento grave. A densidade do CO 2 é de 1,98 g/m 3 . O dióxido de carbono é 1,53 vezes mais pesado que o ar, a uma temperatura de -20 0 C e uma pressão de 5,8 MPa (58 kgf/cm g) ele se transforma em um líquido que pode ser transportado em cilindros de aço. Com forte resfriamento, o CO 2 se solidifica em uma massa branca semelhante à neve. O CO 2 sólido, ou gelo seco, é amplamente utilizado para armazenar alimentos perecíveis para outros fins. · Oxigênio O 2 . O gás é inodoro, incolor e insípido. A sua densidade é de 1,43 g/m3. A presença de oxigênio no gás reduz o calor específico de combustão e torna o gás explosivo. Portanto, o teor de oxigênio no gás não deve ser superior a 1% em volume. Para impurezas nocivas incluem os seguintes gases. · Sulfeto de hidrogênio H 2 S. Um gás incolor com forte odor que lembra ovos podres e é altamente tóxico. A massa de 1 m 3 de sulfeto de hidrogênio é 1,54 kg. O sulfeto de hidrogênio, agindo sobre metais, forma sulfetos. Tem forte efeito corrosivo em gasodutos, principalmente com a presença simultânea de H 2 S , H 2 O e O 2 no gás. Quando queimado, o sulfeto de hidrogênio forma dióxido de enxofre, que é prejudicial à saúde e corrosivo às superfícies metálicas. O teor de sulfureto de hidrogénio no gás não deve exceder 2 g por 100 m 3 de gás. Ácido cianídrico (hidrocianídrico) HCN. É um líquido leve incolor com um ponto de ebulição de 26 0 C. Devido a um ponto de ebulição tão baixo, o HCN é encontrado em gases combustíveis em estado gasoso. O ácido cianídrico é altamente tóxico e corrosivo para ferro, cobre, estanho, zinco e suas ligas. Portanto, é permitida a presença de no máximo 5 g de compostos de cianeto (em termos de HCN) para cada 100 m 3 de gás. Para detectar um vazamento em tempo hábil, todos os gases combustíveis enviados aos gasodutos da cidade são submetidos à odorização, ou seja, recebem um cheiro específico e acentuado, pelo qual são fáceis de detectar mesmo em baixas concentrações no ar interno. A odorização de gases é realizada usando líquidos especiais com odor forte. Mais frequentemente usado como um único agente etil mercaptano. Neste caso, o cheiro do gás deve ser sentido quando sua concentração no ar não for superior a 1/5 do limite inferior de explosão. Na prática, isso significa que o gás natural, que tem um limite explosivo inferior de 5%, deve ser sentido no ar interno na concentração de 1%. O cheiro de gases liquefeitos deve ser sentido na concentração de 0,5% no volume da sala. Conclusão.Quimicamente, o petróleo é uma mistura complexa de hidrocarbonetos. ,
dividido em dois grupos - óleo pesado e leve. O óleo leve contém cerca de dois por cento menos carbono do que o óleo pesado, mas, consequentemente, mais hidrogênio e oxigênio. Além da parte de carbono, o óleo contém um componente de alcatrão asfáltico, porfirinas, enxofre e uma parte de cinzas. Bibliografia: Sirkin A. M. Fundamentos de Química de Petróleo e Gás [Texto] / A.M. Syrkin, E. M. Movsumzade / / 2002 Mukhametzyanov A.Kh. Suporte metrológico de métodos de teste e meios de monitoramento da composição e propriedades de petróleo e gás e produtos de seu processamento / A.Kh. Mukhametzyanov / / 1992 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Vladimir Khomutko
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A A
Fórmula química do óleo e descrição dos componentes
O óleo é um mineral natural, que é um líquido combustível oleoso, muitas vezes de cor preta, embora existam óleo e outras cores (marrom, cereja, esverdeado, amarelado e transparente). É extraído usando essa mineração como um poço de petróleo, para a formação do qual é usada a perfuração de rochas.
De acordo com sua composição química, o petróleo é uma mistura complexa de hidrocarbonetos com várias impurezas. Sua composição inclui compostos de tal produto químico. elementos como enxofre, nitrogênio e assim por diante.
O cheiro desta química. substâncias também diferem, dependendo do conteúdo de compostos de enxofre e hidrocarbonetos aromáticos nele.
O petróleo é composto de hidrocarbonetos, que quimicamente são compostos de átomos de carbono e hidrogênio. Em geral, o óleo é uma fórmula descrita como C x H y .
Por exemplo, o hidrocarboneto mais simples, o metano, consiste em um átomo de carbono ligado a quatro átomos de hidrogênio. Em outras palavras, a fórmula do metano é CH 4 . Pertence aos chamados hidrocarbonetos leves e está sempre presente em qualquer óleo.
Dependendo da concentração nesta substância de vários tipos de compostos de hidrocarbonetos, chem. e física podem ser diferentes. Em outras palavras, os componentes do óleo afetam suas propriedades e aparência. Pode ser fluido e transparente, ou preto e inativo, e tanto que, devido à sua alta viscosidade, não escorre nem mesmo de um vaso invertido.
Química a composição do óleo convencional é representada pelo seguinte produto químico. elementos:
O petróleo e seus acompanhantes, via de regra, os hidrocarbonetos gasosos podem ocorrer em profundidades de dezenas de metros a cinco a seis quilômetros. Vale dizer que a uma profundidade superior a seis quilômetros, apenas gás é encontrado e, se a profundidade da camada produtiva for inferior a um quilômetro, apenas óleo será encontrado. A maioria das formações produtivas são mais profundas do que um, mas acima de seis quilômetros, e existem camadas de petróleo e gás.
As rochas nas quais os hidrocarbonetos são depositados são chamadas de reservatórios. Se descrevermos o reservatório em palavras simples, então o óleo está, por assim dizer, em uma esponja densa e dura, consistindo de camadas contendo óleo de porosidade diferente.
A composição e as propriedades do óleo têm grande influência para seu posterior processamento. O teor de hidrocarbonetos no óleo pode variar de 83 a 87 por cento, hidrogênio - de 12 a 14%, e o teor de enxofre varia de 1 a 3%. Esta mistura química complexa é representada principalmente por vários compostos de carbono e hidrogênio: parafínicos, naftênicos e aromáticos.
Os principais componentes do petróleo são compostos de hidrocarbonetos, que são dos seguintes tipos:
Este componente do óleo tem outro nome - alcanos. A fórmula química geral é C n H 2n + 2.
Se houver menos de quatro átomos de carbono em parafinas, então estes são gases conhecidos por nós como etano, metano, butano. propano, isobutano. Eles se distinguem por uma alta taxa de resistência à detonação. Em outras palavras, seu número de octanas (medido pelo método motor) é superior a 100.
Se tais hidrocarbonetos contiverem de cinco a quinze átomos de carbono, então estes são líquidos. Se houver mais de 15 átomos de carbono, então estes são sólidos.
Em vários tipos de combustíveis e lubrificantes, a concentração de alcanos é muito alta, pelo que esses produtos petrolíferos são caracterizados por alta estabilidade. Para gasolina de motor Alta qualidade a presença de compostos isoparafínicos em sua composição é altamente desejável, pois são muito resistentes à exposição ao oxigênio em altas temperaturas.
A presença de parafinas normais na composição do combustível, que são facilmente oxidadas em altas temperaturas, reduz significativamente o nível de resistência à detonação da gasolina, mas ao mesmo tempo reduz o tempo que passa desde o momento em que a gasolina é fornecida ao motor de combustão interna até a mistura de combustível inflama, e isso permite que você aumente a pressão mais suavemente, o que tem um efeito positivo no desempenho do motor. A este respeito, a presença de compostos de parafina normais é desejável em combustível diesel mais pesado, embora a quantidade de tais parafinas seja limitada em seus graus de inverno.
Outro nome é ciclanos. Eles são compostos de hidrocarbonetos cíclicos saturados, cuja fórmula geral se parece com C n H 2n. No óleo, os ciclanos são representados como ciclopentano (C 5 H 10) e ciclo-hexano (C 6 H 12).
Devido à sua estrutura cíclica, os ciclanos são caracterizados por alta resistência química. Os hidrocarbonetos do grupo naftênico durante a combustão emitem menos calor (quando comparados aos compostos parafínicos), mas também apresentam alta resistência à detonação. A este respeito, é desejável sua presença em combustíveis usados em motores de carburador, bem como em graus de inverno de combustível diesel.
Os produtos de óleo lubrificante contendo hidrocarbonetos naftênicos são mais viscosos e oleosos.
Outro nome é arena. Sua fórmula empírica é C n H 2n - 6. No petróleo, eles são representados como benzeno (fórmula C 6 H 6) e seus homólogos.
Devido ao seu alto índice de estabilidade térmica, os arenos são componentes desejáveis em combustíveis de carburador, cujo número de octanas deve ser o mais alto possível. No entanto, como as arenas têm uma alta capacidade de formação de carbono, seu conteúdo na gasolina é aceitável até 40 a 45%.
Devido à sua alta estabilidade térmica, a presença de arenos em combustíveis diesel é indesejável.
Outro nome é olefinas. Eles não são encontrados no petróleo bruto, mas são formados durante o refino de petróleo. Os compostos de hidrocarbonetos insaturados são as matérias-primas mais importantes necessárias para a produção de combustível usando métodos petroquímicos e síntese orgânica básica.
A fórmula empírica geral para tais hidrocarbonetos é C n H 2n (por exemplo, C 2 H 4 é o etileno bem conhecido).
O baixo nível de estabilidade química das olefinas tem um impacto negativo na operação prática dos produtos petrolíferos, pois reduz o nível de sua estabilidade. Por exemplo, as gasolinas produzidas pelo processo de craqueamento térmico, como resultado da oxidação de suas olefinas, goma durante o armazenamento e contaminam os jatos do carburador e as tubulações de admissão. Em outras palavras, a presença de compostos olefínicos em qualquer tipo de produto petrolífero é indesejável.
Um grande número de campos produz óleo azedo ou azedo.
Ao processar essas matérias-primas, são necessários custos adicionais, pois um aumento na concentração de enxofre na gasolina de 0,033 para 0,15 por cento leva a:
Além disso, o combustível de enxofre prejudica muito a ecologia do nosso meio ambiente.
Os compostos de enxofre são divididos em ativos e inativos. Os ativos causam corrosão de metais em condições atmosféricas normais. Esses incluem:
Tanto no estado dissolvido quanto no suspenso, eles têm um forte efeito corrosivo nos metais em quase qualquer temperatura, portanto, sua presença em produtos petrolíferos é inaceitável.
Os compostos inativos de enxofre não causam corrosão em condições normais.
No entanto, após a combustão completa do combustível, eles formam anidridos sulfúrico e sulfuroso no motor, que, em combinação com a água, formam ácido sulfúrico e sulfuroso.
O óleo com baixo teor de enxofre contém de 0,1 a 0,5 por cento de compostos de enxofre e sulfuroso - até 4%.
No petróleo bruto, são ácidos, fenóis, ésteres e outros compostos. A maioria dessas substâncias contém frações de óleo de alto ponto de ebulição.
Eles são capazes de causar corrosão severa de certos tipos de metais não ferrosos (zinco, chumbo e assim por diante), razão pela qual seu conteúdo em vários produtos petrolíferos é estritamente limitado por padrões.
Eles são misturas complexas de elementos moleculares como nitrogênio, oxigênio, enxofre e alguns metais. No petróleo bruto, eles podem ser de frações de um por cento a dezenas de por cento inteiros.
Possuindo uma alta capacidade de coloração, são esses compostos que determinam a cor do óleo. Eles são muito instáveis, mudam facilmente e evaporam extremamente mal, o que afeta negativamente a qualidade do combustível e vários tipos de óleos.
Eles não têm um efeito perceptível na qualidade dos derivados de petróleo resultantes, pois seu conteúdo em petróleo bruto é extremamente pequeno.
