ТЕМА 4. Исследование химического состава нефти.

Основной принцип исследования химического состава нефти заключается в том, что, комбинируя разнообразные физические и физико-химические способы разделения веществ, достигают в на­чале постепенного упрощения состава отдельных фракций исходной нефти. Химическая природа и молекулярное строение отдельных компонентов нефти при этом не должны изменяться. Полученные фракции затем анализируются химическими, физическими, спектроскопическими и другими методами. В результате такого исследования в. зависимости от молекулярного веса и. сложности смеси в выделенных фракциях в конечном итоге удается установить:

1) содержание отдельных групп углеводородов или других ком­понентов нефти;

2) относительное распределение структурных элементов гиб­ридных молекул в смесях высокомолекулярных углеводородов (в масляных фракциях);

3.) в предельном случае — содержание отдельных индивидуальных компонентов.

Компонентный состав удается в настоящее время установить только при детальном исследовании газов и легких бензиновых фракций. Ввиду сложности химического состава нефти для разделения ее на более или менее однородные группы и фракции применяются самые разнообразные методы: перегонка и ректификация, адсорб­ция— десорбция, экстракция, кристаллизация, получение -твердых, комплексных соединений и некоторые другие

Дистилляционные методы.Перегонка под атмосферным давлением и под вакуумом. Простая перегонка не может дать удо­влетворительного разделения жидкостей с близкими температурами кипения.

Ректификация. Перегонка с ректификацией—самый распространенный способ точного фракционирования по температурам кипения.

Азеотропная и экстрактивная перегонка. Азеотропными, или по­стоянно кипящими смесями называются такие смеси двух взаим-норастворимых жидкостей с определенной молярной концентрацией, температура кипения которых, либо ниже температуры кипения низкокипящего компонента, либо выше. температуры, кипения высококипящего компонента. Иначе говоря, это—смеси с положительным или отрицательным отклонением от закона Рауля. Путем обычной перегонки или ректификации азеотроп раз­делить невозможно. На практике чаще всего приходится встре­чаться с азеотропами, которые образуют ароматические углеводо­роды с алканами и цикланами. Однако разделение таких смесей возможно, если к ним добавить третий растворимый в воде не уг­леводородный компонент. В присутствии этого добавленного веще­ства первоначальные компоненты азеотропа будут по разному менять свои упругости паров при нагревании или, что-то же, иметь разные температуры кипения. Здесь возможны два случая. Первый случай, когда добавленное вещество менее летуче, чем компо­ненты азеотропа. При перегонке оно останется в жидкой фазе, об­разуя новый азеотроп с более высококипящим компонентом, пер­воначального азеотропа. Тогда низкокипящий компонент отгоняют в чистом виде. Такой вид перегонки получил название экстрак­тивной. В лабораторных условиях экстрактивная перегонка применяется редко. Второй случай — когда добавленное вещество имеет близкую температуру кипения с низкокипящим компонентом азеотропа и дает с ним новый азеотроп с минимальной тем­пературой кипения. При перегонке тогда новый азеотроп окажется в отгоне, а чистый высококипящий компонент первоначального азеотропа — в остатке. Этот вид перегонки получил название азеотропной. В обоих случаях добавленный не углеводородный компонент в дальнейшем отмывается водой, и таким путем первоначальная нераздельнокипящая смесь разделяется на два инди­видуальных чистых компонента. В качестве добавок при азеотропной перегонке углеводородных смесей применяются различ­ные спирты, кислоты, ацетон, гликоли и их эфиры.

Молекулярная перегонка или перегонка в глубоком вакууме. Этот вид перегонки предназначен для разделения наиболее высо­комолекулярных веществ, которые при обычной вакуумной пере­гонке даже под разрежением до 0,1 мм рт. ст. термически разла­гаются. Молекулярная перегонка проводится под очень низким давлением (порядка до 1 • 10³—1 • 10⁴ мм рт. ст.). В таких усло­виях, т. е. почти в полной пустоте, молекулы исходной жидкости свободно испаряются с поверхности при температурах ниже их температуры кипения. Средняя длина пробега молекулы до столкновения ее с другими молекулами при таком вакууме достигает 1---5 см. Следовательно, если в приборе для перегонки расстояние между испарителем и конденсатором не будет превышать этой ве­личины, то возможен последовательный отбор конденсата. Разде­ление высокомолекулярных нефтяных веществ на фракции при молекулярной перегонке происходит не по температурам кипения, а по величине молекулярного веса, так как их упругости пара пропорциональны молекулярному весу. Разделительная способность этого метода фракционирования зависит от относительных скоростей испарения молекул, находящихся в исходном продукте.

Адсорбционные методы. Метод адсорбции-десорбции в последние 15—20 лет стал наряду с ректификацией доминирующим приемом при исследовании состава нефти и ее отдельных узких и широких фракций. Сущность метода заключается в том, что отдельные компоненты смеси могут избирательно последовательно и с различной энергией сорбироваться на том или ином сорбенте и таким путем отделяться от общей смеси.