Состав и свойства нефти.

Нефти – маслянистые жидкости от желтоватого до темно-коричневого цвета, практически нерастворимые в воде. Нефть в основном состоит из углерода (83-87 %) и водорода (12-14 %), входящих в состав сложной смеси углеводородов. Кроме углеводородной в нефти имеется небольшая не углеводородная часть и минеральные примеси.

Углеводородная часть нефти состоит из парафиновых (алканов), нафтеновых (циклоалканов) и ароматических углеводородов. Непредельные углеводороды (олефины), как правило, в нефти отсутствуют, но встречаются в продуктах ее переработки. Газообразные парафиновые углеводороды (от СН₄ до С₄Н₁₀ включительно) присутствуют в нефти в растворенном состоянии. При выходе нефти из недр Земли на поверхность, когда давление нефти снижается, газообразные углеводороды выделяются из нее в виде попутных газов. Жидкие парафиновые углеводороды (от С₅Н₁₂ до С₁₅Н₃₂ включительно) составляют основную массу жидкой части нефти и жидких фракций, получаемых при ее перегонке. Твердые парафиновые углеводороды (от С₁₆Н₃₄ и выше) растворены в нефти и могут быть из нее выделены. Нафтеновые углеводороды в нефтях представлены главным образом производными циклопентана и циклогексана. Ароматические углеводороды встречаются в нефтях в относительно небольших количествах, большей частью в виде бензола и его гомологов: толуола, ксилолов, а также образуются в процессах переработки нефти. В зависимости от преимущественного содержания в нефтях углеводородов различных классов они разделяются на парафиновые (например, некоторые грозненские, башкирские, нефти Татарии), парафино-нафтеновые (сураханская), нафтеновые (некоторые бакинские), парафино-нафтено-ароматические (некоторые майкопские), ароматические (чусовская).

Неуглеводородная часть нефти состоит из сернистых, кислородных и азотистых соединений. Сера, количество которой колеблется от 0,1 до 7,0%, входит в состав меркаптанов, сульфидов, дисульфидов жирного ряда. По содержанию серы нефти делятся на малосернистые (например, кавказские нефти) и многосернистые (нефти Башкирии, Татарии). Кислородные соединения нефти составляют нафтеновые кислоты, смолы и асфальтеновые вещества. Смолы и асфальты – продукты с высокой молекулярной массой придают нефти темную окраску, они химически неустойчивы и легко при нагревании разлагаются и коксуются. Азотистые соединения нефти представлены производными пиридина, хинолина и аминами. В нефтях содержится до 1,5 и 2,2% кислорода и азота соответственно.

Минеральные примеси в нефти – это механические примеси, минеральные соли, зола. Механические примеси – твердые частицы песка, глины – уносимые нефтью из земли при добыче. Вода в нефти находится в двух видах: отделяемая от нефти при отстаивании и в виде стойких эмульсий, которые могут быть разрушены только специальными методами. Минеральные соли, например хлориды кальция и магния, растворены в воде, содержащейся в нефти. Зола составляет в нефти сотые и даже тысячные доли процента: в нее входят натрий, кальций, магний, железо и другие элементы.

Фракционный состав нефти определяется фракционной перегонкой, при которой нефть разделяется на фракции по температурам кипения. От начала кипения до 300⁰С отбирают десятиградусные фракции, а затем пятидесятиградусные фракции до фракций с концом кипения 475-550⁰С. Или же отмечают температуру начала кипения и температуры при которых отгоняется 10, 50, 95 и 97,5 объемн. %, а также определяют объемную долю остатка и потери.

В условиях промышленной переработки нефть разделяют перегонкой при атмосферном давлении на фракции со следующими пределами выкипания:

Бензин н.к. – 180-200⁰

Лигроин 160-200⁰С

Керосин 200-300⁰С

Газойль 270-350⁰С

Мазут >350⁰С

Мазут разгоняют под вакуумом, при этом отбирают масляные фракции. Остаток после разгонки мазута (выше 500⁰С) называется гудрон или полугудрон. Нефти различных месторождений значительно отличаются друг от друга по фракционному составу, а, следовательно, по потенциальному содержанию бензиновых, керосиновых, газойлевых и масляных фракций. Большинство перерабатываемых в промышленности нефтей содержит от 30 до 50% светлых нефтепродуктов, т.е. фракций, перегоняющихся до 300-350⁰С. Легкие нефти, не содержащие тяжелых фракций, встречаются достаточно редко. Найдены также и тяжелые нефти, не содержащие светлых фракций, и богатые смолистыми веществами.

Свойства нефти зависят от ее состава. Нефть – вязкая, опалесцирующая на свету жидкость, имеющая цвет от светло-желтого до темно-коричневого.

Нефть и нефтепродукты плохо проводят электрический ток, являясь диэлектриками. Это свойство используется на практике. Многие нефтепродукты применяются как изоляционные материалы, например, твердые парафины, специальные нефтяные масла (трансформаторные, конденсаторные).

Плотность нефтей меньше единицы, т.е. они легче воды. Для большинства нефтей она находится в пределах 0,81-0,90 г/см³, тяжелые смолянистые нефти имеют плотность, близкую к 1 г/см³. В большинстве случаев, чем больше геологический возраст и, соответственно, больше глубина залегания пласта, тем нефть имеет меньшую плотность.

Молекулярнаямасса нефтей и нефтепродуктов – это усредненная величина, поскольку нефти – это сложные смеси органических соединений различного строения и молекулярной массы. Молекулярная масса изменяется в широких пределах, но для большинства нефтей она колеблется в пределах 220-300. Для нефтяных фракций она возрастает, также как и плотность, с повышением температуры кипения фракции.

Вязкость является важнейшей характеристикой нефтей, которая используется при подсчете запасов нефти, проектировании и разработке нефтяных месторождений, выборе способа транспорта и схемы переработки нефти, в химмотологии. Для нефтей обычно определяют кинематическую (или динамическую) вязкость при температурах от 0 до 5⁰С. На вязкость нефтей и нефтепродуктов существенное влияние оказывает температура – с понижением температуры вязкость увеличивается. Вязкостно-температурные свойства нефтепродуктов зависят от их фракционного и углеводородного состава.

Кинематическая вязкость нефтей различных месторождений изменяется в довольно широких пределах: от 2 до 300 сСт при 20⁰С.

Температуравспышки – это температура возгорания паро-воздушной смеси. Она зависит от фракционного состава нефти или нефтепродукта, и прежде всего от содержания в них легких углеводородов, способных испарятся при данной температуре.

Температуразастывания - это температура, при которой нефть или нефтепродукт в стандартных условиях теряют подвижность. Температура застывания нефти и нефтепродуктов зависит от их химического состава, прежде всего от содержания парафиновых углеводородов. Она изменяется, в среднем, от -62⁰С до +35⁰С. Малопарафинистые нефти имеют низкие температуры застывания, а высокопарафинистые – высокие температуры застывания.