ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ НЕФТИ

Для выражения состава нефти используются следующие показатели:

· элементный химический состав – относительное содержание отдельных элементов: углерода, водорода, кислорода, азота, серы и др.;

· фракционный состав – содержание соединений нефти, выкипающих в определенных интервалах температур;

· вещественный состав – содержание углеводородов, гетероатомных и смолисто-асфальтеновых соединений;

· групповой состав – содержание соединений различных структурных типов: групповой углеводородный состав и групповой состав гетероатомных соединений;

· структурно-групповой состав – относительное распределение углерода по типам главных химических структур (алифатических цепей, нафтеновых и бензольных колец и др.) независимо от их сочетания в реальных молекулах: разные структуры могут находиться в одной молекуле, а разные по типу молекулы могут содержать одинаковые структуры;

· индивидуальный состав – концентрация соединений известного строения.

Элементный состав

Основными химическими элементами в составе нефти являются следующие.

Углерод – его содержание составляет от 83 до 87 % (масс.), причем, чем выше плотность нефти, тем выше его содержание.

Водород – содержится в количестве 11 - 14 % (масс.). С ростом плотности нефти относительное количество водорода уменьшается.

Сера. Ее содержание в нефти является классификационным признаком, по которому нефти относят к трем классам: малосернистые, сернистые и высокосернистые. В малосернистых нефтях содержание серы составляет от 0,02до 0,5%, а в высокосернистых – от 1,5до 6 % (масс.).

По фракциям нефти сера распределена неравномерно. Ее содержание изменяется по экстремальной зависимости с минимумом в области температур кипения 150 – 220 ^оС. В высококипящих фракциях нефти (выше 400 ^оС) серы обычно содержится значительно больше, чем в низкокипящих [6].

Некоторые соединения серы с углеводородами обладают коррозионной активностью, а при сгорании образуют оксиды, которые являются опасными загрязнителями атмосферы.

Азот содержится в нефти в значительно меньших количествах, чем сера: 0,01–0,6 % (масс.) и лишь в отдельных случаях – до 1,5 % (масс.). Азотсодержащие соединения концентрируются в основном в тяжелых фракциях нефти, кипящих выше 400 ^оС.

Соединения азота оказывают отравляющее действие на катализаторы нефтепереработки, а при сгорании топлив образуют оксиды азота, оказывающие вредное влияние на качество атмосферного воздуха.

Кислород. Общее содержание кислорода в нефти составляет от 0,05до 0,8% и лишь в отдельных случаях достигает 3 % (масс.). Так же, как азот, кислород концентрируется в тяжелых фракциях нефти.

Опасность присутствия кислорода обусловлена высокими коррозионными свойствами его соединений.

Металлы присутствуют в нефти в виде сложных соединений с углеводородами, гетероатомными соединениями. Содержание металлов в нефти невелико и редко превышает 0,05 % (масс.) (500 мг/кг). Всего в нефти обнаружено порядка 30 металлов, среди которых наиболее распространенными являются ванадий, никель, железо, цинк, медь, магний, алюминий [6].

Металлы входят в состав высокомолекулярных соединений нефти, выкипающих от 450 ^оС и выше. В процессах переработки нефти металлы отлагаются в порах катализаторов, дезактивируя их, а при регенерации катализаторов металлы образуют оксидные соединения, отрицательно влияющие на свойства катализаторов.

Элементный состав некоторых нефтей приведен в табл. 3.

Таблица 3. Характеристика и элементный состав некоторых нефтей [3]

Экспериментальное определение элементного состава нефти основано на сжигании навески нефти и анализе состава продуктов горения химическими, спектральными и др. методами.

Фракционный состав

Разделение нефти на фракции соединений, выкипающих в определенных интервалах температур, является одним из старейших методов исследования нефти. С другой стороны, этот прием лежит в основе первого промышленного процесса нефтепереработки – перегонки нефти.

Установлены зависимости физических свойств нефти и нефтепродуктов (плотности, вязкости) от их фракционного состава, поэтому технологические параметры установок по переработке нефти зависят от ее фракционного состава.

Нефти выкипают в широком интервалетемператур. Температура начала кипения (t_нк) составляет, как правило, 28 ^оС, что соответствует температуре кипения изо-пентана. Известны тяжелые нефти, начинающие кипеть лишь при 150–200 ^оС, например, нефти месторождения Русское, Ярегское, Куйляр и др.

Температуру конца кипения нефти путем простой перегонки установить нельзя, т.к. при температуре выше 320 ^оС, начинается термическое разложение соединений нефти. По этой причине отгон высших дистиллятов ведут под вакуумом. При вакуумной перегонке отбираются фракции с нормальной температурой кипения, т.е. температурой кипения пересчитанной на давление 1 атм, до 500–550 ^оС.

В остаткепосле вакуумной перегонки составляет значительную часть нефти.

Для определения фракционного состава нефти используются следующие методы:

· простая перегонка;

· перегонка с дефлегмацией;

· ректификация.

Каждая из нефтяных фракций, выкипающая в определенных температурных пределах, используется в качестве базового полуфабриката для выработки товарного нефтепродукта. Наименование последнего служит основой тривиального названия соответствующего нефтяного дистиллята.

Светлые фракции	Мазут
0 100					tнтк
Бензин	Керосин	Соляр	Вакуумные	Гудрон

Границы температурных интервалов могут несколько изменяться в зависимости от ассортимента и качества вырабатываемых продуктов на конкретном предприятии.