Химическая формула нефти и описание составляющих

Нефть является  природным полезным ископаемым, которое представляет собой маслянистую горючую жидкость, нередко –  черного цвета, хотя встречаются  нефти и других цветовых оттенков (коричневого, вишневого, зеленоватого, желтоватого и прозрачного). Её добывают с помощью такой горной выработки, как нефтяная скважина, для формирования которой применяется бурение горных пород.

По своему химическому составу нефть представляет собой  сложную смесь углеводородов с различными примесями. В её состав включены  соединения таких хим. элементов, как  сера, азот и так далее.

Как вы думаете, что будет с нефтью в 2022 году?

• Подорожает
• Подешевеет

Просмотреть результаты

 Загрузка ...

Запах этого хим. вещества также различается, в зависимости от содержания в нем  сернистых соединений и углеводородов ароматической группы.

Из чего состоит нефть? Хим. состав нефти

Нефть состоит из углеводородов, которые с химической точки зрения представляют собой соединения атомов углерода и водорода. В общем виде нефть – формула, описываемая как C_xH_y.

К примеру, такой самый простой углеводород, как метан, состоит из одного атома углерода, связанного с  четырьмя атомами водорода. Другими словами,  формула метана – CH₄. Он относится к так называемым легким углеводородам и всегда есть в составе любой нефти.

В зависимости от того, какова концентрация в этом веществе различных видов  углеводородных соединений, хим. и физические свойства нефти могут быть различны. Другими словами, компоненты нефти влияют на её свойства и внешний вид.  Она может быть как текучей и прозрачной, так и  черной и малоподвижной, причем настолько, что из-за высокой вязкости  не выливается даже из перевернутого из сосуда.

Хим. состав  обычной нефти представлен следующими хим. элементами:

• углеродом (около 84-х процентов);
• водородом на уровне 14-ти процентов;
• серой и её соединениями в количестве от одного до трех процентов (сульфиды, дисульфиды, сероводород и сама сера);
• азотом, доля которого – меньше процента;
• кислородом (также меньше  1-го %);
• различными металлами, общая концентрация которых также  меньше 1 % (железо, ванадий, никель, хром, медь, молибден, кобальт и так далее);
• различными солями, доля которых также менее процента (например, хлоридом кальция, хлоридом магния, хлоридом натрия и прочими).

Нефть и сопутствующий ей, как правило,  углеводородный газ могут залегать  на глубине от десятков метров до пяти-шести километров. Стоит сказать, что при глубине залегания более шести  километров находят только газ, а если глубина залегания продуктивного слоя менее одного километра, то встречается только нефть. В основном продуктивные пласты находятся глубже одного, но выше шести километров, и там бывают как нефтеносные, так и газоносные слои.

Читать также: Как определить качество нефти?

Породы, в которых залегает углеводородное сырье, называются  коллекторы.  Если описать коллектор простыми словами, то нефть как бы находится в плотной и твердой  губке, состоящей из нефтеносных слоев  различной пористости.

Общая химическая структура нефти

Состав и свойства нефти оказывают большое влияние на её дальнейшую переработку. Содержание углеводорода в нефти может варьироваться от 83-х до 87-ми процентов, водорода – от 12-ти до 14-ти %, а содержание серы колеблется в районе 1-го – 3-х %. Эту сложную химическую смесь в основном представляют  различные соединения углерода и водорода: парафиновые, нафтеновые и ароматические.

Основные компоненты нефти – это углеводородные соединения, которые бывают следующих видов:

Парафиновые углеводороды

Этот компонент нефти имеет и другое название – алканы. Общая химическая формула –  С_nН_{2n + 2}.

Если в парафинах менее четырех атомов углерода, то это – газы, известные нам как этан, метан, бутан. пропан, изобутан. Их отличает высокий показатель детонационной стойкости. Другими словами, их октановое число (если считать по моторному методу) – более 100.

Если в таких углеводородах от пяти до пятнадцати углеродных атомов, то это – жидкости. Если атомов углерода больше 15-ти, то это – твердые вещества.

В различных видах топлива и смазочных материалов концентрация алканов весьма  высока, вследствие чего для этих  нефтепродуктов характерна   высокая стабильность. Для автомобильных бензинов высокого качества крайне  желательно наличие в их составе изопарафиновых соединений, поскольку они весьма устойчивы к кислородному воздействию в условиях высоких температур.

Наличие в составе топлива нормальных парафинов, которые при высоких температурных значениях  легко окисляются, значительно уменьшает уровень детонационной стойкости бензина, однако одновременно уменьшает время, которое проходит с момента подачи бензина в двигатель внутреннего сгорания до воспламенения топливной смеси, а это позволяет наращивать давление более плавно, что благотворно влияет на работу двигателя. В связи с этим наличие нормальных парафиновых соединений желательно в более тяжелом дизельном топливе, хотя в его зимних сортах количество таких парафинов ограничивается.

Углеводороды нафтеновой группы

Другое название – цикланы. Представляют собой насыщенные циклические углеводородные соединения, общая формула которых выглядит как С_nН_2n. В нефти цикланы представлены как циклопентан(С₅Н₁₀) и циклогексан(С₆Н₁₂ ).

Благодаря своему циклическому строению, цикланы отличаются  высокой химической прочностью. Углеводороды нафтеновой группы при сгорании  выделяют меньше теплоты (если сравнивать их с парафиновыми соединениями), однако также обладают высокой детонационной стойкостью. В связи с этим желательно их присутствие в топливах, используемых в  карбюраторных двигателях, а также  и зимних сортах дизтоплива.

Читать также: Как проводят капитальный ремонт нефтяных и газовых скважин?

Смазочные нефтепродукты, содержащие    нафтеновые углеводороды,  более  вязкие и  маслянистые.

Ароматические углеводороды

Другое название – арены. Их эмпирическая формула – С_nН_2n–6. В нефти они представлены как бензол (формула С₆Н₆ ) и его гомологи.

Благодаря высокому показателю своей  термической устойчивости, арены являются желательными компонентами в карбюраторных топливах, октановое число которых должно быть как можно выше. Однако, поскольку арены обладают высокой нагарообразующей способностью, их содержание  в бензинах допустимо до отметки 40 – 45 процентов.

Из-за своей высокой термической стабильности наличие аренов в дизельных видах топлива нежелательно.

Непредельные углеводороды

Другое название – олефины. В сырой нефти они не содержатся, а образуются во время нефтепереработки. Непредельные углеводородные  соединения – это важнейшее сырье, необходимое для  получения топлива с помощью нефтехимических методов и основным  органическим синтезом.

Общая эмпирическая формула таких углеводородов – С_nН_2n (к примеру, С₂Н₄ – это всем известный этилен).

Низкий уровень химической стойкости олефинов негативно сказывается на практической эксплуатации нефтепродуктов, поскольку снижает уровень их  стабильности. К примеру, бензины, получаемые с помощью  термического крекингового процесса, в результате  окисления содержащихся в них  олефинов осмоляются в процессе хранения и  загрязняют карбюраторные жиклеры и впускные трубопроводы. Другими словами, присутствие  олефиновых соединений в любых видах нефтепродуктов нежелательно.

Соединения серы

На большом числе месторождений добывают сернистую или высокосернистую нефть.

При переработке такого сырья необходимы дополнительные затраты, поскольку увеличение концентрации серы в бензине с 0,033 до 0,15  процентов приводит к:

• снижению мощности двигателя на 10,5 процентов;
• увеличению расхода топлива на 12 процентов;
• возрастанию количества  необходимых капремонтов вдвое.

Помимо этого, того, сернистое топливо сильно вредит экологии окружающей нас среды.

Соединения серы делятся на активные и не активные. Активные вызывают коррозию металлов в нормальных атмосферных условиях. К ним относятся:

Читать также: Что такое квенч в нефтепереработке?

И в растворенном, и во взвешенном состоянии, они оказывают сильное коррозионное воздействие на металлы практически при любых температурах, поэтому их присутствие в нефтепродуктах – недопустимо.

Неактивные соединения серы в нормальных условиях коррозию не вызывают.

Однако, после полного сгорания топлива они образуют  в двигателе серные и сернистые  ангидриды, которые в соединении с водой образуют  серную и сернистую кислоту.

Владимир Хомутко

Задать вопрос автору

Малосернистая нефть содержит от 0,1 до 0,5 процента соединений серы, а  сернистая –  до 4-х %.

Кислородные соединения

В сырой нефти это – кислоты, фенолы, эфиры и прочие соединения. Большую часть таких веществ содержат высококипящие нефтяные фракции.

Способны вызывать сильную коррозию некоторых видов цветных металлов (цинк, свинец и так далее), из-за чего их содержание в различных нефтепродуктах строго ограничивается стандартами.

Смолисто-асфальтовые компоненты

Представляют собой сложные высокомолекулярные смеси таких элементов, как азот, кислород, сера и некоторые металлы. В сырой нефти их может быть от долей процента до десятков целых процентов.

Обладая высокой красящей способностью, именно эти соединения и определяют цвет нефти. Они очень неустойчивы, легко изменяются и крайне плохо испаряются, что негативно сказывается качестве топлива и различных видов масел.

Соединения азота

Заметного влияния на качество получаемых нефтепродуктов не оказывают, поскольку их содержание в сырой нефти – крайне мало.