Материал: Физико-химические свойства нефти и газа

Существование гомологических рядов для углеводородных соединений было установлено в 1843 г. выдающимся французским химиком Шарлем Фредериком Жераром. Это открытие имело большое значение для понимания закономерностей изменения состава нефтей.

Для углеводородов метанового ряда характерно образование открытых увеличивающихся цепочек (рис. 2).

В молекулах углеводородов метанового ряда валентность всех атомов углерода насыщена до предела, поэтому метановые углеводороды называются насыщенными, или предельными. В силу этого они обладают малой химической активностью. Отсюда произошло еще одно их название - парафиновые (лат. "парум аффинис" - малородственный, т.е. инертный, не склонный к реакциям) углеводороды. Парафинами называется смесь углеводородов метанового ряда с молекулярной массой от 240 и выше. Содержание парафиновых углеводородов в нефтях колеблется от долей процента до 20% и больше.

В зависимости от молекулярной массы и химической структуры метановые углеводороды находятся в газообразной, жидкой и твердой фазах. Так, первые четыре члена ряда (метан, этан, пропан, бутан) при нормальных условиях (101,32 кПа и 0°С) - газы, углеводороды от пентана до пентадекана C15 H32 при тех же условиях - жидкости, а от гексадекана C16 H34 и выше - твердые вещества.

Нафтеновые углеводороды (цикланы) были открыты в 80-х годах прошлого века русским ученым В. В. Марковниковым. Их общая формула Сn Н2n. Молекулы нафтеновых углеводородов состоят из нескольких метиле новых групп - СН2, соединенных в замкнутое кольцо, или цикл (рис. 3).

Поэтому такие углеводороды называют еще полиметиленовыми, или цикланами (греч. "циклос" - круг, окружность). Нафтеновые углеводороды, как и метановые, являются насыщенными. Молекулы могут состоять из одного или двух, трех и более объединенных метиленовых колец.

В нефти содержатся преимущественно нафтены, кольца которых состоят из пяти или шести групп - СН2. К кольцам - циклам - могут присоединяться и боковые цепочки метанового строения. В этом случае атом водорода в метиленовой группе =СН2 будет замещен на какой-либо углеводородный радикал - метил СН3, этил C2H5 и др. Таким образом, без разрыва нафтенового кольца получаются новые углеводороды - производные циклопентана и циклогексана. Ими могут быть, например, метилциклопентан, или метилпентаметилен (C6 H12), этилциклогексан, или этилгексаметилен (C8 H16), и т.д.

Таб. 2. Содержание углеводородных фракций, %

Рис. 4. Структурные формулы ароматических углеводородов

Нафтеновые углеводороды - важная составная часть моторного топлива и масел. Автомобильным бензинам они придают высокие эксплуатационные свойства.

Нафтеновые углеводороды легких фракций нефтей широко используются как сырье для получения ароматических углеводородов, бензола и толуола, а нафтеновые углеводороды бензиновых фракций в процессе каталитического риформинга превращаются в ароматические.

Ароматические углеводороды - одна из наиболее важных и обширных групп углеводородов. Их формула Сn Н2n3m, где n начинается с 6, m может быть выражено четными числами от 6 и выше. В структурном отношении молекула ароматических углеводородов имеет вид замкнутого кольца (цикла), объединяющего радикалы - СH (рис. 4).

В отличие от молекулы нафтенов в ароматическом кольце атомы углерода через один соединены не одинарными связями, а двойными. Поэтому ароматические углеводороды являются ненасыщенными (непредельными) соединениями, но в то же время вследствие замкнутого циклического (кольцевого) строения они малоактивны. Для них характерны реакции замещения атомов водорода атомами других элементов - хлора, брома, йода и др.

Самое простое строение среди ароматических углеводородов характерно для бензола С6Н6 (кольцо - "шестиугольник"). Остальные известные ароматические углеводороды являются, по сути дела, его производными.

В сравнении с другими группами углеводородов ароматические имеют наибольшую плотность. По вязкости они занимают промежуточное положение между парафиновыми и нафтеновыми.

Ароматические углеводороды - ценные компоненты бензинов, однако они снижают качество реактивных и дизельных топлив, поскольку ухудшают характеристики их сгорания.

Ненасыщенные углеводороды (алкены, алкадиены) встречаются в нефтях очень редко и в небольших количествах.[2]

Заключение

И.М. Губкин совершенно справедливо отмечал, что "верная разгадка происхождения нефти в природе имеет для нас не только научно-теоретический интерес, но и первостепенное практическое значение.

Только тогда, когда мы будем иметь правильное представление о тех процессах, в результате которых возникает нефть, мы будем знать, каким образом в земной коре образуются ее залежи, будем знакомы со всеми структурными формами и литологическими особенностями пластов, благоприятными для скопления нефти, в каких местах нам искать нефть, и как надлежит наиболее целесообразно организовать ее разведку".

Список литературы

1. Геология и геохимия нефти и газа. Под редакцией засл. деятеля науки и техники РСФСР, ТССР и УзССР, лауреата Ленинской премии д-ра геол.-минер. наук, проф. А.А. Бакирова и д-ра геол.- минер. наук, проф. З.А Табасаранского. Москва "НЕДРА", 1982

. Энергетика http://energetika.in.ua/ru/books/book-1/part-2/section-8/8-2/8-2-1