Гетероатомные соединения нефти

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Северо-Кавказский федеральный университет»

Кафедра технологии переработки нефти и промышленной экологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине: Химия нефти и газа

Вариант – 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

 

Студент 4-го курса, ИНиГ, БНГ-101

 

Андреевских И.А.

 

 Принял:

 

 Овчаров Дмитрий Сергеевич

 

                                                                        Подпись:

 

 

 

 

Ставрополь, 2014 г.

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. Гетероатомные соединения нефти.........................................................3
2. Определение шифра мегионской нефти................................................8
3. Задача 1...................................................................................................10
4. Задача 2...................................................................................................13
5. Задача 3...................................................................................................15
6. Список используемой литературы.......................................................16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Гетероатомные соединения нефти

Помимо углеводородов, в нефти присутствуют и гетероатомные соединения. К гетероатомным соединениям относят органические соединения, в состав которых, кроме углерода и водорода, входят в больших или меньших количествах кислород, сера и азот. Несмотря на то, что по данным элементного анализа суммарное содержание гетероатомов в нефти не велико, сами гетероорганические соединения могут доставлять до 20 % масс. от сырой нефти. Так же, как и для углей изучение состава и свойств гетероатомных соединений в нефти может помочь в определении ее происхождения. Предполагают, что гетероатомные соединения являются промежуточными продуктами различных превращений нефти.

Кислородные соединения

Кислород в нефти встречается в следующих функциональных группах и соединениях: карбонильная группа (в основном кетоны), простые эфиры, сложные эфиры, фенолы, спирты кислоты, смолисто-асфальтеновые вещества.

 

Подавляющее количество кислород, содержится в нефти в фенолах (особенно много фенолов в смолистых нефтях), нафтеновых и алифатических кислотах.

Алифатические кислоты представлены в нефтях кислотами нормального и изомерного строения, в том числе изопреноидного. Нафтеновые кислоты являются производными нафтеновых углеводородов –циклопентана и циклогексана. Ароматические кислоты являются производными бензола и полициклических аренов. Следует отметить, что в парафиновых нефтях, т. е. в нефтях богатых парафиновыми углеводородами, преобладают алифатические кислоты, а в нафтеновых – нафтеновые.

 

Нафтеновые кислоты стараются удалить из нефти, так как они образуют соли с металлами, что ведет к разрушению аппаратуры и трубопроводов. Вместе с тем, нафтенаты щелочных металлов – это деэмульгаторы нефти и используются для ее обезвоживания.

Серосодержащие соединения

Содержание сернистых соединений в нефтях колеблется в широких пределах – от следовых количеств до 7 % маcc. Насчитывается более 200 различных сернистых соединений, найденных и идентифицированных в нефтях. В основном сера в нефти содержится в виде: элементной серы, сероводорода, меркаптанов, сульфидов (тиоэфиры) и дисульфидов (дитиоэфиры), циклических соединений и их гомологов.

Сера как простое вещество и в виде сероводорода содержится в нефтях в растворенном состоянии. Содержание меркаптановой серы достигает 15 % масс. от ее общего содержания. Сосредоточены меркаптаны в бензиновых фракциях. Сульфиды распространены в бензиновых и легроино-керосиновых фракциях, где они составляют от 50 до 80 % масс. от суммы всех сернистых соединений, а дисульфиды – в керосино-газойлевых фракциях. На них приходится до 15 % масс. всей серы. Циклические соединения –тиацикланы (циклические сульфиды), тиофен и их гомологи – сосредоточены в керосиновых и масляных фракциях. Они составляют всего лишь несколько процентов от суммы сернистых соединений.

В сырой нефти сера преобладает в меркаптанах, сульфидах и дисульфидах, а после термической обработки входит в состав тяжелых продуктов переработки в основном в ароматические гетероциклические соединения.

Сера – самый вредный элемент в нефти, так как входит в очень агрессивные соединения (сера, сероводород и меркаптаны), приводящие к коррозии металла и ухудшающие антидетонационные свойства топлив и качество вторичных продуктов переработки нефти (нефтяной кокс).

Азотсодержащие соединения

Большая часть азота сосредоточена в смолистых веществах, но встречается и в виде аминогрупп ароматического или алифатического характера. Азотистые соединения нефтей подразделяют на две основные группы: азотистые основания и «нейтральные» (слабоосновные) соединения.

Азотистые основания равномерно распределены по фракциям нефти и составляют от 20 до 40 % масс. от общего количества азотистых соединений. Очевидно, в низкокипящих фракциях нефти сосредоточены аминогруппы алкильного характера, а в высоко-кипящих– молекулы, содержащие несколько конденсированных бензольных или нафтеновых циклов.

К «нейтральным» азотистым соединениям относят производные индола и карбазола, циклические амиды и порфирины. Кроме того, в нефтях обнаружены также гетероциклические соединения, содержащие, кроме азота, серу (тиазолы).

 

Смолисто-асфальтеновые вещества

В группу гетероатомных соединений нефти включают смолисто-асфальтеновые вещества, содержащие в себе все гетероатомы нефти: кислород, азот и серу. Суммарно содержание в них гетероатомов достигает 14 % масс. Гудрон, получаемый после отгонки из нефти светлых фракций и масляных дистиллятов, состоит из смолисто-асфальтеновых соединений.

В составе этих соединений различают смолы и асфальтены.

Смолы – это конденсированные циклические соединения с длинными алифатическими боковыми цепями. Густые вязкие вещества бурого цвета. Их плотность больше воды (1,1 г/см3), и молекулярная масса колеблется в пределах 600–700 кг/кмоль.

Асфальтены– полициклические ароматические сильно конденсированные системы с короткими алифатическими боковыми цепями. Твердые высокоплавкие хрупкие вещества черного цвета, не растворимые в алканах. Молекулярная масса равна 2000–3000, а иногда превышает 6000 кг/кмоль. Молекулы асфальтенов можно рассматривать как продукт конденсации (соединения) нескольких молекул смол.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Определение шифрамегионскойнефти по ГОСТ 51858-2002

В соответствии с новым ГОСТ Р 51858−2002 нефть подразделяют по физико-химическим свойствам, степени подготовки, содержанию сероводорода и легких меркаптанов на классы, типы, группы и виды.

В зависимости от массовой доли серы нефть подразделяют на следующие классы.

Таблица 1 – Класс нефти

Класс нефти	Наименование	Содержание серы, % (масс.)
1	Малосернистая	До 0,60 включительно
2	Сернистая	От 0,61 до 1,80
3	Высокосернистая	От 1,81 до 3,50
4	Особо высокосернистая	Свыше 3,50

 

 

По плотности нефти подразделяют на пять типов: 0 – особо легкая; 1 – легкая; 2 – средняя; 3 – тяжелая; 4 – битуминозная. С 1 января 2004 г. обязательно определение плотности при 15°С.

Таблица 2 – Тип нефти

Наименование параметра	Норма для нефти типа
	0	1	2	3	4
Плотность, кг/м3, при температуре 20 °С 15 °С	Не более 830,0 Не более 833,7	830,1-850,0 833,8-853,6	850,1-870,0 853,7-873,5	870,1-895,0 873,6-898,4	Более 895,0 Более 898,4

 

 

По степени подготовки нефть подразделяют на группы.

Таблица 3 – Группа нефти

Показатель	Норма для группы
	1	2	3
Содержание воды, % (масс.), не более	0,5	0,5	1,0
Концентрация хлоридов (хлористых солей), мг/дм3, не более	100	300	900
Содержание механических примесей, % (масс.), не более	0,05	0,05	0,05
Давление насыщенных паров, кПа (мм. рт. ст.), не более	66,7 (500)	66,7 (500)	66,7 (500)
Содержание хлорорганических соединений, млн-1 (ppm)	Не нормируется. Определение обязательно

 

По массовой доле сероводорода и легких меркаптанов нефти делятся на виды.

Таблица 4 – Вид нефти

Показатель	Норма для группы
	1	2	3
Содержание сероводорода, млн-1 (ppm), не более	20	50	100
Суммарное содержание метил- и этилмеркаптанов, млн-1 (ppm), не более	40	60	100

 

 

Таким образом, по технической классификации в соответствии с ГОСТ Р 51858−2002 условное обозначение нефти состоит из четырех цифр, соответствующих обозначениям класса, типа, группы и вида нефти.

Таблица 5 – Определение шифра нефти в соответствии с технической 
классификацией

Содержание серы, % (масс.)	Плотность нефти, кг/м3		Содержание воды, % масс.	Концентрации хлористых солей, мг/дм3	Содержание механических примесей, % масс.	Давление насыщенных паров, мм рт. ст.	Массовая доля сероводорода, млн.-1 (ppm)	Шифр нефти
	при 20 °С	при 15 °С
1,10	0,8567	0,872	0,45	80	0,04	420	35	2.2.1.2.

 

 

По данным полученным из справочника «Нефти СССР» дополнительный том получается что для нефти мегионской:

Класс нефти – 2

По плотности – 2

Группа нефти – 1

Вид нефти – 2

Таким образом, по технической классификации мегионскаянефть имеет шифр 2.2.1.2. ГОСТ Р 51858-2002

 

 

 

 

 

3. Задача 1

Газовая смесь состоит азота, углекислого газа, сероводорода, метана, этана, пропана, изо-бутана и н-бутана. Смесь находится при нормальных условиях. Найти: общую массу смеси, массовый и молярный состав смеси с точностью до 1-ой десятой процента, зная объем компонентов.