ProfitCentr - рекламное агентство

Гетероорганические соединения

Смолы и асфальтены в нефти

Одной из наиболее представительных групп гетероорганических высокомолекулярных соединений нефти являются смолы и асфальтены. Характерные особенности смол и асфальтенов в нефти:

  • значительные молекулярные массы;
  • наличие в их составе различных гетероэлементов;
  • полярность;
  • парамагнетизм;
  • высокая склонность к межмолекулярному воздействию и ассоциации;
  • полидисперсность;
  • проявление выраженных коллоидно-дисперсных свойств

способствовали тому, что для их исследования оказались неподходящими методы, обычно применяемые при анализе низкокипящих компонентов.

Азот в смолах и асфальтенах нефти преимущественно входит в гетероароматические фрагменты пиридинового (основного), пиррольного (нейтрального) и порфиринового (металлокомплексного) типа.

Сера в смолах и асфальтенах нефти входит в состав гетероциклов (тиофеновых, тиациклановых, тиазольных), тиольных групп и сшивающих молекулы сульфидных мостиков.

Кислород в смолах и асфальтенах нефти представлен в форме гидроксильных (фенольных, спиртовых), карбоксильных, эфирных (простых, сложных лактонных), карбонильных (кетонных, хинонных) групп и фурановых циклов.

Согласно классификации природных ископаемых с углеводородной основой:

  • к нефтям относят те, что содержат до 35-40 % (масс.) смол и асфальтенов;
  • природные асфальты и битумы содержат до 60-75 % (масс.) смол и асфальтенов, по другим данным - до 42-81 %.

В отличие от более легких компонентов нефти, признаком отнесения которых к своим группам было сходство их химического строения, критерием объединения соединений в класс под названием смолы и асфальтены служит их близость по растворимости в конкретном растворителе. При действии на нефть и нефтяные остатки больших количеств петролейного эфира, низкокипящих алканов происходит осаждение веществ, называемых асфальтенами, которые растворимы в низших аренах, и сольватирование других компонентов - мальтенов, состоящих из углеводородной части и смол.

Карбоиды и карбены

Карбоиды - это высокомолекулярные углеводороды, являющиеся результатом полимеризации и уплотнения масел и топлив при их термическом разложении. Отличительной особенностью карбоидов явялется нерастворимость в растворителях:

  • сероуглероде;
  • хлороформе;
  • пиридине;
  • бензоле;
  • уксусной кислоте и т.п.

Карбены - это углеводороды с большим числом атомов углерода, образовавшиеся как продукт термолиза углеводородов вследствие их полимеризации и уплотнения. Характерная особенность карбенов - избирательное действие растворителей, в частности:

  • они растворяются только в сероуглероде;
  • осаждаются четыреххлористым углеродом.

Карбоиды и карбены, как правило, обнаруживаются в составе тяжелых продуктов деструктивной переработки нефти в количестве нескольких процентов. В составе сырых нефтей и в остатках первичной переработки нефти их практически нет.

Металлы в нефти

В настоящее время установлено, что в нефтях разного происхождения присутствует более 60 элементов, из которых около 30 относятся к металлам. В нефти присутствуют - железо, магний, алюминий, медь, олово, натрий, кобальт, хром, германий, ванадий, никель, ртуть, золото и другие. Однако, содержание их менее 1 %. Содержание металлов в нефти более 10-5 %, характерно для:

  • ванадия (V) - 10-5 ÷ 10-2 %;
  • никеля (Ni) – 10-4 ÷ 10-3 %;
  • железа (Fe) – 10-4 ÷ 10-3 %;
  • цинка (Zn) – 10-5 ÷ 10-3 %;
  • ртути (Hg) – около 10-5 %;
  • бора (В) – 10-3 ÷ 0,3 %;
  • натрия (Na) – 10-3 ÷ 10-4 %;
  • калия (K) – 10-3 ÷ 10-4 %;
  • кальция (Ca) – 10-3 ÷ 10-4 %;
  • магния (Mg) – 10-3 ÷ 10-4 %.

Суммарное содержание в нефтях металлов в среднем колеблется от 0,01 до 0,04 % (масс.), а в выделенных из них смолах и асфальтенах иногда может достигать десятых долей процента.

Металлы в смолах и асфальтенах

При изучении распределения тяжелых металлов (ванадия и никеля) по хроматографическим фракциям гудрона западно-сибирской нефти было выявлено, что металлсодержащие соединеня распределяются таким образом, что происходит соредоточение металлов в смолах и асфальтенах, а углеводородные фракции содержат до 1-3 ррm металлов. Содержание микроэлементов в асфальтенах выше, чем в смолах. Поскольку содержание смол в нефтях и остаточных фракциях значительно больше, чем асфальтенов, то основная масса металлов все же сосредоточена в смолах.

При термолитическом воздействии на нефтяные системы, например, в процессе перегонки, происходят изменения структурных и физических характеристик смол, а также их микроэлементного состава. Основная часть атомов металлов (кроме ванадия) связана в составе смол с серо- и кислородсодержащими функциональными группами (карбоксильными, сульфоксидными и др.), размещающимися в термически мало устойчивых, главным образом неароматических фрагментах молекул.

Термолитическое разрушение таких фрагментов ведет к удалению соответствующей части атомов металлов из состава смол и повышению доли комплексов металлов с менее полярными и более ароматичными лигандами.

Соли металлов в нефти

Металлсодержащие соединения нефти и нефтяных систем по своей химической природе - это соли металлов с веществами кислотного характера, элементоорганические соединения, полилигандные комплексы или π-комплексы с ароматическими или гетероорганическими соединениями.

В виде солей с органическими кислотами, фенолами, тиолами в нефти, по-видимому, находится преобладающая часть щелочных и щелочноземельных металлов, что приводит к их легкому гидролизу и удалению из нефти в процессе водной промывки.

Присутствие в нефти металлоорганических соединений со связью углерод - металл не доказано, хотя вероятность их обнаружения достаточно высока.

Наиболее распространенный тип металлсодержащих соединений нефти относится к полилигандным комплексам, где в качестве лиганда могут быть любые молекулы из широкой гаммы гетероорганических соединений. Такие комплексы образуются при координации атома металлов Fe, Co, V, Ni, Cr, Zn и др. с атомами N, S, О гетероорганических соединений. Прочность комплексов определяется природой гетероатома и металла. В связи со специфичностью донорно-акцепторных взаимодействий соли двухвалентной ртути предпочтительнее образуют комплекс с насыщенными сульфидами, а одновалентной - с арилсульфидами; титан селективно взаимодействует с основными азотистыми соединениями и гораздо слабее - с многими другими гетеросоединениями.


Не нашли нужную информацию? Воспользуйтесь поиском по сайту
SOCPUBLIC.COM - заработок в интернете!