Химический состав нефти

В нефти содержится почти столько же углерода, сколько и в каменном угле – около 86%, а водорода больше – 13% против 5-6% в угле. Зато кислорода в нефти совсем мало – всего 0,5%. Кроме того, в ней есть также азот, сера и другие минеральные вещества. Такая общность по элементному составу, конечно, не могла пройти незамеченной для ученых. И потому нефть вместе с газом относят к тому же классу горных пород, что уголь (антрацит, каменный и бурый), торф и сланцы, а именно – к классу каустобиолитов (caustobioliths). Это замысловатое слово составлено из трех греческих слов: kaustikos – жгучий, bios – жизнь и lithos – камень. Такое название может показаться не совсем точным. Как это к классу камней, пусть органического происхождения, пусть даже и горючих, можно отнести жидкую нефть, а тем более природный газ? Замечание вполне резонное. Однако, наверное, Вы удивитесь еще больше, когда узнаете, что нефть специалисты относят к минералам (хотя латинское слово minera означает «руда»). Вместе с газом она относится к числу горючих полезных ископаемых. В химическом отношении нефть – сложнейшая смесь углеводородов, подразделяющаяся на две группы – тяжелую и легкую нефть. Легкая нефть содержит примерно на два процента меньше углерода, чем тяжелая, зато соответственно, большее количество водорода и кислорода. Главную часть нефтей составляют три группы углеводородов – алканы, нафтены и арены. Алканы (в литературе Вы можете также столкнуться с названиями предельные углеводороды, насыщенные углеводороды, парафины) химически наиболее устойчивы. Их общая формула СnH(2n+2). Если число атомов углерода в молекуле не более четырех, то при атмосферном давлении алканы будут газообразными. При 5-16 атомах углерода это жидкости, а свыше – уже твердые вещества, парафины. К нафтенам относят алициклические углеводороды состава CnH2n, CnH(2n-2) и CnH(2n-4). В нефтях содержится преимущественно циклопентан С5Н10, циклогексан С6Н10 и их гомологи. И наконец, арены (ароматические углеводороды). Они значительно беднее водородом, соотношение углерод/водород в аренах самое высокое, намного выше, чем в нефти в целом. Содержание водорода в нефтях колеблется в широких пределах, но в среднем может быть принято на уровне 10-12% тогда как содержание водорода в бензоле 7,7%. Сложные полициклические соединения, в ароматических кольцах которых много ненасыщенных связей углерод-углерод, составляют основу смол, асфальтенов и других предшественников кокса, и будучи крайне нестабильными, осложняют жизнь нефтепереработчикам.

Кроме углеродной части в нефти имеются асфальтсмолистая составляющая, порфирины, сера и зольная часть. Асфальто-смолистая часть – темное плотное вещество, которое частично растворяется в бензине. Растворяющуюся часть называют асфальтеном, а нерастворяющуюся смолой. Парфирины – особые органические соединения, имеющие в своем составе азот. Многие ученые полагают, что когда-то они образовались из хлорофилла растений и гемоглобина животных. Серы в нефти бывает довольно много – до 5%, и она приносит немало хлопот нефтяникам, вызывая коррозию металлов. И, наконец, зольная часть. Это то, что остается после сжигания нефти. В золе, обычно содержатся соединения железа, никеля, ванадия и некоторых других веществ.

C. Discussion

Topics:

1. Hydrocarbon compounds of petroleum.

2. Atomic constituents of crude oil.

3. Volatile organic compounds petroleum.

UNIT 3. Physical Properties of Petroleum

Active Vocabulary

	distillation	дистилляция, перегонка нефти
	specific gravity	удельный вес (отношение массы твердого вещества к массе такого же объема воды)
	tar sands	битуминозный песок (смесь нефти и песка)
	oil: heavy / immobile /dead //medium / light/	нефть: тяжелая/ густая, тягучая/ нетекучая// средняя/ легкая
	relative mobility	относительная текучесть нефти
	well bore	ствол скважины (отверстие, которое образуется в процессе бурения)
	recovery methods	методы добычи нефти
	production well	эксплуатационная скважина
	exploration/discovery well	разведочная скважина
	developmental well	разработочная скважина для добычи нефти
	gravity scale	шкала для измерения плотности вещества
	boiling point	температура кипения
	freezing point	температура замерзания
	pour point	температура застывания
	oil recovery	извлечение, добыча нефти
	barrel	баррель (мера жидких, сыпучих и некоторых твердых материалов)
	imperial gallon	имперский галлон (мера жидких и сыпучих тел, англ. = 4,54 л.)
	to range from…to/to vary from …to	колебаться от…до/различать(ся), варьироваться
	to separate into	разделять на
	to increase/to decrease	увеличиваться /уменьшаться
	to float	держаться на поверхности воды
	to flow	течь, литься
	to be classified as	подразделяться/ классифицироваться на
	to be based on	основываться на
	to be regarded as	рассматриваться как
	to escape into	(зд)улетучиваться, испаряться, выделяться
	to refer to	ссылаться на что-либо
	to solidify	затвердевать
	to be below /above zero	быть ниже / выше нуля
	to boil at 100°C	закипать при температуре 100°С
	conventional crude oil	природная/ неочищенная нефть
	volatile constituents	летучие, быстрорастворимые примеси

Oil consists of a closely related series of complex hydrocarbon compounds that range from gasoline to heavy solids. The various mixtures that constitute crude oil can be separated by distillation under increasing temperatures into such components as (from light to heavy) gasoline, kerosene, gas oil, lubricating oil, residual fuel oil, bitumen, and paraffin.

Crude oils vary greatly in their chemical composition. Because they consist of mixtures of thousands of hydrocarbon compounds, their physical properties such as colour, specific gravity, and viscosity also vary widely.

Specific gravity

Crude oil is immiscible with and lighter than water; hence it floats. Crude oils are generally classified as tar sands, heavy oils, and medium and light oils on the basis of specific gravity (i.e., the ratio of the weight of equal volumes of the oil and pure water at standard conditions, with pure water considered to equal 1) and relative mobility. Tar sands contain immobile oil, which does not flow into a well bore. Heavy crude oils have enough mobility that, given time, they can be obtained through a well bore in response to enhanced recovery methods. The more mobile medium and light oils are recoverable through production wells.

The widely used American Petroleum Institute (API) gravity scale is based on pure water, with an arbitrarily assigned API gravity of 10°. Liquids lighter than water, such as oil, have API gravities numerically greater than 10. Crude oils below 20° API gravity are usually considered heavy, whereas the conventional crudes with API gravities between 20° and 25° are regarded as medium, with light oils ranging above 25°.

Boiling and freezing points

Because oil is always at a temperature above the boiling point of some of its compounds, the more volatile constituents constantly escape into the atmosphere unless confined. It is impossible to refer to a common boiling point for crude oil because of the widely differing boiling points of its numerous compounds, some of which may boil at temperatures too high to be measured.

By the same token, it is impossible to refer to a common freezing point for a crude oil because the individual compounds solidify at different temperatures. However, the pour point - the temperature below which crude oil becomes plastic and will not flow - is important to recovery and transport and is always determined. Pour points range from 32° C to below -57° C.

Measurement systems

In the United States, crude oil is measured in barrels of 42 gallons each; the weight per barrel of API 30° light oil would be about 306 pounds. In many other countries, crude oil is measured in metric tons. For oil having the same gravity, a metric ton is equal to approximately 252 imperial gallons or about 7.2 U.S. barrels.