دوره کوتاهی از سخنرانی ها در مورد رشته "شیمی نفت و گاز. سخنرانی درس شیمی نفت و گاز راهنمای مطالعه شیمی نفت و گاز

مقدمه
1. منشا نفت
1.1. فرضیه های منشاء معدنی
1.2. توسعه ایده ها در مورد منشاء آلی روغن
1.3. ایده های مدرن در مورد تشکیل نفت و گاز
1.4. تشکیل کلاس های اصلی هیدروکربن های نفتی
2. ترکیب شیمیایی نفت و گاز
2.1. ترکیبات هیدروکربنی
2.2. ترکیبات هترو آلی
2.3. عناصر کمیاب
3. OIL DISPERSIVE SYSTEMS
3.1. هیدروکربن های پارافینی
3.2. هیدروکربن های نفتنی
3.3. هیدروکربن های معطر
3.4. مواد آسفالتین رزینی
4. خواص فیزیکی و شیمیایی روغن
4.1. چگالی روغن
4.2. ویسکوزیته روغن
4.3. خواص رئولوژیکی روغن ها
4.5. فشار اشباع روغن
4.6. تراکم پذیری روغن
4.7. فاکتور حجم روغن
4.8. خواص حرارتی روغن ها
4.9. خواص الکتریکی روغن ها
4.10. جرم مولکولی
4.11. دمای تبلور، کدورت، انجماد
4.12. نقطه اشتعال، احتراق و خود اشتعال
4.13. خواص نوری
4.14. تفاوت در خواص روغن در یک مخزن نفت
5. خواص گاز نفت
6. طبقه بندی روغن ها

مقدمه

نفت از دیرباز برای بشر شناخته شده است. در بابل و بیزانس به عنوان مخلوط آتش زا استفاده می شد. AT مصر باستان، روم و تلاقی دجله و فرات، به عنوان ماده ای قابض و ضد آب در ساخت راه ها، قنات ها و سایر سازه ها استفاده می شد. از اواخر قرن هجدهم، محصول پالایش نفت، نفت سفید، برای روشنایی منازل و خیابان ها مورد استفاده قرار گرفت و از قرن نوزدهم، با اختراع موتورهای احتراق داخلی، فرآورده های نفتی به نوع اصلی سوخت برای انواع مختلف تبدیل شد. وسایل نقلیه.

بر خلاف انواع دیگر سوخت های فسیلی، استخراج نفت، حمل و نقل (از طریق خطوط لوله) نسبتا آسان است و به سادگی به طیف گسترده ای از محصولات برای اهداف مختلف پردازش می شود. بنابراین جای تعجب نیست که در بیشتر کشورهای جهان نفت بیش از نیمی از مجموعه سوخت و انرژی را به خود اختصاص داده است.

اقتصاد کشورها بیش از هر محصول دیگری به نفت وابسته است. بنابراین نفت از ابتدای تولید صنعتی تا به امروز موضوع رقابت شدید، عامل بسیاری از درگیری ها و جنگ های بین المللی بوده است. گاز طبیعی، مانند نفت، در درجه اول یک سوخت انرژی است. بیشتر نفت تولید شده در جهان (80 تا 90 درصد) به انواع مختلف سوخت و روان کننده تبدیل می شود. تنها حدود 10 درصد آن به نیاز صنایع شیمیایی می رسد.

تاریخچه توسعه شیمی نفت با آثار D. I. Mendeleev، N. D. Zelinsky، V. V. Markovnikov، K. V. Kharichkov، V. N. Ipatiev، A. A. Letny و دیگران مرتبط است که در پیدایش روغن شیمی به عنوان یک علم نقش داشتند. شکل گیری آن در اواخر دهه 20 - اوایل دهه 30 در دیوارهای آکادمی معدن مسکو اتفاق افتاد، جایی که پروفسور (آکادمی بعدا) S. N. Nametkin دوره "شیمی نفت" را تدریس کرد. در سال 1932 کتابی با همین عنوان منتشر شد.

تحقیقات سنتی و اصلی در زمینه شیمی نفت شامل حوزه های زیر است. اولی یک جهت تحلیلی است که ترکیب روغن ها را با هدف کاربرد عملی بخش های نفتی و اجزای منفرد و همچنین حل مسائل ژئوشیمیایی در جستجوی میادین جدید نفت و گاز مطالعه می کند. آگاهی از ترکیب شیمیایی بالقوه روغن برای انتخاب طرح فن آوری بهینه برای فرآوری آن از اهمیت تعیین کننده ای برخوردار است. استفاده از روش های نوین شیمی تجزیه و شیمی آلی در روغن ها بر اساس آل. پتروف، حدود 1000 ترکیب جداگانه شناسایی شد.

جهت دوم تحقیق، بررسی خواص سیستم های روغن بسته به شرایط P، V، T و برهمکنش شیمیایی اجزای جداگانه روغن است. در شرایط تولید، حمل و نقل، فرآوری و استفاده، سیستم‌های روغن می‌توانند در دما و فشار بالا قرار داشته باشند، زمانی که تبدیل شیمیایی اجزای نفت امکان‌پذیر باشد.

باید به این واقعیت توجه داشت که در شیمی نفت، رویکرد به سیستم های نفتی به عنوان محلول های مولکولی برای مدت طولانی غالب بوده و تا به امروز باقی مانده است. تاکنون، بسیاری از پدیده‌ها در سیستم‌های نفتی و محاسبات تکنولوژیکی بر اساس قوانین فیزیکی ایجاد شده برای محلول‌های مولکولی (قوانین راولت-دالتون، هنری، نیوتن، دارسی و غیره) تفسیر می‌شوند. با این حال، ایده های مربوط به ساختار مولکولی سیستم های نفتی همیشه رفتار واقعی سیستم های نفتی را توصیف نمی کند و با واقعیت مطابقت دارد.

از دیدگاه شیمی کلوئید، روغن یک مخلوط چند جزئی پیچیده است که بسته به مجموع شرایط خارجی، خواص یک محلول مولکولی یا سیستم پراکنده. سیستم های پراکنده نفتی (VDS) تقریباً همه انواع مواد اولیه هیدروکربنی طبیعی و همچنین انواع مختلف فرآورده های نفتی - از سوخت موتور گرفته تا کک را شامل می شود. این رویکرد، بر اساس در نظر گرفتن ساختار پراکنده SSS های مختلف، امکان بهینه سازی فرآیندهای تکنولوژیکی تولید، حمل و نقل و پالایش نفت و همچنین خواص فرآورده های نفتی را بدون هزینه مواد قابل توجه می دهد. با روش های دیگر

مواد تجربی انباشته شده تا به امروز به طور قانع کننده ای ثابت می کند که نادیده گرفتن بیشتر ساختار پراکنده نفت به طور قابل توجهی توانایی کنترل بازیافت نفت را محدود می کند. البته، نمی توان به پیچیدگی استثنایی چنین رویکردی توجه نکرد. این در این واقعیت نهفته است که کارشناسان در زمینه شیمی نفت هنوز در مورد ساختار نفت به توافق نرسیده اند و آن را در شرایط عادی بررسی می کنند. و اغلب، تماس نفت با سنگ در شرایط دیگر رخ می دهد: در حضور آب در محل، در منطقه ای با دما و فشار بالا.

در حین حمل و نقل، در نتیجه تغییرات در شرایط خارجی (به عنوان مثال، دما، فشار، غلظت مواد افزودنی)، تغییرات متعدد در سازمان ماکرومولکولی روغن تا تغییر حالت تجمع رخ می دهد که به طور طبیعی بر تغییر در روغن تأثیر می گذارد. مقاومت هیدرودینامیکی آن هنگام حرکت از طریق لوله. کاهش مقاومت هیدرودینامیکی روغن که معمولاً با کمک افزودنی های پلیمری حاصل می شود، مطلوب است، اما از نظر علمی، تعامل مواد افزودنی با اجزای SSS هنوز مورد مطالعه قرار نگرفته است.

در طول فرآوری نفت و استفاده از فرآورده های نفتی، دگرگونی های فازی با تغییر در حالت تجمع و در برخی موارد، ترکیب شیمیایی فازها رخ می دهد. تنظیم انتقال فاز در SSS با کمک عوامل خارجی: میدان‌های نیرو و مواد افزودنی با ماهیت مختلف، از جمله روش ترکیب بهینه محصولات نفتی، روشی مؤثر برای تأثیرگذاری بر پارامترهای فرآیندهای فن‌آوری نفت و خواص فرآورده‌های نفتی است. با این حال، متأسفانه ذخایر نفت محدود است و میادین توسعه یافته پس از مدتی تخلیه می شوند. تجدید ناپذیری و منابع محدود مواد خام هیدروکربنی که بشر در اختیار دارد، حاد بودن مشکل انرژی را تشدید می کند. بر اساس پیش بینی ها، تولید نفت خام در دهه دوم تا سوم قرن آینده به اوج خود می رسد و کمبود ذخایر گاز طبیعی و میعانات گازی مرتبط با نفت از اوایل سال 2010 احساس می شود.

کاهش ذخایر نفتی نیاز به استفاده اقتصادی‌تر از نفت را با افزایش ضریب بازیافت نفت، بهینه‌سازی فرآیندهای حمل و نقل و افزایش عمق پالایش نفت، استفاده منطقی از فرآورده‌های نفتی با در نظر گرفتن خواص زیست‌محیطی آن‌ها می‌سازد که غیرممکن است. بدون مطالعات فیزیکی و شیمیایی جامع ترکیب، ساختار و خواص روغن.

شیمی نفت و گاز

در. سواروفسکایا

مقدمه

1. منشا نفت

1 فرضیه های منشاء معدنی

2 توسعه ایده ها در مورد منشاء آلی روغن

3 ایده های مدرن در مورد تشکیل نفت و گاز

4 تشکیل کلاس های اصلی هیدروکربن های نفتی

ترکیب شیمیایی نفت و گاز

1 ترکیبات هیدروکربنی

2 ترکیبات هترو آلی

3 عناصر کمیاب

سیستم های پخش کننده روغن

1 هیدروکربن های پارافینی

2 هیدروکربن های نفتنی

3 هیدروکربن های معطر

4 مواد آسفالتین رزینی

خواص فیزیکی و شیمیایی روغن

1 چگالی روغن

2 ویسکوزیته روغن

3 خواص رئولوژیکی روغن ها

5 فشار اشباع نفت و گاز

6 تراکم پذیری روغن

7 فاکتور حجم روغن

8 خواص حرارتی روغن ها

9 خواص الکتریکی روغن ها

10 وزن مولکولی

11 دمای تبلور، کدورت، انجماد

12 نقطه اشتعال، اشتعال و خودسوزی

13 خواص نوری

14 تفاوت در خواص روغن در یک مخزن نفت

خواص گاز نفت

مقدمه

نفت از دیرباز برای بشر شناخته شده است. در بابل و بیزانس به عنوان مخلوط آتش زا استفاده می شد. در مصر باستان، روم و تلاقی دجله و فرات به عنوان ماده ای قابض و ضد آب در ساخت راه ها، قنات ها و سایر سازه ها استفاده می شد. از اواخر قرن هجدهم، محصول پالایش نفت، نفت سفید، برای روشنایی منازل و خیابان ها مورد استفاده قرار گرفت و از قرن نوزدهم، با اختراع موتورهای احتراق داخلی، فرآورده های نفتی به نوع اصلی سوخت برای انواع مختلف تبدیل شد. وسایل نقلیه.

بر خلاف انواع دیگر سوخت های فسیلی، استخراج نفت، حمل و نقل (از طریق خطوط لوله) نسبتا آسان است و به سادگی به طیف گسترده ای از محصولات برای اهداف مختلف پردازش می شود. بنابراین جای تعجب نیست که در بیشتر کشورهای جهان نفت بیش از نیمی از مجموعه سوخت و انرژی را به خود اختصاص داده است.

اقتصاد کشورها بیش از هر محصول دیگری به نفت وابسته است. بنابراین نفت از ابتدای تولید صنعتی تا به امروز موضوع رقابت شدید، عامل بسیاری از درگیری ها و جنگ های بین المللی بوده است. گاز طبیعی، مانند نفت، در درجه اول یک سوخت انرژی است. بیشتر نفت تولید شده در جهان (80 تا 90 درصد) به انواع مختلف سوخت و روان کننده تبدیل می شود. تنها حدود 10 درصد آن به نیاز صنایع شیمیایی می رسد.

تاریخچه توسعه شیمی نفت با آثار D. I. Mendeleev، N. D. Zelinsky، V. V. Markovnikov، K. V. Kharichkov، V. N. Ipatiev، A. A. Letny و دیگران مرتبط است که در پیدایش روغن شیمی به عنوان یک علم نقش داشتند. شکل گیری آن در اواخر دهه 20 - اوایل دهه 30 در دیوارهای آکادمی معدن مسکو اتفاق افتاد، جایی که پروفسور (آکادمی بعدا) S. N. Nametkin دوره "شیمی نفت" را تدریس کرد. در سال 1932 کتابی با همین عنوان منتشر شد.

تحقیقات سنتی و اصلی در زمینه شیمی نفت شامل حوزه های زیر است. اولی یک جهت تحلیلی است که ترکیب روغن ها را با هدف کاربرد عملی بخش های نفتی و اجزای منفرد و همچنین حل مسائل ژئوشیمیایی در جستجوی میادین جدید نفت و گاز مطالعه می کند. آگاهی از ترکیب شیمیایی بالقوه روغن برای انتخاب طرح فن آوری بهینه برای فرآوری آن از اهمیت تعیین کننده ای برخوردار است. استفاده از روش های نوین شیمی تجزیه و شیمی آلی در روغن ها بر اساس آل. پتروف، حدود 1000 ترکیب جداگانه شناسایی شد.

جهت دوم تحقیق، بررسی خواص سیستم های روغن بسته به شرایط P، V، T و برهمکنش شیمیایی اجزای جداگانه روغن است. در شرایط تولید، حمل و نقل، فرآوری و استفاده، سیستم‌های روغن می‌توانند در دما و فشار بالا قرار داشته باشند، زمانی که تبدیل شیمیایی اجزای نفت امکان‌پذیر باشد.

باید به این واقعیت توجه داشت که در شیمی نفت، رویکرد به سیستم های نفتی به عنوان محلول های مولکولی برای مدت طولانی غالب بوده و تا به امروز باقی مانده است. تاکنون، بسیاری از پدیده‌ها در سیستم‌های نفتی و محاسبات تکنولوژیکی بر اساس آن تفسیر می‌شوند قوانین فیزیکیبرای محلول های مولکولی (قوانین راولت دالتون، هنری، نیوتن، دارسی و غیره) ایجاد شد. با این حال، ایده های مربوط به ساختار مولکولی سیستم های نفتی همیشه رفتار واقعی سیستم های نفتی را توصیف نمی کند و با واقعیت مطابقت دارد.

از دیدگاه شیمی کلوئید، روغن یک مخلوط چند جزئی پیچیده است که بسته به مجموع شرایط خارجی، خواص یک محلول مولکولی یا یک سیستم پراکنده را نشان می دهد. سیستم های پراکنده نفتی (VDS) تقریباً همه انواع مواد اولیه هیدروکربنی طبیعی و همچنین انواع مختلف فرآورده های نفتی - از سوخت موتور گرفته تا کک را شامل می شود. این رویکرد، بر اساس در نظر گرفتن ساختار پراکنده SSS های مختلف، امکان بهینه سازی فرآیندهای تکنولوژیکی تولید، حمل و نقل و پالایش نفت و همچنین ویژگی های فرآورده های نفتی را بدون هزینه مواد قابل توجه می دهد. با روش های دیگر

مواد تجربی انباشته شده تا به امروز به طور قانع کننده ای ثابت می کند که نادیده گرفتن بیشتر ساختار پراکنده نفت به طور قابل توجهی توانایی کنترل بازیافت نفت را محدود می کند. البته، نمی توان به پیچیدگی استثنایی چنین رویکردی توجه نکرد. این در این واقعیت نهفته است که کارشناسان در زمینه شیمی نفت هنوز در مورد ساختار نفت به توافق نرسیده اند و آن را در شرایط عادی بررسی می کنند. و اغلب، تماس نفت با سنگ در شرایط دیگر رخ می دهد: در حضور آب در محل، در منطقه ای با دما و فشار بالا.

در حین حمل و نقل، در نتیجه تغییرات در شرایط خارجی (به عنوان مثال، دما، فشار، غلظت مواد افزودنی)، تغییرات متعدد در سازمان ماکرومولکولی روغن تا تغییر در حالت تجمع رخ می دهد که به طور طبیعی بر تغییر در روغن تأثیر می گذارد. مقاومت هیدرودینامیکی آن هنگام حرکت از طریق لوله. کاهش مقاومت هیدرودینامیکی روغن که معمولاً با کمک افزودنی های پلیمری حاصل می شود، مطلوب است، اما از نظر علمی، تعامل مواد افزودنی با اجزای SSS هنوز مورد مطالعه قرار نگرفته است.

در طول فرآوری نفت و استفاده از فرآورده های نفتی، دگرگونی های فازی با تغییر در حالت تجمع و در برخی موارد، ترکیب شیمیایی فازها رخ می دهد. تنظیم انتقال فاز در SSS با کمک عوامل خارجی: میدان‌های نیرو و مواد افزودنی با ماهیت مختلف، از جمله روش ترکیب بهینه محصولات نفتی، روشی مؤثر برای تأثیرگذاری بر پارامترهای فرآیندهای فن‌آوری نفت و خواص فرآورده‌های نفتی است. با این حال، متأسفانه ذخایر نفت محدود است و میادین توسعه یافته پس از مدتی تخلیه می شوند. تجدید ناپذیری و منابع محدود مواد خام هیدروکربنی که بشر در اختیار دارد، حاد بودن مشکل انرژی را تشدید می کند. بر اساس پیش بینی ها، تولید نفت خام در دهه دوم تا سوم قرن آینده به اوج خود می رسد و کمبود ذخایر گاز طبیعی و میعانات گازی مرتبط با نفت از اوایل سال 2010 احساس می شود.

کاهش ذخایر نفتی نیاز به استفاده اقتصادی‌تر از نفت را با افزایش ضریب بازیافت نفت، بهینه‌سازی فرآیندهای حمل و نقل و افزایش عمق پالایش نفت، استفاده منطقی از فرآورده‌های نفتی با در نظر گرفتن خواص زیست‌محیطی آن‌ها می‌سازد که غیرممکن است. بدون مطالعات فیزیکی و شیمیایی جامع ترکیب، ساختار و خواص روغن.

1. منشا نفت

خاستگاه ایده های مدرن در مورد منشاء نفت در قرن 18 - اوایل قرن 19 بوجود آمد. M. V. Lomonosov (1757) پایه های فرضیه منشاء آلی نفت را پایه گذاری کرد و شکل گیری آن را با تأثیر "آتش زیرزمینی" بر روی "زغال سنگ سنگ" توضیح داد که در نتیجه به نظر وی آسفالت ها، روغن ها و " روغن های سنگایده منشا معدنی نفت برای اولین بار توسط A. Humboldt در سال 1805 بیان شد.

توسعه شیمی، آزمایشات بر روی سنتز معدنی هیدروکربن ها (HC)، انجام شده توسط M. Berthelot (1866)، G. Biasson (1871)، به عنوان نقطه شروع برای توسعه فرضیه منشاء معدنی عمل کرد. مندلیف که تا سال 1867 به ایده‌های منشا آلی نفت پایبند بود، در سال 1877 فرضیه معروف منشا معدنی آن را تدوین کرد که بر اساس آن نفت در اعماق زیاد در دماهای بالا به دلیل تعامل آب با فلز تشکیل می‌شود. کاربیدها

در طول قرن گذشته، حجم عظیمی از داده های شیمیایی، ژئوشیمیایی و زمین شناسی انباشته شده است که مشکل منشاء نفت را روشن می کند. در حال حاضر، اکثر دانشمندان - شیمیدانان، ژئوشیمیدانان و زمین شناسان - ایده پیدایش آلی نفت را معقول ترین می دانند، اگرچه دانشمندانی وجود دارند که هنوز فرضیه معدنی تشکیل آن را ترجیح می دهند.

1.1 فرضیه های منشا معدنی نفت

همه فرضیه‌های منشا معدنی نفت با ایده سنتز هیدروکربن‌ها، اجزای حاوی اکسیژن، گوگرد و نیتروژن نفت از مواد اولیه ساده - C، H2، CO، CO2، CH4، H2O و رادیکال‌ها متحد می‌شوند. در دماهای بالا و برهمکنش محصولات سنتز با بخش معدنی سنگ های عمیق.

مندلیف D. I. معتقد بود که اساس تشکیل هیدروکربن ها برهمکنش کاربیدهای فلزی سنگ های عمیق با آب است که از طریق شکاف ها از سطح به عمق زیاد نفوذ می کند.

طرح فرآیند به شرح زیر ارائه شد:

FeC + ZH20 = Fe2O3 + С2Н6

یا در نمای کلیمی توان نوشت:

MCm + mH20 -> MOm + (CH2)m.

به گفته D.I. Mendeleev، هیدروکربن‌ها در حالت گازی تشکیل شدند، سپس به قسمت سرد بالای پوسته زمین بالا رفتند، جایی که متراکم شدند و در سنگ‌های رسوبی متخلخل جمع شدند. کاربیدهای فلزی در آن زمان هنوز در سنگهای عمیق شناخته نشده بودند. در حال حاضر، فرض مندلیف تأیید شده است؛ کاربیدهای تعدادی از عناصر (FeC، TiC، Cr2Cs، WC، SiC) در سنگ‌های عمیق یافت شده‌اند. اما آنها خوشه های بزرگ را تشکیل نمی دهند. اینها کوچکترین (کسری از میلی متر) جداسازی مواد معدنی هستند که نادر و در سنگها پراکنده هستند. بنابراین، توضیح فرآیند تشکیل هیدروکربن ها در مقادیر بسیار زیاد که در طبیعت شناخته شده اند، از این موقعیت ها بسیار دشوار است. همچنین اکنون شکی وجود ندارد که آب نمی تواند از سطح از طریق شکاف ها به اعماق زیاد جریان یابد. اما این ضروری نیست، فاز سیال سنگ های عمیق تحت شرایط خاصی حاوی آب است، بنابراین، در اصل، تعامل آن با کاربیدها امکان پذیر است. تشکیل ساده ترین هیدروکربن ها نیز کاملا محتمل است، اما در مقادیر زیاد به سختی امکان پذیر است.

در سال 1892، N. A. Sokolov فرضیه ای در مورد منشاء کیهانی نفت ارائه کرد. ماهیت آن به همان سنتز معدنی هیدروکربن ها از مواد ساده کاهش می یابد، اما در مرحله اولیه و کیهانی شکل گیری زمین.

فرض بر این بود که هیدروکربن های تشکیل شده در یک پوشش گازی قرار دارند و با سرد شدن، توسط سنگ های پوسته زمین در حال تشکیل جذب می شوند. سپس هیدروکربن‌ها که از سنگ‌های آذرین خنک‌کننده آزاد می‌شوند، به قسمت بالایی پوسته زمین بالا می‌روند و در آنجا تجمعاتی ایجاد می‌کنند. این فرضیه بر اساس حقایقی در مورد وجود کربن و هیدروژن در دم دنباله دارها و هیدروکربن ها در شهاب سنگ ها بود. بر اساس داده های مدرن، C2H2، C2H4، C2H6، C3H8، HCN، C2N2 در جو مشتری و تیتان، و همچنین در ابرهای گاز و غبار یافت شدند. مواد کربن دار جامد، آلکان های معمولی و اسیدهای آمینه در شهاب سنگ ها یافت شدند. با این حال، منشأ آنها نامشخص است.

تعدادی از استدلال های حامیان منشا معدنی نفت بر اساس محاسبات ترمودینامیکی است. Chekalyuk E. B. سعی کرد دمای تشکیل روغن را با نسبت بین برخی از هیدروکربن های ایزومر تعیین کند، با این فرض که سنتز در دمای بالا منجر به تشکیل مخلوط های تعادلی ترمودینامیکی می شود. دمای تشکیل نفت به این ترتیب 450-900 درجه سانتیگراد محاسبه شد که مطابق با دمای منطقه عمیق 100-160 کیلومتری گوشته بالایی زمین است. با این حال، برای همان روغن ها، محاسبه برای سایر جفت های ایزومر مقادیر دمای دیگری (از -100 تا 20000 درجه سانتیگراد) را ارائه می دهد که در شرایط پوسته زمین و گوشته کاملاً غیر واقعی است. اکنون ثابت شده است که هیدروکربن های ایزومر روغن ها سیستم های غیر تعادلی هستند. از سوی دیگر، محاسبات مربوط به خواص ترمودینامیکی هیدروکربن‌ها در ناحیه فشارهای بسیار بالا (ده‌ها هزار پاسکال) به دلیل نیاز به توسل به برون‌یابی‌های بسیار طولانی، نسبتاً دلخواه است.

در شرایط عمیق زمین، در حضور C و H2، سنتز CH4، همولوگ های آن و برخی ترکیبات با وزن مولکولی بالاتر کاملاً امکان پذیر است و در حال انجام است. اما تاکنون داده‌های نظری یا تجربی کافی وجود ندارد که بتواند به صراحت امکان سنتز مواد معدنی چنین سیستم پیچیده و منظمی از هیدروکربن‌ها، ترکیبات نیتروژن، گوگرد و اکسیژن دار را که نفت طبیعی است و دارای فعالیت نوری است، اثبات کند. و از نظر بسیاری از ویژگی ها در سطوح مولکولی و ایزوتوپی با ماده زنده موجودات و مواد زیست آلی سنگ های رسوبی بسیار شبیه است.

شواهد زمین‌شناسی فرضیه معدنی - وجود آثار متان و برخی هیدروکربن‌های نفتی در سنگ‌های کریستالی عمیق، در گازها و ماگماهای فوران‌شده از آتشفشان‌ها، تظاهرات نفت و گاز در امتداد برخی گسل‌های عمیق و غیره - غیرمستقیم هستند و همیشه این امکان را فراهم می‌کنند. تفسیر دوگانه سنگ های عمیقی که به پوسته زمین نفوذ می کنند، سنگ های رسوبی را با مواد آلی بیوژنیک موجود در خود ذوب کرده و جذب می کنند. دریچه‌های آتشفشانی از لایه‌های رسوبی نیز عبور می‌کنند که گاهی اوقات به‌صورت منطقه‌ای دارای گاز هستند، بنابراین CH4 و برخی دیگر از هیدروکربن‌های نفتی موجود در آنها می‌توانند نه تنها در نتیجه سنتز مواد معدنی، بلکه در طی تخریب حرارتی مواد آلی بیوژنیک به دام افتاده در رسوبات تشکیل شوند. سنگ ها یا زمانی که نفت وارد سنگ های رسوبی می شود.سنگ ها پس از سرد شدن سنگ های آذرین. اما شواهد اصلی در شباهت زیاد پارامترهای شیمیایی و ژئوشیمیایی بسیاری از ترکیبات هیدروکربنی و غیرهیدروکربنی نفت با اجزای مشابه ماده زنده موجودات و مواد آلی بیوژنیک رسوبات مدرن و سنگ های رسوبی باستانی نهفته است.

1.2 توسعه ایده ها در مورد منشاء آلی روغن

حدس درخشان MV Lomonosov در مورد تشکیل نفت در نتیجه تأثیر دمای بالا بر ماده آلی بیوژنیک سنگ‌های رسوبی در اواخر قرن 19 - اوایل قرن 20 در طی مطالعات آزمایشگاهی شیمیایی و زمین‌شناسی تأیید شد.

انگلر (1888)، با تقطیر چربی شاه ماهی، روغن های قهوه ای رنگ، گازهای قابل احتراق و آب به دست آورد. بخش سبک روغن‌ها حاوی هیدروکربن‌هایی از gs تا C9 بود و کسر بیش از 300 درجه سانتی‌گراد حاوی پارافین‌ها، نفتن‌ها، الفین‌ها و هیدروکربن‌های معطر بود. فرضیه ای مبنی بر تشکیل روغن از چربی های با منشاء حیوانی وجود داشت. در سال 1919، N. D. Zelinsky سیلت ساپروپل دریاچه را تقطیر کرد، که تقریباً به طور کامل از مواد گیاهی تشکیل شده بود - بقایای جلبک های پلانکتون با محتوای چربی بالا. در همان زمان، کک، رزین، گاز و آب گرمازا به دست آمد. گاز شامل CH4، CO2، H2 و H2S بود. قطران حاوی بنزین، نفت سفید و مواد رزینی سنگین بود. آلکان ها، نفتن ها و آرن ها در بنزین یافت شده اند. هیدروکربن های پلی متیلن حلقوی در نفت سفید غالب بودند. مخلوط حاصل از هیدروکربن ها از بسیاری جهات شبیه نفت طبیعی بود؛ بخش های سنگین فعالیت نوری داشتند.

فعالیت نوری یکی از ویژگی های اساسی مشترک برای ماده زنده، محصولات تبدیل آن و روغن های طبیعی است. در طول سنتز مواد معدنی هیدروکربن ها، مخلوط های راسمیکی به وجود می آیند که فعالیت نوری ندارند، زیرا حاوی تعداد مساوی مولکول های چپ دست و راست دست هستند که از نظر ترمودینامیک مفید است (چنین مخلوطی با حداکثر مشخص می شود. آنتروپی). برعکس، برای حیات وحش، عدم تقارن آینه ای مشخص است: تمام اسیدهای آمینه بیوژنیک چپ دست هستند، قندها ایزومرهای آینه ای راست دست هستند. عدم تقارن نوری مولکول های آلی مبنای کافی برای اثبات وجود ماده زنده یا محصولات تبدیل پس از مرگ آن است. از این موقعیت‌ها، روغن فعال نوری فقط می‌تواند محصول بیوسفر باشد و نه از سنتز مواد معدنی. فعالیت نوری روغن ها عمدتاً با هیدروکربن هایی مانند تری ترپن ها و استران ها مرتبط است.

به دست آوردن محصولات فعال نوری روغن مانند در طول تقطیر مواد آلی جلبک پلانکتون به عنوان مبنایی برای فرضیه منشاء روغن از مواد گیاهی عمل کرد. این نیز تسهیل شد تحقیقات زمین شناسی. زمین شناسان در قرن نوزدهم هنگام جست و جو و اکتشاف ذخایر نفتی به محصور شدن مکرر ذخایر نفتی در ذخایر دریایی باستانی غنی شده با مواد آلی ساپروپلیک اشاره کردند که ذخایر منبع نفت نامیده می شدند.

با شروع آثار A.D. Arkhangelsky (1927) و P.D. Trask (1926-1932)، مطالعات مربوط به مواد آلی رسوبات مدرن و سنگ های رسوبی باستانی آغاز شد. I. M. Gubkin تأثیر قابل توجهی در جهت گیری تحقیق داشت. وی تاکید کرد که پراکندگی منطقه ای گسترده ذخایر نفتی در لایه های رسوبی باعث می شود تا هر گونه منابع عجیب و غریب احتمالی برای تشکیل نفت (چربی های حیوانی، تجمع علف های دریایی و غیره) کنار گذاشته شود و در نظر گرفته شود که منبع نفت تنها می تواند باشد. مواد آلی پراکنده گسترده در سنگ های رسوبی، ماده ای با منشا گیاهی و حیوانی مخلوط. با این حال، بعداً مشخص شد که معمولاً مواد ساپروپلیک بر آن غالب است که از بقایای کوچک‌ترین جلبک‌های پلانکتون تشکیل شده است. میانگین غلظت آن در سنگ‌های رسی رسوبی تا حدودی کمتر از 1 درصد است، اما در تعدادی از شیل‌های قیری که اغلب با محتوای نفت صنعتی همراه هستند، تا 5-6 و گاهی تا 10-20 درصد می‌رسد.

ماده آلی هیومیک، که از پوشش گیاهی زمینی به دست می آید، عمدتاً در ذخایر زغال سنگ قاره ای توزیع می شود که در آنها ذخایر گاز هیدروکربنی یافت می شود، اما، به عنوان یک قاعده، هیچ ذخایر نفتی وجود ندارد. این کاملاً قابل درک است، زیرا ماده هیومیک معمولاً حاوی مواد لیپیدی بسیار کمی است و با افزایش دما، فقط گاز متان خشک تولید می کند.

مطالعات موجودات پلانکتون دریایی، باکتری های سیلت، نشان داد که آنها حاوی مقدار قابل توجهی از مواد لیپیدی (گاهی تا 40٪) هستند، که از آن به راحتی می توان هیدروکربن ها را تشکیل داد، و همچنین مقدار کمی از خود هیدروکربن - تا 0.06٪. در حال حاضر تا 3-5 درصد مواد قیر و تا 0.5 درصد هیدروکربن ها در مواد آلی سیلت های دریایی یافت شده است. علاوه بر این، آنها توسط تمام طبقات مشخصه نفت - آلکان ها، نفتن ها و آرن ها نشان داده می شوند. درست است، بر خلاف نفت، آنها هنوز حاوی هیدروکربن های سبک از بخش های بنزین نیستند.

مطالعه مواد آلی ساپروپلیک سنگ‌های رسوبی که غوطه‌ور شدن 2-3 کیلومتر و دمای 100-150 درجه سانتیگراد را تجربه کردند نشان داد که در حال حاضر حاوی 10-20٪ مواد قیر (روغن، رزین، آسفالتین) تا 10 است. -12٪ هیدروکربن ها، از جمله تا 2-3٪ کم جوش (C6-C14). آنها حاوی تمام کلاس های اصلی هیدروکربن های نفتی هستند - آلکان ها، ایزوآلکان ها، نفتن ها و آرن ها. همچنین ترکیبات حاوی نیتروژن، گوگرد و اکسیژن مشخصه روغن ها وجود دارد.

مطالعات دقیق شباهت‌های بیشتر و بیشتری را بین هیدروکربن‌های ماده آلی پراکنده سنگ‌های رسوبی، که N.B. Vassoevich آن را میکرو نفت نامید، و روغن‌های حاصل از ذخایر آن نشان داد.

کشف مولکول های زیستی به ارث رسیده از مواد زنده در روغن ها از اهمیت زیادی برخوردار بود. اینها اول از همه پورفیرینها هستند که از چهار حلقه پیرول تشکیل شده اند که از طریق اتم نیتروژن (معمولاً با V و Ni) با فلزات ترکیبات پیچیده ای تشکیل می دهند. تشکیل آنها از کلروفیل گیاهی بدون شک است. با افزایش عمق و افزایش دما در زیر خاک، محتوای پورفیرین ها در روغن ها کاهش می یابد، زیرا آنها از نظر حرارتی ناپایدار هستند. بنابراین تصور احتمال ورود پورفیرین ها به روغن از مناطق با دمای بالا همراه با محصولات سنتز مواد معدنی کاملاً غیرممکن است.

کلروفیل وانادیل پورفیرین در فرمول ها Pht به معنای فیتول است.

«علامت‌های بیوژنیک» مهم («بیومارکرها») بسیاری از هیدروکربن‌های ایزوپرنوئید ذاتی در ماده زنده، به‌ویژه فیتان (C20) و مخلوط (C19) هستند، که وقوع آن‌ها با فیتول، یک عنصر ساختاری محیطی مولکول کلروفیل مرتبط است. همچنین در بدن برخی از حیوانات اسکله ای به شکل "آماده" وجود دارد.

جالب است که هیدروکربن С20Н42 ​​از نظر تئوری می تواند بیش از 366 هزار ایزومر داشته باشد، اما تنها یکی از آنها به مقدار قابل توجهی در روغن ها وجود دارد - فیتان، که ساختار آن مشخصه ماده زنده است.

بسیاری از "بیومارکرها" در مواد آلی رسوبات و روغن ها توسط هیدروکربن های چند حلقه ای مانند استران ها و تری ترپن ها، به ویژه هوپان ها نشان داده می شوند. بسیاری از آنها بدون شک مشتقاتی از مولکول های زیستی مشخصه ای مانند استروئیدها و تری ترپنوئیدها هستند که در همه موجودات زنده، از ساده ترین سیانوباکتری ها گرفته تا پستانداران عالی، یافت می شوند و از اهمیت بیوشیمیایی بالایی برخوردار هستند. ما شامل کلسترول، فیتوسترول و غیره می‌شویم.

با توجه به شباهت زیاد در ساختار مولکولی بین استروئیدها و استران ها، تری ترپنوئیدها و تری ترپن ها (هوپان ها) مواد زنده و روغن ها، وجود آنها شاخص قابل اعتمادی از پیدایش آلی روغن است.

از نظر ویژگی‌های استریوشیمیایی، استران‌های نفتی و تری‌ترپن‌ها هنوز تا حدودی با ترکیبات بیولوژیکی اصلی متفاوت هستند، که با تغییرات در ساختار فضایی یک یا چند مرکز کایرال زیست‌مولکول‌ها در طول تبدیل حرارتی همراه است. تری ترپن های پنج حلقه ای عمدتاً در گیاهان زمینی یافت می شوند. در مواد آلی سنگ‌های رسوبی دریایی و در روغن‌ها، هیدروکربن‌های چهارحلقه‌ای رایج هستند - استران‌ها (هوپان‌ها)، مشخصه جلبک‌های پلانکتون سبز-آبی، که یکی از تولیدکنندگان اصلی زیستی در تجمع مواد آلی ساپروپلیک در رسوبات دریایی در سراسر کل کشور بودند. زمان زمین شناسی

آلکان های معمولی (از C17 و بالاتر) نیز به ساختارهای بیوژنیک ارثی تعلق دارند. محتوای آنها در روغن ها به 10-15 و گاهی 30٪ می رسد. شواهد تشکیل n-آلکان از اسیدهای چرب بیوژنیک، غلبه n-آلکان با تعداد فرد اتم کربن بر اتم های "زوج" در روغن های کم تبدیل است. برای مواد زنده و مواد آلی رسوبات تشکیل شده از آن، غلبه اسیدهای چرب با تعداد زوج اتم کربن همیشه مشخص است. هنگامی که اسیدهای چرب "زوج" دکربوکسیله می شوند، هیدروکربن های "فرد" تشکیل می شوند، به عنوان مثال، در مورد اسید پالمیتیک:

C1bH32O2 -> C15H32 + CO2.

هموارسازی تدریجی این صفات ژنتیکی اولیه تا غلظت تقریباً یکسانی از n-آلکان های «زوج» و «فرد» هم در ماده آلی سنگ های منشا و هم در روغن های مخزن با افزایش عمق و دما در اعماق ناشی از واکنش های ثانویه اتفاق می افتد.

بنابراین، با توجه به بسیاری از ویژگی‌ها در سطح مولکولی و وجود «بیومارکرها»، بین ماده زنده موجودات، مواد آلی سنگ‌های منشأ رسوبی و روغن‌های موجود در ذخایر ارتباطی وجود دارد. مقدار کل ساختارهای مولکولی بیوژنیک به ارث رسیده از ماده زنده گاهی به 30 درصد جرم آنها در روغن می رسد.

مطالعه دقیق ترکیب و توزیع "بیومارکرها" در ماده آلی سنگ های رسوبی و در روغن ها این امکان را فراهم می کند تا نه تنها منشاء آلی نفت را تایید کنیم، بلکه حتی برای ذخایر خاصی تعیین کنیم که هیدروکربن های نفتی از کدام ذخایر تامین شده اند. تشکیل رسوبات این مسئله همچنین با شباهت ترکیب ایزوتوپی کربن در بخش های مشابه از اجزای قیری مواد آلی سنگ های رسوبی و روغن ها با موفقیت حل می شود.

معلوم شد که در لایه های رسوبی زمین، مواد آلی حاوی مقدار زیادی هیدروکربن های نفتی پراکنده (ریزنفت) است - حدود 1014 تن، که حداقل 100 برابر بیشتر از کل ذخایر نفت کشف شده و تخمین زده شده جهان در میادین آن است. در نتیجه برای تشکیل همه میدان‌های نفتی کافی است که در جریان مهاجرت هیدروکربن‌های نفتی پراکنده همراه با گازها و آب‌ها در شرایط زمین‌شناسی مساعد (در سازندهای متخلخل روی تله‌های تاقدیس)، بیش از 1 درصد از مقدار کل آنها انباشته نشود.

مشخص است که نفت به طور نابرابر در طبقات رسوبی توزیع شده است و این از نقطه نظر مفهوم آلی تشکیل آن نیز قابل درک است. مواد آلی منشاء نفت در رسوبات به طور ناهموار در طول زمان زمین شناسی انباشته می شوند. حداکثر تجمع آن در نهشته های دونین، ژوراسیک-کرتاسه و سوم مربوط به حداکثر وزن هاهیدروکربن های نفتی پراکنده را در ذخایر نفتی این عصر و حداکثر ذخایر نفتی در میادین کشف شده تشکیل دادند.

بنابراین، همه داده های شیمیایی، ژئوشیمیایی و زمین شناسی بدون شک منشا آلی نفت را گواهی می دهند.

1.3 ایده های مدرن در مورد تشکیل نفت و گاز

مشخص است که وقتی شیل های ساپروپل تا 150-170 درجه سانتیگراد گرم می شوند، تجزیه حرارتی ضعیف مواد آلی شروع می شود که منجر به افزایش بازده مواد استخراجی می شود. در دمای 200 درجه سانتیگراد، به طور قابل توجهی تعداد بیشتری از آنها تشکیل می شود و در دمای 370-400 درجه سانتیگراد، پس از حرارت دادن به مدت 1 ساعت، در حال حاضر تا 60-80٪ از مواد آلی شیل به حالت محلول تبدیل می شود. بسیاری از مواد آسفالتی-رزینی تشکیل می‌شوند که شامل تمام کلاس‌های اصلی هیدروکربن‌های نفتی و همچنین گازها (CO2، CH4، H2S) و آب گرم‌زا هستند.

در اصل، همان فرآیند تجزیه حرارتی (یا ترموکاتالیستی) در شرایط طبیعی نیز رخ می‌دهد، زمانی که رسوبات حاوی ماده آلی ساپروپلیک در زیر رسوبات جوان‌تر تجمع یافته در بالای آنها غرق می‌شوند. فقط در شرایط طبیعی بسیار آهسته پیش می رود، با سرعت فرورفتن رسوب معمولاً از 100-50 تا 300 متر بر متر. سال ها.

فرونشست تا عمق 2-3 کیلومتری که با توزیع بیشتر ذخایر نفت تشکیل شده و دمای تا 150-160 درجه سانتیگراد مشخص می شود، طی یک دوره 10 تا 60 میلیون ساله انجام می شود. تصور چنین فرآیند "فناوری" طبیعی بسیار کندی برای تبدیل حرارتی ماده آلی ساپروپلیک با افزایش دمای 1 درجه سانتیگراد در 60-400 هزار سال دشوار است، با این حال، مطالعات انجام شده تأیید می کند که در شرایط طبیعی در واقع در بسیاری از فرورفتگی های پر از لایه های ضخیم از رسوبات انباشته شده به طور گسترده اجرا می شود.

مطالعات دقیق زمین شناسی و ژئوشیمیایی امکان ردیابی مراحل متوالی این فرآیند را فراهم می کند (شکل 1.1). در مرحله اولیه فرونشست (تا 1.5-2 کیلومتر با افزایش دما به 50-70 درجه سانتیگراد)، محتوای کربن و هیدروژن در کروژن عمدتاً به دلیل از دست دادن اکسیژن به دلیل حذف اکسیژن محیطی افزایش می یابد. حاوی گروه های عاملی از ساختار مولکولی مواد آلی.

برنج. 1.1. تبدیل مواد آلی سنگهای رسوبی (a - c) و نسلهای نفت و گاز (d) با افزایش عمق غوطه وری (H) و دما (T): C - محتوای کربن در مواد آلی. H - هیدروژن، B - بیتوموئید؛ ∑H-نسل نفت; ∑CH4 - تولید متان. Vn نرخ تولید نفت است. VM - نرخ تولید متان

غلظت مواد قیر و هیدروکربن های نفتی با مولکولی بالا تقریباً افزایش نمی یابد. هنوز هیچ هیدروکربن با جوش کم در مواد آلی وجود ندارد. ترکیب فاز گاز ماده آلی تحت سلطه دی اکسید کربن تشکیل شده در این مرحله با محتوای ناچیز متان و همولوگ های آن است.

ساختار مولکولی مواد آلی در این مرحله هنوز تخریب قابل توجهی را تجربه نمی کند، تشکیل روغن فعال در هیچ دوره ای از فرآیند، تا 400-600 میلیون سال رخ نمی دهد. در دماهای تا 50-70 درجه سانتیگراد (احتمالا حتی تا 90 درجه سانتیگراد)، آستانه فعال سازی برای واکنش های تخریب ساختار مولکولی مواد آلی هنوز نرسیده است و هیچ یک از طولانی ترین آنها زمان زمین شناسینمی تواند کمبود دما را جبران کند. در یک منطقه عمیق تر (تا 2.5-3 کیلومتر در دمای 90-100-150 درجه سانتیگراد)، جهت فرآیند تبدیل حرارتی ماده آلی ساپروپلیک به طور اساسی تغییر می کند. با تغییر جزئی در محتوای کربن در کروژن، محتوای هیدروژن به طور قابل توجهی کاهش می یابد. غلظت کلروفرم بیتوموئید به عنوان یک کل، از جمله هیدروکربن های نفتی با وزن مولکولی بالا (C15-C45)، به سرعت و به طور قابل توجهی افزایش می یابد و به حداکثر می رسد. هیدروکربن های کم جوش از فراکسیون های بنزین (С6-С14) تشکیل می شوند و به حداکثر غلظت می رسند. در ترکیب فاز گاز ماده آلی، غلظت همولوگ متان (C2 - C5) به حداکثر خود می رسد. محتوای CH4 هنوز ناچیز است.

این مرحله، به مفهوم زمین شناسی تشکیل سریع بخش غالب بیتوموئید به عنوان یک کل و هیدروکربن های نفتی، توسط N.B. Vassoevich فاز اصلی تشکیل نفت (MAP) نامیده شد. در منطقه دمایی تا 150-160 درجه سانتیگراد، فاز اصلی تشکیل نفت حتی در رسوبات "جوان" با سن 10-20 میلیون سال و حتی بیشتر از آن در رسوبات بسیار قدیمی تر به طور کامل تحقق یافته است. همانطور که مشاهده می شود، فرآیند نسبتاً فعال تخریب ساختار مولکولی کروژن با تشکیل قیر و هیدروکربن های نفتی در شرایط طبیعی در مقیاس زمانی زمین شناسی، 2-2.5 بار در دمای پایین تر از شرایط آزمایشگاهی، در طول یک مدت زمان انجام می شود. مدت زمانی، ظاهراً بیش از چند میلیون سال نیست.

با قضاوت بر اساس داده های طیف سنجی مادون قرمز، ساختار مولکولی کروژن پس از تخریب با از دست دادن مقدار قابل توجهی از اجزای لیپیدی، ابتدا با عملکرد اسیدهای کربوکسیلیک، کتون ها و آلدئیدها، و سپس ساختارهای با زنجیره بلند با گروه های CH2 مشخص می شود. . تشدید آروماتیزاسیون و پلی تراکم بخش باقیمانده کروژن وجود دارد که از نظر ترکیب عنصری و ساختار مولکولی ظاهر "ساپروپل" خود را از دست می دهد و تقریباً با مواد آلی هیومیک فقیر از هیدروژن تفاوتی ندارد.

اجزای قیری محلول (بیش از 30٪ از جرم اولیه کروژن) که در طول توسعه HFP در مقادیر زیاد تشکیل می شوند با محتوای کربن (C) 80-82٪، هیدروژن (H) 9.5-11٪ مشخص می شوند، به عنوان مثال، آنها از نظر ترکیب به قیر نزدیک هستند که در طی تجزیه حرارتی شیل های ساپروپل (C 81-82.5٪، H 9.1-9.5٪) تشکیل می شوند. بیش از نیمی از قیر تشکیل شده (تا 60-80٪) توسط رزین ها و آسفالتین ها، تا 20-40٪ - هیدروکربن ها، که در آن سهم n-آلکان ها تا 10-30٪ است، و سهم نشان داده شده است. ایزوآلکان ها و سیکلان ها تا 20-60٪ و آرن ها - تا 20-50٪ است. در ترکیب هیدروکربن های کم جوش، نسبت قابل توجهی به سیکلان ها تعلق دارد (سیکلوپنتان ها غالب هستند). سهم n-آلکان ها و آرن ها کم است. با افزایش عمق و دما، نسبت n-آلکان ها، آرن ها و سیکلوهگزان ها به طور قابل توجهی افزایش می یابد، در حالی که نسبت سیکلوپنتان ها کاهش می یابد. از ذخایر جوان تا مسن در این ناحیه، افزایش نسبت آلکان ها و کاهش سیکلان ها و آرن ها قابل ردیابی است. در بین آلکان ها، گاهی اوقات نسبت قابل توجهی (تا 50 درصد) ایزوآلکان ها است.

مخلوط مواد آسفالت - رزین و هیدروکربن های نفتی تشکیل شده در کارخانه پمپاژ نفت از نظر ترکیب عنصری و گروهی شبیه به آسفالت است که توسط A.F. Dobryansky به عنوان مرحله میانی در تبدیل ماده ساپروپلیک به نفت در نظر گرفته شد. به نظر می رسد تصویر تشکیل روغن که بر اساس داده های طبیعی ثابت شده است، کاملاً با این دیدگاه ها مطابقت دارد. با این حال، روند بعدی فرآیند تشکیل نفت متفاوت از آنچه A.F. Dobryansky فرض می کرد توسعه می یابد.

تشکیل مقدار زیادی از مواد آسفالت-رزمینه و هیدروکربن های نفتی، از جمله گازهای کم جوش، و همچنین گازهای (C1، C2 - C5، CO2، H2S، N2) از کروژن جامد با افزایش چند برابری حجم همراه است. در نتیجه غیر عادی فشارهای بالا 20-30 مگاپاسکال بیش از فشار هیدرواستاتیک معمولی در ماسه سنگ های متخلخل اشباع از آب مجاور. هنگامی که فشار بحرانی به دست می‌آید، شکستگی سیال سنگ‌های رسی به صورت دوره‌ای با تشکیل ریزترک‌ها و آزاد شدن هیدروکربن‌های نفت و گاز فشرده به ماسه‌سنگ‌های اشباع شده از آب اتفاق می‌افتد، جایی که تجمعات نفتی در طول انباشتگی آنها شکل می‌گیرد.

افزایش سریع غلظت مواد قیری و هیدروکربن ها در کروژن در منطقه عمیق تا 2.5-3 کیلومتر ثبت می شود، زیرا سرعت تولید آنها، به طور تصاعدی با عمق و دما افزایش می یابد، از سرعت مهاجرت هیدروکربن ها بیشتر می شود. از سنگهای رسی با کاهش غلظت مواد اولیه لیپیدی، سرعت تولید هیدروکربن ها به طور قابل توجهی کاهش می یابد و سرعت مهاجرت آنها افزایش می یابد، در حال حاضر از سرعت تشکیل هیدروکربن ها فراتر می رود، که ابتدا منجر به توقف رشد و سپس به سرعت می شود. کاهش غلظت قیر و هیدروکربن های نفتی در مواد آلی عمیق تر از 2.5 -3 کیلومتر (شکل 1.1 را ببینید).

یکی دیگر از دلایل کاهش سریع میزان قیر، تغییر در خواص فیزیکی و حالت فازی رزین‌ها و آسفالتین‌ها پس از از بین رفتن خروجی قسمت اصلی هیدروکربن‌ها با افزایش بیشتر دما است. بخش قابل توجهی از اجزای رزین آسفالت که با تشکیل هیدروکربن ها و گازهای نفتی با جوش کم، دچار تخریب حرارتی می شوند، دوباره به حالت نامحلول می روند و وارد ترکیب کروژن نامحلول می شوند. بیتوموئید باقی مانده در مقدار کمی عمدتاً توسط هیدروکربن ها نشان داده می شود که در آنها با افزایش عمق و دما، مقدار آلکان ها و آرن ها افزایش و مقدار سیکلان ها کاهش می یابد.

در طول مهاجرت هیدروکربن‌ها از سنگ‌های منشأ رسی به لایه‌های مجاور ماسه‌سنگ‌های متخلخل اشباع از آب، جدایی کروماتوگرافی از مخلوط حاصل از مواد آسفالت-رزین، هیدروکربن‌های نفت و گاز رخ می‌دهد. لایه رسی با مواد قیر تشکیل شده یک ستون کروماتوگرافی طبیعی است. هر چه ماده شوینده بیشتر از آن به سمت ماسه سنگ عبور کند که نقش آن را متحرک ترین گاز و هیدروکربن های نفتی کم جوش ایفا می کنند، جداسازی کامل اجزا با مخلوط اولیه مواد آسفالت-رزین و هیدروکربن ها مشخص می شود. مخلوطی از هیدروکربن های نفتی به مخزن شن و ماسه منتقل می شود، محتوای رزین ها و آسفالتین ها در آن مانند روغن معمولی از 5-10٪ تجاوز نمی کند. این، در اصل، در حال حاضر نفت واقعی است.

کاهش قابل توجه غلظت بیتوموئید و هیدروکربن ها در کروژن در انتهای ایستگاه پمپاژ گاز، ایجاد شده توسط S. G. Neruchev، همراه با جداسازی کروماتوگرافی قیر، به عنوان یک علامت تشخیصی عینی از ذخایر منبع نفت عمل می کند، که نفت از آن به مخازن مهاجرت می کند. در گذشته زمین شناسی تجزیه و تحلیل کمی این تغییرات امکان تعیین جرم نفت تشکیل شده و خروجی و ذخایر احتمالی آن در ذخایر را ممکن می سازد.

محاسبات تعادلی تبدیل حرارتی ماده آلی ساپروپلیک و فرآیندهای مهاجرت هیدروکربن های نفتی بر اساس داده های تجربی به دست آمده، ایجاد یک مدل کمی نظری از تشکیل نفت را ممکن ساخت (نگاه کنید به شکل 1.1). فاز اصلی تشکیل نفت با حداکثر سرعت تولید هیدروکربن های نفتی مشخص می شود که معمولاً در محدوده عمقی 2-3 کیلومتر در دمای 80-90 تا 150-160 درجه سانتی گراد است. با یک گرادیان زمین گرمایی کم، افزایش آهسته دما با عمق، HPF در یک منطقه عمیق تر، تا حدود 6-8 کیلومتر تحقق می یابد. مقدار کل مواد قیری تشکیل شده و هیدروکربن های نفتی بیش از 30٪ است و مقدار نفتی که به مخازن متخلخل مهاجرت می کند به 20٪ جرم اولیه مواد آلی ساپروپلیک می رسد.

شناور شدن نفت از سنگ‌های منشأ رسی به سازندهای متخلخل اشباع از آب به تدریج منجر به تشکیل تجمعات (رسوبات) آن در مرتفع‌ترین قسمت‌های سازندها (روی ساختارهای تاقدیس) می‌شود. فرآیند تشکیل نفت و تشکیل ذخایر آن در اینجا به پایان می رسد. با فرونشست بیشتر ذخایر منبع نفت با افزایش دما در کروژن باقیمانده، افزایش قابل توجهی در محتوای کربن (تا 95-97٪) و افت هیدروژن (تا 0.5-1٪) مشاهده می شود. از دست دادن توده قابل توجهی از کروژن دگرگون کننده وجود دارد. بر اساس داده های تجربی، در منطقه عمیق 3-6 کیلومتری (در دمای 200-260 درجه سانتیگراد)، نسبت متان به هیدروکربن های نفتی در ترکیب مواد آلی چندین ده برابر افزایش می یابد. افزایش سریع به حداکثر، و سپس کاهش در محتوای CH4 در مواد آلی ثبت شده است. طبق محاسبات تعادل نظری، در این مرحله قسمت اصلی متان تشکیل می شود - تا 12٪ از جرم اولیه ماده آلی، به همین دلیل نام فاز اصلی تشکیل گاز (HPG) را دریافت کرد. تولید مقدار قابل توجهی متان در این منطقه عمیق سنگ‌های رسوبی، کاهش مقدار و سپس ناپدید شدن کامل با افزایش عمق ذخایر نفتی را تعیین می‌کند که ابتدا میعانات گازی و سپس ذخایر گاز متان خشک جایگزین آن می‌شوند. . مواد آلی ساپروپلیک باقیمانده در این ناحیه با تشکیل شبکه کربن کریستالی گرافیت دچار دگرگونی شدید می شود.

منطقه وقوع HPF با روغن هایی با چگالی 820-840 کیلوگرم بر متر مکعب مشخص می شود، بازده فراکسیون ها تا دمای 200 درجه سانتی گراد حدود 25-30٪ است، محتوای آلکان ها 25-40٪، سیکلان ها 30- 50٪ و arenes 10-30٪. از رسوبات جوان تا مسن در روغن ها، افزایش بازده کسرهای سبک، افزایش نسبت آلکان ها و آرن ها با کاهش محتوای سیکلان ها مشاهده می شود.

با فرو رفتن همراه با سنگ های میزبان در زیر منطقه GFP به منطقه ای با دمای بالاتر، روغن سبک تر می شود و در هیدروکربن های کم جوش غنی می شود. در هیدروکربن‌ها، نسبت آلکان‌ها و تا حدی آرن‌ها با کاهش محسوس غلظت سیکلان‌ها افزایش می‌یابد.

هنگامی که روغن به سطح نزدیک می شود، بخش های سبک خود را از دست می دهد، سنگین تر می شود و اکسید می شود. در حال توسعه در سپرده ها فرآیندهای میکروبیولوژیکیاکسیداسیون باعث تخریب روغن می شود. افزایش قابل توجه چگالی، محتوای کم فراکسیون های بنزین، محتوای بالای مواد آسفالت-قار، از دست دادن تقریباً کامل n-آلکان ها و غلبه سیکلان ها از نشانه های چنین روغن هایی هستند که از نظر ژنتیکی اصلاح شده اند.

1.4 تشکیل کلاس های اصلی هیدروکربن های neti

نفت حاوی هیدروکربن هایی است که در مراحل مختلف تاریخ ژئوشیمیایی مواد آلی تشکیل شده است. اولین منبع هیدروکربن ها بیوسنتز آنها در ماده زنده موجودات است. دومین منبع هیدروکربن های نفتی فرآیند پردازش میکروبی ماده آلی اصلی است که در مرحله دیاژنز رسوب رخ می دهد. جهت فرآیند با مقاومت متفاوت مولکول های زیستی در برابر تخریب آنزیمی میکروبی در رسوبات و شرایط ژئوشیمیایی محیط (Eh، pH) تعیین می شود. بیومولکول‌های ماده مرده موجودات زنده در رسوبات به ترکیباتی تبدیل می‌شوند که در شرایط معین، تا حدی با تشکیل هیدروکربن‌ها، پایدارتر هستند. الکل ها و آلدئیدها می توانند به هیدروکربن تبدیل شوند. تبدیل ترپنوئیدهای حلقوی به سیکلان ها و آرن ها امکان پذیر است. سومین و همانطور که اکنون مشخص شده است، منبع اصلی هیدروکربن ها تشکیل ماده آلی عمدتاً از اجزای لیپیدی در طی تخریب حرارتی (یا کاتالیزوری حرارتی) آن در دمای 90 تا 160 درجه سانتیگراد در طول تجلی فاز اصلی نفت است. تشکیل.

ترکیب هیدروکربن های نفت تحت تأثیر عوامل متعددی است:

-ویژگی های ماده آلی اولیه رسوبات؛

-شرایط ژئوشیمیایی (Eh، pH) در طول تبدیل مواد آلی در رسوبات.

-درجه تبدیل کاتاژنتیکی (حرارتی) ماده آلی اصلی نفت در منطقه دمای بالا.

-تغییرات ثانویه در نفت در طول تشکیل رسوبات و در طول وجود آنها برای مدت طولانی زمین شناسی (تمایز فیزیکی هیدروکربن ها در فرآیند مهاجرت، قرار گرفتن طولانی مدت در معرض دماهای بالا، فرآیندهای اکسیداتیو در رسوبات و غیره).

ترکیب هیدروکربن های یک روغن خاص تحت تأثیر عوامل بسیاری تشکیل می شود و جدا کردن اصلی از آنها همیشه آسان نیست.

آلکان ها برای n-آلکان های روغن مولکولی بالا، سه منبع اصلی تشکیل ممکن است: n-آلکان های سنتز شده در موجودات زنده. الکل های مونوهیدریک آلیفاتیک با وزن مولکولی بالا که بخشی از موم های ماده زنده هستند و اسیدهای چرب اشباع تک بازیک بالاتر.

کسر غیر صابونی از چربی های گیاهی یا حیوانی معمولا یک دهم درصد است و از هیدروکربن ها و الکل ها تشکیل شده است. از نظر ساختار و منشا، این هیدروکربن ها به نظر می رسد با اسیدهای چرب مربوطه مرتبط هستند که به عنوان یک ناخالصی همراه هستند. برخی از آنها متعلق به k-alkanes، برخی دیگر متعلق به isoprenoids هستند.

در ماده‌ی زنده، n-آلکان‌های CH3(CH2)nCH3 با تعداد فرد اتم‌های کربن گسترده هستند. برخی از خطوط n با وزن مولکولی بالا با منشا بیوسنتزی مستقیماً توسط نفت از مواد آلی اولیه رسوبات به ارث می رسد. بسته به ماده آلی اولیه، آنها دارای برخی مشخصات هستند. باکتری‌های شیمی‌سنتتیک حاوی n-آلکان‌های C12-C31 با تعداد تقریباً مساوی اتم‌های کربن زوج و فرد هستند. در باکتری های فتوسنتزی - n-alkanes C14-C29. جلبک‌های سبز آبی حاوی n-آلکان‌های C15 - C20 هستند که بیش از 80 درصد آنها C17 و هیدروکربن‌های با وزن مولکولی بالاتر هستند. ضریب عجیب و غریب - در محدوده 1-5. گیاهان بالاتر با وزن مولکولی بالاتر n-آلکان - C23 - C35 با غالب C25، C27 و C29 با نسبت جرمی هیدروکربن های فرد به زوج بیش از 10 مشخص می شوند. این ویژگی های هیدروکربن ها اغلب در روغن های مرتبط با تشکیل از مواد آلی پلانکتون زایی دریایی یا از کروژن، که در آن بقایای پوشش گیاهی بالاتر زمینی نقش مهمی ایفا می کند. مقدار معینی از n-آلکان در طی تبدیل آنزیمی بیوشیمیایی اسیدهای چرب، الکل ها و آلدئیدها در مرحله دیاژنز رسوب تشکیل می شود. با این حال، تعداد بسیار بیشتری از آنها در دمای بالا (100-150 درجه سانتیگراد) در طول تجلی فاز اصلی تشکیل روغن تشکیل می شود، که عمدتاً به دلیل دکربوکسیلاسیون اسیدهای چرب اشباع مونبازیک بالاتر طبق این طرح است:

R-COOH -> CO2 + .RH.

هیدروکربن حاصل یک اتم کربن کمتر از اسید اصلی دارد. و از آنجایی که اسیدهای چرب «جفت» (به عنوان مثال، اولئیک C18H34O2، استئاریک C18H36O2) عمدتاً در ماده زنده توزیع می‌شوند، هیدروکربن‌های «فرد» در n-آلکان‌های حاصل، در این مورد C17H36، غالب هستند.

مکانیسم مهم دیگر برای تشکیل n-آلکان ها با تبدیل اسیدهای چرب بالاتر به کتون های آلیفاتیک با دو برابر شدن زنجیره کربن و کاهش متعاقب آن به هیدروکربن ها مرتبط است. A. I. Bogomolov، برای مثال، واکنش تبدیل استئارون و پالمیتون را به n-pentatriacontane (C35H72) و gentriacontane (C31H64) طبق این طرح انجام داد:

С17Н35-СО- С17Н35 + 4[Н] --> С17Н35-СН2- С17Н35، -Н2О

در حضور خاک رس به عنوان کاتالیزور، بدون منبع خارجی هیدروژن، تنها در نتیجه واکنش های توزیع مجدد هیدروژن موجود در سیستم واکنش دهنده ها. بازده n-آلکان در 200 درجه سانتیگراد حدود 30٪ و بازده n-gentriacontane 27٪ بود.

منابع تشکیل n-آلکان ها نیز می توانند الکل ها، اسیدهای چرب غیراشباع و احتمالا اسیدهای آمینه باشند.

یکی از منابع آلکان‌های شاخه‌دار، هیدروکربن‌های بیوسنتزی هستند که در میان آن‌ها 2 متیل آلکان CH3CH(CH2)nCH3 و 3-متیل آلکان CH3CH2CH(CH2)nCH3 به طور گسترده در مواد زنده توزیع می‌شوند.

SNz CH3

با غلبه تعداد فرد اتم کربن. مقدار قابل توجهی از آلکان های شاخه دار در طول تجلی فاز اصلی تشکیل روغن در طی تخریب حرارتی شدید لیپیدها تشکیل می شود. این واکنش ها هم هیدروکربن های اشباع و هم غیر اشباع تولید می کنند. به گفته A. I. Bogomolov آلکان های حاصل، تحت یک سری دگرگونی ها تحت عمل کاتالیزوری قرار می گیرند که باعث ایجاد آلکان های شاخه ای می شود. آنها همچنین می توانند در نتیجه انتزاع رادیکال های آلکیل از هیدروکربن های استروئیدی تشکیل شوند.

گروه خاصی از آلکان های شاخه دار هیدروکربن های C10-C40 هستند که مشخصه روغن ها با تناوب منظم گروه های متیل هستند - به اصطلاح آلکان های ایزوپرنوئید (ایزوپرنان ها). منبع آنها تا حدی مستقیماً هیدروکربن های ایزوپرنوئید بیوسنتتیک موجود در اسانس های ماده زنده است، اما عمدتاً مشتقات اکسیژن آنها دارای ساختار ایزوپرنوئید هستند: الکل ها، آلدئیدها، کتون ها، استرها، اسیدهای کربوکسیلیک که بخشی از ساختار مولکولی هستند. مواد آلی سنگ ها

ساختار ایزوپرنوئید زیربنای تمام ترکیبات ترپن، از جمله ترکیبات آلیفاتیک است. در واقع ترپن ها ترکیباتی از ترکیب C10H16 هستند که حاوی دو واحد ایزوپرنوئید هستند. ترکیبی از سه پیوند برای sesqui-terpenes معمولی است. دی ترپن ها از چهار واحد ایزوپرنوئید ساخته می شوند. مونوترپن های آلیفاتیک موجود در ماده زنده عمدتاً توسط میرسن و اوسیمن نشان داده می شوند.

اما اغلب در طبیعت، مشتقات حاوی اکسیژن مونوترپن ها یافت می شود، به عنوان مثال، الکل ژرانیول، که از آن، پس از کم آبی، هیدروکربن ایزوپرنوئید مربوطه می تواند تشکیل شود. دی ترپن ها شامل بسیاری از ترکیبات مشخصه موجودات زنده هستند. دی ترپن های آلیفاتیک شامل ایزوآلکان های مشخصه روغن مانند فیتان (C20H42) و عامل چسبنده (C19H40) هستند که از الکل فیتول غیراشباع (C2oH39OH) که بخشی از کلروفیل همه گیاهان سبز است، تشکیل می شوند.

Isoalkane pristane نیز مستقیماً در بدن بسیاری از حیوانات دریایی یافت می شود.

فرض بر این است که اولین مرحله از تشکیل ایزوآلکان ها آبگیری فیتول با تشکیل فیتادین است. سپس با عدم تناسب هیدروژن و اشباع دی ان، فیتان تشکیل می شود. به طور همزمان، واکنش های دیگری رخ می دهد که با تخریب زنجیره کربن و تشکیل هیدروکربن های ایزوپرنوئید با تعداد کمتری از اتم های کربن همراه است.

سیکلوآلکان ها سیکلوآلکان ها (نفتن ها) دسته ای از هیدروکربن ها هستند که بسیار مشخصه روغن های طبیعی هستند که اولین بار توسط V. V. Markovnikov در نفت کشف شد. محتوای آنها در روغن بین 25 تا 75 درصد است.

برخی از هیدروکربن های بیوسنتزی مواد زنده، مانند لیمونن تک حلقه ای، آ-پینن، کامفن، هیدروکربن های چند حلقه ای از نوع β- کاروتن:

با این حال، منبع مهمتری از سیکلوآلکان ها در روغن مشتقات اکسیژن دار از ترپن های حلقوی مختلف (مونوترپن ها (CloH16)، سسکوی ترپن ها (C15H24)، دی ترپن ها (C20H32)، تری ترپن ها (C3H48) و تتراترپن ها (C3H48) و تتراترپن ها (C4) الکل ها هستند. ، کتون ها که در مواد زنده موجودات گسترده هستند و اسیدها.

تشکیل سیکلوآلکان ها از آنها در نتیجه از دست دادن گروه های اکسیژن عملکردی و واکنش های عدم تناسب هیدروژن، با حفظ تقریباً کامل ساختار مولکولی پایه ترپنوئیدهای اصلی ماده زنده رخ داد. سیکلوآلکان‌های مختلفی که در نتیجه این فرآیندها تشکیل شده‌اند، مانند استران‌ها و هوپان‌ها، قبلاً در بررسی «فسیل‌های شیمیایی» یا «بیومارکرها» که منشأ آلی نفت را نشان می‌دهند، ذکر شده‌اند.

از کلسترول الکل حلقوی، به عنوان مثال، کلستان هیدروکربنی تشکیل می شود:

سایر سیکلان ها - استرول ها و تری ترپن ها (C27 - C35) طبق همین طرح از استروئیدهای موجود در ماده زنده به شکل آزاد یا به شکل استرهای اسید چرب تشکیل شدند.

منبع مهم دیگر تشکیل سیکلوآلکان ها با چرخه شدن اسیدهای چرب غیراشباع از دست دادن آب همراه با تشکیل هیدروکربن های حلقوی اشباع شده مرتبط است.

از سیکلوآلکن‌های تشکیل‌شده در طی تبدیل‌های بیشتر، هیدروکربن‌های نفتنیک و نفتنیک-آروماتیک به دست می‌آیند.

امکان چنین مکانیزمی برای تشکیل سیکلوآلکان ها توسط AI Bogomolov به طور تجربی با حرارت دادن اسید اولئیک تا 200 درجه سانتی گراد با یک کاتالیزور آلومینوسیلیکات مورد مطالعه قرار گرفت. در همان زمان، هیدروکربن های C5 تا C40 از کلاس های مختلف - آلیفاتیک، آلی حلقوی و معطر به دست آمد. در میان سیکلوآلکان های تشکیل شده، ایزومرهای با حلقه های پنج و شش عضوی و نوع پل شده مانند روغن های طبیعی معمولی غالب بودند. سیکلوآلکان های دو و سه حلقه ای نیز یافت شده است.

عرصه ها برای ماده زنده موجودات، ساختارهای معطر معمولی نیستند، در حالی که در روغن ها محتوای هیدروکربن های معطر 10-20 و گاهی اوقات تا 35٪ است.

در ماده زنده، ساختارهای معطر در لیگنین (مشتقات هیدروکسی فنیل پروپان)، برخی اسیدهای آمینه و هیدروکینون ها (ویتامین های E، K) به شکل حلقه های معطر جداگانه یافت می شود. سهم آنها در ماده نفتی اولیه موجودات بسیار ناچیز است، بنابراین تشکیل آرن ها در مواد آلی ساپروپلیک رسوبات، سنگ ها و روغن ها باید عمدتاً با فرآیندهای ثانویه تبدیل مواد آلی که در رسوبات در مراحل دیاژنز رخ می دهد همراه باشد. و به ویژه کاتاژنز در منطقه دماهای بالا.

آرن ها بلافاصله پس از مرگ ارگانیسم ها در لجن تازه به دلیل تبدیل ترکیبات پلی لن مانند کاروتنوئیدها از ترکیبات استروئیدی، بنزوکینون ها و همچنین هیدروکینون ها و نفتوکینون ها تا حدی تشکیل می شوند که در ساختار آنها هسته های معطر وجود دارد:

در آزمایشات A. I. Bogomolov بر روی کاتالیز حرارتی اسیدهای چرب غیر اشباع و تجزیه حرارتی ماده آلی شیست های ساپروپل در 200 درجه سانتی گراد، تشکیل مخلوطی از هیدروکربن ها مشاهده شد که در آن آرن ها از 15 تا 40 درصد متغیر بود. و آنها با انواع ساختارهای آرن مشخصه روغن های طبیعی نشان داده شدند.

هنگامی که اسیدهای چرب غیراشباع در حضور خاک رس به عنوان کاتالیزور تبدیل می شوند، ابتدا کتون های پنج عضوی و شش عضوی اشباع و نفتن های متراکم نشده تشکیل می شوند. تبدیل بیشتر کتون های حلقوی اشباع شده توسط واکنش تراکم کم آبی، به عنوان مثال برای سیکلوهگزانون، به صورت زیر انجام می شود:

در این مورد، دودکاهیدروتری فنیلن تشکیل می شود - یک هیدروکربن هیبریدی از ساختار نفتنیک-آروماتیک.

مواد در نظر گرفته شده نشان می دهد که تشکیل تمام کلاس های اصلی هیدروکربن ها در روغن های طبیعی تا حدی به دلیل فرآیند بیوسنتز هیدروکربن در مواد زنده است، اما عمدتاً به دلیل تبدیل حرارتی یا ترموکاتالیستی مواد لیپیدی ماده آلی ساپروپلیک بیوژن سنگ های رسوبی است. در منطقه کاتاژنز در طول تجلی فاز اصلی تشکیل نفت.

2. ترکیب شیمیایی نفت و گاز

دانش ترکیب شیمیایی سیستم‌های نفت طبیعی به عنوان نقطه شروعی برای پیش‌بینی حالت فاز و خواص فاز آن‌ها تحت شرایط مختلف حرارتی مربوط به فرآیندهای تولید، حمل و نقل و پردازش مخلوط‌های نفتی عمل می‌کند. نوع مخلوط - نفت، میعانات گازی یا گاز - نیز به ترکیب شیمیایی آن و ترکیب شرایط ترموباریک در کانسار بستگی دارد. ترکیب شیمیایی وضعیت احتمالی اجزای سیستم های نفتی را در شرایط معین - مولکولی یا پراکنده - تعیین می کند.

پتروف آل. الف. که مجموعه ای از تک نگاری ها را نوشت که متخصصان در این زمینه به خوبی شناخته شده بودند ترکیب شیمیاییروغن ها، ادعا می کند که تا 1000 هیدروکربن منفرد از ترکیب C1-C40 در روغن ها شناسایی شده است.

سیستم های نفتی با اجزای مختلفی متمایز می شوند که بسته به شرایط خارجی می توانند در حالت مولکولی یا پراکنده باشند. در میان آنها، بیشترین و کمترین مستعد ابتلا به انواع مختلف برهمکنش های بین مولکولی (IIM) وجود دارد که در نهایت پدیده های انجمنی و پراکندگی اولیه سیستم های نفتی را در شرایط عادی تعیین می کند.

ترکیب شیمیایی روغن به عنوان عنصری و ماده متمایز می شود.

عناصر اصلی ترکیب روغن کربن (83.5-87٪) و هیدروژن (11.5-14٪) است. علاوه بر این، روغن حاوی:

گوگرد در مقدار 0.1 تا 1-2٪ (گاهی اوقات محتوای آن می تواند به 5-7٪ برسد، در بسیاری از روغن ها عملا گوگرد وجود ندارد).

نیتروژن از 0.001 تا 1 (گاهی اوقات تا 1.7٪)؛

اکسیژن (به شکل خالص یافت نمی شود، اما در ترکیبات مختلف) به مقدار 0.01 تا 1٪ یا بیشتر است، اما از 3.6٪ تجاوز نمی کند.

از دیگر عناصر موجود در نفت - آهن، منیزیم، آلومینیوم، مس، قلع، سدیم، کبالت، کروم، ژرمانیوم، وانادیم، نیکل، جیوه، طلا و غیره است. با این حال، محتوای آنها کمتر از 1٪ است.

از نظر مادی، نفت عمدتاً از هیدروکربن ها و ترکیبات ناهم آلی تشکیل شده است. در میان موارد اخیر، توجه اصلی باید به مواد رزین-آسفالت (CAB) معطوف شود که می تواند به عنوان کنسانتره ای از ترکیبات مستعد برهمکنش های بین مولکولی در نظر گرفته شود.

2.1 ترکیبات هیدروکربنی

هیدروکربن ها (HC) ترکیبات آلی کربن و هیدروژن هستند. نفت عمدتاً دارای کلاس های هیدروکربن زیر است.

آلکان ها یا هیدروکربن های پارافینی، هیدروکربن های اشباع (محدود کننده) با فرمول کلی CnH2n+2 هستند. محتوای آنها در روغن 2 - 30-70٪ است. آلکان هایی با ساختار معمولی (n-آلکان ها - پنتان و همولوگ های آن)، همساختار (ایزوآلکان ها - ایزوپنتان و غیره) و ساختار ایزوپرنوئید (ایزوپرن ها - پریستان، فیتان و غیره) وجود دارد.

روغن حاوی آلکان های گازی از C1 تا C4 (به شکل گاز محلول)، آلکان های مایع C5 - C16 است که بخش عمده ای از فراکسیون های روغن مایع را تشکیل می دهد و آلکان های جامد با ترکیب C17 - C53 و بیشتر که در نفت سنگین گنجانده شده است. کسری است و به عنوان پارافین جامد شناخته می شود. آلکان های جامد در همه روغن ها وجود دارد، اما معمولاً به مقدار کم - از دهم تا 5٪ (وزنی)، در موارد نادر - تا 7-12٪ (وزنی). در منطقه تومسک، نفت میدان چاکلوفسکی حاوی 18 درصد پارافین جامد است.

بسته به شرایط درجا و ترکیب اجزای ذخایر مخزن، نوع میدان تعیین می شود - گاز، میعانات گازی یا نفت. اجزای اصلی ذخایر گازی خالص - آلکان‌های با وزن مولکولی کم - متان، اتان، پروپان و بوتان (n- و هم‌ساختارها) به شکل مجزا در شرایط عادی (0.1 مگاپاسکال و 20 درجه سانتی‌گراد) گاز هستند. آلکان ها در گازهای طبیعی نفتی غالب هستند.

علاوه بر آلکان ها در ترکیب گازهای طبیعیممکن است شامل اکسید (CO) و دی اکسید کربن (CO2)، سولفید هیدروژن (H2S)، نیتروژن (N2)، و همچنین گازهای بی اثر - He، Ar، Ne، Xe باشد. تقریباً هیچ میعاناتی در ذخایر گاز خالص وجود ندارد (جدول 2.1).

اگر اجزای سنگین گاز طبیعی به صورت فاز مایع (میعان) در هنگام کاهش فشار همدما در مخزن آزاد شوند، به چنین مخلوط هایی میعانات گازی می گویند. در این حالت، بخشی از میعانات ممکن است به طور جبران ناپذیری در سنگ گم شود. محتوای میعانات گازی (C5 و بالاتر) در گاز به ترکیب و شرایط مخزن آن (دما و فشار که به 25-40 مگاپاسکال می رسد) بستگی دارد.

معیار کمی برای طبقه بندی یک نهشته به عنوان میدان میعانات گازی، ضریب میعانات گازی برابر با مقدار گاز (m3) در شرایط عادی است که در آن 1 متر مکعب میعانات در شرایط مخزن حل می شود. رسوباتی که ضریب میعانات گازی آنها از 104 تجاوز نمی کند، معمولاً به عنوان میعانات گازی طبقه بندی می شوند.

جدول 2.1.

ترکیب شیمیایی گازهای حوزه های مختلف

رشته اجزای دیگر CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 CO2

میدان های گاز خالص

اورنگوی 95,1 1,1 0,3 0,07 0,03 0,4 3,0

نزولی 98,3 0,3 0,10,15 - 0,1 1,0

ساراتوف 94,7 1,8 0,20,1 - 0,2 3,0

میدان های میعانات گازی

اورنبورگ 84,8 4,5 1,40,3 1,5 1,15 9,0

ووکتیلسکویه 79,8 8,7 3,91,8 6,4 0,1 4,3

لنینگراد 86,9 6,0 1,61,0 0,5 1,2 2,8

گازهای مرتبط میادین گاز و نفت

رومشکینسکویه 39,0 20,0 18,56,2 4,7 0,1 11,5

نبیت داگ 85,7 4,0 3,52,0 1,4 2,1 1,3

موخانوفسکوئه 30,1 20,2 23,6 10,6 4,8 1,5 9,2

نفت موجود در مخزن نیز حاوی گاز است. مقدار گاز محلول در نفت با مقدار "محتوای گاز" (Go) مشخص می شود. محتوای گاز برای روغن های مخزن از کسری از واحد تا چند صد متر مکعب در تن متغیر است. گازهای نفتی مرتبط، زمانی که نفت به سطح بالا می رود، از آن آزاد می شود تا زمانی که فشار اشباع (Psat) از فشار اتمسفر بیشتر شود. در عمل تجاری، روغن تجاری به بخشی از روغن مخزن اطلاق می شود که پس از جداسازی مخلوط تولید شده (و جداسازی آب) و رساندن آن به شرایط استاندارد (یا n.o.) در حالت مایع باقی می ماند. محتوای گازهای موجود در آن کمتر از 1٪ است.

همه آلکان‌های دارای ساختار معمولی از نفت و گازهای طبیعی جدا شده‌اند، از متان تا هگزاتریاکونتان C3bH74، با این حال، شواهدی وجود دارد که n-آلکان‌های موجود در روغن‌ها یک سری همولوگ پیوسته را تشکیل می‌دهند که تا C65-C68 گسترش می‌یابد و طبق منابع دیگر، تا C78.

به عنوان یک قاعده، حداکثر محتوای حجمی n-آلکان ها در روغن ها روی n-هگزان (1.8٪) و n-هپتان (2.3٪) قرار می گیرد و سپس مقدار آن به تدریج کاهش می یابد و برای تری تریاکونتان С33Н68 به 0.09٪ می رسد.

طبق داده‌های دیگر، تقریباً همه روغن‌های عمیق تبدیل شده با شکل یک‌وجهی منحنی‌های توزیع n-آلکان‌ها با حداکثر C10-C14 و کاهش یکنواخت در غلظت n-آلکان‌های مولکولی بالا مشخص می‌شوند (طبق گفته Petrov Al. آ.). روندی به سمت کاهش محتوای n-آلکان با افزایش نقطه جوش فراکسیون ها وجود دارد.

انواع ایزومرهای آلکان ها در روغن وجود دارند: تک، دی، سه، چهار جایگزین. از این میان، تک‌جایگزین‌ها با یک شاخه غالب هستند. آلکان های جایگزین متیل به ترتیب نزولی مرتب می شوند: 2-آلکان های جایگزین متیل > آلکان های جایگزین 3-متیل > آلکان های جایگزین شده با متیل 4.

کشف در روغن های آلکان های شاخه ای از نوع ایزوپرنوئید با گروه های متیل در موقعیت های 2، 6، 10، 14، 18 و غیره به دهه 60 برمی گردد که بیش از بیست هیدروکربن از این دست در ترکیب اصلی C9-C20 یافت شد. متداول ترین آلکان های ایزوپرنوئید در هر روغنی فیتان C20H42 و C19H40 Pristane هستند که محتوای آنها می تواند به 1.0-1.5٪ برسد و به شرایط پیدایش و رخساره تشکیل روغن بستگی دارد.

بنابراین، آلکان ها به نسبت های مختلف بخشی از تمام مخلوط های طبیعی و فرآورده های نفتی و آنها هستند حالت فیزیکیدر یک مخلوط - به شکل یک محلول مولکولی یا یک سیستم پراکنده - با ترکیب، خواص فیزیکی فردی اجزا و شرایط ترموباریک تعیین می شود.

در ترکیب روغن ها، هیدروکربن های جامد مخلوط های چند جزئی هستند که همراه با آلکان ها حاوی هیدروکربن های معطر و نفتنی هستند. بنابراین، هیدروکربن های جامد جدا شده از کسر تقطیر (300-400 درجه سانتی گراد) روغن تویمازی شامل 50٪ n-آلکان، 47.1٪ هیدروکربن های نفتنی با زنجیره های جانبی معمولی، و 2.9٪ هیدروکربن های معطر با زنجیره های جانبی معمولی است. با افزایش نقطه جوش کسری از همان روغن، محتوای آلکان جامد کاهش می یابد.

اتم های کربن در یک مولکول آلکان از طریق یک پیوند کووالانسی به هم متصل می شوند. σ- پیوندهایی با طول ثابت (برای مولکول های آزاد جدا شده در فاز گاز). اتصالات C-Cبرابر با 0.154 نانومتر و زاویه پیوند بین پیوندهای C-C برابر با 112 درجه است. پارامترهای مولکولی n-آلکان ها در فاز گاز تا حدودی با افزایش تعداد اتم های کربن در مولکول تغییر می کند (جدول 2.2).

جدول 2.2.

ابعاد هندسی مولکول های n-آلکان آزاد

طول پیوند n-AlkaneC-C، طول پیوند nmC-H، زاویه nmCCC، زاویه درجه CCH، درجه

CH4 - 0,1107

C2H6 0,1534 0,1122 - 111,0

С3Н8 0,1532 0,1107 112,0

C4Nu 0,1531 0,1107 112,0 110,3

C5H12 0,1531 0,1118 112,9 110,4

C6HH 0,1533 0,1118 111,9 109,5

C7H16 0,1534 0,1121 112,6 109,8

С16Н34 0,1542 0,1130 114,6 110,4

به گفته M. Shakhparonov، تفاوت های شناسایی شده به دلیل تخریب انرژی "نامطلوب" و تشکیل پیوندهای هیدروژنی درون مولکولی "مطلوب" از نوع C-H-C است.

در عین حال، مشخص است که نیروهای میدان کریستالی می توانند به طور قابل توجهی ترکیب و پارامترهای مولکولی را در نتیجه تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی تغییر دهند. در محیط های متراکم، مقادیر پارامترهای مولکولی مانند موانع چرخش داخلی، تفاوت در آنتالپی کنفورمرها، فواصل بین هسته ای و زوایای پیوند باید با مقادیر مشاهده شده برای مولکول های آزاد متفاوت باشد. در حال حاضر، تفاوت در ساختار هندسی مولکول های n-آلکان در حالت آزاد و متراکم هنوز به خوبی درک نشده است.

در چارچوب رویکرد ساختاری-مکانیکی، n-آلکان ها بر اساس توانایی مولکول هایشان برای داشتن ایزومری چرخشی مستقل گروه های متیل انتهایی طبقه بندی می شوند. بر اساس این طبقه بندی، با شروع از آلکان های C8-C9، مولکول های n-آلکانی با زنجیره کوتاه (C8-C17)، زنجیره متوسط ​​(C18-C40) و زنجیره بلند (C40-C100) متمایز می شوند که به عنوان پیچیده در نظر گرفته می شوند. سیستم هایی با حرکات نسبتا نامرتبط گروه های میانی و انتهایی. دانستن طول زنجیره بحرانی یک مولکول، که عموماً با رسیدن به دمای معین تحت شرایط پیش تبلور در هنگام ابرسرد شدن، تحرک جنبشی خود را از دست می دهد، این امکان را فراهم می کند که مولکول را متشکل از قطعات مستقل در نظر بگیریم.

برهمکنش پراکندگی بین مولکول های n-آلکان در رویکرد ساختاری-مکانیکی با تعداد مراکز برهمکنش پراکندگی تعیین می شود که در نقاط تبلور به مقدار حدی می رسد. در چارچوب چنین ایده‌هایی، این واقعیت شناخته شده از مدت‌هاست که دمای تبلور متناوب n-آلکان‌های زوج و فرد با افزایش تعداد اتم‌های کربن (n) توضیح داده شده است (شکل 2.1).

برنج. 2.1. وابستگی اختلاف دمایی ∆Т جوشش (1) و تبلور (2) برای اعضای همسایه سری n-آلکان به تعداد n اتم‌های کربن

برای ایزومرهای فرد n-آلکان در n< 20 в результате расклинивающего влияния концевых СН3-групп наблюдается уменьшение числа центров дисперсионного взаимодействия в точках кристаллизации, что приводит к понижению температур кристаллизации. Для газообразных УВ, т.е., п < 4 ∆Т не определялись.

در حالت کریستالی، مولکول های n-آلکان به صورت موازی قرار گرفته اند. با افزایش دما و کاهش انرژی برهمکنش بین مولکولی، فاصله بین زنجیره های مولکولی n-آلکان ها افزایش می یابد، در حالی که جهت موازی ترجیحی حفظ می شود. در نقطه ذوب، فاصله بین زنجیره های مولکولی به طور ناگهانی تغییر می کند؛ با افزایش بیشتر دما، زنجیره های مولکولی به طور فعال از هم دور می شوند تا زمانی که مولکول ها آزادی کامل چرخش را به دست آورند. مطالعات ساختاری n-آلکان های مایع نشان می دهد که در دمای ثابت فاصله تعادل (0.56 نانومتر) بین نزدیک ترین مولکول های n-آلکان با رشد n کوتاه تر می شود که با افزایش فعل و انفعالات بین مولکولی همراه است.

آلکان ها در سیستم های نفتی می توانند در حالت مولکولی یا مرتبط باشند. یک مطالعه پراکندگی پرتو ایکس با زاویه کوچک در مورد ساختار مولکولی n-آلکان ها در حالت مایع نشان داد که ارتباط آنها بر روی سطح مولکول ها با کمک نیروهای برهمکنش پراکندگی رخ می دهد، و به عنوان مثال، n-هپتان، تحت تأثیر قرار می گیرد. در شرایط عادی، به شکل دیسک یا صفحه با اندازه های 130-200 درج می باشد.

تعداد مولکول ها در یک همبسته هر چه بیشتر باشد دما پایین تر است. بنابراین، در هگزادکان در دمای 20 درجه سانتیگراد (یعنی 2 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای تبلور)، تعداد مولکولهای موجود در پیوند 3 عدد و در اکتان n در دمای 50- درجه سانتیگراد (یعنی 6 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای تبلور). ) - 31. این به دلیل ضعیف شدن حرکت حرارتی مولکول ها و افزایش انرژی برهمکنش مولکولی آلکان ها با افزایش طول زنجیره است.

سیکلوآلکان ها یا هیدروکربن های نفتنیک هیدروکربن های آلی حلقه ای اشباع شده هستند. اینها شامل تک حلقه ای با فرمول کلی CnH2n، دو حلقه ای - CnH2n-2، سه حلقه ای - CnH2n-4، چهار حلقه ای - CnH2n-6 است.

با توجه به محتوای کل سیکلوآلکان ها در بسیاری از روغن ها بر سایر کلاس های هیدروکربن ها غالب است: محتوای آنها بین 25 تا 75 درصد (وزنی) است. آنها در تمام فراکسیون های نفتی وجود دارند. معمولا محتوای آنها با سنگین تر شدن کسرها افزایش می یابد. محتوای کل هیدروکربن های نفتنی در روغن با افزایش وزن مولکولی آن افزایش می یابد. تنها استثناء فراکسیون های نفتی است که در آنها محتوای سیکلوآلکان ها به دلیل افزایش مقدار هیدروکربن های معطر کاهش می یابد.

از هیدروکربن های تک حلقه ای در نفت، عمدتاً سری های پنج و شش عضوی هیدروکربن های نفتنیک وجود دارد. توزیع نفتن‌های تک حلقه‌ای در فراکسیون‌های نفتی، خواص آن‌ها در مقایسه با نفتن‌های چند حلقه‌ای موجود در فراکسیون‌های با جوش متوسط ​​و بالا، بسیار کامل‌تر مورد مطالعه قرار گرفته است. فراکسیون‌های بنزینی با جوش کم روغن‌ها عمدتاً حاوی مشتقات آلکیل سیکلوپنتان و سیکلوهگزان [از 10 تا 86 درصد (maess))] و فراکسیون‌های با جوش بالا حاوی پلی‌سایکلوآلکان‌ها و مونو سیکلوآلکان‌ها با جایگزین‌های آلکیل از ساختار هیدروکاروئیدی سوپرنیکال هستند.

از نفتن‌های چند حلقه‌ای موجود در روغن‌ها، تنها 25 نفتن دو حلقه‌ای منفرد، پنج نفتن سه‌حلقه‌ای و چهار نفتن چهار حلقه‌ای و پنج حلقه‌ای شناسایی شده‌اند. اگر چندین حلقه نفتنیک در یک مولکول وجود داشته باشد، دومی، به عنوان یک قاعده، به یک بلوک چند حلقه ای متراکم می شود.

Bicyclanes C7-C9 اغلب در روغن هایی از نوع نفتنیک مشخص وجود دارد که محتوای آنها بسیار زیاد است. در میان این هیدروکربن ها (به ترتیب نزولی محتوای) یافت شد: بی سیکلوکتان (پنتالان)، بی سیکلوکتان، بی سیکلوکتان، بی سیکلونونان (هیدریندان)، بی سیکلوه هپتان (نوربورنان) و نزدیکترین همولوگ های آنها. از تری سیکلان های موجود در روغن ها، آلکیل پرهیدروفنانترن ها غالب هستند که در میان آنها ترکیبات نوع (1-4) شناسایی می شوند: R = C1, C2. R=C1-C3; R = C2-C4.

هیدروکربن رسوب کریستالیزاسیون نفت

تتراسایکلان های نفتی عمدتاً توسط مشتقات سیکلوپنتانوپیروفنانترن - استران های C27-C30 (5-7) نشان داده می شوند:

پنتا سیکلان های نفتی شامل هیدروکربن های سری هوپان (8)، لوپان (9)، فریدلان (10) و غیره می باشند.

هیچ اطلاعات قابل اعتمادی در مورد شناسایی پلی سیکلوآلکان ها با تعداد سیکل زیاد وجود ندارد، اگرچه بر اساس گروه ساختاری و تجزیه و تحلیل طیف جرمی می توان وجود نفتن هایی با بیش از پنج سیکل را پیشنهاد کرد. بر اساس برخی داده ها، نفتن های با جوش بالا حاوی 7-8 چرخه در مولکول هستند.

تفاوت در رفتار شیمیایی سیکلوآلکان ها اغلب به دلیل وجود انرژی تنش اضافی است. بسته به اندازه چرخه، سیکلوآلکان ها به کوچک (C3، C4 - اگرچه سیکلوپروپان و سیکلوبوتان در روغن ها یافت نمی شوند)، معمولی (C5-C7)، متوسط ​​(C8-C11) و ماکروسیکل ها (از C12 و بیشتر) تقسیم می شوند. . این طبقه بندی بر اساس رابطه بین اندازه چرخه و تنش هایی است که در آن ایجاد می شود و بر پایداری تأثیر می گذارد. سیکلوآلکان ها و مهمتر از همه مشتقات مختلف آنها با تغییر در اندازه حلقه مشخص می شوند. بنابراین، هنگامی که سیکلوهپتان با کلرید آلومینیوم گرم می شود، متیل سیکلوهگزان تشکیل می شود و سیکلوهگزان در دمای 30-80 درجه سانتیگراد به متیل سیکلوپنتان تبدیل می شود. حلقه های کربنی پنج و شش عضوی بسیار راحت تر از حلقه های کوچکتر و بزرگتر تشکیل می شوند. بنابراین، مشتقات بسیار بیشتری از سیکلوهگزان و سیکلوپنتان در روغن ها نسبت به مشتقات سایر سیکلوآلکان ها یافت می شود.

بر اساس مطالعه خواص ویسکوزیته-دمای مونوسیکلو هگزان های جایگزین شده با آلکیل در یک محدوده دمایی وسیع، مشخص شد که این جانشین، با کشیده شدن، میانگین درجه ارتباط مولکول ها را کاهش می دهد. سیکلوآلکان‌ها، بر خلاف n-آلکان‌ها با تعداد اتم‌های کربن یکسان، در یک حالت مرتبط در دمای بالاتر قرار دارند.

آرن ها یا هیدروکربن های معطر - ترکیباتی که در مولکول های آنها هیدروکربن های حلقوی با π- سیستم های مرتبط محتوای آنها در روغن از 10-15 تا 50٪ (وزنی) متغیر است. اینها شامل نمایندگان تک حلقه ای: بنزن و همولوگ های آن (تولوئن، o-، m-، p-زایلن و غیره)، دو حلقه ای: نفتالین و همولوگ های آن، سه حلقه ای: فنانترن، آنتراسن و همولوگ های آنها، چهار حلقه ای: پیرن و همولوگ های آن و دیگر.

بر اساس تعمیم داده ها در مورد 400 روغن، نشان داده شد که بیشترین غلظت آرن (37٪) برای روغن های پایه نفتنی (نوع) و کمترین (20٪) برای روغن های نوع پارافین است. در میان آرن های نفتی، ترکیباتی که حاوی بیش از سه حلقه بنزن در هر مولکول نیستند، غالب هستند. غلظت آرن در تقطیرهایی که تا دمای 500 درجه سانتیگراد می جوشند، به طور معمول یک یا دو مرتبه در ترکیبات زیر کاهش می یابد: بنزن ها >> نفتالین ها >> فنانترن ها >> کریسن ها >> پیرن ها >> آنتراسن ها.

در زیر میانگین محتوای آرن ها، معمولی برای روغن های روسی در انواع مختلف، از کل محتوای آرن ها، بر حسب درصد آمده است:

بنزن 67 پیرن 2

نفتالین 18 آنتراسن 1

فنانترن 8 عرصه دیگر 1

کریزن و بنز فلورن 3

الگوی کلی افزایش محتوای آرن ها با افزایش نقطه جوش است. در عین حال، عرصه های فراکسیون های نفتی بالاتر نه با تعداد زیادی حلقه های معطر، بلکه با حضور زنجیره های آلکیل و چرخه های اشباع در مولکول ها مشخص می شود. همه همولوگ های احتمالی C6-C9 در بخش های بنزین یافت شدند. هیدروکربن‌ها با تعداد کمی حلقه‌های بنزن در میان آرن‌ها حتی در سنگین‌ترین بخش‌های نفتی غالب هستند. بنابراین، بر اساس داده های تجربی، تک، دو، سه، تترا و پنتاآرین به ترتیب 58-45، 24-29، 15-31، 1.5 و تا 0.1 درصد از جرم هیدروکربن های آروماتیک در تقطیرهای 370- هستند. 535 درجه سانتی گراد از روغن های مختلف.

مونوآرن های نفتی با آلکیل بنزن ها نشان داده می شوند. مهمترین نماینده آلکیل بنزن های نفتی با جوش بالا هیدروکربن های حاوی حداکثر سه متیل و یک جانشین خطی بلند در حلقه بنزن هستند. α- ساختار متیل آلکیل یا ایزوپرنوئید. جایگزین های آلکیل بزرگ در مولکول های آلکیل بنزن می توانند حاوی بیش از 30 اتم کربن باشند.

جایگاه اصلی در بین آرن های نفتی دوحلقه ای (دیارن ها) متعلق به مشتقات نفتالین است که می تواند تا 95 درصد کل دیارن ها را تشکیل دهد و تا 8 حلقه اشباع در هر مولکول را شامل شود و جایگاه ثانویه متعلق به مشتقات دی فنیل و دی فنیل آلکان است. همه آلکیل نفتالین های C11، C12 و بسیاری از ایزومرهای C13-C15 در روغن ها شناسایی شده اند. محتوای دی فنیل ها در روغن ها مرتبه ای کمتر از مقدار نفتالین ها است.

از نفتنودیارن ها، آسنفتن، فلورن و تعدادی از همولوگ های آن حاوی جایگزین های متیل در موقعیت های 1-4 در روغن ها یافت شد.

تری آرن ها در روغن ها توسط مشتقات فنانترن و آنتراسن (با غلبه شدید اولی) نشان داده می شوند که می توانند حداکثر 4-5 چرخه اشباع در مولکول ها را شامل شوند.

تتراآرن های نفتی شامل هیدروکربن های سری کریزن، پیرن، 2،3- و 3،4-بنزوفنانترن و تری فنیلن هستند.

عرصه‌های روغنی که در دمای بالای 500 درجه سانتی‌گراد می‌جوشند و با هیدروکربن‌های C20-C75 نشان داده می‌شوند، بر اساس بخش‌های مطابق با داده‌ها (جدول 2.3) تا 39 اتم کربن در زنجیره‌های آلکیل جانبی توزیع می‌شوند. هیدروکربن های دوحلقه ای با دو حلقه بنزن و تا سه حلقه نفتنیک در حضور 22-40 اتم کربن در زنجیره های جانبی آلکیل در یک کسر خارج می شوند. شستشوی هیدروکربن های سه حلقه ای با سه حلقه بنزن و دو حلقه نفتنیک در کسر آرن های سبک در حضور 31-48 اتم کربن در زنجیره های آلکیل جانبی امکان پذیر است. ترکیب فراکسیون های معطر متوسط ​​و سنگین شامل آرن هایی با زنجیره های جانبی کوتاه تر است. آرن‌های تک حلقه‌ای و دو حلقه‌ای که دارای 10-20 اتم کربن در زنجیره‌های جانبی هستند و سه حلقه‌ای با 16-30 اتم کربن در زنجیره‌های جانبی، به عنوان بخشی از کسر متوسط ​​آرن‌ها بیرون می‌آیند. آرن‌ها با زنجیره‌های جانبی حتی کوتاه‌تر به عنوان بخشی از بخش سنگین آرن‌ها شسته می‌شوند.

افزایش تمایل آرن‌ها، به‌ویژه آرن‌های چند حلقه‌ای، به برهمکنش‌های مولکولی به دلیل انرژی تحریک کم در فرآیند تفکیک همولیتیک است. برای ترکیباتی مانند آنتراسن، پیرن، کریسن و غیره، درجه پایینی از همبستگی تبادلی مشخص است. π- اوربیتال ها و افزایش انرژی پتانسیل MMW به دلیل وقوع همبستگی تبادلی الکترون ها بین مولکول ها. آرن ها کمپلکس های مولکولی نسبتاً پایداری را با برخی ترکیبات قطبی تشکیل می دهند.

اثر متقابل π- الکترون های موجود در هسته بنزن منجر به پیوندهای کربن-کربن می شود. اثر مزدوج منجر به خواص زیر آرن ها می شود:

ساختار مسطح چرخه با طول پیوند C-C (0.139 نانومتر)، که حد واسط بین یک پیوند منفرد و یک پیوند C-C دوگانه است.

هم ارزی همه پیوندهای C-C در بنزن های جایگزین نشده.

تمایل به واکنش‌های جایگزینی الکتروفیلیک پروتون برای گروه‌های مختلف در مقایسه با مشارکت در واکنش‌های افزودن روی پیوندهای متعدد.

هیدروکربن های هیبرید (سرزین ها) هیدروکربن هایی با ساختار مخلوط هستند: پارافین-نفتنیک، پارافین-آروماتیک، نفتن-آروماتیک. اساساً، اینها آلکان های جامد با مخلوطی از هیدروکربن های با زنجیره بلند حاوی یک سیکلان یا هسته آروماتیک هستند. آنها اصلی هستند بخشی جدایی ناپذیررسوبات پارافین در فرآیندهای استخراج و تهیه روغن.

جدول 2.3.

توزیع آرن های جوشان بالای 500 درجه سانتیگراد توسط کسرهای قطران

2.2 ترکیبات هتروآلی

ترکیبات ناهم آلی (حاوی گوگرد، اکسیژن و نیتروژن) با ساختار و وزن مولکولی مختلف به نسبت های مختلف در بخش های تقطیر و باقیمانده روغن وجود دارند. مطالعه ماهیت و ترکیبات ترکیبات هترو آلی با مولکولی بالا که بخش اصلی آن مواد قیر-آسفالتین است به ویژه دشوار است. به دلیل داشتن جفت های تک الکترون، هترواتم های گوگرد، اکسیژن و نیتروژن می توانند به عنوان یک مرکز هماهنگ کننده در تشکیل همدستان در سیستم های نفتی عمل کنند.

ترکیبات حاوی گوگرد به نماینده ترین گروه اجزای هترواتمی سیستم های میعانات گازی و نفت تعلق دارند. محتوای کل گوگرد در سیستم های نفت و گاز بسیار متفاوت است: از صدم درصد تا 6-8٪ (وزنی) و بیشتر. محتوای بالای گوگرد کل مشخصه میعانات گازی از میادین آستاراخان، کاراچاگانک (0.9٪) و سایر میادین است. محتوای ترکیبات حاوی گوگرد در برخی روغن ها به 40 درصد (وزنی) و بالاتر می رسد، در برخی موارد روغن تقریباً به طور کامل از آنها تشکیل شده است. برخلاف سایر هترواتم ها که عمدتاً در CAB متمرکز شده اند، بخش قابل توجهی از گوگرد در بخش های تقطیر موجود است. به عنوان یک قاعده، محتوای گوگرد در کسرهای مستقیم با افزایش نقطه جوش و محتوای گوگرد کل روغن اصلی افزایش می یابد.

مقادیر کمی از ترکیبات معدنی حاوی گوگرد (گوگرد عنصری و سولفید هیدروژن) در سیستم های نفت و گاز وجود دارد، همچنین می توانند به عنوان محصولات تجزیه ثانویه سایر ترکیبات حاوی گوگرد در دماهای بالا در فرآیندهای تقطیر، پردازش مخرب تشکیل شوند. در میان ترکیبات حاوی گوگرد موجود در روغن، موارد زیر شناسایی شده است (طبق گزارش موسسه شیمی نفت، TF SB RAS).

تیول های آلیفاتیک، آلی سیکلیک و آروماتیک (مرکاپتان ها) R-SH:

С6Н5Сn H2n+1SH Сn H2n+1 С6Н5SH C10H7SH

آرنو آلکانوتیول ها تیونفتول ها

2. تیو اترها (سولفیدها) از انواع اصلی زیر:

S-R" C6H5-S-C6H5

تیالکان ها، تیالکن ها، تیآلکین ها دی آریل سولفیدها

تیاسیکلوآلکان ها آلکیلاریل سولفید آریلتی آلکان ها

(R, R" - جایگزین های هیدروکربنی آلیفاتیک اشباع و غیر اشباع).

دی سولفیدهای دیالکیدی R-S-S-R، که در آن R، R" جایگزین های آلکیل، سیکلوآلکیل یا آریل هستند.

تیوفن ها و مشتقات آنها که مهمترین آنها آرنوتیوفن های زیر است:

آلکیل بنزوتیوفن ها آلکیل بنزوتیوفن ها آلکیل دی بنزوتیوفن ها

توزیع گروه‌های مختلف ترکیبات حاوی گوگرد در روغن‌ها و فراکسیون‌های نفتی تابع قوانین زیر است.

تیول‌ها تقریباً در تمام نفت‌های خام، معمولاً در غلظت‌های کم، وجود دارند و 2 تا 10 درصد (وزنی) از کل محتوای ترکیبات حاوی گوگرد را تشکیل می‌دهند. میعانات گازی عمدتاً حاوی مرکاپتان های C1-C3 آلیفاتیک هستند. برخی از نفت ها و میعانات گازی و فراکسیون های آنها کنسانتره طبیعی مرکاپتان ها هستند که نمونه هایی از آن ها بخش های بنزینی میدان فوق العاده غول پیکر خزر است. کسر 40-200 درجه سانتیگراد از میعانات گازی میدان اورنبورگ، حاوی 1.24٪ (وزنی) گوگرد کل، از جمله 0.97٪ مرکاپتان. کسر نفت سفید سبک 120-280 درجه سانتی گراد از نفت میدان تنگیز، حاوی 45-70 درصد گوگرد مرکاپتان از کل محتوای گوگرددار. در عین حال، ذخایر تیول های طبیعی در مواد خام هیدروکربنی منطقه خزر با سطح تولید جهانی مصنوعی آنها مطابقت دارد. تیول های طبیعی مواد خام امیدوارکننده ای برای سنتز آفت کش ها (بر اساس تریازین های متقارن) و بوی دادن به گازهای مایع هستند. تقاضای آینده روسیه برای تیول ها برای بو دادن در حال حاضر 6000 تن در سال است.

تیواترها تا 27 درصد از کل ترکیبات حاوی گوگرد در نفت خام و تا 50 درصد در فراکسیون های متوسط ​​را تشکیل می دهند؛ در نفت گازهای خلاء سنگین، محتوای سولفید کمتر است. روش‌های جداسازی سولفیدهای نفت بر اساس توانایی آنها در تشکیل ترکیبات پیچیده از نوع گیرنده دهنده با انتقال یک جفت الکترون از یک اتم گوگرد به یک مدار گیرنده آزاد است. هالیدهای فلزی، هالوآلکیل ها و هالوژن ها می توانند به عنوان گیرنده الکترون عمل کنند. متأسفانه واکنش های کمپلکس با سولفیدهای نفت انتخابی نیستند. سایر اجزای هترواتمی روغن نیز می توانند در تشکیل کمپلکس ها شرکت کنند.

دی آلکیل دی سولفیدها در نفت خام یافت نمی شوند، آنها معمولاً در طی اکسیداسیون مرکاپتان ها در شرایط ملایم تشکیل می شوند و بنابراین در بنزین ها (تا 15٪) وجود دارند. سهم اصلی ترکیبات حاوی گوگرد در روغن ها به گوگرد موسوم به "باقیمانده" است که با روش های استاندارد تعیین نمی شود. تیوفن ها و مشتقات آنها در ترکیب آن غالب هستند ، بنابراین قبلاً گوگرد "باقیمانده" را "تیوفن" می نامیدند ، اما با استفاده از طیف سنجی جرمی یون منفی ، سولفوکسیدها ، سولفون ها و دی سولفان قبلاً غیرقابل تشخیص در آن یافت شد. در فراکسیون های بنزینی، محتوای مشتقات تیوفن کم است، در فراکسیون های متوسط ​​و مخصوصاً با جوش زیاد، به 80-50 درصد کل ترکیبات گوگرددار می رسد. محتوای نسبی مشتقات تیوفن، به عنوان یک قاعده، با درجه معطر بودن سیستم نفتی مطابقت دارد. مشکلاتی که در جداسازی ترکیبات حاوی گوگرد (مخصوصاً از فراکسیون های با جوش بالا) به وجود می آیند، به دلیل نزدیکی خواص شیمیایی آرن ها و تیوفن ها ایجاد می شوند. شباهت رفتار شیمیایی آنها به دلیل معطر بودن تیوفن است که در نتیجه گنجاندن یک هترواتم گوگرد در π- سیستم الکترونیکی به یک سکست معطر. نتیجه این افزایش تمایل تیوفن های نفتی به برهمکنش های بین مولکولی شدید است.

در میان آنها، مواد اسیدی و خنثی به طور سنتی متمایز می شوند. اجزای اسید شامل اسیدهای کربوکسیلیک و فنل ها می باشد. ترکیبات حاوی اکسیژن خنثی توسط کتون ها، انیدریدها و آمیدهای اسید، استرها، مشتقات فوران، الکل ها و لاکتون ها نشان داده می شوند.

وجود اسیدها در روغن‌ها مدت‌ها پیش به دلیل فعالیت شیمیایی بالا در مقایسه با هیدروکربن‌ها کشف شد. تاریخچه کشف آنها در نفت به شرح زیر است. هنگام به دست آوردن نفت سفید با کیفیت بالا برای مصارف روشنایی، آن را با قلیایی (تمیز کردن اسید-باز) درمان کردند و در همان زمان، تشکیل مواد با قابلیت امولسیون کنندگی بالا مشاهده شد. متعاقباً معلوم شد که امولسیفایرها نمک های سدیم اسیدهای موجود در بخش های تقطیر هستند. استخراج با محلول های آبی و الکلی قلیاها هنوز یک روش کلاسیک برای استخراج اجزای اسیدی از روغن ها است. در حال حاضر روش های جداسازی اسیدها و فنل ها نیز بر اساس برهمکنش گروه های عاملی آنها (کربوکسیلیک و هیدروکسیل) با هر معرف است.

کربوکسیلیک اسیدها مطالعه شده ترین دسته از ترکیبات روغنی حاوی اکسیژن هستند. محتوای اسیدهای نفتی توسط کسری با توجه به یک وابستگی شدید متفاوت است، که حداکثر آن، به عنوان یک قاعده، بر روی کسرهای نفت سبک و متوسط ​​است. انواع مختلفی از اسیدهای نفتی توسط طیف سنجی جرمی کروماتو شناسایی شده اند. اکثر آنها تک باز (RCOOH) هستند، که در آن تقریباً هر قطعه هیدروکربنی و ترکیبات ناهم آلی نفت را می توان به عنوان R استفاده کرد. مدتهاست که ذکر شده است که ترکیبات گروهی اسیدها و روغنها با یکدیگر مطابقت دارند: اسیدهای آلیفاتیک در روغنهای متان غالب هستند، اسیدهای نفتنیک و نفتنوآروماتیک در روغنهای نفتنیک غالب هستند. اسیدهای آلیفاتیک از C1 تا C25 با ساختار خطی و برخی با ساختار منشعب یافت شده اند. در عین حال، نسبت اسیدهای آلکانوئیک و شاخه‌دار در اسیدهای نفتی با نسبت هیدروکربن‌های مربوطه در روغن‌ها منطبق است.

اسیدهای آلیفاتیک عمدتاً توسط اسیدهای آلکانوئیک n نشان داده می شوند. از اسیدهای شاخه دار، آنهایی که حاوی یک جایگزین متیل در زنجیره اصلی هستند، رایج تر هستند. تمام ایزومرهای پایین تر از این نوع تا C7 در روغن ها یافت می شوند. گروه مهم دیگری از اسیدهای آلیفاتیک، اسیدهای ایزوپرنوئید هستند که در میان آنها اسیدهای پرستانیک (C19) و فیتانیک (C20) غالب هستند.

اسیدهای آلی سیکلیک (نفتنیک) روغن اسیدهای مونو سیکلوکربوکسیلیک هستند - مشتقات سیکلوپنتان و سیکلوهگزان. چند حلقه ای می تواند حاوی حداکثر 5 حلقه باشد (داده های روغن کالیفرنیا). گروه های COOH در مولکول های اسیدهای تک حلقه ای مستقیماً به چرخه متصل هستند یا در انتهای جایگزین های آلیفاتیک قرار دارند. می تواند تا سه جایگزین (اغلب متیل) در چرخه وجود داشته باشد که رایج ترین موقعیت های آنها 1، 2 است. 13; 1، 2، 4; 1، 1، 3 و 1، 1، 2، 3.

مولکول های اسیدهای تری، تترا و پنتا سیکلیک جدا شده از روغن ها عمدتاً از حلقه های سیکلوهگزان متراکم ساخته شده اند.

وجود اسیدهای نفتنیک هگزاسیکلیک با حلقه های سیکلوهگزان در روغن ها ثابت شده است. اسیدهای معطر موجود در روغن ها با اسید بنزوئیک و مشتقات آن نشان داده می شوند. بسیاری از سری‌های همولوگ از اسیدهای نفتنوآروماتیک چند حلقه‌ای نیز در روغن‌ها یافت شدند و اسیدهای استروئیدی تک آروماتیک در روغن سموتلر شناسایی شدند.

از بین ترکیبات حاوی اکسیژن، اسیدهای نفتی با بیشترین فعالیت سطحی مشخص می شوند. مشخص شده است که فعالیت سطحی روغن های کم رزین و رزین بالا به طور قابل توجهی پس از حذف اجزای اسیدی (اسیدها و فنل ها) از آنها کاهش می یابد. اسیدهای قوی در تشکیل پیوندهای روغن ها شرکت می کنند که در مطالعه خواص رئولوژیکی آنها نشان داده شده است.

فنل ها بسیار بدتر از اسیدها مورد مطالعه قرار گرفته اند. محتوای آنها در روغن های میدان های سیبری غربی بین 40 تا 900 میلی گرم در لیتر است. در روغن های سیبری غربی، غلظت فنل ها به ترتیب C6 افزایش می یابد<С7 << С8<С9. В нефтях обнаружены фенол, все крезолы, ксиленолы и отдельные изомеры С9. Установлено, что соотношение между фенолами и алкилфенолами колеблется в пределах от 1: (0,3-0,4) до 1: (350-560) и зависит от глубины залегания и возраста нефти. В некоторых нефтях идентифицирован β- نفتول پیشنهاد شده است که ترکیباتی از نوع o-phenylphenol به دلیل تمایل به تشکیل پیوندهای هیدروژنی درون مولکولی در حالت متصل در روغن ها وجود دارد. در بررسی توانایی آنتی اکسیدانی اجزای ترکیبات ناهم آلی روغن، مشخص شد که کنسانتره ترکیبات فنلی فعال ترین بازدارنده طبیعی هستند.

همه ساده‌ترین کتون‌های آلکیل C3-C6، استوفنون و مشتقات نفتنو و آرنو، فلورنون و نزدیک‌ترین همولوگ‌های آن در ترکیبات حاوی اکسیژن خنثی روغن‌های کالیفرنیایی یافت شدند. بازده کنسانتره کتون از روغن سموتلر که عمدتاً از کتون های دی آلکیل تشکیل شده است 0.36 درصد است در حالی که میزان استخراج کتون ها تنها 20 درصد است که نشان دهنده وجود کتون هایی با وزن مولکولی بزرگ است که با این روش قابل بازیافت نیستند. در مطالعه کتون‌ها در روغن‌های سیبری غربی، مشخص شد که آنها حاوی کتون‌های C19-C32 هستند که کتون‌های آلیفاتیک در روغن‌های متان غالب هستند، و آن‌هایی که دارای سیکلان و جایگزین‌های آروماتیک در روغن‌های نفتنیک هستند.

می توان فرض کرد که روغن ها دارای الکل در حالت آزاد هستند و در حالت محدود بخشی از استرها هستند. از بین ترکیبات ناهمآلی نفت، تمایل ترکیبات حاوی اکسیژن به برهمکنش های بین مولکولی شدید بیشتر مورد مطالعه قرار گرفته است.

مطالعه ترکیبات حاوی نیتروژن از دو طریق امکان پذیر است - مستقیماً در نفت خام و پس از جداسازی و جداسازی آنها. راه اول امکان مطالعه ترکیبات حاوی نیتروژن را در حالتی نزدیک به طبیعی فراهم می کند، اما وقوع خطاهای محسوس به دلیل غلظت کم این ترکیبات منتفی نیست. راه دوم اجازه می دهد تا چنین خطاهایی کاهش یابد، اما در فرآیند عمل شیمیایی روی روغن در هنگام جداسازی و جداسازی، تغییر در ساختار آنها امکان پذیر است. مشخص شده است که ترکیبات حاوی نیتروژن در روغن عمدتاً توسط ترکیبات حلقوی نشان داده می شوند. ترکیبات حاوی نیتروژن آلیفاتیک فقط در محصولات پالایش نفت مخرب یافت می شود که در آن آنها در نتیجه تخریب هتروسیکل های نیتروژنی تشکیل می شوند.

تمام ترکیبات نفتی حاوی نیتروژن معمولاً مشتقات عملکردی آرن ها هستند و بنابراین توزیع وزن مولکولی مشابه آنها دارند. با این حال، برخلاف آرن ها، ترکیبات حاوی نیتروژن در فراکسیون های روغنی با جوش بالا متمرکز شده و جزء CAB هستند. تا 95 درصد از اتم های نیتروژن موجود در روغن در رزین ها و آسفالتین ها متمرکز شده اند. پیشنهاد شده است که در طول جداسازی رزین‌ها و آسفالتین‌ها، حتی ترکیبات حاوی نیتروژن با وزن مولکولی نسبتاً کم به صورت کمپلکس‌های گیرنده- دهنده با آنها رسوب می‌کنند.

مطابق با طبقه بندی پذیرفته شده کلی با توجه به پایه اسید-باز، ترکیبات حاوی نیتروژن به بازهای نیتروژنی و ترکیبات خنثی تقسیم می شوند.

ظاهراً بازهای حاوی نیتروژن تنها حامل ویژگی های اصلی در بین اجزای سیستم های نفتی هستند. نسبت بازهای حاوی نیتروژن در روغن تیتر شده با اسید پرکلریک در محیط اسید استیک از 10 تا 50 درصد متغیر است. در حال حاضر، بیش از 100 آنالوگ آلکیل و آرنو تغلیظ شده پیریدین، کینولین و سایر بازها در روغن ها و فرآورده های نفتی شناسایی شده است.

ترکیبات حاوی نیتروژن به شدت پایه توسط پیریدین ها و مشتقات آنها نشان داده می شوند:

ترکیبات حاوی نیتروژن با بازی ضعیف شامل آنیلین ها، آمیدها، ایمیدها و مشتقات N-سیکلوآلکیل هستند که دارای گروه های آلکیل، سیکلوآلکیل و فنیل به عنوان یک جایگزین در حلقه پیرول هستند:

در ترکیب روغن‌های خام و تقطیرهای مستقیم، مشتقات پیریدین اغلب یافت می‌شوند. با افزایش نقطه جوش فراکسیون ها، محتوای ترکیبات حاوی نیتروژن معمولاً افزایش می یابد، در حالی که ساختار آنها تغییر می کند: اگر پیریدین ها در فراکسیون های سبک و متوسط ​​غالب باشند، مشتقات پلی آروماتیک آنها در فراکسیون های سنگین تر غالب هستند و آنیلین ها تا حد بیشتری وجود دارند. میزان در محصولات پردازش حرارتی در دماهای بالا. بازهای نیتروژنی در بخش های سبک غالب هستند و ترکیبات حاوی نیتروژن خنثی معمولاً در بخش های سنگین غالب هستند.

ترکیبات حاوی نیتروژن خنثی که به جز اتم نیتروژن حاوی هترواتم های دیگر در مولکول ها نیستند و از نفت جدا شده اند، شامل ایندول ها، کاربازول ها و مشتقات نفتنیک و حاوی گوگرد آنها می شود:

ترکیبات حاوی نیتروژن خنثی هنگامی که جدا می شوند، با ترکیبات حاوی اکسیژن ترکیب می شوند و همراه با بازهای حاوی نیتروژن استخراج می شوند.

همراه با ترکیبات تک عملکردی نام برده شده، ترکیبات نیتروژن دار زیر در روغن ها شناسایی شده است:

پلی آروماتیک با دو اتم نیتروژن در مولکول:

ترکیبات دارای دو هترواتم (نیتروژن و گوگرد) در یک چرخه - تیازول ها و بنزتیازول ها و همولوگ های آلکیل و نفتنیک آنها:

ترکیبات دارای دو هترواتم نیتروژن و گوگرد در چرخه‌های مختلف: آلکیل، سیکلوآلکیلندول و کاربازول حاوی تیوفن.

ترکیبات دارای یک گروه کربونیل در هتروسیکل حاوی نیتروژن، مانند پیپریدون ها و کینولون ها:

پورفیرین ها ساختار پورفیرین ها که ترکیبات پیچیده ای با وانادیل VO، نیکل و آهن هستند، در زیر مورد بحث قرار خواهد گرفت.

اهمیت ترکیبات حاوی نیتروژن نفت به عنوان سورفکتانت های طبیعی بسیار زیاد است؛ آنها، همراه با CAB، تا حد زیادی فعالیت سطحی در مرزهای فاز مایع و توانایی مرطوب کنندگی روغن را در فصل مشترک سنگ-روغن، فلز-روغن تعیین می کنند. ترکیبات حاوی نیتروژن و مشتقات آنها - پیریدین ها، هیدروکسی پیریدین ها، کینولین ها، هیدروکسی کینولین ها، ایمیدازولین ها، اگزازولین ها و غیره - سورفکتانت های طبیعی محلول در روغن هستند که دارای خواص بازدارندگی در خوردگی فلزات در طول تولید، حمل و نقل و تصفیه روغن هستند. خواص فعال سطحی ضعیف‌تر از ویژگی‌های ترکیبات نفتی حاوی نیتروژن مانند همولوگ‌های پیرول، ایندول، کاربازول، تیازول‌ها و آمیدها است.

مواد رزین آسفالتین (CAB). یکی از معرف ترین گروه های ترکیبات روغن ماکرومولکولی هترو آلی CAB است. ویژگی های مشخصه CAB - وزن مولکولی قابل توجه، وجود هترو عناصر مختلف در ترکیب آنها، قطبیت، پارامغناطیس، تمایل زیاد به MMW و ارتباط، پراکندگی چندگانه و تجلی خواص پراکندگی کلوئیدی برجسته - به این واقعیت کمک می کند که روش هایی که معمولاً استفاده می شود. در تجزیه و تحلیل مشخص شد که برای مطالعه آنها نامناسب است. با توجه به مشخصات شی مورد مطالعه، Sergienko S.R. بیش از 30 سال پیش، او شیمی ترکیبات روغنی درشت مولکولی را به عنوان شاخه ای مستقل از شیمی نفت معرفی کرد و با کارهای اساسی خود سهم عمده ای در شکل گیری آن داشت.

تا دهه‌های 1960 و 1970، محققان ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی CAB را تعیین کردند (برخی از آنها در جدول 2.4 آورده شده است) و سعی کردند فرمول ساختاری میانگین مولکول آسفالتین‌ها و رزین‌ها را بر اساس داده‌های آنالیز ساختاری ابزاری نشان دهند.

در حال حاضر نیز تلاش های مشابهی در حال انجام است. مقادیر ترکیب عنصری، وزن مولکولی متوسط، چگالی، حلالیت و غیره که در محدوده قابل توجهی برای نمونه‌های CAB روغن‌های مختلف داخلی و خارجی متفاوت است، تنوع روغن‌های طبیعی را نشان می‌دهد. بیشتر هترو عناصر موجود در روغن و تقریباً تمام فلزات در رزین ها و آسفالتین ها متمرکز شده اند.

نیتروژن در CAB عمدتاً وارد قطعات هتروآروماتیک انواع پیریدین (پایه)، پیرول (خنثی) و پورفیرین (مجموعه فلزی) می شود. گوگرد بخشی از هتروسیکل ها (تیوفن، تیاسیکلان، تیازول)، گروه های تیول و پل های سولفیدی است که مولکول ها را به هم متصل می کنند. اکسیژن موجود در رزین ها و آسفالتین ها به شکل گروه های هیدروکسیل (فنولیک، الکل)، کربوکسیل، اتر (لاکتون ساده، پیچیده)، کربونیل (کتون، کینون) و چرخه های فوران ارائه می شود. تناظر خاصی بین وزن مولکولی آسفالتین ها و محتوای هترو المان ها وجود دارد (شکل 2.2).

اجازه دهید سطح مدرن ایده ها در مورد CAB را مشخص کنیم. ین به ماهیت جهانی آسفالتین‌ها به‌عنوان ترکیبی از منابع طبیعی کربن، نه تنها کاستوبیولیت‌ها (روغن و سوخت جامد)، بلکه سنگ‌های رسوبی و شهاب‌سنگ‌ها اشاره می‌کند.

بر اساس طبقه بندی منابع طبیعی مبتنی بر هیدروکربن که توسط آبراهام پیشنهاد شده است، روغن ها شامل آنهایی هستند که تا 35 تا 40 درصد (جرم) CAB دارند و آسفالت ها و قیرهای طبیعی حاوی 60 تا 75 درصد (جرم) CAB هستند. به منابع دیگر - تا 42-81٪. بر خلاف اجزای سبکتر روغن که به دلیل شباهت ساختار شیمیایی آنها به گروههای آنها نسبت داده می شود، معیار ترکیب ترکیبات در کلاسی به نام CAB نزدیکی آنها در حلالیت در یک حلال خاص است. هنگامی که بقایای نفت و نفت در معرض مقادیر زیادی اتر نفتی قرار می گیرند، آلکان های کم جوش، رسوب موادی به نام آسفالتین ها که در آرن های پایینی محلول هستند و حلالیت سایر اجزا - مالتن ها، متشکل از یک بخش هیدروکربنی و رزین ها، رخ می دهد.

برنج. 2.2. وابستگی وزن مولکولی آسفالتین ها (M) به میانگین کل هترو عناصر (O + N + S) در روغن های Safanya (1)، Cerro Negro (2)، Boscan (4)، Batiraman (5) و میادین نفت سبک عربستان (3).

طرح های مدرن برای جداسازی بخش سنگین نفت بر اساس روش های کلاسیکی است که برای اولین بار توسط مارکوسون پیشنهاد شد. به مواد نامحلول در دی سولفید کربن و سایر حلال ها کربوئید گفته می شود. موادی که فقط در دی سولفید کربن محلول هستند و توسط تتراکلرید کربن رسوب می کنند، کاربن نامیده می شوند. کربویدها و کاربن ها، به عنوان یک قاعده، در ترکیب محصولات سنگین پالایش نفت مخرب به مقدار چند درصد یافت می شوند و در زیر به طور جداگانه مورد بررسی قرار خواهند گرفت. آنها عملا در ترکیب نفت خام و در باقی مانده های پالایش نفت اولیه وجود ندارند.

خواص آسفالتین های جدا شده نیز به حلال بستگی دارد. نتیجه تفاوت در ماهیت و خواص حلال ها این است که وزن مولکولی آسفالتین های روغن های عربی هنگام حل شدن در بنزن به طور متوسط ​​2 برابر بیشتر از تتراهیدروفوران است. (جدول 2. 5).

جدول 2.5

پارامتر محلول حلال گشتاور دوقطبی دی الکتریک، D Rity نفوذپذیری

Tetrahydrofuran 9.1 7.58 1.75

بنزن 9.2 2.27 0

در فرآیند توسعه ایده ها در مورد ساختار و ماهیت CAB های نفتی، دو مرحله اصلی را می توان تشخیص داد که با ایده کلی یک ساختار پراکنده کلوئیدی مرتبط است، اما در رویکرد روش شناختی برای ارزیابی ساختار یک عنصر متفاوت است. از یک ساختار کلوئیدی در مرحله اول - مرحله ایده های شیمیایی در مورد ساختار مولکول های CAB - یک رویکرد شیمیایی استاندارد برای شناسایی ساختار یک ترکیب ناشناخته استفاده شد. پس از تعیین وزن مولکولی، ترکیب عنصری و فرمول مولکولی رزین ها و آسفالتین ها CnH2n-zNpSgOr. سپس مقدار z محاسبه شد. برای رزین ها، 40-50، برای آسفالتین ها - 130-140 بود. یک نمونه معمولی از نتایج چنین مطالعاتی برای نمونه های CAB روغن های مختلف داخلی و خارجی در جدول ارائه شده است. 2.4. (جدول 1.4 را ببینید). همانطور که مشاهده می شود، آسفالتین ها با رزین های یک منبع در افزایش محتوای کربن و فلزات و نسبت کاهش یافته هیدروژن، اندازه بزرگتر هسته های پلی آروماتیک، متوسط ​​طول کوتاه تر جایگزین های آلیفاتیک بزرگ و تعداد کمتر غیر حلقوی متفاوت از رزین های مشابه هستند. قطعاتی که مستقیماً با هسته های معطر ذوب شده اند.

مرحله دوم را می توان به عنوان مرحله توسعه ایده های فیزیکی در مورد ساختار آسفالتین ها و تجزیه و تحلیل دلایل تمایل آسفالتین ها به تداعی مشخص کرد. در واقع، توضیح وابستگی وزن مولکولی به شرایط تعیین (نگاه کنید به جدول 2.5)، و همچنین وابستگی خطی آن به اندازه ذرات آسفالتین (شکل 1.5) در چارچوب ایده های کیفی جدید در مورد ساختار آسفالتین ها

در سال 1961 T. Yen مدل پشته ای به اصطلاح "پلیت به صفحه" را از ساختار آسفالتین ها پیشنهاد کرد. این مدل نه بر اساس لزوم انطباق آن با پارامترهای ساختاری محاسبه‌شده ترکیب آسفالتین‌ها، بلکه بر اساس امکان اساسی جهت‌گیری موازی صفحه قطعات پلی آروماتیک مولکول‌های مختلف است. ارتباط آنها در نتیجه بین مولکولی ( π - π, دهنده-پذیرنده، و غیره) برهمکنش ها با تشکیل ساختارهای انباشته لایه ای رخ می دهد (اصطلاح "انباشتگی" در زیست شناسی مولکولی برای نشان دادن آرایش پشته مانند مولکول ها بر روی دیگری به کار می رود).

برنج. 2.5. همبستگی بین اندازه ذرات آسفالتین ها (D) و وزن مولکولی آنها (M)

مطابق با مدل ین بر اساس داده‌های پراش اشعه ایکس، آسفالتین‌ها ساختار کریستالی دارند و ساختارهایی با قطر 0.9-1.7 نانومتر از 4-5 لایه با فاصله 0.36 نانومتر روی هم قرار می‌دهند. اندازه ساختارهای انباشته شده در امتداد صفحه معمولی تا صفحه صفحات معطر 1.6-2.0 نانومتر است (شکل 2.6). بخش های مستطیلی، قطعات پلی آروماتیک مسطح را نشان می دهند، و قطعات شکسته، قطعات اشباع مولکول ها را نشان می دهند. قطعات پلی آروماتیک توسط هسته های نسبتاً کوچک، اغلب نه بیشتر از چهار حلقه ای، نشان داده می شوند. از میان قطعات آلیفاتیک، رایج‌ترین آنها گروه‌های آلکیل کوتاه C1-C5، عمدتاً متیل هستند، اما آلکان‌های شاخه‌دار خطی حاوی 10 اتم کربن یا بیشتر نیز وجود دارند. همچنین ساختارهای اشباع چند حلقه ای در مولکول های CAB با 1-5 حلقه متراکم، عمدتاً بی سیکلان ها وجود دارد.

در چارچوب مدل ینا، وابستگی وزن مولکولی آسفالتین ها به شرایط جداسازی و ماهیت حلال ذکر شده در بالا را می توان به راحتی توسط ارتباطی که چندین سطح از سازماندهی ساختاری آسفالتین ها را در نظر می گیرد توضیح داد: حالت پراکنده مولکولی ( I) که در آن آسفالتین ها به صورت لایه های جداگانه هستند. حالت کلوئیدی (II) که نتیجه تشکیل ساختارهای انباشته با ابعاد مشخص است. یک حالت پایدار جنبشی پراکنده (III) ناشی از تجمع ساختارهای انباشته؛ و یک حالت جنبشی ناپایدار پراکنده (IV) همراه با بارش.

برنج. 2.6. مدل سازه آسفالتین مطابق با جن

اونگر اف.جی. دیدگاه اصلی را در مورد روند وقوع و وجود CAB در روغن بیان کرد. روغن‌ها و سیستم‌های روغن حاوی CAB، به نظر او، راه‌حل‌های مرتبط با پارامغناطیس ناپایدار ترمودینامیکی هستند. هسته‌های مرتبط با چنین محلول‌هایی توسط آسفالتین‌ها تشکیل می‌شوند که در آن رادیکال‌های آزاد پایدار موضعی می‌شوند و لایه‌های حل‌شده اطراف هسته‌ها از مولکول‌های رزین دیامغناطیس تشکیل شده‌اند. برخی از مولکول های رزین دیامغناطیس قادر به انتقال به حالت سه گانه برانگیخته و همولیز هستند. بنابراین، رزین ها منبع بالقوه آسفالتین هستند که L.G. سهولت تبدیل رزین ها به آسفالتین

بنابراین، تازگی ایده های ارائه شده با تأکید بر نقش ویژه تعاملات مبادله برای توضیح ماهیت CAB مرتبط است. برخلاف مدل بسته، ایده ساختار متقارن مرکزی ذره CAB در حال توسعه است. اولین بار توسط D. Pfeiffer و R. Saal که یک مدل ایستا از ساختار واحد ساختاری آسفالتین ها ارائه کردند، فرض شد. بر اساس آن، هسته واحد ساختاری توسط هیدروکربن های چند حلقه ای با وزن مولکولی بالا تشکیل شده و توسط اجزایی با درجه آروماتیک بودن به تدریج کاهش می یابد. Neumann G. تأکید کرد که از نظر انرژی برای چرخاندن گروه های قطبی در داخل واحد ساختاری و رادیکال های هیدروکربنی - به بیرون مفید است، که مطابق با قانون یکسان سازی قطبیت مطابق با Rehbinder است.

پورفیرین ها نمونه های معمولی از مجتمع های نفتی بومی هستند. پورفیرین ها با وانادیوم به عنوان نقطه کانونی (به شکل وانادیل) یا نیکل (نگاه کنید به 11). وانادیل پورفیرین‌های نفتی عمدتاً همولوگ‌های دو سری هستند: پورفیرین‌های جایگزین آلکیل با تعداد کل اتم‌های کربن متفاوت در جایگزین‌های جانبی حلقه پورفین و پورفیرین‌ها با یک حلقه سیکلوپنتن اضافی. مجتمع های پورفیرین فلزی در قیر طبیعی تا 1 میلی گرم در 100 گرم و در روغن های با ویسکوزیته بالا - تا 20 میلی گرم در 100 گرم روغن وجود دارد. هنگام مطالعه ماهیت توزیع کمپلکس‌های پورفیرین فلزی بین بخش‌های تشکیل‌دهنده SDS، با روش‌های استخراج و کروماتوگرافی ژل مشخص شد که 40 درصد وانادیل پورفیرین‌ها در ذرات پراکنده (تقریباً به طور مساوی در ترکیب هسته و لایه حل شده) متمرکز شده‌اند. ) و بقیه آنها و نیکل پورفیرین ها در محیط پراکندگی موجود هستند.

وانادیل پورفیرین ها در ترکیب آسفالتین ها سهم قابل توجهی در فعالیت سطحی روغن ها دارند، در حالی که فعالیت سطحی ذاتی آسفالتین ها کم است. بنابراین، مطالعه روغن‌های باشکری نشان داد که کشش سطحی روغن‌ها در مرز با آب به شدت با محتوای وانادیل پورفیرین‌ها در آنها همبستگی دارد، در حالی که ضریب همبستگی با محتوای آسفالتین در آنها نسبتاً کم است (شکل 2.7).

به میزان کمتری، تأثیر پورفیرین های فلزی بر ساختار پراکنده نفت و شرایط وقوع انتقال فاز در سیستم های نفتی بررسی شده است. شواهدی از تأثیر منفی آنها، همراه با سایر اجزای هترواتمی، بر فرآیندهای کاتالیزوری پالایش نفت وجود دارد. علاوه بر این، آنها باید به شدت بر سینتیک و مکانیسم انتقال فاز در SSS تأثیر بگذارند.

برنج. 2.7. ایزوترم کشش سطحی a در مرز آب:

الف - محلول های بنزن آسفالتین ها: 1 - آسفالتین ها با پورفیرین ها. 2-5 - آسفالتین ها به عنوان پورفیرین به ترتیب پس از یک، پنج، هفت، سیزده استخراج حذف می شوند. ب - نفت باشقیر

2.3 عناصر کمیاب

در ابتدا، ژئوشیمی‌دانان به مطالعه ترکیب عناصر کمیاب نفت‌ها پرداختند تا شواهدی در مورد نظریه‌های مختلف در مورد منشاء نفت جستجو کنند و الگوهای مهاجرت میادین نفتی را مطالعه کنند. آنها مجموعه گسترده ای از داده های تجربی در مورد توزیع کمی و کیفی عناصر در روغن ها را جمع آوری کرده اند که متأسفانه، سیستماتیک کردن آنها دشوار است. بعدها، شیمیدانان-تکنولوژیست ها به چنین مطالعاتی علاقه نشان دادند، زیرا تأثیر نامطلوب فلزات بر فرآیندهای پالایش نفت و خواص عملیاتی فرآورده های نفتی مشخص شد و استخراج برخی از عناصر، به ویژه وانادیوم، از نفت اهمیت صنعتی پیدا کرد. بنابراین میزان وانادیم و نیکل در تعدادی از نمونه‌های قیر شرق فرورفتگی خزر و روغن‌های طبیعی با ویسکوزیته بالا به 50 گرم در تن می‌رسد که وانادیم غالب است. سطح کیفی جدید تحقیقات علمی فعلی در زمینه مطالعه ترکیب عناصر کمیاب و ارتباط با اجزای روغن به دلیل شناسایی نقش ویژه پورفیرین های فلزی در ساختار CAB است که در آن فلز به عنوان مرکز هماهنگی آنها عمل می کند. .

اکنون مشخص شده است که بیش از 60 عنصر در روغن هایی با منشاء مختلف وجود دارد که حدود 30 عنصر متعلق به فلزات است. روغن حاوی آهن، منیزیم، آلومینیوم، مس، قلع، سدیم، کبالت، کروم، ژرمانیوم، وانادیم، نیکل، جیوه، طلا و غیره است. با این حال، محتوای آنها کمتر از 1٪ است. در میان فلزات فردی، که محتوای آنها در روغن ها از 10-5٪ بیشتر است، غالب: V - 10-5-10-2٪؛ Ni - 10-4-10-3%; Fe - 10-4-10-3%؛ روی - 10-5 -10-3٪؛ جیوه - حدود 10-5٪؛ ب - 10-3-0.3%; Na، K، Ca، Mg - 10-3-10-4٪. محتوای کل فلزات در روغن ها به طور متوسط ​​از 0.01 تا 0.04٪ (وزنی) متغیر است و در CAB جدا شده از آنها، گاهی اوقات می تواند به دهم درصد نیز برسد.

هنگام مطالعه توزیع فلزات سنگین (وانادیم و نیکل) بر روی بخش های کروماتوگرافی قطران نفت سیبری غربی، مشخص شد که بخش عمده ای از ترکیبات حاوی فلز در رزین ها و آسفالتین ها متمرکز شده است و بخش های هیدروکربنی حاوی حداکثر 1-3 پی پی ام است. فلزات (جدول 2.6). محتوای عناصر کمیاب در آسفالتین ها بیشتر از رزین ها است. از آنجایی که محتوای رزین ها در روغن ها و فراکسیون های باقی مانده بسیار بیشتر از آسفالتین ها است، جرم اصلی فلزات همچنان در رزین ها متمرکز است.

تحت عمل ترمولیز بر روی سیستم های روغن، به عنوان مثال، در فرآیند تقطیر، تغییراتی در ویژگی های ساختاری و فیزیکی رزین ها و همچنین ترکیب عناصر کمیاب آنها رخ می دهد. بخش اصلی اتم های فلز (به جز وانادیوم) در ترکیب رزین ها با گروه های عاملی حاوی گوگرد و اکسیژن (کربوکسیلیک، سولفوکسید و غیره) مرتبط است که در قطعات مولکول ها از نظر حرارتی کمتر پایدار و عمدتاً غیر معطر قرار دارند.

جدول 2.6.

توزیع فلز بر روی کسرهای کروماتوگرافی تار

تخریب حرارتی چنین قطعاتی منجر به حذف قسمت مربوطه از اتم های فلزی از ترکیب رزین و افزایش نسبت کمپلکس های فلزی با لیگاندهای قطبی کمتر و آروماتیک تر می شود.

ترکیبات حاوی فلز در سیستم های نفتی و نفتی، به دلیل ماهیت شیمیایی خود، نمک های فلزی با مواد اسیدی، ترکیبات عنصری، کمپلکس های چند لیگاند یا π- کمپلکس هایی با ترکیبات معطر یا هتروآلی.

روغن به شکل نمک هایی با اسیدهای آلی، فنل ها، تیول ها ظاهراً حاوی قسمت غالب فلزات قلیایی و قلیایی خاکی است که منجر به هیدرولیز آسان آنها و حذف آنها از روغن در هنگام شستشو با آب می شود.

وجود ترکیبات آلی فلزی با پیوند کربن و فلز در روغن ثابت نشده است، اگرچه احتمال تشخیص آنها بسیار زیاد است.

رایج ترین نوع ترکیبات نفتی حاوی فلز به کمپلکس های چند لیگاندی اشاره دارد که در آن هر مولکول از طیف وسیعی از ترکیبات ناهموارگانیک می تواند به عنوان لیگاند استفاده شود. چنین کمپلکس هایی بر اساس هماهنگی اتم فلز Fe، Co، V، Ni، Cr، Zn و غیره با اتم های N، S، O ترکیبات ناهم آلی تشکیل می شوند. قدرت کمپلکس ها با ماهیت هترواتم و فلز تعیین می شود. به دلیل ویژگی برهمکنش های دهنده-گیرنده، نمک های جیوه دو ظرفیتی ترجیحاً با سولفیدهای اشباع شده و تک ظرفیتی با آریل سولفیدها تشکیل می دهند. تیتانیوم به طور انتخابی با ترکیبات نیتروژنی پایه و بسیار ضعیف تر با بسیاری از ترکیبات ناهمگن دیگر تعامل دارد.

روغن های «خام» همچنین حاوی مقادیر کمی مواد معدنی، آب و ناخالصی های مکانیکی هستند.

3. OIL DISPERSIVE SYSTEMS

هدف مکانیک فیزیکوشیمیایی ایجاد الگوهای شکل‌گیری ساختارهای فضایی در سیستم‌های پراکنده و همچنین فرآیندهای تغییر شکل و تخریب چنین ساختارهایی بسته به مجموع عوامل فیزیکوشیمیایی و مکانیکی است.

واحدهای ساختاری سیستم پراکنده نفتی (OPS) (ساختارهای فوق مولکولی اولیه، انواع میانی و نهایی آنها) به دلیل ماهیت و شکل هندسی ماکرومولکول های HMS، نیروهای سطحی بین آنها، برهمکنش فاز پراکنده با پراکندگی ساختار پیچیده ای دارند. متوسط ​​و عوامل دیگر

محیط پراکندگی از مخلوطی از ترکیبات قطبی و غیرقطبی تشکیل شده است و با ساختارهای فوق مولکولی برهمکنش دارد؛ در نتیجه، پوسته های حلال در اطراف ساختار فوق مولکولی (همبسته یا پیچیده) تشکیل می شود. چنین ذره پراکنده ای از ساختار پیچیده (ساختار فوق مولکولی + لایه حل شده) قادر به وجود مستقل است و واحد ساختاری پیچیده (CSU) نامیده می شود.

CCE به عنوان یک هسته احاطه شده توسط یک پوسته حل شده نشان داده می شود. CCE می تواند در یک محیط پراکندگی حرکت کند، زیرا به دلیل پوسته های حلال سازی، ذرات آسفالتین یا پارافین های با وزن مولکولی بالا (HMP) که هسته مرتبط را تشکیل می دهند، به هم نمی چسبند.

هسته CCE یک منطقه داخلی منظم تر است که توسط ماکرومولکول های VMP یا آسفالتین ها یا سایر اجزای روغن تشکیل شده است.

پوسته حل شده به دلیل جذب ترکیبات کمتر مستعد ابتلا به MMW بر روی ذرات تشکیل دهنده هسته تشکیل می شود. به عنوان مثال، برای یک شرکت آسفالتین، اینها رزین ها و هیدروکربن های معطر خواهند بود. لایه میانی حاوی آلکان و سیکلوآلکان خواهد بود.

یکی از ویژگی های CCE تفاوت در انرژی های سطحی بین ساختار فوق مولکولی و لایه حل شده و بین لایه حلال و محیط پراکندگی است. CCE می تواند با محیط پراکندگی تعامل داشته باشد. در این مورد، 2 گزینه امکان پذیر است: 1) کشش سطحی محیط پراکنده کمتر از لایه های حلال CCE است. در این حالت یک CCE فعال با انرژی سطحی جبران نشده تشکیل می شود. جبران این انرژی سطحی با ادغام دو یا چند CSU فعال شده به دست می آید که با افزایش اندازه ساختار فوق مولکولی همراه است. هر چه تفاوت بین انرژی های سطحی ساختار فوق مولکولی و محیط پراکندگی بیشتر باشد، اندازه ساختار فوق مولکولی سریعتر افزایش می یابد و ضخامت لایه حلال در CCE بیشتر کاهش می یابد. 2) کشش سطحی محیط پراکندگی بسیار بیشتر از لایه حلال CCE است. این منجر به جابجایی هیدروکربن های با مقادیر کشش سطحی کم از لایه حلال CCE می شود. در مقادیر بالا DD نه تنها ضخامت لایه حل شده کاهش می یابد و ترکیب هیدروکربنی آن تغییر می کند، بلکه ساختار فوق مولکولی نیز می تواند تا ناپدید شدن کامل آن از بین برود.

CSE می تواند سیستم های پراکنده آزاد (sols) و سیستم های پراکنده محدود (ژل) را تشکیل دهد. در یک سیستم آزادانه پراکنده، ذرات فاز پراکنده به یکدیگر متصل نیستند و می توانند تحت تأثیر نیروهای خارجی (گرانش یا حرکت براونی) حرکت کنند. فاز پراکنده سیستم های محدود- پراکنده یک قاب پیوسته (ساختار فضایی) را تشکیل می دهد که حاوی یک محیط پراکندگی است.

سیستم های پراکنده روغن (پراکنده آزاد و محدود) با استحکام ساختاری و مکانیکی مشخص می شوند. تحت استحکام ساختاری-مکانیکی SDS توانایی آن در مقاومت در برابر عمل نیروهای خارجی قابل درک است. هر چه نیروی برهمکنش ماکرومولکول های HMS در همبسته و بین اجزای سیستم بیشتر باشد، استحکام ساختاری و مکانیکی SSS بیشتر است.

استحکام ساختاری و مکانیکی سیستم های پراکنده نفتی عمدتاً با ضخامت پوسته حلال در اطراف ساختار فوق مولکولی تعیین می شود. چنین پوسته ها خاصیت ارتجاعی دارند و باعث ایجاد فشار از هم گسسته می شوند که بر ذرات SSS به گونه ای عمل می کند که تمایل دارد آنها را از هم دور کند و آنها را از یکدیگر دور کند. هرچه ضخامت پوسته حلال نازک تر باشد، استحکام ساختاری و مکانیکی SSS بالاتر است. (می توان آن را با یک خط کش فلزی مقایسه کرد: نازک تر، خاصیت ارتجاعی آن بیشتر است. بالاتر از میله ای از همان فلز).

از طرف دیگر، استحکام ساختاری-مکانیکی SSS بیشتر است، انواع مختلف CSE در سیستم (آسفالتین ها، رزین ها، پارافین ها، هیدروکربن های چند حلقه ای) بیشتر می شود.

استحکام ساختاری-مکانیکی SSS با درجه انحراف ویسکوزیته سازه تخمین زده می شود. متر حداکثر در ویسکوزیته دینامیکی متر دقیقه

با توجه به مقدار مقاومت ساختاری و مکانیکی واحد ساختاری، SSS در یک ردیف مرتب شده است: ژل ® سل ® CCE.

دما بر استحکام ساختاری-مکانیکی سیستم (SMS) تأثیر می گذارد. با افزایش دما، SMF کاهش می یابد و زمانی که سیستم به حالت محلول مولکولی می رسد ناپدید می شود.

دما همچنین بر پایداری سیستم پراکنده در برابر لایه لایه شدن تأثیر می گذارد. پایداری جنبشی SSS به عنوان توانایی یک فاز پراکنده برای حفظ توزیع یکنواخت CCE در یک محیط پراکندگی برای مدت معینی درک می‌شود.

بی ثباتی سیستم ها بر انجام فرآیندهای هدف تأثیر می گذارد: تولید، حمل و نقل، ذخیره سازی و اتخاذ تدابیر فنی مناسب برای محافظت در برابر طبقه بندی را ضروری می کند.

ناپایداری با بزرگ شدن ذرات فاز پراکنده به دلیل چسبندگی آنها تحت تأثیر برهمکنش بین مولکولی با یکدیگر آشکار می شود. در این حالت، پایداری جنبشی از بین می رود و جداسازی فاز رخ می دهد، یعنی. انعقاد رخ می دهد. در این حالت رابط فاز کاهش می یابد. این فرآیند شامل 2 مرحله است: 1) پنهان. در مرحله اول، قبل از شروع طبقه بندی، همکاران بزرگتر می شوند. 2) صریح. در مرحله دوم ذرات درشت رسوب می کنند.

3.1 هیدروکربن های پارافینی

تمام آلکان های معمولی، تا C33H68، از نفت جدا شده اند. C5 - C16 - مایعات، C17 و بیشتر - جامدات.

هنگام اجرای فرآیند فناورانه، باید تمایل آنها را تحت شرایط خاصی برای تشکیل همکاران در نظر گرفت.

برهمکنش های بین مولکولی آلکان های با وزن مولکولی بالا (HM) به دلیل پیوندهای هیدروژنی از نوع C-H ... C با انرژی 2-4 کیلوژول بر مول و نیروهای پراکندگی است.

با کاهش دما، تعداد مولکول های هیدروکربن در پیوند پارافین افزایش می یابد، زیرا زنجیره پارافین از شکل زیگزاگ به یک خطی صاف و خطی تبدیل می شود و در این حالت، مولکول های پارافین VM مستعد برهمکنش بین مولکولی (IIM) هستند و ساختارهای فوق مولکولی را تشکیل می دهند.

با افزایش وزن مولکولی هیدروکربن‌ها، دمایی که در آن ترکیب شروع به تشکیل می‌کند، افزایش می‌یابد:

N-پنتان - -60 ° از جانب؛

N-هگزادکان - 80+ ° از جانب.

تعداد مولکول های هیدروکربن در پیوند هر چه بیشتر باشد، دما پایین تر است:

N-هگزادکان در 20 ° ج - 3 مولکول.

اکتان N در -50 ° C - 31 مولکول.

این با تضعیف حرکت حرارتی مولکول های هیدروکربن با کاهش دما و افزایش انرژی MMW آلکان ها با افزایش طول زنجیره توضیح داده می شود. شدت IMF آلکان ها در مقایسه با سایر کلاس های هیدروکربن های موجود در سیستم های نفتی به طور قابل توجهی کمتر است.

ساختارهای فوق مولکولی پارافین فقط در دماهای پایین می توانند در سیستم روغن وجود داشته باشند و با افزایش دما کاملاً تجزیه می شوند.

تمایل به ارتباط هیدروکربن های پارافینی HM توسط:

ü طول زنجیره؛

ü وجود شاخه ها در آنها؛

ü غلظت پارافین و سایر هیدروکربن های HM و نسبت آنها.

ü حلالیت هیدروکربن های پارافینی؛

ü دمای سیستم و عوامل دیگر

3.2 هیدروکربن های نفتنی (سیکلوآلکان)

هیدروکربن های نفتنی در روغن ها عمدتاً به صورت هیدروکربن های هیبریدی وجود دارند. واحدهای ساختاری هیدروکربن های هیبریدی، علاوه بر حلقه های 5 و 6 عضوی، زنجیره های پارافینی و چرخه های آروماتیک هستند.

نفتن ها ممکن است بر سایر کلاس های هیدروکربن های نفت غالب باشند. محتوای آنها از 25 تا 75 درصد وزنی متغیر است. پایدارترین آنها چرخه های 5 و 6 عضوی هستند: سیکلوپنتان، سیکلوهگزان، متیل سیکلوهگزان، اتیل سیکلوهگزان. آنها بر سیستم نفت تسلط دارند. سیکلوآلکان ها می توانند دو حلقه ای باشند: C8-C12، این ها مایع هستند، و چند حلقه ای: C13 یا بیشتر، این ها جامد هستند.

بر خلاف هیدروکربن‌های پارافینی با تعداد اتم‌های کربن یکسان، سیکلوآلکان‌ها در دمای بالاتری در یک حالت مرتبط هستند. تعداد مولکول ها در همبسته از 2 تا 4-5 بسته به دما و ساختار است.

3.3 هیدروکربن های معطر

در بیشتر موارد، آرن ها از نظر محتوایی نسبت به آلکان ها و سیکلوآلکان های موجود در روغن پایین تر هستند. آرن ها در روغن ها با سری های مختلف همولوگ نشان داده می شوند: هیدروکربن های تک حلقه ای سری بنزن. bicyclic - یک سری نفتالین؛ هیدروکربن های سه و چهار حلقه ای

طولانی ترین زنجیره های جانبی پارافین دارای هیدروکربن های آروماتیک تک حلقه ای هستند: تعداد اتم های کربن زنجیره C3-C12 و این می تواند منجر به کاهش درجه ارتباط شود. سپس - دو حلقه ای (C2-C7)؛ کمترین تعداد اتم های کربن در زنجیره های پارافین جانبی (C1-C4) در حلقه های هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای.

عرصه ها، به ویژه آنهایی که چند حلقه ای هستند، تمایل بیشتری به MMW دارند. هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای یک ساختار دو بعدی (مسطح) تشکیل می دهند و مستعد ابتلا به MMI و در دماهای بالا با تشکیل CCE هستند.

3.4 مواد قیر-آسفالتین

مواد رزینی آسفالتین (SAB) ترکیبات هتروسیکلیک با مولکولی بالا هستند. محتوای آنها در روغن می تواند تا 25-50٪ وزنی برسد. رزین ها موادی هستند که در آلکان های کم جوش، در هیدروکربن های نفتنی و آروماتیک محلول هستند.

آسفالتین ها موادی هستند که در دی سولفید کربن CS2 و تتراکلرید کربن CC14 در هیدروکربن های معطر محلول هستند، اما در آلکان های کم جوش نامحلول هستند.

به عنوان مثال، روغن آرلان حاوی 6٪ آسفالتین، درصد آنها است r 420=1.140، وزن مولکولی 1700. ترکیب عنصری، %: С=82.8; H=8.22; N=2.27; S=5.42; O=1.29.

بنابراین، این دو گروه از مواد پراکنده کلوئیدی روغن ها هستند که در ترکیب، ساختار، اندازه ذرات و خواص متفاوت هستند.

با استفاده از روش EPR، مشخص شد که مولکول های SAW حاوی الکترون های جفت نشده هستند. در ساختارهای آروماتیک متراکم، الکترون جفت نشده را می توان روی تمام پیوندهای مولکول SAB تغییر مکان داد، که فعالیت شیمیایی آنها را کاهش می دهد.

یک رابطه نمایی بین محتوای رادیکال های آزاد در SAS و میزان معطر بودن آنها ایجاد شده است. با افزایش درجه معطر بودن سری روغن ® رزین ® آسفالتین ها ® کربوئیدها، تعداد رادیکال های آزاد 1 مرتبه افزایش می یابد و از 1 * 1017 تا 1.5 * 1020 در هر 1 گرم ماده متغیر است.

آسفالتین های موجود در روغن ها می توانند در حالت مولکولی و به صورت ساختارهای فوق مولکولی باشند که شامل حداکثر 5 مولکول یا بیشتر است. میزان ارتباط آنها به شدت تحت تأثیر ترکیب محیط است. در غلظت های پایین آسفالتین ها (2% در بنزن و 16% در نفتالین) حالت مولکولی دارند و می توان وزن مولکولی آنها را به دقت تعیین کرد. مقدار حاصل از وزن مولکولی حدود 2000 است.

با افزایش غلظت آسفالتین ها، ساختارهای فوق مولکولی تشکیل می شوند. در نتیجه وزن مولکولی آسفالتین ها بسته به تعداد مولکول های موجود در آن به 4000 یا 6000 افزایش می یابد.

وزن مولکولی رزین ها 460-1600 a.u است.

با استفاده از آنالیز پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ الکترونی و غیره، اندازه‌های ساختاری فوق مولکولی آسفالتین‌ها، که مجموعه‌ای از 5-6 مولکول آسفالتین را نشان می‌دهند، پیدا شد:

قطر وابسته 8-15 A ° ,

ضخامت 16-20 A ° ، (ولی ° = 10-10 متر).

صفحات پایه آسفالتین های تشکیل شده توسط هسته های آروماتیک متراکم به طور تصادفی در فاصله 3.5 - 3.7A قرار می گیرند. ° از یکدیگر. صفحات پایه توسط نیروهای واندروالس به هم متصل می شوند.

بنابراین، بسته به درجه ارتباط مولکول‌های آسفالتین در ساختارهای فوق مولکولی، هم وزن مولکولی همبسته‌ها و هم اندازه آنها در نوسان است.

نسبت مولکول های آسفالتین و ساختارهای فوق مولکولی آنها به ترکیب محیط پراکندگی بستگی دارد. در رابطه با آسفالتین ها، روغن مخلوطی از حلال ها، لیوفوبیک (هیدروکربن های متان و احتمالاً نفتن ها) و لیوفیلیک (هیدروکربن های معطر و به ویژه رزین ها) است.

اگر محیط پراکندگی (روغن) حاوی حلال‌هایی (هیدروکربن) باشد که آسفالتین‌ها را به خوبی حل می‌کنند، به عنوان یک قاعده، آنها پیوندی تشکیل نمی‌دهند. اگر محیط پراکندگی نسبت به آسفالتین ها لیوفوبیک باشد، آسفالتین ها در چنین روغن هایی ترکیباتی تشکیل می دهند که در صورت بالا بودن درجه تداعی آسفالتین ها منعقد شده و به فاز جامد رسوب می کنند. اغلب این اتفاق می افتد حتی در شرایط وقوع نفت در مخزن (جدول 3.1.). یا در صورتی که ویسکوزیته سیستم زیاد باشد و درجه تداخل آسفالتین پایین باشد ممکن است در سیستم معلق باشند.

جدول 3.1

ترکیب نفت تولید شده از مخزن A4 میدان Ilmenevskoye و باقی مانده در مخزن پس از تکمیل توسعه

به همین دلیل، روغن‌های سبک که از نظر هیدروکربن‌های معطر ضعیف هستند، تنها حاوی مقدار ناچیزی آسفالتین در حالت محلول هستند، مقدار کمی از آنها گاهی اوقات هنوز در حالت معلق و درشت پراکنده هستند. در مقابل، روغن های سنگین و غنی از قیر ممکن است حاوی مقدار قابل توجهی آسفالتین به شکل محلول کلوئیدی پایدار باشند.

بنابراین، تعداد مولکول‌ها در یک همبسته و حالت تعادل همبسته‌ها در یک محیط پراکندگی با نسبت گروه‌های مختلف هیدروکربن‌های موجود در آن تعیین می‌شود.

با افزایش دما، مواد آسفالتین مستعد تجمع فیزیکی و حتی شیمیایی هستند.

همان ترکیباتی که نفت را به عنوان یک محیط پراکندگی می‌سازند، به روش‌های مختلفی بر رفتار همکاران با طبیعت مختلف در سیستم روغن تأثیر می‌گذارند. پارافین ها بر خلاف آسفالتین ها در هیدروکربن های پارافینی که حلال های غیرقطبی هستند بسیار حل می شوند. پارافین های جامد (С17-С36) در بخش وزن مولکولی بالا حلال های غیر قطبی بهتر از هیدروکربن های سبک، به ویژه در دماهای پایین حل می شوند.

بنابراین، درجه قطبیت یک محیط پراکندگی (حلال) تأثیر متفاوتی بر اندازه همبستگان با طبیعت متفاوت در یک سیستم پخش کننده نفت دارد و باعث ایجاد غلظت‌های مختلف ساختارهای فوق مولکولی در روغن‌ها می‌شود.

محدوده شرایطی که تحت آن یک سیستم نفتی مولکولی است به ترکیب شیمیایی آن بستگی دارد. با افزایش محتوای ترکیبات رزینی-آسفالتی، منطقه حالت مولکولی به تدریج تخریب می شود و سیستم روغن در هر مقدار فشار و دما پراکنده می شود. بنابراین، نفت خام به دلیل وجود مواد قیر-آسفالتین در آنها پراکندگی اولیه مشخص می شود.

در اصل، سه راه برای به دست آوردن یا ایجاد سیستم های نفتی حاوی CCE وجود دارد:

1. حذف از سیستم هیدروکربن ها، که حلال های ساختارهای فوق مولکولی هستند. به عنوان مثال، تبخیر کسرهای سبک روغن در طول ذخیره سازی. سپس اجزای مولکولی بالا (آسفالتین ها، رزین ها، هیدروکربن های معطر، پارافینیک) در باقیمانده تجمع می یابند که مستعد تشکیل ساختارهای پیچیده هستند.
2. معرفی مواد افزودنی ویژه به سیستم روغن، به عنوان مثال، سورفکتانت ها و هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای. وضعیت مشابه زمانی مشاهده می شود که روغن حاوی مقادیر قابل توجهی آسفالتین با روغن پایه پارافین مخلوط شود. پارافین ها نسبت به آسفالتین ها یک حلال لیوفوبیک هستند و این امر منجر به انعقاد آسفالتین و رسوب آن ها از محلول می شود.

در شرایط مخزن، نفت محلول حاوی مقدار قابل توجهی هیدروکربن های گازی از متان تا پنتان است. گازهای محلول دارای اثر حل کنندگی بر روی آسفالتین هستند. پوسته حل شده را از بین ببرید. بنابراین، همکاران آسفالتین ثبات خود را از دست می دهند و منعقد می شوند. ذرات پراکنده آسفالتین به هم می چسبند و بزرگتر می شوند. این منجر به از بین رفتن اجزای ارزشمند نفت و کاهش بازیافت نفت می شود (جدول 3.1).

• گاززدایی نفت منجر به افزایش نسبی محتوای هیدروکربن های معطر در نفت و در نتیجه حل شدن ذرات پراکنده تشکیل شده توسط آسفالتین در آنها می شود. در نتیجه ویسکوزیته روغن افزایش می یابد.
• کاهش یا افزایش دما: در این حالت ساختارهای فوق مولکولی ظاهر می شوند که در نتیجه سیستم از حالت پایدار به حالت ناپایدار می رسد. پارافین های CCE حساس ترین به دما هستند.

مثال‌های بالا به وضوح نشان می‌دهند که درجه پراکندگی سیستم روغن، اندازه CSE به شرایط خارجی، به میزان تأثیر عوامل خارجی بستگی دارد. تحت تأثیر آنها، یک تغییر آنتی‌باتیک در اندازه هسته و ضخامت لایه حلال CCE رخ می‌دهد (شکل 3.1). بسته به فرآیندها، انجام برخی در حداقل مقادیر اندازه هسته CCE و برخی دیگر در حداکثر انجام می شود.

می توان وابستگی تغییر در پارامترهای CCE را ردیابی کرد، به عنوان مثال، به قدرت انحلال (یعنی ترکیب) محیط پراکندگی: غیر حلال ® حلال بد ® حلال خوب، یعنی از طریق قدرت انحلال (RS) محیط، استحکام و پایداری ساختاری و مکانیکی SSS را تحت تأثیر قرار می دهد، زیرا این ویژگی ها است که به طور قابل توجهی بر بسیاری از فرآیندهای پالایش نفت و همچنین تولید و حمل و نقل تأثیر می گذارد.

تغییر در محیط RS (انتقال از یک غیر حلال به یک حلال خوب) با پدیده های زیر در سیستم روغن همراه است (شکل 2).

منحنی تغییرات در شعاع هسته (R) CCE (1) و ضخامت لایه حلالیت ( د ) (2) ضد جنگ هستند. رابطه واضحی بین شعاع هسته CCE (1) و مقاومت ساختاری-مکانیکی (4) و بین ضخامت لایه حلال (2) و پایداری CCE (3) وجود دارد. همه منحنی ها به یکدیگر مرتبط هستند.

افزایش RS محیط (حلال غیر حلال - ضعیف) منجر به کاهش شعاع هسته CCE و افزایش همزمان ضخامت لایه حلال به حداکثر مقدار می شود. در نقطه ماکزیمم، زمانی که سرعت تشکیل پوسته‌های حل‌شوندگی برابر با سرعت تخریب آنها باشد، SSS حداکثر مقاومت را در برابر جداسازی سیستم به فاز دارد. این با این واقعیت توضیح داده می‌شود که در این نقطه، همدستان حداکثر ضخامت پوسته حل‌شده را دارند، بنابراین حداقل چگالی را دارند، که نیروی محرکه فرآیند جداسازی را کاهش می‌دهد: تفاوت بین چگالی ذره و محیط (Stokes' قانون). وجود یک لایه ضخیم بین ذرات وابسته منجر به کاهش اندرکنش بین آنها و در نتیجه کاهش استحکام ساختاری-مکانیکی سیستم، اولین حداقل در منحنی 4 می شود.

با افزایش بیشتر pH محیط (از یک حلال بد به یک حلال خوب)، شروع به تأثیر شدید روی لایه حلال می کند. نتیجه این امر حذف بخشی از نیروی انحلال لایه حل شده برای جبران افزایش PC محیط و افزایش شعاع هسته CCE است.

با نازک شدن لایه حلال روی سطح همدستان، انرژی سطحی جبران نشده افزایش می یابد و سیستم ناپایدار می شود. پس از حذف کامل لایه حل شده، محیط پراکندگی شروع به تعامل مستقیم با هسته ساختار فوق مولکولی می کند و باعث تخریب کامل آن در مقدار مشخصی از PC می شود، زمانی که CCE به طور کامل به حالت محلول مولکولی با پایداری بی نهایت می رسد. در برابر جداسازی (سیستم از نظر ترمودینامیکی پایدار است).

نمونه ای از تجلی خواص روغن به عنوان یک سیستم پراکنده وضعیت زیر است. سرعت جریان چاه را می توان با عوامل مرتبط با خواص فیزیکوشیمیایی جریان در حال حرکت در شرایط تغییر فشار و دما محدود کرد. این موارد عبارتند از: شمع های ماسه ای که در نتیجه پیوند ذرات با اجزای قابض روغن، رسوبات پارافین، هیدرات های کریستالی گازهای طبیعی و غیره ایجاد می شوند.

همه این پدیده ها با تشکیل فاز، تغییر در اندازه فاز پراکنده و طبقه بندی سیستم پراکنده همراه هستند. برای جلوگیری از آنها، باید با تنظیم فعل و انفعالات بین مولکولی توسط تأثیرات خارجی، به عنوان مثال، با معرفی مواد افزودنی مختلف، پایداری روغن در برابر جداسازی را افزایش داد.

بنابراین، برای جلوگیری از رسوب نامطلوب پارافین ها و آسفالتین ها بر روی سطح چاه، می توان از یک فعال کننده به سوراخ کف - کنسانتره ای از هیدروکربن های معطر استفاده کرد. در نتیجه تغییر در تعادل نیروها، هسته CSE پراکنده می شود و در نتیجه پایداری سیستم پراکنده در برابر لایه برداری و حذف آسفالتین ها و پارافین ها همراه با جریان سیالات به سطح افزایش می یابد.

مثالی دیگر. تولید نفت در میدان Chkalovskoye از دو افق انجام می شود: ژوراسیک و M-horizon (پالئوزوئیک). روغن ژوراسیک برای منطقه تومسک معمولی است و روغن پالئوزوئیک به دلیل محتوای بالای پارافین از نظر خواص رئولوژیکی منحصر به فرد است: 20-38٪ بسته به چاه. رزین ها و آسفالتین ها به ترتیب 0.56% و 0.43% (1992) یعنی. تعداد بسیار کمی هستند و در سال 1994 اصلاً پیدا نشدند. نقطه ریختن روغن M-horizon +12 - +18oС، ویسکوزیته دینامیکی - 7.98 mPa *s. نقطه ریزش روغن ژوراسیک: -25oС، ویسکوزیته دینامیکی - 1.65 mPa*s.

ویسکوزیته روغن پالئوزوئیک بسیار زیاد است و در دمای +12 - +18 ° C به دلیل تشکیل ساختار پیوندهای پارافینی خاصیت سیالیت کاملاً از بین می رود. چگونه چنین روغنی را پمپاژ کنیم؟ راه حل در مخلوط کردن روغن های پالئوزوئیک و ژوراسیک با نسبت 1:9 پیدا شد، یعنی. نسبت اجزای ساختار یافته و غیرساختار یافته را تغییر داد. ویسکوزیته سیستم 1.885 m2/s بود. اما در دمای کمتر از 20 درجه سانتیگراد، خواص غیر نیوتنی باقی می ماند.

یک رابطه بین پراکندگی و خواص ماکروسکوپی یک سیستم پراکنده روغن وجود دارد که با وابستگی های چند اکسترمال بیان می شود (شکل 3.2). چنین وابستگی هایی امکان انتخاب ترکیب های بهینه تأثیرات خارجی را برای تغییر هدفمند در خواص کلوئیدی-شیمیایی و رئولوژیکی روغن ها فراهم می کند.

برنج. 3.2. وابستگی ویسکوزیته سینماتیکی (الف) و نقطه ریختن (ب) مخلوطی از روغن روباه و روغن سیبری غربی به محتوای روغن روباه در مخلوط

بهینه سازی فرآیندهای انتقال سیستم های نفتی با مشکل کاهش مقاومت هیدرولیکی همراه است. راه حل های اساسی جدید با هدف قرار دادن سیستم های نفتی قبل و در حین حمل و نقل امکان پذیر است.

روی انجیر 3.2 وابستگی چند اکسترمال ویسکوزیته و نقطه ریزش مخلوط روغن را به نسبت روغن های اصلی نشان می دهد. در طول حمل و نقل تحت شرایط پارامترهای ترموباریک متغیر، نفت دچار تغییرات متعددی در ساختار خود می‌شود که منجر به تغییر در درجه پراکندگی و خواص لایه‌های سطحی جداکننده فاز حجیم و سطح خطوط لوله می‌شود.

مشخص است که در انتقال به یک جریان آشفته توسعه یافته، یک تغییر شدید در سرعت جریان در طول انتقال از ناحیه نزدیک دیوار به قسمت عمده رخ می دهد. مکانیسم فیزیکوشیمیایی اثر افزودنی ها با لایه ای شدن جریان آشفته، تغییر در ساختار آن، کاهش شدت ضربان های متلاطم عرضی و انتقال حرکت عرضی با افزایش همزمان ضخامت لایه نزدیک دیوار همراه است.

ذرات پراکنده «جرم» بیشتر از جریان عقب می مانند، در جهت عرضی مهاجرت می کنند و در نزدیکی سطح مشترک تجمع می یابند. در سیستم نفت، چنین ذرات "جرم" ترکیبات رزینی-آسفالتین با مولکولی بالا هستند. این اثر منجر به توزیع مجدد غلظت اجزاء در امتداد شعاع لوله و در نتیجه کاهش بیشتر در پایداری سیستم می شود.

تنظیم پارامترهای هیدرودینامیکی با کنترل ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی سیستم نفتی حمل‌شده به طور قابل‌توجهی باعث افزایش توان عملیاتی خطوط لوله نفت می‌شود.

هنگام مطالعه فرآیندهای استخراج نفت از یک مخزن، از این واقعیت استنباط می شود که نفت نوعی جسم فیزیکی با پارامترهای متوسط ​​است که با سنگ در تعامل است. و این خصوصیات سنگ است که ضریب بازیافت نفت مخزن را تعیین می کند. در نگاه اول، این کاملا واضح است: سنگ دارای ویژگی های ثابتی است: نفوذپذیری، تخلخل، ناهمگونی مویرگی، سطح خاص، ترشوندگی و غیره، در حالی که ویژگی های روغن قابل تغییر است و تا حد زیادی به شرایط خارجی بستگی دارد. در عین حال، ماهیت و کارایی تماس نفت با سنگ، البته به دلیل حالت پراکنده آن در سنگ، متاثر از خواص روغن است و نادیده گرفتن این اثر می تواند منجر به یک اشتباه روش شناختی جدی شود و در نتیجه، کارایی روش های بهبود یافته بازیافت نفت کاهش می یابد.

با توجه به سطح منافذ توسعه یافته، یک عامل کلوئیدی-شیمیایی مهم مؤثر بر راندمان تولید نفت، ساختار و ضخامت لایه های نفتی در مرز با سنگ های مخزن است. لایه مرزی با ضخامت چند میکرومتر یک سیستم پراکنده است که از نظر ساختار و خواص با فاز توده ای نفت که با پراکندگی خاص خود مشخص می شود متفاوت است. ناهمگونی ساختار پراکنده سنگ و پراکندگی نفت بومی حل یک مشکل به ظاهر واضح را پیچیده می کند - تنظیم ضخامت لایه های مرزی مطابق با اندازه مویرگ های سنگ. با توجه به اینکه بخش زیادی از نفت را نمی توان به سطح استخراج کرد و در حالت مرزی است، مشکل افزایش ضریب بازیافت روغن را می توان با پیوند دقیق آن با تنظیم ضخامت لایه های مرزی حل کرد. از نفت

ضخامت لایه های مرزی بسته به ماهیت، غلظت و درجه پراکندگی معرف های جابجایی بسیار متفاوت است. بنابراین، تحت تأثیر سورفکتانت ها، تقریباً دو برابر تغییر در ضخامت کلمات مرزی روغن ایجاد می شود (شکل 3.3). محلول‌های سورفکتانت‌ها، پلیمرها، هیدروکربن‌های سبک و سایر معرف‌های مورد استفاده برای افزایش ضریب بازیافت روغن در واقع بر ضخامت لایه‌های مرزی تأثیر می‌گذارند که منجر به تنظیم ویسکوزیته، زاویه تماس و کشش سطحی در سطح ماکروسکوپی می‌شود.

بنابراین، دستیابی به عملکرد بالا در فرآیندهای تولید، حمل و نقل و پالایش نفت با ایجاد روابط بهینه بین پارامترهای تأثیر خارجی بر سیستم پراکنده نفت در منطقه حداکثر اثرات غیر خطی امکان پذیر است.

بنابراین، در حالت کلی، در نتیجه برهمکنش ضعیف بین HMW و LMW، تجمع فیزیکی مولکول های HMW با تشکیل ساختارهای فوق مولکولی و CSE رخ می دهد. در یک سیستم نفتی، در شرایط معین، ترکیبات هیدروکربنی و غیرهیدروکربنی تشکیل می‌شوند: بخش‌هایی با ساختار بالا (فوق مولکولی)، ساختار ضعیف (پوسته حل‌شده) و بدون ساختار (محیط پراکندگی). یک تعادل دینامیکی برگشت پذیر بین آنها برقرار می شود. برای تغییر تعادل، نیاز به تغییر انرژی سیستم روغن است.

در مرحله برهمکنش های ضعیف، ساختارهای فوق مولکولی در اثر نیروهای واندروالس تشکیل می شوند. بسته به ماهیت HMW نفت و بزرگی نیروهای برهمکنش مولکول ها، برای هر نوع HMW، نوع ساختارهای فوق مولکولی خاص خود تشکیل می شود که دارای خواص فیزیکی و شیمیایی خاصی هستند (آسفالتین، پارافین و سایر عوامل مرتبط). ).

بسته به دما، وجود سه حالت از سیستم های پراکنده نفت امکان پذیر است: محلول های مولکولی، مایعات با ساختار برگشت پذیر و مایعات با ساختار برگشت ناپذیر.

فرآیندهای تجمع فیزیکی را می توان با تغییر عوامل سازنده کنترل کرد:

• نسبت اجزای ساختاریافته به غیر ساختاری.
• درجه حرارت؛
• فشار؛
• قدرت حل کنندگی محیط؛
• درجه پراکندگی همکارها با استفاده از روش های مکانیکی، میدان های الکتریکی و مغناطیسی و غیره.

4. خواص فیزیکی و شیمیایی روغن

خواص فیزیکوشیمیایی روغن ها در شرایط مخزن به طور قابل توجهی با خواص روغن های گاز زدایی شده متفاوت است. این تفاوت ها به دلیل تأثیر فشار مخزن بالا، دما و محتوای گاز محلول است که مقدار آن می تواند تا 400 نانومتر مکعب در هر متر مکعب نفت برسد.

هنگام طراحی سیستم‌های توسعه میادین نفتی، محاسبه ذخایر نفت و گاز مرتبط، انتخاب فن‌آوری‌ها و تکنیک‌های استخراج نفت از یک مخزن، و همچنین انتخاب و توجیه تجهیزات جمع‌آوری نفت در میادین، فهرستی از ویژگی‌های اصلی مخزن. و روغن های گاز زدایی شده که معمولاً با نمونه های عمیق مطالعه می شوند و از کف چاه گرفته می شوند. بیایید آنها را با جزئیات بیشتری تجزیه و تحلیل کنیم.

4.1 چگالی روغن

چگالی مقدار جرم در حال استراحت را مشخص می کند که بر حسب واحد حجم بیان می شود [g/cm3. kg/m3]:

ρ = m/v. (4.1)

برای تعیین دانسیته از دانسیته سنج های مخصوص (روغن سنج، هیدرومتر) استفاده می شود که اصل عملکرد آن بر اساس قانون ارشمیدس است.

زیر چگالی نسبی ( ρ o) نسبت مقادیر مطلق چگالی روغن را درک کنید ( ρ متر) به چگالی آب ( ρ ب) در دمای 4 درجه سانتیگراد تعیین می شود:

ρ o= ρ n / ρ AT. (4.2)

مقادیر چگالی روغن ( ρ m) و وزن مخصوص روغن (dn) همیشه منطبق نیستند. وزن مخصوص نسبت وزن روغن به وزن آب هم حجم است.

به طور معمول، چگالی روغن های جدا شده بین 820-950 کیلوگرم بر متر مکعب است. با توجه به مقدار چگالی، روغن به طور مشروط به سه گروه سبک (820-860)، متوسط ​​(860-900) و سنگین با چگالی 900-950 کیلوگرم بر متر مکعب تقسیم می شود. اعداد داخل پرانتز فواصل توزیع تابع چگالی را برای نفت‌های میدان‌های سیبری غربی مشخص می‌کنند.

هر چه چگالی روغن کمتر باشد، بازده کسرهای سبک بیشتر است. با افزایش دما، چگالی روغن های گاز زدایی (جدا شده) کاهش می یابد. وابستگی به چگالی روغن ( ρ, کیلوگرم بر متر مکعب) بر روی دما (Т, оС) با عبارت زیر تخمین زده می شود:

ρ( T) = ρ20 (4.3)

جایی که ρ20- چگالی روغن در 20 درجه سانتیگراد؛

ζ - ضریب انبساط حجمی (جدول 4.1).

جدول 4.1

مقادیر ضریب گسترش حجم

ρ, کیلوگرم بر متر مکعب ζ، 1/ سیستم عامل ρ, کیلوگرم بر متر مکعب ζ، 1/ OS800-8190,000937900-9190,000693820-8390.000882920-9390.000650840840.000831940,00060780,8790,000782960,00056880,8990,000738980-99999999999999999.000,000,000527

یک مثال را در نظر بگیرید. چگالی روغن در 20 درجه سانتیگراد ( ρ20) برابر با 870 کیلوگرم بر متر مکعب. چگالی همان روغن در دمای 10 درجه سانتیگراد چقدر است؟

دانش ترکیب شیمیایی سیستم‌های نفت طبیعی به عنوان نقطه شروعی برای پیش‌بینی حالت فاز و خواص فاز آن‌ها تحت شرایط مختلف حرارتی مربوط به فرآیندهای تولید، حمل و نقل و پردازش مخلوط‌های نفتی عمل می‌کند. نوع مخلوط - نفت، میعانات گازی یا گاز - نیز به ترکیب شیمیایی آن و ترکیب شرایط ترموباریک در کانسار بستگی دارد. ترکیب شیمیایی وضعیت احتمالی اجزای سیستم های نفتی را در شرایط معین - مولکولی یا پراکنده - تعیین می کند.

پتروف آل. A. که مجموعه ای از تک نگاری ها را در مورد ترکیب شیمیایی روغن ها برای متخصصان شناخته شده نوشت، ادعا می کند که تا 1000 هیدروکربن منفرد از ترکیب C1-C40 در روغن ها شناسایی شده است.

سیستم های نفتی با اجزای مختلفی متمایز می شوند که بسته به شرایط خارجی می توانند در حالت مولکولی یا پراکنده باشند. در میان آنها، بیشترین و کمترین مستعد ابتلا به انواع مختلف برهمکنش های بین مولکولی (IIM) وجود دارد که در نهایت پدیده های انجمنی و پراکندگی اولیه سیستم های نفتی را در شرایط عادی تعیین می کند.

ترکیب شیمیایی روغن به عنوان عنصری و ماده متمایز می شود.

عناصر اصلی ترکیب روغن کربن (83.5-87٪) و هیدروژن (11.5-14٪) است. علاوه بر این، روغن حاوی:

گوگرد در مقدار 0.1 تا 1-2٪ (گاهی اوقات محتوای آن می تواند به 5-7٪ برسد، در بسیاری از روغن ها عملا گوگرد وجود ندارد).

نیتروژن از 0.001 تا 1 (گاهی اوقات تا 1.7٪)؛

اکسیژن (به شکل خالص یافت نمی شود، اما در ترکیبات مختلف) به مقدار 0.01 تا 1٪ یا بیشتر است، اما از 3.6٪ تجاوز نمی کند.

از دیگر عناصر موجود در نفت - آهن، منیزیم، آلومینیوم، مس، قلع، سدیم، کبالت، کروم، ژرمانیوم، وانادیم، نیکل، جیوه، طلا و غیره است. با این حال، محتوای آنها کمتر از 1٪ است.

از نظر مادی، نفت عمدتاً از هیدروکربن ها و ترکیبات ناهم آلی تشکیل شده است. در میان موارد اخیر، توجه اصلی باید به مواد رزین-آسفالت (CAB) معطوف شود که می تواند به عنوان کنسانتره ای از ترکیبات مستعد برهمکنش های بین مولکولی در نظر گرفته شود.

ترکیبات هیدروکربنی

هیدروکربن ها (HC) ترکیبات آلی کربن و هیدروژن هستند. نفت عمدتاً دارای کلاس های هیدروکربن زیر است.

آلکان ها یا هیدروکربن های پارافینی، هیدروکربن های اشباع (محدود کننده) با فرمول کلی CnH2n+2 هستند. محتوای آنها در روغن 2 - 30-70٪ است. آلکان هایی با ساختار معمولی (n-آلکان ها - پنتان و همولوگ های آن)، همساختار (ایزوآلکان ها - ایزوپنتان و غیره) و ساختار ایزوپرنوئید (ایزوپرن ها - پریستان، فیتان و غیره) وجود دارد.

روغن حاوی آلکان های گازی از C1 تا C4 (به شکل گاز محلول)، آلکان های مایع C5 - C16 است که بخش عمده ای از فراکسیون های روغن مایع را تشکیل می دهد و آلکان های جامد با ترکیب C17 - C53 و بیشتر که در نفت سنگین گنجانده شده است. کسری است و به عنوان پارافین جامد شناخته می شود. آلکان های جامد در همه روغن ها وجود دارد، اما معمولاً به مقدار کم - از دهم تا 5٪ (وزنی)، در موارد نادر - تا 7-12٪ (وزنی). در منطقه تومسک، نفت میدان چاکلوفسکی حاوی 18 درصد پارافین جامد است.

بسته به شرایط درجا و ترکیب اجزای ذخایر مخزن، نوع میدان تعیین می شود - گاز، میعانات گازی یا نفت. اجزای اصلی ذخایر گازی خالص - آلکان‌های با وزن مولکولی کم - متان، اتان، پروپان و بوتان (n- و هم‌ساختارها) به شکل مجزا در شرایط عادی (0.1 مگاپاسکال و 20 درجه سانتی‌گراد) گاز هستند. آلکان ها در گازهای طبیعی نفتی غالب هستند.

علاوه بر آلکان ها، گازهای طبیعی می توانند شامل اکسید (CO) و دی اکسید کربن (CO2)، سولفید هیدروژن (H2S)، نیتروژن (N2) و همچنین گازهای بی اثر - He، Ar، Ne، Xe باشند. تقریباً هیچ میعاناتی در ذخایر گاز خالص وجود ندارد (جدول 2.1).

اگر اجزای سنگین گاز طبیعی به صورت فاز مایع (میعان) در هنگام کاهش فشار همدما در مخزن آزاد شوند، به چنین مخلوط هایی میعانات گازی می گویند. در این حالت، بخشی از میعانات ممکن است به طور جبران ناپذیری در سنگ گم شود. محتوای میعانات گازی (C5 و بالاتر) در گاز به ترکیب و شرایط مخزن آن (دما و فشار که به 25-40 مگاپاسکال می رسد) بستگی دارد.

معیار کمی برای طبقه بندی یک نهشته به عنوان میدان میعانات گازی، ضریب میعانات گازی برابر با مقدار گاز (m3) در شرایط عادی است که در آن 1 متر مکعب میعانات در شرایط مخزن حل می شود. رسوباتی که ضریب میعانات گازی آنها از 104 تجاوز نمی کند، معمولاً به عنوان میعانات گازی طبقه بندی می شوند.

جدول 2.1.

ترکیب شیمیایی گازهای حوزه های مختلف

سایر اجزای CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 CO2 را سپرده گذاری کنید

میدان های گاز خالص

Urengoy 95.1 1.1 0.3 0.07 0.03 0.4 3.0

نزولی 98.3 0.3 0.1 0.15 - 0.1 1.0

ساراتوف 94.7 1.8 0.2 0.1 - 0.2 3.0

میدان های میعانات گازی

اورنبورگ 84.8 4.5 1.4 0.3 1.5 1.15 9.0

Vuktylskoe 79.8 8.7 3.9 1.8 6.4 0.1 4.3

Leningradskoe 86.9 6.0 1.6 1.0 0.5 1.2 2.8

گازهای مرتبط میادین گاز و نفت

Romashkinskoe 39.0 20.0 18.5 6.2 4.7 0.1 11.5

Nebit-Dag 85.7 4.0 3.5 2.0 1.4 2.1 1.3

Mukhanovskoye 30.1 20.2 23.6 10.6 4.8 1.5 9.2

نفت موجود در مخزن نیز حاوی گاز است. مقدار گاز محلول در نفت با مقدار "محتوای گاز" (Go) مشخص می شود. محتوای گاز برای روغن های مخزن از کسری از واحد تا چند صد متر مکعب در تن متغیر است. گازهای نفتی مرتبط، زمانی که نفت به سطح بالا می رود، از آن آزاد می شود تا زمانی که فشار اشباع (Psat) از فشار اتمسفر بیشتر شود. در عمل تجاری، روغن تجاری به بخشی از روغن مخزن اطلاق می شود که پس از جداسازی مخلوط تولید شده (و جداسازی آب) و رساندن آن به شرایط استاندارد (یا n.o.) در حالت مایع باقی می ماند. محتوای گازهای موجود در آن کمتر از 1٪ است.

همه آلکان‌های دارای ساختار معمولی از نفت و گازهای طبیعی جدا شده‌اند، از متان تا هگزاتریاکونتان C3bH74، با این حال، شواهدی وجود دارد که n-آلکان‌های موجود در روغن‌ها یک سری همولوگ پیوسته را تشکیل می‌دهند که تا C65-C68 گسترش می‌یابد و طبق منابع دیگر، تا C78.

به عنوان یک قاعده، حداکثر محتوای حجمی n-آلکان ها در روغن ها روی n-هگزان (1.8٪) و n-هپتان (2.3٪) قرار می گیرد و سپس مقدار آن به تدریج کاهش می یابد و برای تری تریاکونتان С33Н68 به 0.09٪ می رسد.

طبق داده‌های دیگر، تقریباً همه روغن‌های عمیق تبدیل شده با شکل یک‌وجهی منحنی‌های توزیع n-آلکان‌ها با حداکثر C10-C14 و کاهش یکنواخت در غلظت n-آلکان‌های مولکولی بالا مشخص می‌شوند (طبق گفته Petrov Al. آ.). روندی به سمت کاهش محتوای n-آلکان با افزایش نقطه جوش فراکسیون ها وجود دارد.

انواع ایزومرهای آلکان ها در روغن وجود دارند: تک، دی، سه، چهار جایگزین. از این میان، تک‌جایگزین‌ها با یک شاخه غالب هستند. آلکان های جایگزین متیل به ترتیب نزولی مرتب می شوند: 2-آلکان های جایگزین متیل > آلکان های جایگزین 3-متیل > آلکان های جایگزین شده با متیل 4.

کشف در روغن های آلکان های شاخه ای از نوع ایزوپرنوئید با گروه های متیل در موقعیت های 2، 6، 10، 14، 18 و غیره به دهه 60 برمی گردد که بیش از بیست هیدروکربن از این دست در ترکیب اصلی C9-C20 یافت شد. متداول ترین آلکان های ایزوپرنوئید در هر روغنی فیتان C20H42 و C19H40 Pristane هستند که محتوای آنها می تواند به 1.0-1.5٪ برسد و به شرایط پیدایش و رخساره تشکیل روغن بستگی دارد.

بنابراین، آلکان ها به نسبت های مختلف در تمام مخلوط های طبیعی و فرآورده های نفتی گنجانده می شوند و حالت فیزیکی آنها در یک مخلوط - به شکل محلول مولکولی یا سیستم پراکنده - با ترکیب، خواص فیزیکی فردی اجزا و ترموباریک تعیین می شود. شرایط

در ترکیب روغن ها، هیدروکربن های جامد مخلوط های چند جزئی هستند که همراه با آلکان ها حاوی هیدروکربن های معطر و نفتنی هستند. بنابراین، هیدروکربن های جامد جدا شده از کسر تقطیر (300-400 درجه سانتی گراد) روغن تویمازی شامل 50٪ n-آلکان، 47.1٪ هیدروکربن های نفتنی با زنجیره های جانبی معمولی، و 2.9٪ هیدروکربن های معطر با زنجیره های جانبی معمولی است. با افزایش نقطه جوش کسری از همان روغن، محتوای آلکان جامد کاهش می یابد.

اتم‌های کربن در مولکول آلکان از طریق یک پیوند y کووالانسی با طول پیوند C-C ثابت (برای مولکول‌های جدا شده آزاد در فاز گاز) 0.154 نانومتر و زاویه پیوند بین پیوندهای C-C 112 درجه است. پارامترهای مولکولی n-آلکان ها در فاز گاز تا حدودی با افزایش تعداد اتم های کربن در مولکول تغییر می کند (جدول 2.2).

جدول 2.2.

ابعاد هندسی مولکول های n-آلکان آزاد

С2Н6 0.1534 0.1122 - 111.0

С3Н8 0.1532 0.1107 112.0

C4Nu 0.1531 0.1107 112.0 110.3

С5Н12 0.1531 0.1118 112.9 110.4

С6НН 0.1533 0.1118 111.9 109.5

С7Н16 0.1534 0.1121 112.6 109.8

С16Н34 0.1542 0.1130 114.6 110.4

به گفته M. Shakhparonov، تفاوت های شناسایی شده به دلیل تخریب انرژی "نامطلوب" و تشکیل پیوندهای هیدروژنی درون مولکولی "مطلوب" از نوع C-H-C است.

در عین حال، مشخص است که نیروهای میدان کریستالی می توانند به طور قابل توجهی ترکیب و پارامترهای مولکولی را در نتیجه تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی تغییر دهند. در محیط های متراکم، مقادیر پارامترهای مولکولی مانند موانع چرخش داخلی، تفاوت در آنتالپی کنفورمرها، فواصل بین هسته ای و زوایای پیوند باید با مقادیر مشاهده شده برای مولکول های آزاد متفاوت باشد. در حال حاضر، تفاوت در ساختار هندسی مولکول های n-آلکان در حالت آزاد و متراکم هنوز به خوبی درک نشده است.

در چارچوب رویکرد ساختاری-مکانیکی، n-آلکان ها بر اساس توانایی مولکول هایشان برای داشتن ایزومری چرخشی مستقل گروه های متیل انتهایی طبقه بندی می شوند. بر اساس این طبقه بندی، با شروع از آلکان های C8-C9، مولکول های n-آلکانی با زنجیره کوتاه (C8-C17)، زنجیره متوسط ​​(C18-C40) و زنجیره بلند (C40-C100) متمایز می شوند که به عنوان پیچیده در نظر گرفته می شوند. سیستم هایی با حرکات نسبتا نامرتبط گروه های میانی و انتهایی. دانستن طول زنجیره بحرانی یک مولکول، که عموماً با رسیدن به دمای معین تحت شرایط پیش تبلور در هنگام ابرسرد شدن، تحرک جنبشی خود را از دست می دهد، این امکان را فراهم می کند که مولکول را متشکل از قطعات مستقل در نظر بگیریم.

برهمکنش پراکندگی بین مولکول های n-آلکان در رویکرد ساختاری-مکانیکی با تعداد مراکز برهمکنش پراکندگی تعیین می شود که در نقاط تبلور به مقدار حدی می رسد. در چارچوب چنین ایده‌هایی، این واقعیت شناخته شده از مدت‌هاست که دمای تبلور متناوب n-آلکان‌های زوج و فرد با افزایش تعداد اتم‌های کربن (n) توضیح داده شده است (شکل 2.1).

برنج. 2.1.

برای ایزومرهای فرد n-آلکان در n< 20 в результате расклинивающего влияния концевых СН3-групп наблюдается уменьшение числа центров дисперсионного взаимодействия в точках кристаллизации, что приводит к понижению температур кристаллизации. Для газообразных УВ, т.е., п < 4 ?Т не определялись.

در حالت کریستالی، مولکول های n-آلکان به صورت موازی قرار گرفته اند. با افزایش دما و کاهش انرژی برهمکنش بین مولکولی، فاصله بین زنجیره های مولکولی n-آلکان ها افزایش می یابد، در حالی که جهت موازی ترجیحی حفظ می شود. در نقطه ذوب، فاصله بین زنجیره های مولکولی به طور ناگهانی تغییر می کند؛ با افزایش بیشتر دما، زنجیره های مولکولی به طور فعال از هم دور می شوند تا زمانی که مولکول ها آزادی کامل چرخش را به دست آورند. مطالعات ساختاری n-آلکان های مایع نشان می دهد که در دمای ثابت فاصله تعادل (0.56 نانومتر) بین نزدیک ترین مولکول های n-آلکان با رشد n کوتاه تر می شود که با افزایش فعل و انفعالات بین مولکولی همراه است.

آلکان ها در سیستم های نفتی می توانند در حالت مولکولی یا مرتبط باشند. یک مطالعه پراکندگی پرتو ایکس با زاویه کوچک در مورد ساختار مولکولی n-آلکان ها در حالت مایع نشان داد که ارتباط آنها بر روی سطح مولکول ها با کمک نیروهای برهمکنش پراکندگی رخ می دهد، و به عنوان مثال، n-هپتان، تحت تأثیر قرار می گیرد. در شرایط عادی، به شکل دیسک یا صفحه با اندازه های 130-200 ?.

تعداد مولکول ها در یک همبسته هر چه بیشتر باشد دما پایین تر است. بنابراین، در هگزادکان در دمای 20 درجه سانتیگراد (یعنی 2 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای تبلور)، تعداد مولکولهای موجود در پیوند 3 عدد و در اکتان n در دمای 50- درجه سانتیگراد (یعنی 6 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای تبلور). ) - 31. این به دلیل ضعیف شدن حرکت حرارتی مولکول ها و افزایش انرژی برهمکنش مولکولی آلکان ها با افزایش طول زنجیره است.

سیکلوآلکان ها یا هیدروکربن های نفتنیک هیدروکربن های آلی حلقه ای اشباع شده هستند. اینها شامل تک حلقه ای با فرمول کلی CnH2n، دو حلقه ای - CnH2n-2، سه حلقه ای - CnH2n-4، چهار حلقه ای - CnH2n-6 است.

با توجه به محتوای کل سیکلوآلکان ها در بسیاری از روغن ها بر سایر کلاس های هیدروکربن ها غالب است: محتوای آنها بین 25 تا 75 درصد (وزنی) است. آنها در تمام فراکسیون های نفتی وجود دارند. معمولا محتوای آنها با سنگین تر شدن کسرها افزایش می یابد. محتوای کل هیدروکربن های نفتنی در روغن با افزایش وزن مولکولی آن افزایش می یابد. تنها استثناء فراکسیون های نفتی است که در آنها محتوای سیکلوآلکان ها به دلیل افزایش مقدار هیدروکربن های معطر کاهش می یابد.

از هیدروکربن های تک حلقه ای در نفت، عمدتاً سری های پنج و شش عضوی هیدروکربن های نفتنیک وجود دارد. توزیع نفتن‌های تک حلقه‌ای در فراکسیون‌های نفتی، خواص آن‌ها در مقایسه با نفتن‌های چند حلقه‌ای موجود در فراکسیون‌های با جوش متوسط ​​و بالا، بسیار کامل‌تر مورد مطالعه قرار گرفته است. فراکسیون‌های بنزینی با جوش کم روغن‌ها عمدتاً حاوی مشتقات آلکیل سیکلوپنتان و سیکلوهگزان [از 10 تا 86 درصد (maess))] و فراکسیون‌های با جوش بالا حاوی پلی‌سایکلوآلکان‌ها و مونو سیکلوآلکان‌ها با جایگزین‌های آلکیل از ساختار هیدروکاروئیدی سوپرنیکال هستند.

از نفتن‌های چند حلقه‌ای موجود در روغن‌ها، تنها 25 نفتن دو حلقه‌ای منفرد، پنج نفتن سه‌حلقه‌ای و چهار نفتن چهار حلقه‌ای و پنج حلقه‌ای شناسایی شده‌اند. اگر چندین حلقه نفتنیک در یک مولکول وجود داشته باشد، دومی، به عنوان یک قاعده، به یک بلوک چند حلقه ای متراکم می شود.

Bicyclanes C7-C9 اغلب در روغن هایی از نوع نفتنیک مشخص وجود دارد که محتوای آنها بسیار زیاد است. در میان این هیدروکربن ها (به ترتیب نزولی محتوای) یافت شد: بی سیکلوکتان (پنتالان)، بی سیکلوکتان، بی سیکلوکتان، بی سیکلونونان (هیدریندان)، بی سیکلوه هپتان (نوربورنان) و نزدیکترین همولوگ های آنها. از تری سیکلان های موجود در روغن ها، آلکیل پرهیدروفنانترن ها غالب هستند که در میان آنها ترکیبات نوع (1-4) شناسایی می شوند: R = C1, C2. R=C1-C3; R = C2--C4.

هیدروکربن رسوب کریستالیزاسیون نفت

تتراسایکلان های نفتی عمدتاً توسط مشتقات سیکلوپنتانوپیروفنانترن - استران های C27-C30 (5-7) نشان داده می شوند:

پنتا سیکلان های نفتی شامل هیدروکربن های سری هوپان (8)، لوپان (9)، فریدلان (10) و غیره می باشند.

هیچ اطلاعات قابل اعتمادی در مورد شناسایی پلی سیکلوآلکان ها با تعداد سیکل زیاد وجود ندارد، اگرچه بر اساس گروه ساختاری و تجزیه و تحلیل طیف جرمی می توان وجود نفتن هایی با بیش از پنج سیکل را پیشنهاد کرد. بر اساس برخی داده ها، نفتن های با جوش بالا حاوی 7-8 چرخه در مولکول هستند.

تفاوت در رفتار شیمیایی سیکلوآلکان ها اغلب به دلیل وجود انرژی تنش اضافی است. بسته به اندازه چرخه، سیکلوآلکان ها به کوچک (C3، C4 - اگرچه سیکلوپروپان و سیکلوبوتان در روغن ها یافت نمی شوند)، معمولی (C5-C7)، متوسط ​​(C8-C11) و ماکروسیکل ها (از C12 و بیشتر) تقسیم می شوند. . این طبقه بندی بر اساس رابطه بین اندازه چرخه و تنش هایی است که در آن ایجاد می شود و بر پایداری تأثیر می گذارد. سیکلوآلکان ها و مهمتر از همه مشتقات مختلف آنها با تغییر در اندازه حلقه مشخص می شوند. بنابراین، هنگامی که سیکلوهپتان با کلرید آلومینیوم گرم می شود، متیل سیکلوهگزان تشکیل می شود و سیکلوهگزان در دمای 30-80 درجه سانتیگراد به متیل سیکلوپنتان تبدیل می شود. حلقه های کربنی پنج و شش عضوی بسیار راحت تر از حلقه های کوچکتر و بزرگتر تشکیل می شوند. بنابراین، مشتقات بسیار بیشتری از سیکلوهگزان و سیکلوپنتان در روغن ها نسبت به مشتقات سایر سیکلوآلکان ها یافت می شود.

بر اساس مطالعه خواص ویسکوزیته-دمای مونوسیکلو هگزان های جایگزین شده با آلکیل در یک محدوده دمایی وسیع، مشخص شد که این جانشین، با کشیده شدن، میانگین درجه ارتباط مولکول ها را کاهش می دهد. سیکلوآلکان‌ها، بر خلاف n-آلکان‌ها با تعداد اتم‌های کربن یکسان، در یک حالت مرتبط در دمای بالاتر قرار دارند.

آرن ها یا هیدروکربن های معطر ترکیباتی هستند که مولکول های آنها حاوی هیدروکربن های حلقوی با سیستم های p-conjugated است. محتوای آنها در روغن از 10-15 تا 50٪ (وزنی) متغیر است. اینها شامل نمایندگان تک حلقه ای: بنزن و همولوگ های آن (تولوئن، o-، m-، p-زایلن و غیره)، دو حلقه ای: نفتالین و همولوگ های آن، سه حلقه ای: فنانترن، آنتراسن و همولوگ های آنها، چهار حلقه ای: پیرن و همولوگ های آن و دیگر.

بر اساس تعمیم داده ها در مورد 400 روغن، نشان داده شد که بیشترین غلظت آرن (37٪) برای روغن های پایه نفتنی (نوع) و کمترین (20٪) برای روغن های نوع پارافین است. در میان آرن های نفتی، ترکیباتی که حاوی بیش از سه حلقه بنزن در هر مولکول نیستند، غالب هستند. غلظت آرن در تقطیرهایی که تا دمای 500 درجه سانتیگراد می جوشند، به طور معمول یک یا دو مرتبه در ترکیبات زیر کاهش می یابد: بنزن ها >> نفتالین ها >> فنانترن ها >> کریسن ها >> پیرن ها >> آنتراسن ها.

در زیر میانگین محتوای آرن ها، معمولی برای روغن های روسی در انواع مختلف، از کل محتوای آرن ها، بر حسب درصد آمده است:

بنزن 67 پیرن 2

نفتالین 18 آنتراسن 1

فنانترن 8 عرصه دیگر 1

کریزن و بنز فلورن 3

الگوی کلی افزایش محتوای آرن ها با افزایش نقطه جوش است. در عین حال، عرصه های فراکسیون های نفتی بالاتر نه با تعداد زیادی حلقه های معطر، بلکه با حضور زنجیره های آلکیل و چرخه های اشباع در مولکول ها مشخص می شود. همه همولوگ های احتمالی C6-C9 در بخش های بنزین یافت شدند. هیدروکربن‌ها با تعداد کمی حلقه‌های بنزن در میان آرن‌ها حتی در سنگین‌ترین بخش‌های نفتی غالب هستند. بنابراین، بر اساس داده های تجربی، تک، دو، سه، تترا و پنتاآرین به ترتیب 58-45، 24-29، 15-31، 1.5 و تا 0.1 درصد از جرم هیدروکربن های آروماتیک در تقطیرهای 370- هستند. 535 درجه سانتی گراد از روغن های مختلف.

مونوآرن های نفتی با آلکیل بنزن ها نشان داده می شوند. مهمترین نمایندگان آلکیل بنزنهای نفتی با جوش بالا هیدروکربنهایی هستند که حاوی حداکثر سه جایگزین متیل و یک جانشین بلند از ساختار خطی، b-methylalkyl یا isoprenoid در حلقه بنزن هستند. جایگزین های آلکیل بزرگ در مولکول های آلکیل بنزن می توانند حاوی بیش از 30 اتم کربن باشند.

جایگاه اصلی در بین آرن های نفتی دوحلقه ای (دیارن ها) متعلق به مشتقات نفتالین است که می تواند تا 95 درصد کل دیارن ها را تشکیل دهد و تا 8 حلقه اشباع در هر مولکول را شامل شود و جایگاه ثانویه متعلق به مشتقات دی فنیل و دی فنیل آلکان است. همه آلکیل نفتالین های C11، C12 و بسیاری از ایزومرهای C13-C15 در روغن ها شناسایی شده اند. محتوای دی فنیل ها در روغن ها مرتبه ای کمتر از مقدار نفتالین ها است.

از نفتنودیارن ها، آسنفتن، فلورن و تعدادی از همولوگ های آن حاوی جایگزین های متیل در موقعیت های 1-4 در روغن ها یافت شد.

تری آرن ها در روغن ها توسط مشتقات فنانترن و آنتراسن (با غلبه شدید اولی) نشان داده می شوند که می توانند حداکثر 4-5 چرخه اشباع در مولکول ها را شامل شوند.

تتراآرن های نفتی شامل هیدروکربن های سری کریزن، پیرن، 2،3- و 3،4-بنزوفنانترن و تری فنیلن هستند.

عرصه‌های روغنی که در دمای بالای 500 درجه سانتی‌گراد می‌جوشند و با هیدروکربن‌های C20-C75 نشان داده می‌شوند، بر اساس بخش‌های مطابق با داده‌ها (جدول 2.3) تا 39 اتم کربن در زنجیره‌های آلکیل جانبی توزیع می‌شوند. هیدروکربن های دوحلقه ای با دو حلقه بنزن و تا سه حلقه نفتنیک در حضور 22-40 اتم کربن در زنجیره های جانبی آلکیل در یک کسر خارج می شوند. شستشوی هیدروکربن های سه حلقه ای با سه حلقه بنزن و دو حلقه نفتنیک در کسر آرن های سبک در حضور 31-48 اتم کربن در زنجیره های آلکیل جانبی امکان پذیر است. ترکیب فراکسیون های معطر متوسط ​​و سنگین شامل آرن هایی با زنجیره های جانبی کوتاه تر است. آرن‌های تک حلقه‌ای و دو حلقه‌ای که دارای 10-20 اتم کربن در زنجیره‌های جانبی هستند و سه حلقه‌ای با 16-30 اتم کربن در زنجیره‌های جانبی، به عنوان بخشی از کسر متوسط ​​آرن‌ها بیرون می‌آیند. آرن‌ها با زنجیره‌های جانبی حتی کوتاه‌تر به عنوان بخشی از بخش سنگین آرن‌ها شسته می‌شوند.

افزایش تمایل آرن‌ها، به‌ویژه آرن‌های چند حلقه‌ای، به برهمکنش‌های مولکولی به دلیل انرژی تحریک کم در فرآیند تفکیک همولیتیک است. ترکیباتی مانند آنتراسن، پیرن، کریزن و غیره با درجه کم همبستگی تبادلی اوربیتال‌های p و افزایش انرژی پتانسیل MMW به دلیل ظاهر همبستگی تبادلی الکترون‌ها بین مولکول‌ها مشخص می‌شوند. آرن ها کمپلکس های مولکولی نسبتاً پایداری را با برخی ترکیبات قطبی تشکیل می دهند.

برهمکنش الکترون های p در هسته بنزن منجر به پیوندهای کربن-کربن می شود. اثر مزدوج منجر به خواص زیر آرن ها می شود:

ساختار مسطح چرخه با طول پیوند C-C (0.139 نانومتر)، که حد واسط بین یک پیوند C-C منفرد و دوگانه است.

هم ارزی همه پیوندهای C-C در بنزن های جایگزین نشده.

تمایل به واکنش‌های جایگزینی الکتروفیلیک پروتون برای گروه‌های مختلف در مقایسه با مشارکت در واکنش‌های جمع بر روی پیوندهای چندگانه.

هیدروکربن های هیبرید (سرزین ها) هیدروکربن هایی با ساختار مخلوط هستند: پارافین-نفتنیک، پارافین-آروماتیک، نفتن-آروماتیک. اساساً، اینها آلکان های جامد با مخلوطی از هیدروکربن های با زنجیره بلند حاوی یک سیکلان یا هسته آروماتیک هستند. آنها جزء اصلی رسوبات پارافین در فرآیندهای استخراج و تهیه روغن ها هستند.

جدول 2.3.

توزیع آرن های جوشان بالای 500 درجه سانتیگراد توسط کسرهای قطران

خلاصه ای مختصرسخنرانی "شیمی نفت و گاز"

نکات سخنرانی مختصر برای دوره

شیمی نفت و گاز

آلماتی 2010

آلماتی 2010

سخنرانی 1

موضوع: توسعه صنعت نفت و گاز در جهان و قزاقستان. ترکیب عنصری روغن ها

ذخایر ثابت شده نفت جهان حدود 140 میلیارد تن است و بیشترین بخش از ذخایر جهان - حدود 64٪ - در خاور نزدیک و خاورمیانه است. رتبه دوم را آمریکا اشغال کرده است که حدود 15 درصد را به خود اختصاص داده است. کشورهای غنی از نفت عبارتند از عربستان سعودی (25 درصد از ذخایر اثبات شده جهان)، عراق (10.8 درصد)، امارات (9.3 درصد)، کویت (9.2 درصد)، ایران (8.6 درصد) و ونزوئلا (7.3 درصد) - همه آنها هستند. اعضای اوپک که حدود 78 درصد از ذخایر جهان را تشکیل می دهند. ذخایر اثبات شده کشورهای مستقل مشترک المنافع، از جمله قزاقستان، حدود 6٪ از جهان، ایالات متحده آمریکا - حدود 3٪، نروژ - حدود 1٪ است.

بزرگترین میادین نفتی جهان در جدول 1 ارائه شده است:

№	رشته	کشور	ذخایر قابل بازیافت اولیه میلیارد تن
1	گاور	عربستان سعودی	10,2
2	بورگان	کویت	9,9
3	بولیوار	ونزوئلا	4,4
4	صفانیا	عربستان سعودی	4,1
5	رومیلا	عراق	2,7
6	اهواز	ایران	2,4
7	کرکوک	عراق	2,2
8	مارون	ایران	2,2
9	گچساران	ایران	2,1
10	عطاجاری	ایران	1,7

سخنرانی 2

موضوع: هیدروکربن های نفت و گاز
نفت حاوی هیدروکربن هایی است که در مراحل مختلف تاریخ ژئوشیمیایی مواد آلی تشکیل شده است. ترکیب شیمیایی یا گروهی روغن با گروه هایی از هیدروکربن های موجود در همه روغن ها مشخص می شود. به عنوان یک قاعده، اینها گروه های زیر از ترکیبات هستند:

• 
  پارافین (متان) هیدروکربن ها (آلکان ها)
• 
  نفتنیک هیدروکربن ها (سیکلوآلکان ها)
• 
  معطر هیدروکربن ها (آرن ها)
• 
  ترکیبی هیدروکربن ها (پارافین-نفتنو-آروماتیک)

ترکیب مولکولی روغن

بخشی از روغن با وزن مولکولی کم

1. پارافین ها (آلکان ها) از جانب n اچ 2 n +2 - (هیدروکربن های اشباع، اشباع، آلکان ها) از نظر شیمیایی پایدارترین هستند. در فشار اتمسفر، آلکان ها با تعداد اتم های کربن:

C 1 - C 4 - گازی،
C 5 - C 16 - مایعات،

C 16 - جامدات.

2. نفتن- ترکیبات حلقوی حاوی، به عنوان یک قاعده، بیش از 4 اتم کربن. روغن ها عمدتاً حاوی سیکلوپنتان C 5 H 10 ، سیکلوهگزان C 6 H 12 و همولوگ آنها (از 25 تا 75 درصد) می باشند.

بخش مولکولی متوسط ​​روغن

3. عرصه ها(هیدروکربن های معطر): از جانب n اچ 2 n -6 - هیدروکربن های آروماتیک تک حلقه ای، از جانب n اچ 2 n -8 - هیدروکربن های مخلوط دو حلقه ای، از جانب n اچ 2 n -12 - هیدروکربن های معطر دو حلقه ای

بخشی از روغن با وزن مولکولی بالا

4. عرصه های چالش برانگیز- هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای پیچیده با سه، چهار و پنج متراکم

حلقه های بنزن، بسیاری از عرصه های پیچیده یک شخصیت ترکیبی دارند.

5. آسفالت و قیر- ترکیبات مولکولی بالا که به طور همزمان تمام اجزای نفت را شامل می شوند، تقریباً با بقایای سنگین پالایش نفت تفاوتی ندارند. آسفالتین ها در بنزین حل می شوند، رزین ها حل نمی شوند.

سخنرانی 3

موضوع: هیدروکربن های حاصل از پالایش نفت
آلکن هاС n H 2 n هیدروکربن های غیر اشباع با پیوند دوگانه

هیدروژن زدایی آلکان ها

هیدروژناسیون

هیدراتاسیون

آلکادین ها:

آلکین ها:

هیبریداسیون sp کربن در پیوند سه گانه

سخنرانی 4

موضوع: خواص شیمیایینفت و گاز هیدروکربنی
هیدروکربن های پارافینی (آلکان ها) با فرمول کلی سی n اچ 2n+2 - رایج ترین هیدروکربن ها نفت و گاز طبیعی هستند. آنها از نظر شیمیایی پایدارترین هستند. تمام آلکان های معمولی از CH 4 تا C 33 H 68 از نفت و گاز جدا شده اند. علاوه بر آنها، آلکان های شاخه دار نیز به مقدار کم یافت می شوند.

آنها با تشکیل آلکان های شاخه دار تحت تخریب حرارتی شدید قرار می گیرند، آنها می توانند هیدروکربن های غیر اشباع و اشباع را تشکیل دهند. اساساً هیدروکربن‌های پارافینی در گازهای نفتی و بخش‌های بنزین - نفت سفید متمرکز می‌شوند. در تقطیرهای روغنی، محتوای آنها به شدت به 5-20 درصد وزنی کاهش می یابد. در برخی روغن‌ها، پارافین‌ها در بخش‌های با جوش بالا تقریباً به طور کامل وجود ندارند.

هیدروکربن های نفتنی - سیکلوآلکان ها (سیکلان ها ) با فرمول کلی از جانب n اچ 2 nبیشتر روغن را تشکیل می دهد. ساده ترین سیکلان ها - سیکلوپروپان، سیکلوبوتان و همولوگ های آنها - در روغن ها یافت نشده اند. سیکلوپنتان و سیکلوکتان در دمای معمولی مایع هستند، نمایندگان بالاتر جامد هستند. خواص شیمیایی سیکلوپارافین ها مشابه پارافین ها است. آنها با واکنش های جایگزینی مشخص می شوند. نفتن ها بخشی از همه روغن ها هستند، در همه فراکسیون ها وجود دارند و از نظر محتوای کل بر سایر کلاس های هیدروکربن ها غلبه دارند.

هیدروکربن های مخلوط آرن های پیچیده چند حلقه ای با سه، چهار و پنج حلقه بنزن ذوب شده هستند؛ بسیاری از آرن های پیچیده ماهیت ترکیبی دارند. واضح است که ترکیب این عناصر می تواند بسیار متنوع باشد و تعداد ایزومرها بسیار زیاد است.

مواد آسفالتین رزینی در روغن‌ها و باقیمانده‌های روغن، مخلوط‌های چند جزئی پیچیده با ساختارهای چند پراکنده مختلف هستند. آنها در بخش های سنگین - نفت کوره، تار و نیمه تار متمرکز شده اند. محتوای مواد رزینی آسفالتین در روغن ها به ترکیب آنها بستگی دارد و می تواند تا 45 درصد و در باقیمانده ها تا 70 درصد برسد. مواد رزینی-آسفالتین تقریباً با بقایای سنگین پالایش نفت تفاوتی ندارند.

سخنرانی 5

موضوع: ترکیبات غیر هیدروکربنی نفت و گاز
ترکیبات اکسیژندر بیشتر روغن ها، به ندرت از 10٪ تجاوز می کنند. آنها با اسیدها، اترها، فنل ها و غیره نشان داده می شوند. محتوای اکسیژن در فراکسیون های نفتی با افزایش نقطه جوش آنها افزایش می یابد. حداکثر 90-95 درصد اکسیژن در رزین ها و آسفالتین ها است.
ترکیبات نیتروژنبه دو گروه بزرگ تقسیم می شوند: بازهای نیتروژن دار و ترکیبات نیتروژنی خنثی.

ترکیبات نیتروژن دار خنثی نفت با مشتقات پیرول آریل و آمیدهای اسیدی نشان داده می شوند. با افزایش نقطه جوش فراکسیون های نفتی، محتوای ترکیبات نیتروژنی خنثی در آنها افزایش می یابد و محتوای اصلی کاهش می یابد.
ترکیبات گوگردیبه طور نابرابر در روغن ها توزیع شده است. به طور معمول، محتوای آنها با افزایش نقطه جوش افزایش می یابد. گوگرد رایج ترین هترو عنصر در روغن ها و فرآورده های نفتی است.

گوگرد در روغن ها به شکل گوگرد عنصری محلول، سولفید هیدروژن، مرکاپتان ها، سولفیدها، دی سولفیدها و مشتقات تیوفن و حاوی همزمان اتم های گوگرد، اکسیژن و نیتروژن در ترکیبات مختلف وجود دارد.
ترکیبات معدنیتوسط نمک های تشکیل شده توسط فلزات و اسیدها، مجتمع های فلزی و همچنین مواد معدنی پراکنده کلوئیدی نشان داده می شوند.

عناصر تشکیل دهنده این مواد اغلب عناصر کمیاب نامیده می شوند، محتوای آنها از 2 تا 10٪ متغیر است.

ترکیب روغن شامل بسیاری از فلزات از جمله قلیایی و قلیایی خاکی، فلزات زیر گروه مس، روی، بور، وانادیم و همچنین غیرفلزات معمولی است.

سخنرانی 6

موضوع: محتوای ناخالصی در روغن
نفتی که مستقیماً از چاه به دست می آید را می گویند خام. هنگام خروج از مخزن نفت، نفت حاوی ذرات سنگ، آب و نمک ها و گازهای محلول در آن است. این ناخالصی ها باعث خوردگی تجهیزات و مشکلات جدی در حمل و نقل و فرآوری مواد اولیه نفتی می شود. بنابراین، برای صادرات یا تحویل به پالایشگاه‌های نفت دور از محل‌های تولید، فرآوری صنعتی آن ضروری است: آب، ناخالصی‌های مکانیکی، نمک‌ها و هیدروکربن‌های جامد از آن خارج شده و گاز آزاد می‌شود.

مهمترین خصوصیات نفت خام عبارتند از: چگالی، محتوای گوگرد، ترکیب کسری ، همچنینویسکوزیته ومحتوای آب، نمک های کلرید وناخالصی های مکانیکی .

تراکم. یکی از خواص اصلی نفت خام آن است تراکمکه به محتوای هیدروکربن های سنگین مانند پارافین و رزین بستگی دارد. برای بیان آن به عنوان استفاده می شود چگالی نسبی، بیان شده در گرم / سانتی متر 3، و چگالی بیان شده در موسسه نفت آمریکا - واحدهای API، بر حسب درجه اندازه گیری می شود.

چگالی نسبی = جرم ترکیب / جرم آب،
API= (141.5 / چگالی نسبی) - 131.5،

محتوای گوگرد. ترکیبات گوگرد در ترکیب روغن، به عنوان یک قاعده، ناخالصی مضر است. آنها سمی هستند، بوی نامطبوعی دارند، به رسوب رزین ها کمک می کنند و در ترکیب با آب باعث خوردگی شدید فلز می شوند. سولفید هیدروژن و مرکاپتان ها از این نظر خطرناک هستند. آنها بسیار خورنده هستند و فلزات غیر آهنی و آهن را از بین می برند. بنابراین حضور آنها در نفت تجاری غیرقابل قبول است.

محتوای آب. در طول استخراج و فرآوری، روغن دو بار با آب مخلوط می شود: هنگام خروج از آن سرعت بالااز چاه همراه با آب سازند همراه آن و در طول فرآیند نمک زدایی، یعنی. شستشو با آب شیرین برای حذف نمک های کلرید. در روغن و فرآورده های نفتی، آب می تواند هم به صورت یک سوسپانسیون ساده باشد، هم در حین ذخیره سازی به راحتی ته نشین می شود و هم به صورت یک امولسیون پایدار، سپس باید به آن متوسل شد. روش های خاصکم آبی بدن

سخنرانی 7

موضوع: خواص روغن و فرآورده های نفتی
ویسکوزیته تمیز دادن پویا (مطلق)، حرکتی ونسبت فامیلی ویسکوزیته روغن

ویسکوزیته دینامیکی با مقدار مقاومت در Pa در برابر حرکت متقابل دو لایه مایع با سطح 1 متر مربع، با سرعت نسبی حرکت 1 متر بر ثانیه تحت عمل نیروی اعمالی 1N بیان می شود. با توجه به ویسکوزیته دینامیکی، مقادیر دبی منطقی چاه با محاسبه تعیین می شود.

اصطحکاک جنبشی نسبت ویسکوزیته دینامیکی به چگالی آن در همان دما است. واحد ویسکوزیته سینماتیکی در SI m2/s است. داده های ویسکوزیته سینماتیکی در محاسبات فرآیند استفاده می شود.

ویسکوزیته نسبی به عنوان نسبت ویسکوزیته مطلق روغن به ویسکوزیته آب بیان می شود.

جرم مولی (MM.) برای تجزیه و تحلیل ترکیب گروه استفاده می شود. وابستگی B.P. ووینووا:

M \u003d a + bt + ct 2

جایی که t میانگین نقطه جوش مولکولی کسر است، الف، ب، ج - ضرایب

برای مشخص کردن خواص دمایی فرآورده‌های نفتی، شاخص‌هایی مانند حد پایین و بالای انفجار، نقاط اشتعال، نقاط احتراق، نقاط خوداشتعالی و نقطه ابر معرفی شده‌اند.

دمای جوش. نقطه جوش یک هیدروکربن به ساختار آن بستگی دارد. هر چه اتم های کربن در یک مولکول بیشتر باشد، نقطه جوش بالاتر است.

نقطه انجماد و ذوب. نقطه ریزش و نقطه ذوب انواع روغن ها یکسان نیست. روغن ها معمولاً ماهیتی مایع دارند، اما برخی از آنها با سرد شدن اندکی غلیظ می شوند.

سخنرانی 8

موضوع: طبقه بندی روغن ها. عدد اکتان

نوع روغن	نام	شاخص چگالی در 20 درجه سانتیگراد، کیلوگرم بر متر 3
0	0 خیلی سبک	بیش از 830.0 نیست
1	سبک	830,1-850,0
2	متوسط	850,1-870,0
3	سنگین	870,1-895,0
4	قیری	بیش از 895.0

نام نشانگر	هنجار روغن گروهی
	1 گرم	2 گرم	3 گرم
1. کسر جرمی آب، % نه بیشتر	0,5	0,5	1,0
2. غلظت نمک های کلرید، mg/dm 3، نه بیشتر
3. کسر جرمی ناخالصی های مکانیکی، نه بیشتر
4. فشار بخار اشباع، kPa (mm Hg)، بیشتر نه
5. محتوای ترکیبات کلر آلی، ppm ( ppمتر)	استاندارد نشده است. تعریف لازم است

برخلاف استانداردهای فنی قبلی موجود، GOST جدید برای اولین بار تعیین ترکیبات کلر آلی، سولفید هیدروژن و مرکاپتان های سبک را فراهم می کند.

در صورتی که طبق یکی از شاخص ها، روغن به گروهی با عدد کمتر تعلق دارد و با توجه به

انفجار - این یک احتراق خود به خودی مخلوط هوا و سوخت است که روند صحیح احتراق را مختل می کند که منجر به کاهش قدرت و افزایش سمیت گازهای خروجی می شود.

مشخص شده است که تحت شرایط مشابه، بیشترین تمایل به انفجار وجود دارد n-هپتان و کوچکترین آنها 2،2،4-تری متیل پنتان (ایزواکتان) است.این هیدروکربن ها به عنوان مرجع در تعیین عدد اکتان در نظر گرفته شدند. پذیرفته شده است که عدد اکتان ایزواکتان 100 و n-هپتان 0- است.

در حال حاضر از تمامی روش های فوق استفاده می شود. ویژگی های اصلی ویژگی های انفجار گروه های جداگانه هیدروکربن هایی که بنزین را تشکیل می دهند به شرح زیر است:

آلکان های معمولی : با شروع با پنتان، هیدروکربن های این سری با عدد اکتان بسیار کم مشخص می شوند و هر چه وزن مولکولی آنها بیشتر باشد، اعداد اکتان کمتری دارند. یک وابستگی تقریبا خطی به وزن مولکولی آنها وجود دارد.

آلکان های شاخه دار : انشعاب مولکول های سری محدود کننده مقاومت انفجاری آنها را به شدت افزایش می دهد، بنابراین اکتان دارای عدد اکتان 20 و 2،2،4 دارای تری متیل پنتان (ایزواکتان) 100 است.

آلکن ها : ظهور یک پیوند دوگانه در یک مولکول هیدروکربن معمولی باعث افزایش قابل توجه مقاومت در برابر ضربه در مقایسه با هیدروکربن های اشباع مربوطه می شود.

سیکلوآلکان ها : اولین نمایندگان سری سیکلوپنتان و سیکلوهگزان مقاومت خوبی در برابر ضربه دارند، به ویژه برای سیکلوپنتان. این هیدروکربن ها اجزای ارزشمند بنزین هستند. وجود زنجیره های جانبی با ساختار معمولی در هیدروکربن های سیکلوپنتان و سیکلوهگزان منجر به کاهش عدد اکتان آنها می شود.

عرصه ها : تقریباً همه ساده ترین آرن های سری بنزن دارای اعداد اکتان حدود 100 و بالاتر هستند. بنزین‌های آرنا و طعم‌دار به همراه آلکان‌های شاخه‌دار بهترین اجزای بنزین‌های اکتان بالا هستند.

مواد اولیه برای تولید اشیاء طبیعی.

فرضیه های منشاء نفت

1) غیر آلی

2) فضا

3) ارگانیک

نویسنده یکی از نظریه های معدنی D.I. مندلیف است. طبق این نظریه، اولین ترکیبات آلی در نتیجه برهمکنش کاربیدهای فلزی واقع در هسته زمین با آبی که از طریق شکاف ها به آنها نفوذ می کرد، تشکیل شدند:

CaC 2 + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + C 2 H 2

Al 4 C 3 + 12H 2 O → 4A1 (OH) 3 + 3CH 4

تحت تأثیر دماهای بالا، هیدروکربن‌ها و آب تبخیر شده و به قسمت‌های بیرونی زمین می‌روند و در سنگ‌های رسوبی بسیار نفوذپذیر متراکم می‌شوند.

مطابق با نظریه فضایی، نفت از کربن و هیدروژن در طول تشکیل زمین تشکیل شده است. با کاهش دمای سیاره، هیدروکربن ها توسط آن جذب شده و در پوسته زمین متراکم شدند.

نظریه ارگانیک- روغن محصول تجزیه بقایای گیاهی و حیوانی است که در ابتدا به صورت لجن دریایی رسوب می کند. مواد آلی اصلی روغن، میکروارگانیسم های گیاهی و حیوانی هستند که در هیدروسفر رشد می کنند. بقایای مرده چنین موجوداتی در انتهای خلیج ها جمع می شوند. در همان زمان مواد معدنی مختلف به دریا منتقل می شود. در نهایت، مواد آلی در ته مخزن جمع می‌شوند و به تدریج عمیق‌تر و عمیق‌تر فرو می‌روند. لایه بالایی این سیلت نامیده می شود پلوژنو سیلت تا حدی تبدیل شده در ضخامت بیشتر - ساپروپل. بر اساس مفاهیم مدرن، مواد آلی مدفون در گل و لای دریا ماده اصلی نفت است. کاستوبیولیت های موسوم به ساپروپلیت نیز شامل شیل، زغال سنگ ساپروپلیت و غیره می باشند.

ذغال سنگ نارس، زغال سنگ قهوه ای، زغال سنگ، آنتراسیت - کاستوبیولیت های هیومیک (هوموس-بقایای پوشش گیاهی زمینی).

تجزیه موجودات گیاهی و جانوری مرده در سیلت های دریایی تحت تأثیر O 2 و باکتری ها منجر به تشکیل موارد زیر می شود: 1) محصولات مایع و گاز. 2) مقاوم در برابر بارش در برابر عمل شیمیایی و باکتری کشی. این رسوبات به تدریج در لایه های رسوبی جمع می شوند. آنها با ماهیت شیمیایی خود مخلوطی از محصولات تبدیل پروتئین هستند. تبدیل بیشتر این ماده آلی اولیه به نفت در غیاب O2 اتفاق می افتد.

ترکیب روغن ها، خصوصیات فیزیکی و شیمیایی و طبقه بندی روغن ها

ترکیب عنصری روغن

عناصر اصلی تشکیل دهنده روغن C و H هستند.

نفت عمدتاً از مخلوطی از متان (آلکان)، نفتنیک (سیکلوآلکان) و هیدروکربن‌های معطر تشکیل شده است. علاوه بر این، روغن ها حاوی ترکیبات اکسیژن، گوگرد و نیتروژن هستند.

به اکسیژنترکیبات - اسیدهای نفتنیک، فنل ها، مواد آسفالت رزینی. ترکیبات گوگردی- اینها H2S، مرکاپتان ها، سولفیدها، تیوفن ها، تیوفان ها، ترکیبات نیتروژنهمولوگ های پیریدین، هیدروپیریدین و هیدروکینولین هستند. اجزای تشکیل دهنده نفت نیز گازهای محلول در آن، آب و املاح معدنی است.

ترکیب اجزای معدنی در خاکستر حاصل از احتراق روغن تعیین می شود. تا 20 عنصر مختلف در خاکستر یافت شد (Ca, Fe, Si, Zn, Cu, Al, Mo, Ni, V, Na, Sn, Ti, Mn, Sr, Pb, Co, Ag, Ba, Cr و غیره .) روغن حاوی مواد رزینی-آسفالتینی است.این ترکیب پیچیده ای از ترکیبات مولکولی بالا است که ترکیبات ناهمآلی با ساختار ترکیبی پیچیده شامل گوگرد، اکسیژن، نیتروژن و برخی فلزات هستند.غنی ترین آنها از نظر مواد رزینی-آسفالتینی هستند. روغن های جوان با محتوای بالای ترکیبات معطر.

طبقه بندی روغن

1. طبقه بندی شیمیایی(محتوای اولیه یک یا چند کلاس هیدروکربن)

پارافین

نفتنیک

معطر.

طبقه‌بندی روغن‌ها نسبتاً دلخواه است، زیرا ترکیب هیدروکربنی حتی نفت از یک میدان هنگام حرکت از یک افق وقوع به افق دیگر تغییر می‌کند.

2.طبقه بندی تکنولوژیکیچگالی روغن ها، محتوای جرمی کسرهای سبک، محتوای جرمی گوگرد، ترکیبات قیر-آسفالتین، پارافین های جامد را در نظر می گیرد.

از نظر چگالی، روغن ها متمایز می شوند: سبک با چگالی تا 0.84 گرم در سانتی متر 3، متوسط ​​- 0.84-0.88 گرم در سانتی متر 3 و سنگین - 0.88-0.92 گرم در سانتی متر 3 و بالاتر.

مواد آسفالتین رزینی

فرآوری منطقی نفت و فرآورده های نفتی نقش مهمی در اقتصاد مدرن ایفا می کند.

بنزین. الزامات آن و روش های بهبود کیفیت.

بنزین مخلوطی قابل احتراق از هیدروکربن های سبک با نقطه جوش 30 تا 200 درجه سانتی گراد است. چگالی حدود 0.75 گرم بر سانتی متر مکعب است. ارزش کالریتقریباً 10500 کیلوکالری در کیلوگرم (46 MJ/kg، 34.5 MJ/L). نقطه انجماد زیر 60- درجه سانتیگراد.

بنزین از تقطیر و انتخاب قطعات نفتی که در محدوده دمایی معینی می جوشند به دست می آید. تا 100 درجه سانتیگراد - بنزین درجه یک، تا 110 درجه سانتیگراد - بنزین ویژه، تا 130 درجه سانتیگراد - بنزین درجه II، تا 265 درجه سانتیگراد - نفت سفید ("شهاب")، تا 270 درجه سانتیگراد - نفت سفید معمولی ، تا حدود 300 درجه سانتیگراد - کسرهای روغن انتخاب می شوند. بقیه نفت محسوب می شود.

کیفیت بنزین موتور را می توان با اقدامات زیر بهبود بخشید:

امتناع از استفاده از ترکیبات سرب در بنزین؛

سهمیه بندی غلظت رزین های واقعی در بنزین در محل استفاده در سطحی که بیش از 5 میلی گرم در 100 سانتی متر مکعب نباشد.

طبقه بندی بنزین بر اساس ترکیب کسری و فشار بخار اشباع به 8 کلاس با در نظر گرفتن فصل کار وسایل نقلیه و دمای محیط مشخصه یک منطقه آب و هوایی خاص.

وجود کلاس ها امکان تولید بنزین با خواص مطلوب را برای دمای واقعی محیط فراهم می کند که عملکرد موتورها را بدون تشکیل قفل بخار در دمای هوا تا +60 درجه سانتیگراد تضمین می کند و همچنین فرار بالای بنزین و آسان را تضمین می کند. شروع موتور در دمای کمتر از -35 درجه سانتیگراد؛

معرفی مواد افزودنی شوینده که از آلودگی و صمغی شدن قطعات تجهیزات سوخت جلوگیری می کند.

الزامات کیفیت سوخت

1. انرژی بالا و ویژگی های ترمودینامیکی محصولات احتراق. وقتی بنزین می سوزد باید آزاد شود بیشترین مقدارگرما، محصولات احتراق باید وزن مولکولی کم، ظرفیت گرمایی و هدایت حرارتی کم، مقدار بالایی از محصول ثابت گاز خاص و دمای احتراق (RT) داشته باشند.

2. قابلیت پمپاژ خوب. بنزین باید به طور قابل اعتماد از طریق سیستم سوخت وسایل نقلیه، خطوط لوله، پمپ ها، سیستم های کنترل و سایر واحدها و ارتباطات تحت هر شرایط محیطی - کم و دمای بالا، فشارهای مختلف، گرد و غبار و رطوبت.

3. نوسانات بهینه. در شرایط نگهداری و حمل و نقل، تبخیر باید به حداقل برسد. هنگامی که در یک موتور استفاده می شود، بنزین باید دارای چنین فراری باشد تا از احتراق مطمئن و احتراق سوخت با نرخ بهینه در اتاق های احتراق موتورها اطمینان حاصل شود.

4. حداقل خورندگی. سوخت ها نباید حاوی اجزایی باشند که مواد ساختاری موتور، وسایل ذخیره سازی و حمل و نقل را از بین ببرند.

5. پایداری بالا در شرایط نگهداری و کاربرد. سوخت برای مدت طولانی نباید خواص فیزیکی و شیمیایی و عملیاتی را تغییر دهد.

6- غیر سمی بودن محصولات احتراق نیز باید غیر سمی باشند.

شاخص های اصلی بنزین مقاومت در برابر ضربه، فشار بخار اشباع، ترکیب کسری، پایداری شیمیایی و غیره است.

عدد اکتان یک نشانگر شرطی است که مقاومت بنزین در برابر انفجار را مشخص می کند و از نظر عددی با مقاومت انفجاری مخلوط مدل ایزواکتان و n-هپتان مطابقت دارد.

سوخت دیزل و نفت سفید. الزامات آنها و راه های بهبود کیفیت.

سوخت دیزل مخلوط پیچیده ای از هیدروکربن های پارافینیک (10-40%)، نفتنیک (20-60%) و آروماتیک (14-30%) و مشتقات آنها با وزن مولکولی متوسط ​​110-230 است که در محدوده 170 تبخیر می شود. -380 درجه سانتیگراد. نقطه اشتعال 35-80 درجه سانتیگراد است، انجماد - زیر 5 درجه.

برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد، اقتصادی و بادوام یک موتور دیزل، سوخت آن باید شرایط زیر را برآورده کند:

اتمیزه کردن سوخت خوب و تشکیل مخلوط بهینه؛

احتراق کامل سوخت با تاخیر اشتعال کوتاه و تشکیل حداقل دوده و مواد سمی(نیتریک اکسید NOx، اکسیدهای گوگرد SO2، SOz، سولفید هیدروژن H2S، بنزو-آ-پیرن С20Н12)، و غیره؛

قابلیت پمپاژ سوخت خوب برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد و بدون وقفه تجهیزات سوخت.

تشکیل کربن کم در محفظه احتراق؛

عدم خوردگی خطوط سوخت و قطعات تجهیزات سوخت؛

پایداری کافی خواص در طول ذخیره سازی طولانی مدت.

خواص شیمیایی.

1. واکنش های اضافهبا باز شدن حلقه و تشکیل محصولات غیر حلقوی (خطی):

2. هیدروژن زدایی(واکنش زلینسکی):

3.واکنش جایگزینی رادیکال آزاد در یک چرخه:

4. اکسیداسیون(اسیدهای کربوکسیلیک دو پایه تشکیل می شوند)

هیدروکربن های معطر -اینها هیدروکربنهای غیراشباع هستند که مولکولهای آنها حاوی گروههای حلقوی پایدار اتمها (هسته بنزن) با یک سیستم بسته از پیوندهای مزدوج هستند. فرمول کلی C n H 2 n -6 مولکول ها در sp 2 - هیبریداسیون هستند. اتم های کربن در یک صفحه قرار دارند (چرخه ساختاری مسطح دارد).

مشخصات فیزیکی

حالت کل - مایعی با نقاط جوش متفاوت. آرن های چند حلقه ای ذوب شده جامداتی با نقاط ذوب مختلف هستند.

خواص شیمیایی

به دلیل افزایش پایداری سیستم آروماتیک، علیرغم غیر اشباع بودن آن، به جای واکنش های اضافه، مستعد جایگزینی است.

1. واکنش های جایگزینی الکتروفیل حلقه ای.

نیتراسیون

سولفوناسیون بنزن برای تولید اسید سولفونیک:

هالوژناسیون

2. اتصالات.

3. اکسیداسیون.

آلکن -هیدروکربن های غیر اشباع غیر حلقوی حاوی یک پیوند دوگانه بین اتم های کربن، تشکیل یک سری همولوگ با فرمول کلی CnH2n. اتم های کربن در یک پیوند دوگانه در حالت هیبریداسیون sp² هستند.

مشخصات فیزیکی.

نقطه ذوب و جوش آلکن ها (ساده شده) با وزن مولکولی و طول زنجیره کربن اصلی افزایش می یابد.

در شرایط عادی، آلکن های C2H4 تا C4H8 گاز هستند. از C5H10 تا C17H34 - مایعات، پس از C18H36 - جامدات. آلکن ها در آب نامحلول هستند، اما به راحتی در حلال های آلی محلول هستند.

خواص شیمیایی

1 هیدروژناسیون

2. هالوژناسیون.

3. آبرسانی

4. آلکیلتراسیون.

هیدروهالوژناسیون، هیدراتاسیون و سولفوناسیون طبق قانون انجام می شود مارکوفنیکوا ، که بر اساس آن علاوه بر واکنش های مولکول های قطبی (هیدروژن هالید، آب، اسید سولفوریک و غیره) به آلکن های نامتقارن، یک اتم هیدروژن به هیدروژنه ترین اتم کربن پیوند دوگانه اضافه می شود:

ترکیبات معطر

ترکیبات آروماتیک ترکیبات آلی حلقویی هستند که در ترکیب خود دارای سیستم معطر هستند. خصوصیات متمایز اصلی افزایش پایداری سیستم معطر و با وجود غیر اشباع بودن، تمایل به واکنش‌های جایگزینی به جای افزودن است.

اعلام وصول

1. چرخه زدایی کاتالیستی آلکان ها، یعنی حذف هیدروژن با چرخه شدن همزمان. واکنش در دمای بالا با استفاده از کاتالیزوری مانند اکسید کروم انجام می شود.

2. هیدروژن زدایی کاتالیستی سیکلوهگزان و مشتقات آن. پالادیوم سیاه یا پلاتین در دمای 300 درجه سانتیگراد به عنوان کاتالیزور استفاده می شود. (N. D. Zelinsky)

3. تریمریزاسیون چرخه ای استیلن و همولوگ های آن بر روی کربن فعال در دمای 600 درجه سانتی گراد. (N. D. Zelinsky)

4. آلکیلاسیون بنزن با مشتقات هالوژن یا الفین ها. (واکنش فریدل کرافت)

اصلی منبع به دست آوردن هیدروکربن های معطر، محصولات کک سازی کام است. زغال سنگ تولید هیدروکربن های معطر از هیدروکربن های چرب اهمیت زیادی دارد.

آروماتیزاسیون فرآورده های نفتی، فرآوری شیمیایی فرآورده های نفتی به منظور افزایش محتوای هیدروکربن های معطر موجود در آنها با تبدیل هیدروکربن های زنجیره باز به هیدروکربن های حلقوی. آروماتیزاسیون فرآورده های نفتی در فرآیندهای مختلف پالایش نفت و بخش های آن - کراکینگ، کاتالیزورها اتفاق می افتد. اصلاح، هیدروژناسیون مخرب، پیرولیز. برای تولید صنعتی هیدروکربن‌های آروماتیک، رفرمینگ کاتالیزوری فراکسیون‌های نفتا عمدتاً استفاده می‌شود. محصول به دست آمده، حاوی حداکثر 60 درصد هیدروکربن های معطر، به عنوان یک جزء با اکتان بالا در سوخت موتور یا برای تولید هیدروکربن های معطر خالص استفاده می شود.

به این ترتیب 80-90 درصد هیدروکربن های آروماتیک سبک به دست می آید که برای تولید مواد منفجره، رنگ، مواد شوینده، پلاستیک و ... استفاده می شود.

برای برخی از هیدروکربن‌های معطر، روش‌های صرفاً مصنوعی اهمیت عملی دارند. بنابراین، اتیل بنزن از بنزن و اتیلن تولید می شود که هیدروژن زدایی آنها منجر به استایرن می شود:

پلی پروپیلن. اعلام وصول

پلی پروپیلن از پلیمریزاسیون پروپیلن در حضور کاتالیزورهای کمپلکس فلزی به دست می آید.

nCH2=CH(CH3) → [-CH2-CH(CH3)-]n

پارامترهای مورد نیاز برای بدست آوردن پلی پروپیلن نزدیک به پارامترهایی است که در آنها پلی اتیلن کم فشار بدست می آید. در این حالت بسته به کاتالیزور خاص می توان هر نوع پلیمر یا مخلوطی از آن را بدست آورد.

پلی پروپیلن به صورت پودر موجود است. رنگ سفیدیا گرانول هایی با چگالی ظاهری 0.4-0.5 g/cm³. پلی پروپیلن به صورت تثبیت شده، رنگ شده و رنگ نشده تولید می شود.

با توجه به نوع ساختار مولکولی، سه نوع اصلی را می توان تشخیص داد: ایزوتاکتیک، سندیوتاکتیک و آتاکتیک.

برخلاف پلی اتیلن، پلی پروپیلن چگالی کمتر، سخت تر (مقاوم در برابر سایش)، مقاوم تر در برابر حرارت است و تقریباً دچار ترک خوردگی نمی شود. به نور و اکسیژن بسیار حساس است.

رفتار کششی پلی پروپیلن، حتی بیشتر از پلی اتیلن، به سرعت اعمال بار و دما بستگی دارد. هر چه سرعت کشش پلی پروپیلن کمتر باشد، ارزش خواص مکانیکی بالاتر است. در نرخ کشش بالا، تنش کششی در هنگام شکست پلی پروپیلن بسیار کمتر از استحکام تسلیم کششی آن است.

پلی اتیلن یک پلیمر ترموپلاستیک از اتیلن است.این یک ترکیب آلی است و دارای مولکول های بلند …-CH2-CH2-CH2-CH2-…,

این یک توده مومی به رنگ سفید است. مواد شیمیایی و مقاوم در برابر یخ زدگی، عایق، حساس به ضربه نیست، هنگام گرم شدن (80-120 درجه سانتیگراد) نرم می شود، هنگام سرد شدن سخت می شود، چسبندگی (چسبندگی) بسیار کم است. گاهی اوقات در ذهن مردم آن را با سلفون - یک ماده مشابه با منشاء گیاهی - شناسایی می کنند.

خواص عمومی

مقاوم در برابر آب، با قلیاها با هیچ غلظتی، با محلول های نمک های خنثی، اسیدی و بازی، اسیدهای آلی و معدنی، حتی اسید سولفوریک غلیظ واکنش نمی دهد، اما در دمای اتاق و تحت تأثیر اسید نیتریک 50 درصد تجزیه می شود. کلر مایع و گاز و فلوئور.

در دمای اتاق، نامحلول است و در هیچ یک از حلال های شناخته شده متورم نمی شود. با گذشت زمان، با تشکیل پیوندهای زنجیره ای عرضی تخریب می شود، که منجر به افزایش شکنندگی در پس زمینه افزایش اندک استحکام می شود. پلی اتیلن تثبیت نشده در هوا دچار تخریب اکسیداتیو حرارتی (پیری حرارتی) می شود. پیری حرارتی پلی اتیلن با یک مکانیسم رادیکال همراه با آزاد شدن آلدئیدها، کتون ها، پراکسید هیدروژن و غیره انجام می شود.

پلی اتیلن کم فشار (HDPE) در ساخت محل های دفن زباله برای پردازش زباله، ذخیره مواد مایع و جامد که می تواند خاک و آب های زیرزمینی را آلوده کند، استفاده می شود.

پی وی سی- پلاستیک بی رنگ، شفاف، پلیمر ترموپلاستیک از وینیل کلرید. از نظر مقاومت شیمیایی در برابر قلیایی ها، روغن های معدنی، بسیاری از اسیدها و حلال ها متفاوت است. در هوا نمی سوزد، اما مقاومت کمی در برابر سرما دارد.

محلول در سیکلوهگزانون، تتراهیدروفوران، دی متیل فرمامید (DMF)، دی کلرواتان، محدود در بنزن، استون. نامحلول در آب، الکل ها، هیدروکربن ها؛ در محلول های قلیایی، اسیدها، نمک ها مقاوم است.

مقاوم در برابر رطوبت، اسیدها، قلیاها، محلول های نمک، بنزین، نفت سفید، چربی ها، الکل ها، دارای خواص دی الکتریک خوبی است.

با پلیمریزاسیون سوسپانسیون یا امولسیون وینیل کلرید و همچنین پلیمریزاسیون توده ای به دست می آید.

برای عایق کاری سیم و کابل، تولید ورق، لوله، فیلم، فیلم سقف کشسان، چرم مصنوعی، الیاف پی وی سی، فوم پی وی سی، مشمع کف اتاق، پلاستیک کفش، لبه مبلمان و غیره استفاده می شود. تولید صفحات گرامافون، پروفیل های تولید در و پنجره.

پلی وینیل کلراید نیز اغلب در لباس ها و لوازم جانبی برای ایجاد یک ماده چرم مانند که صاف و براق است استفاده می شود. پلی وینیل کلراید به عنوان درزگیر در یخچال های خانگی، به جای مهر و موم های مکانیکی نسبتا پیچیده استفاده می شود. این امر امکان استفاده از بست های مغناطیسی را به شکل درج های الاستیک مغناطیسی که در بطری درزگیر قرار داده شده است، فراهم کرد.

لاستیک های مصنوعی- پلیمرهای مصنوعی که می توانند با ولکانیزاسیون به لاستیک تبدیل شوند، بخش عمده ای از الاستومرها را تشکیل می دهند. لاستیک مصنوعی یک ماده پلیمری بالا و لاستیکی است. از پلیمریزاسیون یا کوپلیمریزاسیون بوتادین، استایرن، ایزوپرن، نئوپرن، کلروپرن، ایزوبوتیلن، نیتریل اسید اکریلیک به دست می آید. مانند لاستیک‌های طبیعی، لاستیک‌های مصنوعی دارای زنجیره‌های درشت مولکولی بلند، گاهی اوقات منشعب، با میانگین وزن مولکولی صدها هزار و حتی میلیون‌ها هستند. زنجیره های پلیمری در لاستیک مصنوعی در بیشتر موارد دارای پیوندهای دوگانه هستند که به همین دلیل یک شبکه فضایی در حین ولکانیزاسیون تشکیل می شود و لاستیک حاصل خواص فیزیکی و مکانیکی مشخصی را به دست می آورد.

برخی از لاستیک های مصنوعی به شکل پراکندگی های آبی - لاتکس های مصنوعی تولید می شوند. گروه خاصی از لاستیک ها الاستومرهای ترموپلاستیک هستند.

برخی از انواع لاستیک های مصنوعی ترکیبات کاملاً اشباع هستند، بنابراین از پراکسیدهای آلی، آمین ها و سایر مواد برای ولکانیزه کردن آنها استفاده می شود. انواع خاصی از لاستیک مصنوعی در تعدادی از خواص فنی بر لاستیک طبیعی برتری دارند. با توجه به زمینه کاربرد، لاستیک های مصنوعی به دو دسته لاستیک برای مصارف عمومی و خاص تقسیم می شوند. لاستیک های همه منظوره شامل لاستیک هایی با مجموعه ای از خواص فنی به اندازه کافی بالا هستند که برای تولید انبوه طیف گسترده ای از محصولات مناسب هستند. لاستیک‌ها برای مصارف خاص شامل لاستیک‌هایی با یک یا چند ویژگی هستند که برآورده شدن الزامات خاص برای محصول و یوغ عملکرد را در اغلب موارد تضمین می‌کنند. شرایط شدیدعمل.

لاستیک های عمومی: ایزوپرن، بوتادین، بوتادین استایرن و غیره.

لاستیک برای مصارف خاص: لاستیک بوتیل، اتیلن پروپیلن، کلرپرن، فلورروبر، اورتان و غیره.

در فناوری، تایرها از لاستیک برای وسایل نقلیه، هواپیما و دوچرخه ساخته می شوند. از لاستیک ها برای عایق های الکتریکی و همچنین تولید کالاهای صنعتی و تجهیزات پزشکی استفاده می شود.

مبحث شیمی نفت و گاز. نفت و گاز به عنوان اشیاء طبیعی، منابع انرژی و مواد خام برای پردازش. منشا نفت.

منابع طبیعی هیدروکربن ها اساس صنعت سنتز آلی هستند که وظیفه آن به دست آوردن مواد لازم برای انسان از جمله مواردی است که در طبیعت یافت نمی شود.

منابع اصلی مواد خام برای صنعت سنتز آلی گاز طبیعی، گازهای نفتی مرتبط و نفت است.

نفت مخلوط پیچیده ای از هیدروکربن ها است که در آن هیدروکربن های اشباع غالب است که در مولکول های آن از 5-50 اتم C و همچنین سیکلوآلکان ها و آرن ها و ترکیبات آلی گوگرد، نیتروژن و اکسیژن وجود دارد.

مواد اولیه برای تولیدپتروشیمی، ساختمان و سایر صنایع. در این راستا امروزه نفت و گاز امری ضروری است. اشیاء طبیعی.