1 Хим НГ Лекция 7. Лекция Высокомолекулярные соединения нефти
 Скачать 162 Kb.
|
|
Лекция 7. Высокомолекулярные соединения нефти. Продолжительность – 1 ч. Особым классом гетероатомных соединений нефти являются смолисто-асфальтеновые вещества (САВ). САВ – это наиболее высокомолекулярные органические соединения нефти. Они концентрируются в тяжелых нефтяных остатках – гудронах и битумах. САВ состоят из следующих компонентов: а) высокомолекулярные углеводороды; б) высокомолекулярные O-, S- и N-соединения; в) микропримеси металлов; г) коллоидные частицы. Содержание САВ в высокосмолистых нефтях может достигать 40 %. Биогенная теория происхождения нефти предполагает, что САВ образовались в результате очень медленных химических превращений низкомолекулярных органических соединений, содержавшихся в живых организмах. Между смолами и асфальтенами нет четкой границы. Их молекулы имеют примерно одинаковый состав и содержат структурные фрагменты алканов, циклоалканов и аренов. Четыре основных отличия между смолами и асфальтенами: 1) Внешний вид. Смолы имеют более жидкую консистенцию и представляют собой вязкие малоподвижные жидкости или аморфные твердые тела от темно-коричневого до темно-бурого цвета. Асфальтены – это аморфные твердые тела темно-бурого или черного цвета. 2) Смолы имеют меньшую молекулярную массу (обычно 600-700 а.е.м.), чем асфальтены (2000-6000 а.е.м.). 3) Смолы растворимы в углеводородах нефти, тогда как асфальтены нерастворимы. В связи с этим асфальтены достаточно легко выделяются из нефти, тогда как смолы обычно выпадают из нее только при пониженной температуре. 4) Молекулы асфальтенов по сравнению со смолами содержат большее количество ароматических ядер и меньшее количество алкановых и циклоалкановых фрагментов. В зависимости от растворимости в органических растворителях САВ делятся на 4 группы: 1) мальтены и смолы; 2) асфальтены; 3) карбены; 4) карбоиды. Мальтены и смолы являются наиболее растворимыми компонентами гудронов и битумов. Карбены и карбоиды обладают наименьшей растворимостью. Они образуются при термической переработке нефти за счет конденсации и поликонденсации молекул мальтенов, смол и асфальтенов. Строение основного числа САВ точно не установлено. Известно, что молекулы САВ состоят из нескольких сконденсированных насыщенных и ненасыщенных углеводородных циклов, например:  В зависимости от строения и элементного состава САВ делятся на следующие виды: 1) полициклонафтеновые соединения (ПЦНС), которые состоят только из циклоалкановых фрагментов; 2) моноциклоароматические соединения (МЦАС), которые содержат один ароматический цикл; 3) бициклоароматические соединения (БЦАС), которые содержат два ароматических цикла; 4) смолы, которых включают один ароматический цикл и один гетероароматический с атомом S, N или O; 5) асфальтены, которые содержат два ароматических цикла и один гетероароматический. Молекулы САВ легко координируются друг с другом за счет сил Ван-дер-Ваальса, водородных и донорно-акцепторных связей. В результате этого образуются надмолекулярные структуры – ассоциаты с числом молекул от 1 до 5 и более. Наиболее сильно межмолекулярные взаимодействия проявляются в асфальтенах. В связи с этим асфальтены обычно находятся в нефти в виде коллоидных частиц (мицелл). Ассоциаты асфальтенов имеют плоскую форму – форму стопок или пакетов:  Они являются ядрами коллоидных частиц, которые придают нефти и ее тяжелым фракциям особые физико-химические свойства. Например, чем выше содержание САВ в нефти, тем больше ее вязкость и плотность, меньше текучесть. Свойства и строение коллоидных частиц нефти будут рассмотрены нами в отдельной лекции. САВ играют отрицательную роль на стадиях добычи, хранения, транспортировки и переработки нефти. За счет своих поверхностно-активных свойств они способствуют образованию водонефтяных эмульсий, адсорбируются на стенках трубопроводов и оборудования, ускоряют их коррозию, дезактивируют катализаторы термической переработки нефти. Содержание САВ в нефти и ее тяжелых фракциях уменьшают методами гидроочистки или гидрообессеривания. Эти методы основаны на термическом расщеплении гетероатомных молекул САВ на молекулы с меньшей молекулярной массой в присутствии водорода (см. лекцию по методам химической переработки нефти). Молекулы САВ ухудшают свойства нефтепродуктов, повышают склонность масел к окислению и образованию осадков, в процессе переработки нефти легко вступают в различные нежелательные реакции. В связи с этим их удаляют из нефтепродуктов с помощью селективных растворителей или адсорбентов (см. лекцию по методам разделения и очистки нефти). В то же время нефтяные САВ содержат множество ценных соединений, однако рациональных методов их выделения или химической переработки не существует. До сих пор их отходы почти полностью уничтожают сжиганием, при этом сильно загрязняется окружающая среда. Лишь небольшую часть тяжелых нефтяных остатков, содержащих САВ, подвергают окислению с целью получения битумов. В связи с этим проблема рационального использования САВ нефти является весьма актуальной. |