Je nach Zusammensetzung verändern sich die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Öl in weiten Grenzen. Die Konsistenz von Öl ändert sich von leicht, mit Gasen gesättigt, zu dick, schwer, harzig. Dementsprechend ändert sich die Farbe des Öls von hell nach dunkelrot und schwarz. Diese Eigenschaften hängen von dem Vorherrschen von leichten Kohlenwasserstoffverbindungen mit niedrigem Molekulargewicht oder schweren komplexen Verbindungen mit hohem Molekulargewicht in der Ölzusammensetzung ab.

Aus chemischer Sicht ist die Zusammensetzung von Öl und Gas sehr einfach. Die Hauptelemente, die Öl und Gas bilden, sind Kohlenstoff - C und Wasserstoff - H. Der Kohlenstoffgehalt in Ölen beträgt 83 - 89 %, der Wasserstoffgehalt 12 - 14 %. In kleinen Mengen enthalten Öle Schwefel – S, Stickstoff – N und Sauerstoff – O. Kohlenstoff und Wasserstoff sind in Öl in Form vieler Verbindungen vorhanden, die als Kohlenwasserstoffe bezeichnet werden.

Öl ist eine brennbare ölige bewegliche Flüssigkeit von hellgelber bis dunkelroter, brauner und schwarzer Farbe, die aus einer Mischung verschiedener Kohlenwasserstoffverbindungen besteht. In der Natur ist Öl sehr unterschiedlich in Qualität, spezifischem Gewicht und Konsistenz: von sehr flüssig und flüchtig bis hin zu dickflüssigem Harz.

Es ist bekannt, dass sich chemische Elemente entsprechend ihrer Wertigkeit in bestimmten Verhältnissen miteinander verbinden. Zum Beispiel besteht ein Wassermolekül – H 2 O – aus zwei Wasserstoffatomen mit einer Wertigkeit von – 1 und einem zweiwertigen Sauerstoffatom.

Die einfachste Kohlenwasserstoffverbindung in Bezug auf die chemische Zusammensetzung ist Methan - CH 4. Es ist ein brennbares Gas, das der Hauptbestandteil aller natürlichen brennbaren Gase ist.

Die nächste Verbindung nach Methan ist Ethan - C 2 H 6,

Dann Propan - C 3 H 8,

Butan - C 4 H 10, Pentan - C 5 H 12, Hexan - C 6 H 14 usw.

Wie oben erwähnt, gehen gasförmige Kohlenwasserstoffe ausgehend von Pentan in flüssige über, d.h. in Öl. Die Formel von Pentan setzt die gleiche kontinuierliche Reihe von Kohlenwasserstoffverbindungen fort, die zur Methangruppe gehören.

In dieser Gruppe sind alle Kohlenstoffbindungen beteiligt, d.h. zur Bindung mit Wasserstoffatomen verwendet. Solche Verbindungen werden limitierend oder gesättigt genannt. Sie sind nicht reaktiv, d.h. nicht in der Lage sind, Moleküle anderer Verbindungen an ihr Molekül zu binden.

Kohlenstoff ist in Verbindung mit Wasserstoff in der Lage, unzählige Kohlenwasserstoffverbindungen zu bilden, die sich in ihrer chemischen Struktur und damit in ihren Eigenschaften unterscheiden.

Es gibt drei Hauptgruppen von Kohlenwasserstoffverbindungen:

Erste Gruppe – Methan(oder Alkane). Ihre allgemeine Formel ist С n H 2n+2 . Es ist diese Gruppe von Verbindungen, die oben diskutiert wurde.

Sie sind voll gesättigt, weil alle Valenzbindungen wurden verwendet. Daher sind sie chemisch am inertsten und können keine chemischen Reaktionen mit anderen Verbindungen eingehen. Die Kohlenstoffgerüste von Alkanen sind entweder linear (normale Alkane) oder verzweigtkettig (Isoalkane).

Zweite Gruppe – naphthenisch(oder Cyclane). Ihre allgemeine Formel ist СnH2n. Ihre Hauptmerkmale sind das Vorhandensein eines fünf- oder sechsgliedrigen Rings aus Kohlenstoffatomen, d.h. sie bilden im Gegensatz zu Methan eine geschlossene Ringkette (daher die Cyclane):

Auch diese sind gesättigt (Grenzverbindungen). Sie gehen daher praktisch keine Reaktionen ein.

Dritte Gruppe – aromatisch(oder Arenen). Ihre allgemeine Formel ist C n H 2n-6. Sie werden von sechsgliedrigen Ringen gebildet, die auf dem sogenannten aromatischen Ring von Benzol - C 6 H 6 basieren. Ihr Unterscheidungsmerkmal ist das Vorhandensein von Doppelbindungen zwischen Atomen.

Unter den aromatischen Kohlenwasserstoffen stechen monocyclische, bicyclische (d. h. Doppelringe) und polycyclische Verbindungen hervor, die mehrringige Verbindungen vom Wabentyp bilden.

Kohlenwasserstoffe, einschließlich Öl und Gas, sind keine Stoffe mit einer bestimmten und konstanten chemischen Zusammensetzung. Sie stellen ein komplexes natürliches Gemisch gasförmiger, flüssiger und fester Kohlenwasserstoffverbindungen der Methan-, Naphthen- und Aromatenreihe dar. Dies ist jedoch kein einfaches Gemisch, sondern ein System einer komplexen Kohlenwasserstofflösung, bei der das Lösungsmittel leichte Kohlenwasserstoffe und die gelösten Substanzen andere hochmolekulare Verbindungen sind, einschließlich Harze und Asphaltene, d.h. sogar Nicht-Kohlenwasserstoffverbindungen, aus denen Öle bestehen.

Eine Lösung unterscheidet sich von einer einfachen Mischung dadurch, dass ihre Bestandteile chemisch und physikalisch interagieren können, während sie neue Eigenschaften annehmen, die den ursprünglichen Verbindungen nicht eigen waren.

Dichte

Bei einer Reihe physikalischer Eigenschaften von Öl ist die Dichte oder das spezifische Gewicht am wichtigsten. Dieser Indikator hängt vom Molekulargewicht seiner Bestandteile ab, d.h. aus dem Vorherrschen von leichten oder schweren Kohlenwasserstoffverbindungen in der Ölzusammensetzung, aus dem Vorhandensein von harzigen Verunreinigungen, Asphaltenen und gelöstem Gas.

Die Dichte von Öl variiert über einen weiten Bereich von 0,71 bis 1,04 g/cm 3 . Unter Lagerstättenbedingungen ist seine Dichte aufgrund des großen im Öl gelösten Gasvolumens 1,2- bis 1,8-mal geringer als unter Oberflächenbedingungen nach seiner Entgasung. Je nach Dichte werden folgende Klassen von Ölen unterschieden:

• Sehr leicht (bis zu 0,8 g / cm 3);
• Leicht (0,80-0,84 g/cm³)
• Mittel (0,84–0,88 g/cm3)
• Schwer (0,88–0,92 g/cm3)
• Sehr schwer (mehr als 0,92 g / cm 3)

Viskosität

Ölviskosität- Dies ist die Eigenschaft, der Bewegung von Ölpartikeln relativ zueinander im Verlauf ihrer Bewegung zu widerstehen. Die Viskosität bestimmt den Mobilitätsgrad des Öls. Die Viskosität wird mit einem Gerät gemessen - einem Viskosimeter. Im SI-System wird es in Millipascal pro Sekunde (mPa s) gemessen, im CGS-System - Poise, g / (cm s).

Es gibt zwei Arten von Viskosität: dynamisch und kinematisch. Dynamische Viskosität charakterisiert die Widerstandskraft gegen die Bewegung einer Flüssigkeitsschicht mit einer Fläche von 1 cm2 pro 1 cm bei einer Geschwindigkeit von 1 cm / Sek. Kinematische Viskosität ist die Eigenschaft einer Flüssigkeit, der Bewegung eines Teils der Flüssigkeit relativ zu einem anderen unter Berücksichtigung der Schwerkraft zu widerstehen.

Die dynamische Viskosität wird durch die Formel bestimmt:

wo: A ist die Fläche der sich bewegenden Flüssigkeitsschichten (Gas); F ist die Kraft, die erforderlich ist, um die Differenz der Bewegungsgeschwindigkeiten zwischen den Schichten um den Wert dv aufrechtzuerhalten; dy ist der Abstand zwischen sich bewegenden Flüssigkeitsschichten (Gas); dv ist die Differenz der Geschwindigkeiten sich bewegender Flüssigkeitsschichten (Gas).

In den Berechnungen wird auch die kinematische Viskosität verwendet, sie wird durch die folgende Formel bestimmt:

wobei: μ die dynamische Viskosität ist; ρ ist die Öldichte bei der Bestimmungstemperatur.

In Oberflächenbedingungen werden Öle unterteilt in:

1. niedrige Viskosität - bis zu 5 mPa s;
2. erhöhte Viskosität - von 5 bis 25 mPa s;
3. hochviskos - mehr als 25 MPa s.

Leichtöle haben eine niedrigere Viskosität und Schweröle haben eine höhere Viskosität. Unter Lagerstättenbedingungen ist die Viskosität von Öl zehnmal geringer als die des gleichen Öls an der Oberfläche nach seiner Entgasung, was mit seiner sehr hohen Gassättigung im Untergrund zusammenhängt. Diese Eigenschaft ist bei der Bildung von Kohlenwasserstoffvorkommen von großer Bedeutung, weil. bestimmt den Umfang der Migration.

Der Wert der Umkehrviskosität charakterisiert die Fließfähigkeit der Flüssigkeit φ:

1. Schwefelarm - bis zu 0,5%;
2. Schwefelhaltig - von 0,5 bis 2,0 %;
3. Hoher Schwefelgehalt - mehr als 2%.

Paraffinität von Öl

Dies ist eine weitere wichtige Eigenschaft von Öl, die sich auf die Technologie seiner Produktion und seines Transports durch Pipelines auswirkt. Paraffinität tritt in Ölen aufgrund des Gehalts an festen Bestandteilen in ihnen auf - Paraffine (von C 17 H 36 bis C 35 H 72) und Ceresine (von C 36 H 74 bis C 55 H 112).

Ihr Gehalt reicht manchmal von 13 bis 14% und bei der Uzen-Lagerstätte in Kasachstan - 35%. Der hohe Gehalt an Paraffin erschwert die Ölgewinnung extrem, da. Beim Öffnen des Behälters und dem Anheben von Öl durch die Rohre kommt es zu einem kontinuierlichen Druck- und Temperaturabfall. Gleichzeitig kann Paraffin kristallisieren und zu einem festen Niederschlag ausfallen, wodurch sowohl die Poren in der Formation selbst als auch die Wände von Rohren, Ventilen und allen Prozessgeräten verwachsen. Je näher die Kristallisationstemperatur des Paraffins an der Formationstemperatur liegt, desto früher und intensiver setzt der Paraffinprozess ein.

1. Niedrig paraffinisch - weniger als 1,5 %;
2. Paraffin - von 1,5 bis 6,0 %;
3. Hoch paraffinisch - mehr als 6,0 %.

Gasgehalt

GOR kann 300 - 500 m 3 / t erreichen, aber häufiger - innerhalb von 30 - 100 m 3 / t. Es gibt auch weniger - 8 - 10 m 3 / t, zum Beispiel haben Schweröle des Yaregsky-Feldes der Region Ukhta einen Gasfaktor von 1 - 2 m 3 / t.

Sättigungsdruck

Der Sättigungsdruck (oder Beginn der Verdampfung) ist der Druck, bei dem beginnt, Gas aus Öl freizusetzen. Unter natürlichen Bedingungen kann der Sättigungsdruck kleiner oder gleich dem Formationsdruck sein.

Im ersten Fall wird alles Gas in Öl gelöst und Öl wird mit Gas gesättigt. Im zweiten Fall ist das Öl mit Gas untersättigt.

Komprimierbarkeit

Die Kompressibilität von Öl beruht auf seiner Elastizität und wird durch den Kompressibilitätsfaktor - β N gemessen.

wobei V das anfängliche Ölvolumen in m3 ist;

∆V - Änderung des Ölvolumens, m 3;

∆р – Druckänderung, MPa.

Der Kompressibilitätskoeffizient charakterisiert die Größe der Volumenänderung des Lagerstättenöls bei einer Druckänderung von 0,1 MPa. Dieser Koeffizient wird in den frühen Stadien der Entwicklung berücksichtigt, wenn die elastischen Kräfte von Flüssigkeiten und Gasen noch nicht verschwendet sind und daher eine bedeutende Rolle bei der Energie des Reservoirs spielen.

wobei Δt 0 die Temperaturänderung um 1 0 С ist.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient zeigt an, um welchen Teil des Ausgangsvolumens sich das Ölvolumen bei einer Temperaturänderung um 1 0 C ändert. Dieser Koeffizient wird bei der Auslegung und Anwendung thermischer Methoden zur Beeinflussung des Reservoirs verwendet.

Ölvolumenfaktor

Dieser Koeffizient gibt an, wie viel Volumen unter Lagerstättenbedingungen 1 m 3 entgastes Öl aufgrund seiner Sättigung mit Gas einnimmt.

wobei b H der volumetrische Koeffizient des Lagerstättenöls ist, Bruchteile einer Einheit;

V pl - das Ölvolumen unter Reservoirbedingungen, m 3;

V deg - das Volumen desselben Öls unter Oberflächenbedingungen nach seiner Entgasung, m 0;

ρ sur – Öldichte unter Oberflächenbedingungen, t/m 3 ;

ρ pl ist die Öldichte unter Lagerstättenbedingungen, t/m 3 .

Der Volumenfaktor von Öl ist normalerweise größer als 1, liegt in der Regel im Bereich von 1,2–1,8, erreicht aber manchmal 2–3 Einheiten. Der Volumenfaktor wird zur Berechnung der Reserven und zur Bestimmung des Ölausbeutefaktors verwendet.

Ölschrumpfung und Umrechnungsfaktor Anhand des Volumenfaktors kann man die Ölschrumpfung bei der Förderung an die Oberfläche – I, sowie den Umrechnungsfaktor – Θ – bestimmen.

Letzteres wird in der Formel zur Berechnung der Reserven nach der Volumenmethode verwendet. Der Umrechnungsfaktor Θ ist der Kehrwert des Volumenfaktors – b H .

Wie Sie sehen können, ist diese Formel eine umgekehrte Formel für den volumetrischen Koeffizienten. Sie berücksichtigt die Abnahme des Ölvolumens (seine Schrumpfung) beim Übergang von Reservoirbedingungen zu Oberflächenbedingungen.

Stockpunkt des Öls

Der Stockpunkt ist die Temperatur, bei der Öl, das in einem Reagenzglas gekühlt wird, sein Niveau bei einer Neigung von 45º nicht ändert. Der Fließpunkt und der Schmelzpunkt von Ölen sind unterschiedlich. Üblicherweise liegt Öl in flüssigem Zustand in der Lagerstätte, manche verdicken sich aber schon bei etwas Abkühlung. Der Stockpunkt steigt gleichzeitig mit einer Zunahme des Gehalts an festen Paraffinen darin und einer Abnahme des Gehalts an Harzen. Harze haben den gegenteiligen Effekt - mit zunehmendem Gehalt sinkt der Pourpoint.

Optische Eigenschaften von Öl

Optische Aktivität drückt sich in der Fähigkeit von Öl aus, die Ebene eines polarisierten Lichtstrahls nach rechts (selten nach links) zu drehen. Optisch aktive Substanzen werden während der Lebenstätigkeit von Organismen gebildet, und die optische Aktivität von Öl weist auf seine genetische Verbindung mit biologischen Systemen hin. Die Hauptträger der optischen Aktivität im Öl sind fossile Moleküle tierischen und pflanzlichen Ursprungs – Chemofossilien. Öle aus älteren Lagerstätten sind optisch weniger aktiv als Öle aus jüngeren Gesteinen.

Öle leuchten, wenn sie mit ultravioletten Strahlen bestrahlt werden, das heißt, sie haben die Fähigkeit zu leuchten. Harze lumineszieren in überwiegend nicht lumineszierenden Verbindungen – Kohlenwasserstoffen. Lumineszierende Substanzen haben bestimmte Spektren von Lumineszenzfarben (braun, blau, gelb usw.) und die Intensität des Leuchtens hängt von der Konzentration ab. Leichte Öle haben blaue und blaue Lumineszenzfarben, schwere Öle haben gelbe und gelbbraune.

Die Kenntnis der chemischen Zusammensetzung natürlicher Ölsysteme dient als Ausgangspunkt für die Vorhersage ihres Phasenzustands und ihrer Phaseneigenschaften unter verschiedenen thermobaren Bedingungen, die den Prozessen der Produktion, des Transports und der Verarbeitung von Ölgemischen entsprechen. Die Art des Gemisches – Öl, Gaskondensat oder Gas – hängt auch von seiner chemischen Zusammensetzung und der Kombination thermobarer Bedingungen in der Lagerstätte ab. Die chemische Zusammensetzung bestimmt den möglichen Zustand der Komponenten von Ölsystemen unter gegebenen Bedingungen – molekular oder dispergiert.

;Ölsysteme zeichnen sich durch eine Vielzahl von Komponenten aus, die je nach äußeren Bedingungen in molekularer oder dispergierter Form vorliegen können. Unter ihnen gibt es die am stärksten und am wenigsten anfälligen für verschiedene Arten von intermolekularen Wechselwirkungen (IIM), die letztendlich die assoziativen Phänomene und die anfängliche Dispersität von Ölsystemen unter normalen Bedingungen bestimmen.

Die chemische Zusammensetzung für Öl wird in elementar und stofflich unterschieden.

Die Hauptelemente der Zusammensetzung von Öl sind Kohlenstoff(83,5-87 %) und Wasserstoff(11,5-14 %). Außerdem enthält das Öl:

• Schwefel in einer Menge von 0,1 bis 1-2% (manchmal kann sein Gehalt bis zu 5-7% erreichen, in vielen Ölen gibt es praktisch keinen Schwefel);
• Stickstoff- in einer Menge von 0,001 bis 1 (manchmal bis zu 1,7%);
• Sauerstoff(gefunden nicht in reiner Form, aber in verschiedenen Verbindungen) in einer Menge von 0,01 bis 1 % oder mehr, aber nicht mehr als 3,6 %.

Von den anderen im Öl vorhandenen Elementen - Eisen, Magnesium, Aluminium, Kupfer, Zinn, Natrium, Kobalt, Chrom, Germanium, Vanadium, Nickel, Quecksilber, Gold und andere. Ihr Gehalt beträgt jedoch weniger als 1 %.

Öl besteht stofflich hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen und heteroorganischen Verbindungen.

Kohlenwasserstoffe

Kohlenwasserstoffe(HC) sind organische Verbindungen aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Öl enthält hauptsächlich die folgenden Klassen von Kohlenwasserstoffen:

Alkane

Alkane oder paraffinische Kohlenwasserstoffe- gesättigter (begrenzender) SW mit der allgemeinen Formel C n H 2n+2. Ihr Gehalt im Öl beträgt 2 - 30-70%. Es gibt Alkane mit normaler Struktur ( n-Alkane - Pentan und seine Homologen), Isostrukturen ( Isoalkane - Isopentan etc.) und isoprenoide Struktur ( Isoprene - Kai, Phytan usw.).

Öl enthält gasförmige Alkane aus Ab 1 Vor Ab 4(als gelöstes Gas), flüssige Alkane Von 5 bis 16, machen den Großteil der flüssigen Fraktionen von Öl und festen Alkanen der Zusammensetzung aus Von 17 - Von 53 und mehr, die in Schwerölfraktionen enthalten sind und als Hartparaffine bekannt sind. Feste Alkane sind in allen Ölen vorhanden, jedoch normalerweise in geringen Mengen - von Zehntel bis 5 % (Gew.), in seltenen Fällen - bis zu 7-12 % (Gew.).

Es gibt verschiedene Isomere von Alkanen in Öl: mono-, di-, tri-, tetrasubstituiert. Von diesen überwiegen monosubstituierte mit einer Verzweigung. Methyl-substituierte Alkane sind in absteigender Reihenfolge angeordnet: 2-Methyl-substituierte Alkane > 3-Methyl-substituierte Alkane > 4-Methyl-substituierte Alkane.

Die Entdeckung verzweigter Alkane vom Isoprenoid-Typ mit Methylgruppen in den Positionen 2, 6, 10, 14, 18 usw. in Ölen stammt aus den 60er Jahren.In der Hauptzusammensetzung wurden mehr als zwanzig solcher Kohlenwasserstoffe gefunden Von 9 - Von 20. Die häufigsten isoprenoiden Alkane in allen Ölen sind Phytane C 20 H 42 und Steg C 19 H 40, dessen Gehalt bis zu 1,0 -1,5 % erreichen kann und je nach Genese und Gesichtsverhältnissen von der Bildung von Ölen abhängt.

So sind Alkane in verschiedenen Anteilen in allen natürlichen Gemischen und Erdölprodukten enthalten, und ihr physikalischer Zustand in einem Gemisch - in Form einer molekularen Lösung oder eines dispergierten Systems - wird durch die Zusammensetzung, die individuellen physikalischen Eigenschaften der Komponenten und die Thermobarität bestimmt Bedingungen.

Cycloalkane

Cycloalkane oder naphthenische Kohlenwasserstoffe sind gesättigte alicyclische Kohlenwasserstoffe. Dazu gehören monocyclische mit der allgemeinen Formel C n H 2n, bizyklisch - C n H 2n-2, trizyklisch - C n H 2n-4, tetracyclisch - C n H 2n-6.

Entsprechend dem Gesamtgehalt an Cycloalkanen in vielen Ölen überwiegen andere Klassen von Kohlenwasserstoffen: Ihr Gehalt reicht von 25 bis 75 % (Gew.). Sie sind in allen Erdölfraktionen vorhanden. Normalerweise nimmt ihr Gehalt zu, wenn die Fraktionen schwerer werden. Der Gesamtgehalt an naphthenischen Kohlenwasserstoffen im Öl steigt mit steigendem Molekulargewicht. Die einzigen Ausnahmen sind Ölfraktionen, bei denen der Gehalt an Cycloalkanen aufgrund einer Zunahme der Menge an aromatischen Kohlenwasserstoffen abnimmt.

Von den monocyclischen Kohlenwasserstoffen im Öl gibt es hauptsächlich fünf- und sechsgliedrige Reihen naphthenische Kohlenwasserstoffe. Die Verteilung von monocyclischen Naphthenen in Ölfraktionen, ihre Eigenschaften werden im Vergleich zu polycyclischen Naphthenen, die in mittel- und hochsiedenden Fraktionen vorhanden sind, viel vollständiger untersucht. Die niedrigsiedenden Benzinfraktionen enthalten hauptsächlich Öle Alkylderivate von Cyclopentan und Cyclohexan[von 10 bis 86 % (Gew.)] und in hochsiedenden Fraktionen - Polycycloalkane und Monocycloalkane mit Alkylsubstituenten mit Isoprenoidstruktur (die sogenannten Hybridkohlenwasserstoffe).

Von den polycyclischen Naphthenen in Ölen wurden nur 25 einzelne bicyclische, fünf tricyclische und vier tetra- und pentacyclische Naphthene identifiziert. Wenn in einem Molekül mehrere Naphthenringe vorhanden sind, werden diese in der Regel zu einem einzigen polycyclischen Block kondensiert.

Fahrräder C7-C9 am häufigsten in Ölen eines ausgeprägten naphthenischen Typs vorhanden, in denen ihr Gehalt ziemlich hoch ist. Unter diesen gefundenen Kohlenwasserstoffen (in absteigender Reihenfolge des Gehalts): Bicyclooctan (Pentalan), Bicyclooctan, Bicyclooctan, Bicyclononan (Hydrindan), Bicycloheptan (Norbornan) und ihre nächsten Homologen. Von Tricyclanen in Ölen dominieren Alkylperhydrophenanthrene.

TetracyclaneÖle werden hauptsächlich durch Derivate dargestellt Cyclopentano-perhydrophenanthren - Sterane.

Zu PentacyclaneÖle umfassen Kohlenwasserstoffe der Reihe Hopana, Lupana, Fridelana.

Zuverlässige Identifikationsinformationen Polycycloalkane mit einer großen Anzahl von Zyklen ist nicht vorhanden, obwohl aufgrund der Strukturgruppen- und Massenspektralanalyse auf das Vorhandensein von Naphthenen mit mehr als fünf Zyklen geschlossen werden kann. Nach einigen Daten enthalten hochsiedende Naphthene bis zu 7-8 Zyklen in Molekülen.

Unterschiede im chemischen Verhalten von Cycloalkanen sind oft auf das Vorhandensein überschüssiger Spannungsenergie zurückzuführen. Je nach Ringgröße werden Cycloalkane in kleine unterteilt C3, C4- obwohl Cyclopropan und Cyclobutan nicht in Ölen enthalten), normal ( C5-C7), Durchschnitt ( C8-C11) und Makrocyclen (aus C12 und mehr). Diese Klassifizierung basiert auf dem Verhältnis zwischen der Größe des Zyklus und den darin auftretenden Spannungen, die sich auf die Stabilität auswirken. Zum Cycloalkane und vor allem ihre verschiedenen Derivate sind durch Umlagerungen mit Änderung der Ringgröße gekennzeichnet. Wenn also Cycloheptan mit Aluminiumchlorid erhitzt wird, entsteht Methylcyclohexan und Cyclohexan wird bei 30-80 ° C zu Methylcyclopentan. Fünf- und sechsgliedrige Kohlenstoffringe bilden sich viel leichter als kleinere und größere Ringe. Daher werden in Ölen viel mehr Derivate von Cyclohexan und Cyclopentan gefunden als Derivate anderer Cycloalkane.

Basierend auf der Untersuchung der Viskositäts-Temperatur-Eigenschaften von Alkyl-substituierten Monocyclohexanen in einem weiten Temperaturbereich wurde gefunden, dass der Substituent, wenn er sich ausdehnt, den durchschnittlichen Assoziationsgrad von Molekülen reduziert. Cycloalkane, im Gegensatz zu n-Alkane mit der gleichen Anzahl von Kohlenstoffatomen befinden sich bei einer höheren Temperatur in einem assoziierten Zustand.

Arenen

Arenen oder aromatische Kohlenwasserstoffe- Verbindungen, in deren Molekülen sich zyklische Kohlenwasserstoffe mit π-konjugierten Systemen befinden. Ihr Gehalt in Öl variiert von 10-15 bis 50 % (Gew.). Dazu gehören Vertreter von monozyklischen: Benzol und seine Homologen ( Toluol, o-, m-, p-Xylol usw.), bizyklisch: Naphthalin und seine Homologen, tricyclisch: Phenanthren, Anthracen und ihre Homologen, tetracyclisch: Pyren und seine Homologe und andere.

Basierend auf der Verallgemeinerung der Daten von 400 Ölen wurde gezeigt, dass die höchsten Arenkonzentrationen (37 %) für Öle auf naphthenischer Basis (Typ) und die niedrigsten (20 %) für Öle vom Paraffintyp typisch sind. Unter den Petroleumarenen überwiegen Verbindungen, die nicht mehr als drei Benzolringe pro Molekül enthalten. Arenkonzentrationen in Destillaten, die bis 500 °C sieden, nehmen in der Regel in den folgenden Verbindungsreihen um ein bis zwei Größenordnungen ab: Benzole >> Naphthaline >> Phenanthrene >> Chrysene >> Pyrene >> Anthracene.

Das allgemeine Muster ist eine Erhöhung des Arengehalts mit einer Erhöhung des Siedepunkts. Gleichzeitig sind Bereiche höherer Ölfraktionen nicht durch eine große Anzahl aromatischer Ringe gekennzeichnet, sondern durch das Vorhandensein von Alkylketten und gesättigten Zyklen in Molekülen. Alle theoretisch möglichen Arenhomologe wurden in Benzinfraktionen gefunden C6-C9. Kohlenwasserstoffe mit wenigen Benzolringen dominieren unter den Arenen selbst in den schwersten Ölfraktionen. So sind nach experimentellen Daten Mono-, Bi-, Tri-, Tetra- und Pentaarene jeweils 45-58, 24-29, 15-31, 1,5 und bis zu 0,1% der Masse aromatischer Kohlenwasserstoffe in Destillaten 370- 535 °C verschiedener Öle.

Ölmonoarene werden durch Alkylbenzole dargestellt. Die wichtigsten Vertreter hochsiedender Erdölalkylbenzole sind Kohlenwasserstoffe mit bis zu drei Methylsubstituenten und einem langen Substituenten mit linearer α-Methylalkyl- oder Isoprenoidstruktur im Benzolring. Große Alkylsubstituenten in Alkylbenzolmolekülen können mehr als 30 Kohlenstoffatome enthalten.

Den Hauptplatz unter den bicyclischen Petroleumarenen (Diarenen) nehmen Naphthalinderivate ein, die bis zu 95 % der gesamten Diarene ausmachen können und bis zu 8 gesättigte Ringe pro Molekül enthalten, und den zweiten Platz nehmen Derivate von Diphenyl und Diphenylalkanen ein. Alle einzelnen Alkylnaphthaline wurden in Ölen identifiziert S11, S12 und viele Isomere C13-C15. Der Gehalt an Diphenylen in Ölen ist um eine Größenordnung niedriger als der Gehalt an Naphthalinen.

Von den Naphthenodiarenen wurden Acenaphthen, Fluoren und eine Reihe seiner Homologen mit Methylsubstituenten in den Positionen 1-4 in Ölen gefunden.

Triarene werden in Ölen durch Derivate von Phenanthren und Anthracen (mit einer starken Dominanz des ersteren) dargestellt, die bis zu 4-5 gesättigte Zyklen in Molekülen enthalten können.

Petroleumtetraarene schließen Kohlenwasserstoffe der Chrysen-, Pyren-, 2,3- und 3,4-Benzophenanthren- und Triphenylen-Reihe ein.

Die erhöhte Neigung von Arenen, insbesondere von polycyclischen, zu molekularen Wechselwirkungen ist auf die niedrige Anregungsenergie bei der homolytischen Dissoziation zurückzuführen. Verbindungen wie Anthracen, Pyren, Chrysen usw. sind durch einen geringen Grad an Austauschkorrelation von π-Orbitalen und eine erhöhte potentielle Energie des MMW aufgrund des Auftretens einer Austauschkorrelation von Elektronen zwischen Molekülen gekennzeichnet. Arene bilden ziemlich stabile molekulare Komplexe mit einigen polaren Verbindungen.

Die Wechselwirkung von π-Elektronen im Benzolkern führt zur Konjugation von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen. Der Konjugationseffekt führt zu folgenden Eigenschaften von Arenen:

• planare Struktur des Zyklus mit einer C-C-Bindungslänge (0,139 nm), die zwischen einer einfachen und einer doppelten C-C-Bindung liegt;
• Äquivalenz aller C-C-Bindungen in unsubstituierten Benzolen;
• die Neigung zu den Reaktionen der elektrophilen Substitution des Protons durch verschiedene Gruppen im Vergleich zur Teilnahme an den Additionsreaktionen an den Mehrfachbindungen.

Ceresine

Hybride Kohlenwasserstoffe (Ceresine)- Kohlenwasserstoffe mit gemischter Struktur: paraffin-naphthenisch, paraffin-aromatisch, naphtheno-aromatisch. Grundsätzlich handelt es sich um feste Alkane mit einer Beimischung von langkettigen Kohlenwasserstoffen, die einen Cyclan- oder aromatischen Kern enthalten. Sie sind der Hauptbestandteil von Paraffinablagerungen in den Prozessen der Gewinnung und Aufbereitung von Ölen.

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Öl ist eine Ressource, die der modernen Energie zugrunde liegt. Viele Länder unternehmen große Anstrengungen, um einen neuen Kraftstofftyp zu finden, aber heute und in naher Zukunft sind es Ölprodukte, die diese Nische besetzen. Trotz der Tatsache, dass keine einzige Pressemitteilung vollständig ist, ohne den aktuellen Ölpreis oder andere damit zusammenhängende Dinge zu erwähnen, wissen viele Menschen nicht, was Öl wirklich ist. In diesem Material werden wir über die chemische Formel von Öl sprechen und aus welchen Elementen es besteht.

Geschichte

Es ist erwähnenswert, dass die Menschen bereits in den Tagen Babylons mit Öl bekannt wurden. Dann wurde diese Ressource wegen ihrer adstringierenden Eigenschaften im Bauwesen verwendet. In Russland sammelten die Menschen am Fluss Uchta Öl von der Oberfläche und verwendeten es als Salbe. Erst Jahrhunderte später, als ernsthafte Studien durchgeführt wurden, erfuhr die Menschheit die chemische Zusammensetzung des Öls und seinen wahren Zweck. Doch auch heute lässt sich die Frage, woraus Öl besteht, nicht mit einem Wort beantworten.

Chemische Formel von Öl

Öl-Formel

Öl ist ein komplexes kolloidales chemisches System, das aus vielen Komponenten besteht. Die flüssige Phase von Öl sind flüssige Kohlenwasserstoffe (etwa fünfhundert verschiedene Substanzen). "Schwarzes Gold" enthält auch halbfeste Elemente - "schwere" Kohlenwasserstoffe (z. B. Harze), die in einer Flüssigkeit suspendiert sind.

Neben dem Kohlenwasserstoffgemisch enthält Öl Schwefel, Stickstoff, Mineralsalze, Wasser, Lösungen von Kohlenwasserstoffgasen.

Es ist erwähnenswert, dass sich Rohstoffe, die aus verschiedenen Quellen gewonnen werden, in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden. Jedes Öl ist ein einzigartiges System, daher wird die Klassifizierung von Öl je nach Zusammensetzung akzeptiert. Je höher der Gehalt an leichten Kohlenwasserstoffen und je geringer der Gehalt an mechanischen Verunreinigungen, Schwefel und anderen Nebenprodukten, desto höher ist der Wert einer bestimmten Art von „schwarzem Gold“.

Öl ist chemisch gesehen ein komplexes Gemisch aus Kohlenwasserstoffen und Kohlenstoffverbindungen, es besteht aus folgenden Hauptelementen: Kohlenstoff (84-87 %), Wasserstoff (12-14 %), Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel (1-2 %). Der Schwefelgehalt steigt manchmal auf 3-5% an.

In Öl werden ein Kohlenwasserstoff, ein Asphalt-Harz-Teil, Porphyrine, Schwefel und ein Ascheteil isoliert.

Der Hauptteil des Öls besteht aus drei Gruppen von Kohlenwasserstoffen: Methan, Naphthen und Aromaten.

Der asphaltharzige Teil des Öls ist eine dunkel gefärbte Substanz. Es ist teilweise in Benzin löslich. Der gelöste Anteil wird als Asphaltene bezeichnet, der ungelöste Anteil als Harz. Die Zusammensetzung der Harze enthält Sauerstoff bis zu 93 % ihrer Gesamtmenge in Öl.

Porphyrine sind spezielle stickstoffhaltige Verbindungen organischen Ursprungs. Es wird angenommen, dass sie aus pflanzlichem Chlorophyll und tierischem Hämoglobin gebildet werden. Bei Temperatur werden Porphyrine zerstört.

Schwefel ist in Öl und Kohlenwasserstoffgas weit verbreitet und entweder in freier Form oder in Form von Verbindungen (Schwefelwasserstoff, Mercaptane) enthalten. Seine Menge reicht von 0,1 % bis 5 %.

Der Ascheanteil ist der Rückstand, der bei der Verbrennung von Öl entsteht. Dies sind verschiedene Mineralverbindungen, meistens Eisen-, Nickel-, Vanadium-, manchmal Natriumsalze.

Öl variiert stark in der Farbe (von hellbraun, fast farblos, bis dunkelbraun, fast schwarz) und in der Dichte (von leicht 0,65-0,70 bis schwer 0,98-1,05).

Der Beginn des Siedens von Öl liegt normalerweise über 280 ° C. der Stockpunkt liegt zwischen +300 und -600 °C und hängt hauptsächlich vom Paraffingehalt ab (je mehr Paraffin, desto höher der Stockpunkt). Die Viskosität variiert über einen weiten Bereich und hängt von der chemischen und fraktionellen Zusammensetzung des Öl- und Teergehalts (der Gehalt an asphaltharzartigen Substanzen darin) ab. Öl ist in organischen Lösungsmitteln löslich, unter normalen Bedingungen praktisch unlöslich in Wasser, kann aber damit stabile Emulsionen bilden.

Öl kann nach verschiedenen Kriterien klassifiziert werden.

2. Nach dem potentiellen Gehalt an Fraktionen, die bis 350°C sieden

3. Durch potenziellen Ölgehalt

4. Durch die Qualität der Öle

Die Kombination der Bezeichnungen der Klasse, Art, Gruppe, Untergruppe und Art ergibt den Code für die technologische Einordnung von Öl.

Öl hat je nach Feld eine unterschiedliche qualitative und quantitative Zusammensetzung. Beispielsweise ist Baku-Öl reich an Cycloparaffinen und relativ arm an gesättigten Kohlenwasserstoffen. In Grosny- und Ferghana-Öl sind deutlich mehr gesättigte Kohlenwasserstoffe enthalten. Permöl enthält aromatische Kohlenwasserstoffe.

Wie jedes Schulkind weiß, wäre die normale Entwicklung unserer Zivilisation ohne Öl und Ölprodukte absolut unmöglich, da Autos und Flugzeuge mit verschiedenen Arten von Kraftstoffen fliegen, die aus Öl gewonnen werden. Eine Vielzahl unterschiedlicher Fahrzeuge und Geräte aller Art (z. B. mobile Kraftwerke) arbeiten heute an Mineralölprodukten. Allerdings kennt nicht jeder die chemische Zusammensetzung von Öl und einige seiner physikalischen Eigenschaften. Und um diese Lücke zu schließen, haben wir diesen Artikel für Sie vorbereitet. Beginnen wir mit allgemeinen Informationen über Öl.

allgemeine Informationen

Öl ist eine in der Natur produzierte brennbare ölige Flüssigkeit, die aus einem ziemlich komplexen Gemisch verschiedener organischer Verbindungen, insbesondere Kohlenwasserstoffen, besteht. Je nach Förderort kann sich die chemische Zusammensetzung des Öls ändern, was eine Veränderung der Farbe dieser brennbaren Flüssigkeit zur Folge hat. Öl kann fast schwarz, rotbraun und grünlich-gelb und sogar völlig farblos sein. Außerdem hat Öl einen bestimmten Geruch. In der Natur kommt Öl in Tiefen vor, die von mehreren zehn Metern bis zu mehreren Kilometern reichen. So wird in einigen Bohrlöchern Öl aus einer Tiefe von bis zu 2-3 km gepumpt. Die überwiegende Mehrheit der Ölvorkommen in der Erde befindet sich in einer Tiefe von 1 bis 3 km. Außerdem kann Öl in geringen Tiefen vorkommen und sogar auf natürliche Weise an die Oberfläche kommen. Zwar verwandelt sich Öl in diesen Fällen unter dem Einfluss der atmosphärischen Luft in Bitumen und bituminösen Sand sowie in halbfesten Asphalt und ziemlich dickes Malta. Darüber hinaus werden wir hauptsächlich über die chemische und physikalische Zusammensetzung und Eigenschaften von Öl sprechen. Wir stellen nur fest, dass Öl eine ähnliche chemische Struktur wie Asphalt und natürliche brennbare Gase hat: Alle diese Substanzen werden in der Chemie Petrolite genannt. Petrolite sind brennbare Stoffe biologischen Ursprungs, zu denen unter anderem viele Arten nicht nur flüssiger, sondern auch fester Brennstoffe gehören.

Die chemische Zusammensetzung von Öl

Was glauben Sie, aus wie vielen einfacheren Substanzen Öl besteht? Von Zehn? Von hundert? Tatsächlich ist Öl eine Mischung aus ungefähr tausend (!) verschiedenen Substanzen, von denen ungefähr 80 % flüssige Kohlenwasserstoffe sind (mehr als fünfhundert Substanzen). Der Anteil schwefelhaltiger Substanzen im Öl (und es gibt etwa zweihundertfünfzig) macht etwa 3 % aus. Etwas weniger sauerstoffhaltige (80-85) und stickstoffhaltige (30) Substanzen. Öl kann auch bis zu 10 % Wasser und bis zu 4 % gelöste Kohlenwasserstoffgase enthalten. Die Ölzusammensetzung enthält auch eine bestimmte Menge metallhaltiger Substanzen, die Nickel und Vanadium enthalten. Nun, Öl in verschiedenen Anteilen kann unter anderem Mineralsalze und Lösungen von Salzen verschiedener organischer Säuren und natürlich alle Arten von mechanischen Verunreinigungen enthalten.

Kohlenwasserstoffzusammensetzung von Öl

Wie Sie gerade erfahren haben, besteht der größte Prozentsatz aller Öle aus Kohlenwasserstoffverbindungen. Je nach Einzahlung kann ihr Anteil mehr als 80 % - bis zu 90 % betragen. Was sind das für Verbindungen? Zuallererst die sogenannten naphthenischen und paraffinischen. Naphthenisch bezogen auf das Volumen des gesamten Kohlenwasserstoffs beträgt 25 bis 70 %, und Paraffin kann 30 bis 50 % enthalten. Auch in der Zusammensetzung des Öls sind aromatische Kohlenwasserstoffverbindungen und Hybride: naphtheno-aromatisch, paraffin-naphthenisch und andere. Übrigens dienen die aufgeführten Namen der Verbindungen auch als Namen für verschiedene Ölsorten. Es gibt Paraffin-, Naphthen-, Methan- und Aromaöle (unter Ölarbeitern kann das Wort „Öl“ in der Bedeutung von „Ölarten“ pluralisiert werden). Öl erhält einen Namen nach der Klasse der Kohlenwasserstoffe, von denen mehr als 50 % darin enthalten sind. Dominieren zwei Klassen (z. B. je 30 % paraffinische und naphthenische Kohlenwasserstoffe), erhält diese Ölsorte eine Doppelbezeichnung für beide Klassen. In unserem Beispiel ist dies der paraffin-naphthenische Typ. Der erste im Namen ist die Klasse der Kohlenwasserstoffe, die in der einen oder anderen Ölsorte in etwas größerer Menge vertreten ist. So gibt es beispielsweise Methan-aromatische und Aromatisch-Methan-Typen, Naphtheno-aromatische und Aromatisch-naphthenische, Naphtheno-methan und Methan-naphthenische usw.

Zusammensetzung des Öls nach Elementen

Da Öl je nach Herkunft eine recht heterogene Zusammensetzung haben kann, kann das prozentuale Verhältnis bestimmter chemischer Elemente darin sehr bedingt sein. Dennoch stellen wir fest, dass in verschiedenen Ölsorten die Hauptbestandteile Kohlenstoff, Wasserstoff und Schwefel sind, seltener Sauerstoff und Stickstoff. Insgesamt können in einer einzigen Ölsorte bis zu 80 verschiedene chemische Elemente enthalten sein. Einige von ihnen sind in so mikroskopischen Mengen vorhanden, dass ihr Prozentsatz mit negativen Potenzen gemessen wird. So liegt beispielsweise der Nickelgehalt in bestimmten Ölsorten zwischen 10,4 und 10,3 % oder, in Dezimalzahlen ausgedrückt, zwischen 0,0001 und 0,001 %. Das heißt, ein Kilogramm eines Ölprodukts kann ein Tausendstel oder ein Hundertstel Gramm Nickel enthalten. Der Kohlenstoffanteil kann zwischen 82 und 87 % liegen. Wasserstoff ist in Öl in Mengen von 11 bis 14% und Schwefel von 0,01 bis 8% enthalten. Außerdem kann Öl bis zu 1,8 % Stickstoff und bis zu 0,35 % Sauerstoff enthalten. Von den schwefelhaltigen Substanzen bemerken wir das Vorhandensein von Thiophanen, Thiophenen, Mercaptanen und Mono- und Disulfiden. Stickstoffhaltige Substanzen werden durch Pyrrole, Carbazole, Indole, Chinoline, Porphyrine und Pyridine repräsentiert, und sauerstoffhaltige Substanzen werden durch Phenole, Naphthensäuren und harzige Asphaltensubstanzen repräsentiert.

Die physikalische Zusammensetzung von Öl

Genauer gesagt konzentrieren wir uns hier auf seine physikalischen Eigenschaften. Je nach chemischer Zusammensetzung weist Öl eine Vielzahl von Farbnuancen auf. In der Regel reicht die Farbe von Öl von dunkelbraun, fast schwarz, bis hellbraun, fast transparent. Es gibt jedoch Ölsorten, die sogar smaragdfarben sind, sowie rotbraun. Das Molekulargewicht von Öl kann im Bereich von 200 bis 450 g/mol der Substanz liegen. Die Dichte von Öl liegt normalerweise zwischen 0,7 und 1 g pro Kubikzentimeter.Durch die Dichte wird Öl in leicht (0,83 und darunter), mittel (0,83-0,86) und schwer (ab 0,86) unterteilt. Außerdem ist zu beachten, dass die Dichte von Öl in erster Linie vom Druck und der Temperatur des Stoffes abhängt. Auch der Siedepunkt kann variieren. Leichtöl kann sogar bei 30 Grad Celsius kochen und Schweröl - ab 100 Grad. Die Kristallisationstemperatur von Öl hängt vollständig von seinem Paraffingehalt ab. Öl mit niedrigem Paraffingehalt kristallisiert erst bei sehr niedrigen Temperaturen (bis -60 Grad Celsius), und Öl mit hohem Paraffingehalt benötigt manchmal +30 Grad. Es ist auch unmöglich, nicht zu sagen, dass Öl eine Substanz ist, die in der Regel leicht entzündlich ist, aber je nach Typ bei negativen Temperaturen von -30 bis 35 Grad und bei sehr hohen Temperaturen von +120 Grad aufflammen kann . Öl löst sich nicht in Wasser, sondern bildet mit ihm stabile Emulsionen. Für die Dehydrierung von Öl, die von verschiedenen Industrien benötigt wird, gibt es heute mehrere effektive Methoden zur Trennung von Öl und Wasser.

Anteilige Zusammensetzung von Öl

Dies ist einer der wichtigsten Indikatoren für die Ölqualität. Bei der Destillation von Öl werden durch allmähliche Temperaturerhöhung verschiedene Bestandteile davon getrennt – die sogenannten Fraktionen. So verdampft die Erdölfraktion bei Temperaturen bis zu 100 Grad Celsius, Benzin - bis zu 180 Grad, Naphtha - bei Temperaturen von 140 bis 180 Grad, Kerosin - von 140 bis 220 Grad und schließlich bei Temperaturen von 180 bis 350 Grad Dieselanteil verdampft ebenfalls. . Benzinfraktionen werden leicht genannt, weil sie vor allen anderen verdampfen, Kerosin - mittel und Diesel - schwer. Der Rückstand, der auch bei einer Temperatur von 350 Grad nicht verdampft, wird Heizöl genannt. Heizöl, das unter Vakuum auf eine Temperatur von über 500 Grad dispergiert wird, wird als Teer bezeichnet. Heizöl ist der Hauptbestandteil für die Herstellung verschiedener Öle.