Koostumuksesta riippuen öljyn fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet muuttuvat laajasti. Öljyn konsistenssi muuttuu kevyestä, kaasuilla kyllästetystä paksusta, raskaasta, hartsimaisesta. Näin ollen öljyn väri muuttuu vaaleasta tummanpunaiseksi ja mustaksi. Nämä ominaisuudet riippuvat alhaisen molekyylipainon kevyiden hiilivetyyhdisteiden tai raskaiden kompleksisten korkean molekyylipainon yhdisteiden vallitsevasta määrästä öljykoostumuksessa.

Kemiallisesti öljyn ja kaasun koostumus on hyvin yksinkertainen. Pääalkuaineet, jotka muodostavat öljyä ja kaasua, ovat hiili - C ja vety - H. Öljyjen hiilipitoisuus on 83 - 89 %, vetypitoisuus 12 - 14 %. Pieninä määrinä öljyt sisältävät rikkiä - S, typpeä - N ja happea - O. Hiiltä ja vetyä on öljyssä monien yhdisteiden muodossa, joita kutsutaan hiilivedyiksi.

Öljy on syttyvä öljymäinen liikkuva neste vaaleankeltaisesta tummanpunaiseen, ruskeaan ja mustaan ​​väriltään, joka koostuu erilaisten hiilivetyyhdisteiden seoksesta. Luonnossa öljy on laadultaan, ominaispainoltaan ja koostumukseltaan hyvin vaihtelevaa: erittäin nestemäisestä ja haihtuvasta paksuun hartsimaiseen.

On tunnettua, että kemialliset alkuaineet yhdistyvät toistensa kanssa tietyissä suhteissa valenssinsa mukaan. Esimerkiksi vesimolekyyli - H 2 O koostuu kahdesta vetyatomista, joiden valenssi on -1, ja yhdestä kaksiarvoisesta happiatomista.

Yksinkertaisin hiilivetyyhdiste kemiallisen koostumuksen suhteen on metaani - CH 4. Se on palava kaasu, joka on kaikkien luonnollisten palavien kaasujen pääkomponentti.

Seuraava yhdiste metaanin jälkeen on etaani - C 2 H 6,

Sitten propaani - C 3 H 8,

butaani - C 4 H 10, pentaani - C 5 H 12, heksaani - C 6 H 14 jne.

Kuten edellä todettiin, pentaanista alkaen kaasumaiset hiilivedyt siirtyvät nestemäisiksi, ts. öljyyn. Pentaanin kaava jatkaa samaa jatkuvaa metaaniryhmään kuuluvien hiilivetyyhdisteiden sarjaa.

Tässä ryhmässä ovat mukana kaikki hiilisidokset, ts. käytetään sitoutumiseen vetyatomien kanssa. Tällaisia ​​yhdisteitä kutsutaan rajoittaviksi tai tyydyttyneiksi. Ne ovat ei-reaktiivisia, ts. eivät pysty kiinnittämään muiden yhdisteiden molekyylejä molekyyliinsä.

Hiili yhdistettynä vedyn kanssa pystyy muodostamaan lukemattomia hiilivetyyhdisteitä, jotka eroavat kemialliselta rakenteeltaan ja siten myös ominaisuuksiltaan.

Hiilivetyyhdisteitä on kolme pääryhmää:

Ensimmäinen ryhmä – metaani(tai alkaanit). Niiden yleinen kaava on С n H 2n+2 . Tästä yhdisteryhmästä keskusteltiin edellä.

Ne ovat täysin kylläisiä, koska kaikki valenssisidokset on käytetty. Siksi ne ovat kemiallisesti inerteimpiä, eivätkä kykene kemiallisiin reaktioihin muiden yhdisteiden kanssa. Alkaanien hiilirungot ovat joko lineaarisia (normaalit alkaanit) tai haaraketjuisia (isoalkaaneja).

Toinen ryhmä – nafteeninen(tai syklaanit). Niiden yleinen kaava on СnH2n. Niiden pääpiirteet ovat viisi- tai kuusijäsenisen hiiliatomirenkaan läsnäolo, ts. ne muodostavat, toisin kuin metaani, suljetun syklisen ketjun (siis syklaanit):

Nämä ovat myös tyydyttyneitä (rajayhdisteitä). Siksi ne eivät käytännössä reagoi reaktioihin.

Kolmas ryhmä – aromaattinen(tai areenoilla). Niiden yleinen kaava on C n H 2n-6. Ne muodostuvat kuusijäsenisistä renkaista, jotka perustuvat ns. bentseenin aromaattiseen renkaaseen - C 6 H 6 . Niiden erottuva piirre on kaksoissidosten läsnäolo atomien välillä.

Aromaattisista hiilivedyistä erottuvat monosykliset, bisykliset (eli kaksoisrenkaat) ja polysykliset, jotka muodostavat hunajakennotyyppisiä monirengasyhdisteitä.

Hiilivedyt, mukaan lukien öljy ja kaasu, eivät ole aineita, joilla on määrätty ja pysyvä kemiallinen koostumus. Ne edustavat metaani-, nafteenisten ja aromaattisten sarjojen kaasumaisten, nestemäisten ja kiinteiden hiilivetyyhdisteiden monimutkaista luonnollista seosta. Mutta tämä ei ole yksinkertainen seos, vaan monimutkaisen hiilivetyliuoksen järjestelmä, jossa liuotin on kevyitä hiilivetyjä ja liuenneet aineet ovat muita suurimolekyylisiä yhdisteitä, mukaan lukien hartsit ja asfalteenit, ts. jopa ei-hiilivetyyhdisteet, jotka muodostavat öljyjä.

Liuos eroaa yksinkertaisesta seoksesta siinä, että sen komponentit voivat olla kemiallisesti ja fysikaalisesti vuorovaikutuksessa, samalla kun ne saavat uusia ominaisuuksia, jotka eivät kuuluneet alkuperäisille yhdisteille.

Tiheys

Useissa öljyn fysikaalisissa ominaisuuksissa tiheys tai ominaispaino on tärkein. Tämä indikaattori riippuu sen muodostavien komponenttien molekyylipainosta, ts. kevyiden tai raskaiden hiilivetyyhdisteiden vallitsemisesta öljyn koostumuksessa, hartsimaisten epäpuhtauksien, asfalteenien ja liuenneen kaasun läsnäolosta.

Öljyn tiheys vaihtelee laajalla alueella 0,71 - 1,04 g/cm 3 . Varastoolosuhteissa öljyyn liuenneen kaasun suuren määrän vuoksi sen tiheys on 1,2–1,8 kertaa pienempi kuin pintaolosuhteissa kaasunpoiston jälkeen. Tiheydestä riippuen erotetaan seuraavat öljyluokat:

• Erittäin kevyt (jopa 0,8 g / cm 3);
• Kevyt (0,80–0,84 g / cm3)
• Keskikokoinen (0,84–0,88 g / cm3)
• Raskas (0,88–0,92 g / cm3)
• Erittäin raskas (yli 0,92 g / cm3)

Viskositeetti

Öljyn viskositeetti- tämä on ominaisuus vastustaa öljyhiukkasten liikettä suhteessa toisiinsa sen liikkeen aikana. Viskositeetti määrittää öljyn liikkuvuusasteen. Viskositeetti mitataan laitteella - viskosimetrillä. SI-järjestelmässä se mitataan millipascaleina sekunnissa (mPa s), CGS-järjestelmässä - Poise, g / (cm s).

Viskositeettia on kahta tyyppiä: dynaaminen ja kinemaattinen. Dynaaminen viskositeetti luonnehtii vastustusvoimaa nestekerroksen liikkeelle, jonka pinta-ala on 1 cm2 / 1 cm nopeudella 1 cm / s. Kinemaattinen viskositeetti on nesteen ominaisuus vastustaa nesteen yhden osan liikettä suhteessa toiseen, ottaen huomioon painovoiman.

Dynaaminen viskositeetti määritetään kaavalla:

jossa: A on nesteen (kaasun) liikkuvien kerrosten pinta-ala; F on voima, joka tarvitaan ylläpitämään kerrosten välisten liikenopeuksien eroa arvon dv verran; dy on nesteen (kaasun) liikkuvien kerrosten välinen etäisyys; dv on nesteen (kaasun) liikkuvien kerrosten nopeuksien ero.

Laskelmissa käytetään myös kinemaattista viskositeettia, se määritetään seuraavalla kaavalla:

jossa: μ on dynaaminen viskositeetti; ρ on öljyn tiheys määrityslämpötilassa.

Pintaolosuhteissa öljyt jaetaan:

1. alhainen viskositeetti - jopa 5 mPa s;
2. lisääntynyt viskositeetti - 5 - 25 mPa s;
3. korkea viskositeetti - yli 25 MPa s.

Kevyillä öljyillä on pienempi viskositeetti ja raskailla öljyillä korkeampi viskositeetti. Varastoolosuhteissa öljyn viskositeetti on kymmenen kertaa pienempi kuin saman öljyn pinnalla sen kaasunpoiston jälkeen, mikä liittyy sen erittäin korkeaan kaasukyllästymiseen pohjamaassa. Tämä ominaisuus on erittäin tärkeä hiilivetykerrostumien muodostumisessa, koska. määrittää siirtymisen laajuuden.

Käänteisviskositeetin arvo luonnehtii nesteen juoksevuutta φ:

1. Matala rikkipitoisuus - jopa 0,5%;
2. rikkipitoinen - 0,5 - 2,0 %;
3. Korkea rikkipitoisuus - yli 2%.

Öljyn parafiini

Tämä on toinen tärkeä öljyn ominaisuus, joka vaikuttaa sen tuotanto- ja kuljetustekniikkaan putkistojen kautta. Öljyissä esiintyy parafiinia niiden sisältämien kiinteiden komponenttien - parafiinien (C 17 H 36 - C 35 H 72) ja seresiinien (C 36 H 74 - C 55 H 112) - pitoisuuden vuoksi.

Niiden pitoisuus on joskus 13-14%, ja Kazakstanin Uzen-esiintymässä - 35%. Korkea parafiinipitoisuus tekee öljyn erottamisesta erittäin vaikeaa, koska. Kun säiliötä avataan ja öljyä nostetaan putkien läpi, paine ja lämpötila laskevat jatkuvasti. Samalla parafiini pystyy kiteytymään ja saostumaan kiinteäksi sakaksi vahaamalla sekä itse muodostuman huokoset että putkien, venttiilien ja kaikkien prosessilaitteiden seinämät. Mitä lähempänä parafiinin kiteytymislämpötila on muodostumislämpötilaa, sitä nopeammin ja intensiivisemmin vahausprosessi alkaa.

1. Matala parafiinipitoisuus - alle 1,5 %;
2. parafiini - 1,5 - 6,0 %;
3. Erittäin parafiininen - yli 6,0 %.

Kaasupitoisuus

GOR voi saavuttaa 300 - 500 m 3 / t, mutta useammin - 30 - 100 m 3 / t. On myös vähemmän - 8 - 10 m 3 / t, esimerkiksi Ukhtan alueen Yaregsky-kentän raskasöljyjen kaasukerroin on 1 - 2 m 3 / t.

kyllästymispaine

Kyllästyspaine (tai höyrystymisen alku) on paine, jossa kaasua alkaa vapautua öljystä. Luonnollisissa olosuhteissa kyllästyspaine voi olla yhtä suuri tai pienempi kuin muodostumispaine.

Ensimmäisessä tapauksessa kaikki kaasu liukenee öljyyn ja öljy kyllästyy kaasulla. Toisessa tapauksessa öljy on alikyllästetty kaasulla.

Kokoonpuristuvuus

Öljyn kokoonpuristuvuus johtuu sen elastisuudesta ja sitä mitataan puristuvuuskertoimella - β N.

jossa V on öljyn alkutilavuus, m3;

∆V - öljyn tilavuuden muutos, m 3;

∆р – paineen muutos, MPa.

Puristuvuuskerroin kuvaa säiliööljyn tilavuuden muutoksen suuruutta paineen muuttuessa 0,1 MPa. Tämä kerroin otetaan huomioon kehityksen varhaisessa vaiheessa, jolloin nesteiden ja kaasujen elastiset voimat eivät vielä ole hukkaan ja siksi niillä on merkittävä rooli säiliön energiassa.

missä Δt 0 on lämpötilan muutos 1 0 С.

Lämpölaajenemiskerroin osoittaa, kuinka paljon alkuperäisestä tilavuudesta öljyn tilavuus muuttuu, kun lämpötila muuttuu 1 0 C. Tätä kerrointa käytetään säiliön lämpövaikutusmenetelmien suunnittelussa ja soveltamisessa.

Öljyn tilavuuskerroin

Tämä kerroin osoittaa, kuinka paljon tilavuutta vie säiliöolosuhteissa 1 m 3 kaasutonta öljyä, koska se on kyllästetty kaasulla.

missä b H on säiliööljyn tilavuuskerroin, yksikön jakeet;

V pl - öljyn tilavuus säiliöolosuhteissa, m 3;

V deg - saman öljyn tilavuus pintaolosuhteissa sen kaasunpoiston jälkeen, m 0;

ρ sur – öljyn tiheys pintaolosuhteissa, t/m 3 ;

ρ pl on öljyn tiheys säiliöolosuhteissa, t/m 3 .

Öljyn tilavuuskerroin on yleensä suurempi kuin 1, pääsääntöisesti välillä 1,2–1,8, mutta joskus saavuttaa 2–3 yksikköä. Tilavuuskerrointa käytetään reservien laskennassa ja öljyn talteenottokertoimen määrittämisessä.

Öljyn kutistuminen ja muuntokerroin Tilavuuskertoimen mukaan voidaan määrittää öljyn kutistuminen sen uuttamisen aikana pintaan - I sekä muuntokerroin - Θ.

Jälkimmäistä käytetään kaavassa reservien laskemiseksi tilavuusmenetelmällä. Muuntokerroin Θ on tilavuuskertoimen -b H käänteisluku.

Kuten näet, tämä kaava on tilavuuskertoimen käänteinen kaava. Hän ottaa huomioon öljyn määrän vähenemisen (sen kutistumisen) siirryttäessä säiliöolosuhteista pintaolosuhteisiin.

Öljyn jähmettymispiste

Jähmettymispiste on lämpötila, jossa koeputkessa jäähdytetty öljy ei muuta tasoaan 45º:n kaltevuudessa. Öljyjen jähmepiste ja sulamispiste vaihtelevat. Yleensä öljy on säiliössä nestemäisenä, mutta osa niistä sakeutuu pienelläkin jäähdytyksellä. Jähmettymispiste kohoaa samanaikaisesti, kun siinä olevien kiinteiden parafiinien pitoisuus kasvaa ja hartsipitoisuus laskee. Hartseilla on päinvastainen vaikutus - niiden pitoisuuden kasvaessa jähmepiste laskee.

Öljyn optiset ominaisuudet

Optinen aktiivisuus ilmaistaan ​​öljyn kyvynä kääntää polarisoidun valonsäteen tasoa oikealle (harvoin vasemmalle). Optisesti aktiivisia aineita muodostuu organismien elintärkeän toiminnan aikana, ja öljyn optinen aktiivisuus osoittaa sen geneettisen yhteyden biologisiin järjestelmiin. Tärkeimmät öljyn optisen aktiivisuuden kantajat ovat eläin- ja kasviperäiset fossiiliset molekyylit - kemofossiilit. Vanhoista kiviaineksista peräisin olevat öljyt ovat optisesti vähemmän aktiivisia kuin nuorempien kiviainesten öljyt.

Öljyt hehkuvat ultraviolettisäteillä säteilytettyinä, eli niillä on kyky luminesoida. Hartsit luminoivat pääasiassa ei-luminoivissa yhdisteissä - hiilivedyissä. Luminesoivilla aineilla on tietyt luminesenssivärien spektrit (ruskea, sininen, keltainen jne.) ja hehkun intensiteetti riippuu pitoisuudesta. Vaaleilla öljyillä on sinisiä ja sinisiä luminesenssivärejä, raskailla öljyillä keltainen ja kelta-ruskea.

Luonnollisten öljyjärjestelmien kemiallisen koostumuksen tuntemus toimii lähtökohtana niiden faasitilan ja faasiominaisuuksien ennustamiselle erilaisissa lämpöbaarisissa olosuhteissa, jotka vastaavat öljyseosten tuotanto-, kuljetus- ja käsittelyprosesseja. Seoksen tyyppi - öljy, kaasukondensaatti tai kaasu - riippuu myös sen kemiallisesta koostumuksesta ja esiintymän lämpöbaaristen olosuhteiden yhdistelmästä. Kemiallinen koostumus määrittää öljyjärjestelmien komponenttien mahdollisen tilan tietyissä olosuhteissa - molekyylisenä tai dispergoituneena.

Öljyjärjestelmät erottuvat useista komponenteista, jotka voivat olla molekyylisessä tai dispergoituneessa tilassa ulkoisista olosuhteista riippuen. Niiden joukossa on eniten ja vähiten alttiita erilaisille molekyylien välisille vuorovaikutuksille (IIM), jotka viime kädessä määräävät öljyjärjestelmien assosiatiiviset ilmiöt ja alkuperäisen hajoavuuden normaaleissa olosuhteissa.

Öljyn kemiallinen koostumus erotetaan alkuaine- ja materiaalina.

Öljyn koostumuksen pääelementit ovat hiili(83,5-87 %) ja vety(11,5-14 %). Lisäksi öljy sisältää:

• rikki määränä 0,1-1-2% (joskus sen pitoisuus voi olla jopa 5-7%, monissa öljyissä ei käytännössä ole rikkiä);
• typpeä määränä 0,001 - 1 (joskus jopa 1,7 %);
• happi(ei löydy puhtaassa muodossa, vaan erilaisissa yhdisteissä) määränä 0,01 - 1 % tai enemmän, mutta ei ylitä 3,6 %.

Muista öljyssä olevista alkuaineista - rauta, magnesium, alumiini, kupari, tina, natrium, koboltti, kromi, germanium, vanadiini, nikkeli, elohopea, kulta ja muut. Niiden pitoisuus on kuitenkin alle 1 %.

Aineellisesti öljy koostuu pääasiassa hiilivedyistä ja heteroorgaanisista yhdisteistä.

hiilivedyt

hiilivedyt(HC) ovat orgaanisia hiilen ja vedyn yhdisteitä. Öljy sisältää pääasiassa seuraavia hiilivetyluokkia:

Alkaanit

Alkaanit tai parafiiniset hiilivedyt ovat tyydyttyneitä (rajoittavia) SW:itä, joilla on yleinen kaava CnH2n+2. Niiden pitoisuus öljyssä on 2-30-70%. Siellä on normaalirakenteisia alkaaneja ( n-alkaanit - pentaani ja sen homologit), isorakenteet ( isoalkaanit - isopentaani jne.) ja isoprenoidirakenne ( isopreenit - laituri, fytaani jne.).

Öljy sisältää kaasumaisia ​​alkaaneja Alkaen 1 ennen Alkaen 4(liuenneena kaasuna), nestemäiset alkaanit Klo 5-16, muodostavat suurimman osan koostumuksen öljyn ja kiinteiden alkaanien nestemäisistä fraktioista 17 - 53 ja enemmän, jotka sisältyvät raskasöljyfraktioihin ja tunnetaan kovina parafiineina. Kiinteitä alkaaneja on kaikissa öljyissä, mutta yleensä pieniä määriä - kymmenesosista 5 painoprosenttiin (painoprosenttiin), harvoissa tapauksissa jopa 7-12 painoprosenttiin.

Öljyssä on erilaisia ​​alkaanien isomeerejä: mono-, di-, tri-, tetrasubstituoituja. Näistä hallitsevat monosubstituoidut, joilla on yksi haarautuminen. Metyylisubstituoidut alkaanit on järjestetty laskevaan järjestykseen: 2-metyylisubstituoidut alkaanit > 3-metyylisubstituoidut alkaanit > 4-metyylisubstituoidut alkaanit.

Öljyistä löydettiin haaroittuneita isoprenoidityyppisiä alkaaneita, joissa on metyyliryhmiä asemissa 2, 6, 10, 14, 18 jne. 60-luvulta lähtien. Klo 9-20. Yleisimmät isoprenoidialkaanit kaikissa öljyissä ovat fytaani C 20 H 42 ja laituri C 19 H 40, jonka pitoisuus voi olla jopa 1,0 -1,5 % ja riippuu öljyjen muodostumisen alkuperästä ja kasvojen olosuhteista.

Kaikkiin luonnonseoksiin ja öljytuotteisiin sisältyy siis alkaaneja eri suhteissa, ja niiden fysikaalinen tila seoksessa - molekyyliliuoksena tai dispergoituneena systeeminä - määräytyy koostumuksen, komponenttien yksittäisten fysikaalisten ominaisuuksien ja termobaaristen ominaisuuksien perusteella. ehdot.

Sykloalkaanit

Sykloalkaanit tai nafteeniset hiilivedyt ovat tyydyttyneitä alisyklisiä hiilivetyjä. Näitä ovat monosykliset, joilla on yleinen kaava C n H 2n, polkupyöräinen - CnH2n-2, trisyklinen - CnH 2n-4, tetrasyklinen - CnH 2n-6.

Sykloalkaanien kokonaispitoisuuden mukaan monissa öljyissä vallitsee muita hiilivetyluokkia: niiden pitoisuus vaihtelee välillä 25 - 75 % (paino). Niitä on kaikissa öljyjakeissa. Yleensä niiden pitoisuus kasvaa fraktioiden raskaistuessa. Nafteenisten hiilivetyjen kokonaispitoisuus öljyssä kasvaa sen molekyylipainon kasvaessa. Ainoat poikkeukset ovat öljyjakeet, joissa sykloalkaanien pitoisuus pienenee aromaattisten hiilivetyjen määrän lisääntymisen vuoksi.

Öljyn monosyklisistä hiilivedyistä on pääasiassa viisi- ja kuusijäsenisiä sarjoja nafteeniset hiilivedyt. Monosyklisten nafteenien jakautumista öljyjakeisiin, niiden ominaisuuksia tutkitaan paljon kattavammin verrattuna polysyklisiin nafteeneihin, joita esiintyy keski- ja korkealla kiehuvissa fraktioissa. Öljyjen matalalla kiehuvat bensiinijakeet sisältävät pääasiassa syklopentaanin alkyylijohdannaiset ja sykloheksaani[10 - 86 % (paino)] ja korkeassa kiehuvissa fraktioissa - polysykloalkaanit ja monosykloalkaanit isoprenoidirakenteen alkyylisubstituenteilla (ns. hybridihiilivedyillä).

Öljyissä olevista polysyklisistä nafteeneista on tunnistettu vain 25 yksittäistä bisyklistä, viisi trisyklistä ja neljä tetra- ja pentasyklistä nafteenia. Jos molekyylissä on useita nafteenisia renkaita, viimeksi mainitut yleensä kondensoidaan yhdeksi polysykliseksi lohkoksi.

Polkupyörät C7-C9 esiintyy useimmiten voimakkaan nafteenisen tyyppisissä öljyissä, joissa niiden pitoisuus on melko korkea. Näistä löydetyistä hiilivedyistä (sisällön alenevassa järjestyksessä): bisyklo-oktaani (pentalan), bisyklooktaani, bisyklo-oktaani, bisyklononaani (hydrindaani), bisykloheptaani (norbornaani) ja niiden lähimmät homologit. Trisyklaaneista öljyissä hallitsevat alkyyliperhydrofenantreenit.

Tetrasyklaanitöljyjä edustavat pääasiassa johdannaiset syklopentano-perhydrofenantreeni - steraanit.

Vastaanottaja pentasyklaanitöljyt sisältävät sarjan hiilivedyt hopana, lupana, fridelana.

Luotettavat tunnistustiedot polysykloalkaanit suurella syklimäärällä ei ole läsnä, vaikka rakenneryhmän ja massaspektrianalyysin perusteella voidaan olettaa nafteenien läsnäoloa yli viiden syklin aikana. Joidenkin tietojen mukaan korkealla kiehuvat nafteenit sisältävät jopa 7-8 sykliä molekyyleissä.

Erot sykloalkaanien kemiallisessa käyttäytymisessä johtuvat usein liiallisesta jännitysenergiasta. Renkaan koosta riippuen sykloalkaanit jaetaan pieniin C3, C4- siitä huolimatta syklopropaani ja syklobutaani ei löydy öljyistä), normaali ( C5-C7), keskiverto ( C8-C11) ja makrosyklit (alkaen C 12 ja enemmän). Tämä luokittelu perustuu syklin koon ja siinä syntyvien, vakauteen vaikuttavien jännitysten väliseen suhteeseen. varten sykloalkaanit ja ennen kaikkea niiden erilaisille johdannaisille on tunnusomaista uudelleenjärjestelyt renkaan koon muuttuessa. Joten kun sykloheptaania kuumennetaan alumiinikloridilla, muodostuu metyylisykloheksaania, ja sykloheksaani 30-80 ° C:ssa muuttuu metyylisyklopentaaniksi. Viisi- ja kuusijäseniset hiilirenkaat muodostuvat paljon helpommin kuin pienemmät ja suuremmat renkaat. Siksi öljyistä löytyy paljon enemmän sykloheksaanin ja syklopentaanin johdannaisia ​​kuin muiden sykloalkaanien johdannaisia.

Alkyylisubstituoitujen monosykloheksaanien viskositeetti-lämpötila-ominaisuuksien tutkimuksen perusteella laajalla lämpötila-alueella havaittiin, että substituentti, kun se pitenee, vähentää molekyylien keskimääräistä assosiaatioastetta. Sykloalkaanit, Toisin kuin n-alkaanit joilla on sama määrä hiiliatomeja, ne ovat assosioituneessa tilassa korkeammassa lämpötilassa.

Arenat

Arenat tai aromaattiset hiilivedyt- yhdisteet, joiden molekyyleissä on syklisiä hiilivetyjä, joissa on π-konjugoituja järjestelmiä. Niiden pitoisuus öljyssä vaihtelee välillä 10-15 - 50 % (paino). Näihin kuuluvat monosyklisten edustajat: bentseeni ja sen homologit ( tolueeni, o-, m-, p-ksyleeni jne.), bisyklinen: naftaleeni ja sen homologit, trisykliset: fenantreeni, antraseeni ja niiden homologit, tetrasykliset: pyreeni ja sen homologit ja muut.

400 öljyn tietojen yleistyksen perusteella osoitettiin, että suurimmat areeenipitoisuudet (37 %) ovat tyypillisiä nafteenipohjaisille (tyyppi) öljyille ja pienimmät (20 %) parafiinityyppisille öljyille. Maaöljyareeneista hallitsevat yhdisteet, jotka sisältävät enintään kolme bentseenirengasta molekyyliä kohti. Areenipitoisuudet 500 °C:seen asti kiehuvissa tisleissä yleensä pienenevät yhden tai kaksi suuruusluokkaa seuraavissa yhdistesarjoissa: bentseenit >> naftaleenit >> fenantreenit >> kryseenit >> pyreenit >> antraseenit.

Yleinen kuvio on areeenipitoisuuden kasvu kiehumispisteen noustessa. Samanaikaisesti korkeampien öljyfraktioiden areenoille ei ole ominaista suuri määrä aromaattisia renkaita, vaan alkyyliketjujen ja tyydyttyneiden syklien läsnäolo molekyyleissä. Kaikki teoreettisesti mahdolliset areenihomologit löydettiin bensiinifraktioista C6-C9. Hiilivedyt, joissa on pieni määrä bentseenirenkaita, hallitsevat areenien joukossa jopa raskaimmissa öljyjakeissa. Joten kokeellisten tietojen mukaan mono-, bi-, tri-, tetra- ja pentaareeneja on vastaavasti 45-58, 24-29, 15-31, 1,5 ja jopa 0,1 % aromaattisten hiilivetyjen massasta tisleissä 370- 535 °C eri öljyjä.

Öljymonoareeneja edustavat alkyylibentseenit. Korkealla kiehuvien maaöljyalkyylibentseenien tärkeimmät edustajat ovat hiilivedyt, jotka sisältävät enintään kolme metyylisubstituenttia ja yhden pitkän lineaarisen, α-metyylialkyyli- tai isoprenoidirakenteen substituentin bentseenirenkaassa. Alkyylibentseenimolekyylien suuret alkyylisubstituentit voivat sisältää yli 30 hiiliatomia.

Pääpaikka bisyklisistä maaöljyareeneista (diareeneista) kuuluu naftaleenijohdannaisille, jotka voivat muodostaa jopa 95 % kaikista diareeneista ja sisältää enintään 8 tyydyttynyttä rengasta molekyyliä kohden, ja toissijainen on difenyyli- ja difenyylialkaanien johdannaiset. Kaikki yksittäiset alkyylinaftaleenit on tunnistettu öljyistä S 11, S 12 ja monet isomeerit C13-C15. Difenyylipitoisuus öljyissä on suuruusluokkaa pienempi kuin naftaleenien pitoisuus.

Naftenodiareeneista öljyistä löydettiin asenafteenia, fluoreenia ja joukko sen homologeja, jotka sisälsivät metyylisubstituentteja asemissa 1-4.

Öljyissä triareeneja edustavat fenantreenin ja antraseenin johdannaiset (edellisellä on voimakas ylivalta), jotka voivat sisältää jopa 4-5 tyydyttynyttä sykliä molekyyleissä.

Maaöljytetraareeneihin kuuluvat kryseeni-, pyreeni-, 2,3- ja 3,4-bentsofenantreeni- ja trifenyleenisarjan hiilivedyt.

Areeenien, erityisesti polysyklisten, lisääntynyt taipumus molekyylien vuorovaikutukseen johtuu alhaisesta viritysenergiasta homolyyttisen dissosiaatioprosessin aikana. Yhdisteille, kuten antraseeni, pyreeni, kryseeni jne., on tunnusomaista π-orbitaalien alhainen vaihtokorrelaatio ja MMW:n lisääntynyt potentiaalienergia, joka johtuu elektronien vaihtokorrelaation esiintymisestä molekyylien välillä. Areeenit muodostavat melko stabiileja molekyylikomplekseja joidenkin polaaristen yhdisteiden kanssa.

π-elektronien vuorovaikutus bentseenin ytimessä johtaa hiili-hiili -sidosten konjugaatioon. Konjugaatiovaikutus johtaa areeenien seuraaviin ominaisuuksiin:

• syklin tasorakenne, jossa on C-C-sidoksen pituus (0,139 nm), joka on yksinkertaisen ja kaksois-C-sidoksen välissä;
• kaikkien C-C-sidosten vastaavuus substituoimattomissa bentseeneissä;
• taipumus protonin elektrofiilisen substituution reaktioihin eri ryhmissä verrattuna osallistumiseen useiden sidosten additioreaktioihin.

Ceresiinit

Hybridihiilivedyt (ceresiinit)- sekarakenteiset hiilivedyt: parafiini-nafteeninen, parafiini-aromaattinen, nafteeni-aromaattinen. Pohjimmiltaan nämä ovat kiinteitä alkaaneja, joissa on sekoitus pitkäketjuisia hiilivetyjä, jotka sisältävät syklaanin tai aromaattisen ytimen. Ne ovat parafiinikerrostumien pääkomponentti öljyjen uutto- ja valmistusprosesseissa.

Sivu 1

Sivu 2

Sivu 3

Öljy on luonnonvara, joka on modernin energian perusta. Monet maat tekevät paljon ponnisteluja löytääkseen uudentyyppistä polttoainetta, mutta nyt ja lähitulevaisuudessa öljytuotteet hallitsevat tätä markkinarakoa. Huolimatta siitä, että yksikään tiedote ei ole täydellinen mainitsematta öljyn nykyistä hintaa tai muita siihen liittyviä asioita, monet ihmiset eivät tiedä mitä öljy todella on. Tässä materiaalissa puhumme öljyn kemiallisesta kaavasta ja siitä, mistä alkuaineista se koostuu.

Tarina

On syytä huomata, että ihmiset tutustuivat öljyyn Babylonin päivinä. Sitten tätä resurssia käytettiin rakentamisessa sen supistavien ominaisuuksien vuoksi. Venäjällä Ukhta-joella ihmiset keräsivät öljyä pinnasta ja käyttivät sitä voiteena. Vasta vuosisatoja myöhemmin, kun vakavia tutkimuksia suoritettiin, ihmiskunta oppi öljyn kemiallisen koostumuksen ja sen todellisen tarkoituksen. Kuitenkaan vielä nykyäänkään kysymykseen siitä, mistä öljy koostuu, ei voida vastata yhdellä sanalla.

Öljyn kemiallinen kaava

Öljyn kaava

Öljy on monimutkainen kolloidinen kemiallinen järjestelmä, joka koostuu monista komponenteista. Öljyn nestefaasi on nestemäisiä hiilivetyjä (noin viisisataa erilaista ainetta). Myös "musta kulta" sisältää puolikiinteitä elementtejä - "raskaita" hiilivetyjä (esimerkiksi hartseja), jotka suspendoidaan nesteeseen.

Hiilivetyseoksen lisäksi öljy sisältää rikkiä, typpeä, mineraalisuoloja, vettä, hiilivetykaasuliuoksia.

On syytä huomata, että eri lähteistä uutetut raaka-aineet eroavat kemialliselta koostumukseltaan. Jokainen öljy on ainutlaatuinen järjestelmä, joten öljyn luokitus hyväksytään koostumuksesta riippuen. Mitä suurempi on kevyiden hiilivetyjen pitoisuus ja mitä pienempi mekaanisten epäpuhtauksien, rikin ja muiden sivutuotteiden pitoisuus, sitä korkeampi on tietyntyyppisen "mustan kullan" arvo.

Kemiallisesti öljy on monimutkainen seos hiilivetyjä ja hiiliyhdisteitä, se koostuu seuraavista pääaineista: hiili (84-87%), vety (12-14%), happi, typpi ja rikki (1-2%), rikkipitoisuus nousee joskus jopa 3-5 %.

Öljyssä eristetään hiilivety, asfaltti-hartsiosa, porfyriinit, rikki ja tuhkaosa.

Suurin osa öljystä koostuu kolmesta hiilivetyryhmästä: metaani, nafteeninen ja aromaattinen.

Öljyn asfalttihartsimainen osa on tummanväristä ainetta. Se liukenee osittain bensiiniin. Liuennutta osaa kutsutaan asfalteeniksi, liukenematonta osaa kutsutaan hartsiksi. Hartsien koostumus sisältää happea jopa 93 % sen kokonaismäärästä öljyssä.

Porfyriinit ovat erityisiä orgaanista alkuperää olevia typpiyhdisteitä. Niiden uskotaan muodostuvan kasvien klorofyllistä ja eläinten hemoglobiinista. Lämpötilassa porfyriinit tuhoutuvat.

Rikki on laajalti levinnyt öljyssä ja hiilivetykaasussa, ja se on joko vapaana tai yhdisteiden muodossa (rikkivety, merkaptaanit). Sen määrä vaihtelee 0,1 prosentista 5 prosenttiin.

Tuhkaosa on jäännös, joka syntyy öljyn palamisesta. Nämä ovat erilaisia ​​​​mineraaliyhdisteitä, useimmiten rautaa, nikkeliä, vanadiinia, joskus natriumsuoloja.

Öljyn väri vaihtelee suuresti (vaaleanruskeasta melkein värittömästä tummanruskeaan, melkein mustaan) ja tiheys (vaaleasta 0,65-0,70 raskaaseen 0,98-1,05).

Öljyn kiehuminen alkaa yleensä yli 280 C. jähmepiste vaihtelee +300 - -600C ja riippuu pääasiassa parafiinipitoisuudesta (mitä enemmän sitä on, sitä korkeampi jähmepiste). Viskositeetti vaihtelee laajalla alueella ja riippuu öljyn ja tervapitoisuuden kemiallisesta ja fraktiokoostumuksesta (sisältäen asfalttihartsipitoisten aineiden pitoisuudesta). Öljy liukenee orgaanisiin liuottimiin, käytännöllisesti katsoen liukenematon veteen normaaleissa olosuhteissa, mutta voi muodostaa sen kanssa stabiileja emulsioita.

Öljyt voidaan luokitella eri kriteerien mukaan.

2. 3500C asti kiehuvien fraktioiden mahdollisen sisällön mukaan

3. Mahdollisen öljypitoisuuden mukaan

4. Öljyjen laadun mukaan

Luokan, tyypin, ryhmän, alaryhmän ja tyypin nimitysten yhdistelmä muodostaa öljyn teknisen luokituksen koodin.

Kentän mukaan öljyllä on erilainen laadullinen ja määrällinen koostumus. Esimerkiksi Baku-öljyssä on runsaasti sykloparafiineja ja suhteellisen vähän tyydyttyneitä hiilivetyjä. Groznyn ja Ferghanan öljyssä on huomattavasti enemmän tyydyttyneitä hiilivetyjä. Permiöljy sisältää aromaattisia hiilivetyjä.

Kuten jokainen koululainen tietää, ilman öljyä ja öljytuotteita sivilisaatiomme normaali kehitys olisi täysin mahdotonta, koska autot ja lentokoneet lentävät erilaisilla öljystä saatavalla polttoaineella. Valtava määrä erilaisia ​​ajoneuvoja ja kaikenlaisia ​​laitteita (esimerkiksi liikkuvat voimalaitokset) työskentelee nykyään öljytuotteiden parissa. Kaikki eivät kuitenkaan tiedä öljyn kemiallista koostumusta ja joitain sen fysikaalisia ominaisuuksia. Ja täyttääksemme tämän aukon, olemme laatineet sinulle tämän artikkelin. Aloitetaan yleisillä tiedoilla öljystä.

yleistä tietoa

Öljy on luonnossa tuotettu syttyvä öljymäinen neste, joka koostuu melko monimutkaisesta seoksesta erilaisia ​​orgaanisia yhdisteitä, erityisesti hiilivetyjä. Uuttopaikasta riippuen öljyn kemiallinen koostumus voi muuttua, mikä johtaa tämän palavan nesteen värin muuttumiseen. Öljy voi olla melkein mustaa, punaruskeaa ja vihertävän keltaista ja jopa täysin väritöntä. Lisäksi öljyllä on erityinen haju. Luonnossa öljyä esiintyy useiden kymmenien metrien ja useiden kilometrien syvyyksissä. Joten joissakin kaivoissa öljyä pumpataan jopa 2-3 kilometrin syvyydestä. Suurin osa maan öljyesiintymistä sijaitsee 1-3 kilometrin syvyydessä. Öljyä voi myös esiintyä matalissa syvyyksissä ja jopa luonnollisesti nousta pintaan. Totta, näissä tapauksissa öljy muuttuu ilmakehän ilman vaikutuksesta bitumiksi ja bitumihiekoksi sekä puolikiinteäksi asfaltiksi ja melko paksuksi maltaksi. Lisäksi puhumme pääasiassa öljyn kemiallisesta ja fysikaalisesta koostumuksesta ja ominaisuuksista. Huomaamme vain, että öljyllä on samanlainen kemiallinen rakenne asfaltin ja luonnollisten palavien kaasujen kanssa: kaikkia näitä aineita kutsutaan kemiassa petroliitteiksi. Petroliitit ovat biologista alkuperää olevia palavia aineita, joihin kuuluu muun muassa monenlaisia ​​paitsi nestemäisiä, myös kiinteitä polttoaineita.

Öljyn kemiallinen koostumus

Kuinka monesta yksinkertaisemmasta aineesta öljy on mielestäsi tehty? kymmenestä? sadasta? Itse asiassa öljy on seos noin tuhannesta (!) eri aineesta, joista noin 80 % on nestemäisiä hiilivetyjä (yli viisisataa ainetta). Rikkipitoisten aineiden osuus öljyssä (ja niitä on noin kaksisataaviisikymmentä) on noin 3 %. Hieman vähemmän happea (80-85) ja typpipitoisia (30) aineita. Öljy voi sisältää myös enintään 10 % vettä ja enintään 4 % liuenneita hiilivetykaasuja. Öljyn koostumus sisältää myös tietyn määrän metallia sisältäviä aineita, jotka sisältävät nikkeliä ja vanadiinia. Öljy voi muun muassa sisältää mineraalisuoloja ja eri orgaanisten happojen suolaliuoksia ja tietysti kaikenlaisia ​​mekaanisia epäpuhtauksia.

Öljyn hiilivetykoostumus

Kuten juuri opit, suurin osa öljystä on hiilivetyyhdisteitä. Talletuksesta riippuen niiden osuus voi olla yli 80% - jopa 90%. Mitä nämä yhteydet ovat? Ensinnäkin niin sanottu nafteeninen ja parafiini. Nafteeninen hiilivedyn kokonaistilavuuteen nähden on 25 - 70 % ja parafiini voi sisältää 30 - 50 %. Myös öljyn koostumuksessa on aromaattisia hiilivetyyhdisteitä ja hybridejä: nafteno-aromaattisia, parafiini-nafteenisia ja muita. Muuten, yhdisteiden luetellut nimet toimivat myös erityyppisten öljyjen niminä. On olemassa parafiini-, nafteen-, metaani- ja aromaattisia öljyjä (öljymiehissä sana "öljy" voidaan monikkomuodostaa "öljytyyppien" merkityksessä. Öljylle annetaan nimi hiilivetyjen luokan mukaan, josta yli 50 % on läsnä. Jos kaksi luokkaa hallitsee (esimerkiksi 30 % parafiinisia ja nafteenisia hiilivetyjä kumpikin), tämä öljytyyppi saa kaksinkertaisen nimen molemmille luokille. Esimerkissämme tämä on parafiini-nafteeninen tyyppi. Ensimmäinen nimessä on hiilivetyjen luokka, jota on edustettuna tietyssä öljytyypissä hieman suurempi määrä. Siksi on olemassa esimerkiksi metaani-aromaattiset ja aromaattiset-metaanityypit, nafteeni-aromaattiset ja aromaattiset-nafteeniset, nafteeni-metaani ja metaani-nafteeniset jne.

Öljyn koostumus alkuaineittain

Koska öljyllä voi alkuperästään riippuen olla melko heterogeeninen koostumus, tiettyjen kemiallisten alkuaineiden prosenttiosuus siinä voi olla hyvin ehdollinen. Huomaamme kuitenkin, että eri tyyppisissä öljyissä pääkomponentit ovat hiili, vety ja rikki, harvemmin happi ja typpi. Yhdessä öljytyypissä voi olla yhteensä jopa 80 erilaista kemiallista alkuainetta. Jotkut niistä ovat niin mikroskooppisia määriä, että niiden prosenttiosuus mitataan negatiivisilla tehoilla. Joten esimerkiksi tietyntyyppisten öljyjen nikkelipitoisuus vaihtelee välillä 10-4-10-3 % tai, jos se ilmaistaan ​​desimaaliluvulla: 0,0001-0,001 %. Eli kilo öljytuotetta voi sisältää tuhannesosan tai sadasosan grammasta nikkeliä. Mitä tulee hiilen prosenttiosuuteen, se voi vaihdella välillä 82-87%. Vetyä on öljyssä 11 - 14 % ja rikkiä 0,01 - 8 %. Lisäksi öljy voi sisältää jopa 1,8 % typpeä ja jopa 0,35 % happea. Rikkiä sisältävistä aineista havaitsemme tiofaanien, tiofeenien, merkaptaanien sekä mono- ja disulfidien läsnäolon. Typpeä sisältäviä aineita edustavat pyrrolit, karbatsolit, indolit, kinoliinit, porfyriinit ja pyridiinit ja happea sisältäviä aineita fenolit, nafteenihapot ja hartsi-asfalteeniaineet.

Öljyn fysikaalinen koostumus

Tarkemmin sanottuna keskitymme tässä sen fysikaalisiin ominaisuuksiin. Kemiallisesta koostumuksesta riippuen öljyllä on suuri määrä värisävyjä. Yleensä öljyn väri vaihtelee tummanruskeasta, melkein mustasta vaaleanruskeaan, melkein läpinäkyvään. On kuitenkin olemassa öljytyyppejä, jopa smaragdin sävyjä, sekä punaruskeita. Öljyn molekyylipaino voi vaihdella välillä 200 - 450 g/mol ainetta. Öljyn tiheys vaihtelee yleensä välillä 0,7 - 1 g/cm3. Tiheyden mukaan öljy jaetaan kevyeen (0,83 ja alle), keskiraskaan (0,83-0,86) ja raskaaseen (0,86). On myös huomattava, että öljyn tiheys riippuu ensisijaisesti aineen paineesta ja lämpötilasta. Myös kiehumispiste voi vaihdella. Kevyt öljy voi kiehua jopa 30 celsiusasteessa ja raskas öljy - 100 ja sen yläpuolella. Öljyn kiteytyslämpötila riippuu täysin sen parafiinipitoisuudesta. Vähäparafiinipitoinen öljy kiteytyy vain erittäin matalissa lämpötiloissa (jopa -60 celsiusastetta), ja korkean parafiinipitoisuuden omaava öljy vaatii joskus +30 astetta. On myös mahdotonta olla sanomatta, että öljy on pääsääntöisesti helposti syttyvä aine, mutta tyypistä riippuen se voi leimahtaa negatiivisissa lämpötiloissa -30 - 35 astetta ja erittäin korkeissa lämpötiloissa - +120 astetta. . Öljy ei liukene veteen, vaan muodostaa sen kanssa stabiileja emulsioita. Mitä tulee öljyn kuivatukseen, jota useat teollisuudenalat vaativat, nykyään on olemassa useita tehokkaita menetelmiä öljyn ja veden erottamiseen.

Öljyn fraktiokoostumus

Tämä on yksi tärkeimmistä öljyn laadun mittareista. Öljyn tislauksen aikana siitä erotetaan erilaiset komponentit lämpötilan asteittaisella nousulla - niin sanotuilla fraktioilla. Joten öljyfraktio kiehuu jopa 100 celsiusasteen lämpötiloissa, bensiini - 180 astetta, teollisuusbensiini - 140 - 180 astetta, kerosiini - 140 - 220 ja lopuksi lämpötiloissa 180 - 350 astetta, dieselfraktio myös kiehuu pois.. Bensiinifraktioita kutsutaan kevyeksi, koska ne kiehuvat pois ennen muita, petroli - keskikokoinen ja diesel - raskas. Jäännöstä, joka ei kiehu pois edes 350 asteen lämpötilassa, kutsutaan polttoöljyksi. Tyhjiössä yli 500 asteen lämpötilaan dispergoitua polttoöljyä kutsutaan tervaksi. Polttoöljy on pääkomponentti erilaisten öljyjen valmistuksessa.