Природные углеводороды. Классификация и особенности химического состава

1.2.4 Классификация газов по их практической ценности. Горючие газы (энергетическое и химическое сырье):

1. ) чисто метановых залежей;
2. ) метановых, обогащенных тяжелыми углеводородами;
3. ) газоконденсатных залежей;
4. ) нефтяных месторождений;
5. ) метановых и угольных месторождений;
6. ) метановых водорастворимых.. Газы, обогащенные инертными компонентами:
7. ) гелий в углеводородных газовых залежах и водах;
8. ) гелий в азотных залежах;
9. ) азотных залежей.. Газы, обогащенные сероводородом:
10. ) сероводород в метановых залежах;
11. ) сероводород в углеводородных газовых залежах.. Углекислые газы минеральных вод.

1.2.5 Классификация и индексация В.И. Старосельского, классификация В.А. Соколова

Существует  классификация и индексация природных  газов по содержанию полезных компонентов  В.И. Старосельского, которая основана на требованиях промышленности по аминимальной концентрации компонентов, являющихся ценным химическим сырьем. Среди неуглеводородных компонентов газа в ней учитывается азот (А), углекислый газ (У), сероводород (Св), а среди углеводородных компонентов - метан (Н), этан (Э), тяжелые углеводороды (Т) и конденсат (К). В зависимости от пределов процентного содержания акакого-либо компонента в газе, около его буквенного индекса ставится цифра от 1 до 4. Состав газа обозначается суммой индексов. Например, состав газов Астраханского газоконденсатного месторождения будета выражен следующим индексом: М₂Э₁Т₂У₄А₁Св₄К₄. Он означает, что газ содержит метана от 30 до 70 %, этана менее 3 %, тяжелых углеводородов 5-10 %, углекислого газа более 15 %, азота менее 3 %, сероводорода более 1 % и конденсата более 200 г/м³.

Природные газы подразделяются в этой классификации  по содержанию этана, который является ценным химическим сырьем, а также - по содержанию тяжелых УВ на метановые, этановые, этан-пропановые и пропан-бутановые. аМетановые газы характерны адля газовых скоплений. аОни содержат метана от 90 до100 %, этана до 3 % и тяжелых УВ до 5 %. Этановые газы содержат этана от 3 до 6 % , тяжелых УВ от 5 до 10 %, а этан-пропановые газы - этана от 6 до 9 %, тяжелых УВ - от 10 до 30 %. Эти газы характерны, в основном, для газоконденсатных и нефтегазоконденсатных залежей. В пропан-бутановых газах концентрация тяжелых УВ асоставляет более 30 % и этана более 9 %. Они характерны для нефтяных залежей.

Широко известна классификация природных газов  по условиям нахождения, химическому составу и генезису, составленная В.А. Соколовым (таблица 5).

Таблица 5 - Классификация  природных газов по В.А. Соколову (1966)

3.Классификация битумов

Под термином «битум» апонимают жидкие, полутвердые или твердые соединения углерода и водорода, содержащие небольшое количество кислород, асеру, азотсодержащих веществ и металлов, а также значительное количество асфальто- смолистых веществ, хорошо растворимых в сероуглероде,а хлороформе и других органических растворителях . Битумы могут быть природного происхождения или получены при переработке нефти, торфа, углей и сланцев. Для битуминозных материалов аможно предложить классификацию, приведенную в таблице

3.1 Состав битумов

Битумы представляют собой сложную смесь высокомолекулярных углеводородов нефти и их гетеропроизводных, содержащих кислород, серу, азот и металлы (ванадий, железо, никель, натрий и др.). аЭлементарный состав битумов примерно следующий (в вес.%): углерода 80—85; водорода 8—11,5; кислорода 0,2—4; серы 0,5—7; азота 0,2— 0,5.

Характерно, что  с увеличением содержания серы в  битуме повышаются его плотность (рис. 1) и коэффициент рефракции его  масляного компонента (рис. 2)

Для разделения битумов на группы разработано большое  число методов. Наиболее характерными и широко применяемыми в практике являются методы Маркуссона , ГрозНИИ , Н. Фурби , Н.И. Черножукова и Г.А. Тилюпо , С.Р. Сергиенко и сотрудников , О'Доннелля , Л.P. Клейншмидта, А. Бестужева и Д. Баргмана , ВНИИ НП и СоюзДорНИИ . Применяя различные методыа разделения битумов и растворители, получают различные результаты по числу групп, их содержанию и структуре. Так, доля асфальтенов, осажденных при помощи петролейного эфира, меньше, чем при использовании н-гептана, и т. д . По методу Маркуссона битумы разделяют на масла, смолы, асфальтены, асфальтогеновые кислоты и их ангидриды. Часто пользуются делением битума на асфальтены и мальтены, представляющие собой сумму масел и смол.

Масла снижают  твердость и температуру размягчения  битумов, увеличивают их текучесть  и испаряемость. аЭлементарный состав масел: углерода 85—88%, водорода 10—14%, серы до 4,5%, а также незначительное количество кислорода и азота. Молекулярный вес масел 240—800 (обычно 360—500), отношение С:Н (атомное), характеризующее степень ароматичности, обычно равно 0,55—0,66. Плотность масел меньше 1 г/см ^3 (103 кг/м ^3 ).

Характеристика  масляных соединений, входящих в состав битумов, следующая. Парафиновые соединения нормального и изостроения с числом углеродных атомов 26 и более, имеют плотность 0,79-0,82 г/см ^3 (790 — 820 кг/м ^3 ), коэффициент рефракции 1,44—1,47, молекулярный вес 240 — 600, температуру кипения 350 — 520°С, температуру плавления 56—90°С. аНафтеновые структуры содержат от 20 до 35 углеродных атомов, плотность 0,82—0,87 г/см^3 (820-870 кг/м^ 3 ), коэффициент рефракции 1,47—1,49, молекулярный вес 450—650.

Асфальтены  рассматриваются как продукт  уплотнения смол. В свободном виде они представляют собой твердые неплавящиеся хрупкие вещества черного или бурого цвета. В отличие от других компонентов битумов они нерастворимы в насыщенных углеводородах нормального строения (С5—С7), а также в смешанных полярных растворителях — спирто-эфирных смесях и низкокипящих спиртах, в нефтяных газах (метане, этане, пропане и др.), но легко растворимы в жидкостях с высоким поверхностным натяжением более 24 дин/см (24 мн/м) — бензоле и его гомологах, сероуглероде, хлороформе и четыреххлористом углероде.

Смолы при обычной температуре — это твердые вещества красновато-бурого цвета. Их плотность 0,99— 1,08 г/см^3 (990-1080 кг/м^ 3 ). Смолы являются носителями твердости, пластичности и растяжимости битумов. Они относятся к структуры высокой степени конденсации, соединенным между собой алифатическими цепями.

В их состав входят кроме углерода (79—87%) и водорода (8,5—9,5%) кислород (1—10%), сера (1—10%), азот (до 2%) и много других элементов, включая  металлы (Fe, Ni, V, Cr, Mg, Со и др.) . Молекулярный вес смол 300—2500. Химический состав асфальтенов вследствие его сложности изучен недостаточно. Предложено несколько типов полициклических структур как основных звеньев молекул смол и асфальтенов.

Технология  получения битумов существенно  влияет на их состав. Так, содержание смол в битумах одной и той же температуры размягчения, полученных непрерывным окислением сырья в колонном аппарате и в змеевиковом реакторе, ниже, а содержание асфальтенов и масел несколько выше, чем в битумах, полученных окислением того же сырья в периодическое кубе. Отличаются также структура компонентов и свойства готовых битумов, полученных различными способами.

4  Углеводородистый  состав нефти классификация.

Молекулы углеводородов  состоят только из двух элементов - углерода и водорода. Удивительная способность атомов углерода образовывать прочные связи друг с другом обусловило формирование огромное количества соединений углерода и водорода. Углеводороды группируются в три главных класса: алкановые, циклоалкановые и ароматические.

Алкановые (метановые, алифатические, парафиновые УВ) или алканы - предельные или насыщенные УВ с открытой цепью СnH2n+2. Углеродный скелет алканов представляет собой линейные или разветвленные цепи углеродных атомов, соединенных простыми связями. Алканы с линейной цепью называются нормальными (н-алканы), с разветвленной - изоалканы. Ковалентные связи атомов углерода в цепи в обычном состоянии образуют угол 109,5°, поэтому алкановые цепи обычно изображают зигзагообразно, так что соседние связи имеют тупой угол.

Метановые УВ в обычных условиях находятся в разных фазовых состояниях: С1-С4 - газы, С5—С15 - жидкости, C16 и выше – твердые вещества, твердые парафины обычны в нефти до С 40 , в то же время разветвленные изомеры того же молекулярного веса в зависимости от структуры могут быть жидкими или твердыми. Алканы практически не растворимы в воде, но хорошо растворяются в ароматических УВ и в органических растворителях. Алканы – химически наиболее инертная группа УВ не способная к реакции присоединения, поскольку все связи насыщены, но для них свойственна реакция замещения, особенно с галогенами, а также дегидрирование, окисление, изомеризация.