Нафтеновые углеводороды

Нафтеновые углеводороды - циклоалканы (цикланы) - входят в состав всех фракций нефтей, кроме газов. В среднем в нефтях раз­личных типов они содержатся от 25 до 80% масс. Бензиновые и керо­синовые фракции нефтей представлены в основном гомологами цик-лопентана (I) и циклогексана (II), преимущественно с короткими (С!- С₃) алкилзамещенными цикланами. Высококипящие фракции содержат преимущественно полициклические конденсированные и реже неконденсированные нафтены с 2 - 4 циклами с общей эмпири­ческой формулой С„Н_{2п + 2}__2Кц, где п - число атомов углерода, Кц -число циклановых колец.

Полициклические нафтены могут быть представлены гомолога­ми цикланов с одинаковыми или разными циклами мостиковога (III, IV, V), сочлененного (VI), изолированного (VII) и конденсиро­ванного (VIII, IX, X) типов строения:

X/ (I) kx'm

(Ш) "<У (rv)

(VII)

\J^y (VDI) 4^U/ (К) k^kj pc)

I - циклопентан; П - циклогексан; III - бицикло(3,2,1)октан*; IV -бицикло(3,3,1)нонан; V- бицикло(2,2,1)гептан; VI - бицикло(5,5,0)додекан; VII -метилбицикло(5,4,0)ундекан; VIII - бицикло(3,3,0)октан; IX - бицикло(4,3,0)нонан; X - бицикло(4,4,0)декан - декалин

* Цифры в скобках указывают: первая - число атомов углерода во внешней структуре большого цикла, вторая - меньшего цикла, третья - число внутренних мостиковых атомов углерода, не принадлежащих к атомам углерода, образующим внешние циклы.

Распределение на­фтеновых углеводородов по фракциям нефти самое разнообразное. Их содер­жание обычно растет по мере утяжеления фрак­ций, и только в наиболее высококипящих масля­ных фракциях оно пада­ет (рис.3.1). В некоторых нефтях нафтены распре­делены почти равномер­но по фракциям.

Наиболее богаты циклоалканами бакинс­кие и эмбенские нефти -40-60%, а в отдельных фракциях до 60-80% масс. на нефть. Нефть восточ­ных районов характеризу­ется значительно мень­шим их содержанием.

Распределение циклоалканов по типам структур определяется химическим составом нефтей и температурными пределами фрак­ций. Для большинства нефтей характерно преобладание моно- и би-цикланов над остальными нафтенами, особенно в низкокипящих их фракциях. Как видно из рис.3.2, с ростом температуры кипения фрак­ций последовательно повышается доля нафтенов с большим числом циклов, а моноцикланов - непрерывно снижается.

В качестве примера ниже представлен массовый состав углево­дородов бензиновой фракции ромашкинской нефти:

Алканы Cj-C/2 58,64

Циклоалканы, в т. ч. 27,97

Метилциклопентан 1,87

Диметилциклопентаны 1,85

Триметилциклопентаиы 1,50

Циклогексаи 0,63

Метилциклогексан 4,34

Диметилциклогексаны 2,34

Циклоалканы С₉ 5,60

С,₀ 4.14

С₁₂ 2,30

Арены 13,39

*KUtL *-"

Рис. 3.2. Относительное распределение

углеводородов по типу структур в нефти

месторождения Грязевая Сопка:

1 - моноциклические; 2 - бициклические;

3 - трициклические; 4 - тетра- и более

циклические

нению с алканами характеризуются бенно важно, меньшей температурой

Нафтеновые углеводороды являются наиболее высококаче­ственной составной частью мо­торных топлив и смазочных ма­сел. Моноциклические нафтено­вые углеводороды придают авто­бензинам, реактивным и дизель­ным топливам высокие экс­плуатационные свойства, яш1яют-ся более качественным сырьем в процессах каталитического ри-форминга. В составе смазочных масел нафтены обеспечивают ма­лое изменение вязкости от темпе­ратуры (т.е. высокий индекс ма­сел). При одинаковом числе угле­родных атомов нафтены по срав-большей плотностью и, что осо-застывания.

3.2.3. Ароматические углеводороды

Ароматические углеводороды - арены с эмпирической формулой С„Н_п+2-2Ка (^гД^е Ка - число ареновых колец) - содержатся в нефтях, как правило, в меньшем количестве (15 - 50% масс), чем алканы и циклоалканы, и представлены гомологами бензола в бензиновых фракциях и производными полициклических аренов с числом Ка до 4 и более в средних топливных и масляных фракциях.

Распределение их по фракциям нефти различно. В легких не-фтях содержание аренов с повышением температуры кипения фрак­ций, как правило, снижается. Нефти средней плотности нафтеново­го типа характеризуются почти равномерным распределением аре­нов по фракциям. В тяжелых нефтях содержание их резко возраста­ет с повышением температуры кипения фракций.

В бензиновых фракциях нефтей идентифицированы все теоре­тически возможные гомологи бензола С₆-С₉ с преобладанием термо­динамически более устойчивых изомеров с большим числом алкиль-ных заместителей примерно в следующем соотношении: С₆:С₇.:С₈:С₉ = 1:3:7:8. Причем из аренов С₈ соотношение этилбензола к сумме ксилолов (диметилбензола) составляет 1:5, а среди аренов С₉пропил-бензол, метилэтилбензол и триметилбензол содержатся в пропорции 1:3:5. В бензинах в небольших количествах обнаружены арены С₁₀, а также простейший гибридный углеводород - индан (XI). В керосино-газойлевых фракциях нефтей идентифицированы гомологи бензола С₁₀ и более, нафталин (XII), тетралин (XIII) и их производные. В мас­ляных фракциях найдены фенантрен (XIV), антрацен (XV), пирен (XVI), хризен (XVII), бензантрацен (XVIII), бензфенантрен (XIX), перилен (XX) и многочисленные их производные, а также гибрид­ные углеводороды с различным сочетанием бензольных и нафтено­вых колец.

Для иллюстрации распределения аренов по молекулярной массе приводим ниже среднее содержание их в % масс, от суммы аренов, характерное для отечественных нефтей различных типов:

Бензольные 67 Хризеновые и

Нафталиновые 18 бензфенантреновые 3

Фенантреновые 8 Пиреновые 2

Антраценовые 1 Прочие арены 1

Ароматические углеводороды являются ценными компонентами в автобензинах (с высокими октановыми числами), но нежелатель­ными в реактивных и дизельных топливах. Моноциклические аре­ны с длинными боковыми изопарафиновыми цепями придают сма­зочным маслам хорошие вязкотемпературные свойства. В этом от­ношении весьма нежелательны и подлежат удалению из масел по­лициклические арены без боковых цепей.

Индивидуальные ароматические углеводороды: бензол, толуол, ксилолы, этилбензол, изопропилбензол и нафталин - ценное сырье

для многих процессов нефтехимического и органического синтеза, включая такие важные отрасли нефтехимической промышленности, как производство синтетических каучуков, пластмасс, синтетичес­ких волокон, взрывчатых, анилино-красочных и фармацевтических веществ.

3.2.4. Гибридные углеводороды

В молекулах гибридных углеводородов имеются в различных со­четаниях структурные элементы всех типов: моно- и полицикличес­ких аренов, моно- и полициклических пяти или шестикольчатых цик-ланов и алканов нормального и разветвленного строения. Их условно можно подразделить на следующие 3 типа: 1) алкано-циклановые; 2) алкано-ареновые и 3) алкано-циклано-ареновые. По существу, рас­смотренные выше алкилпроизводные циклоалканов и аренов можно отнести к первым двум типам гибридных углеводородов.

Как было отмечено ранее, в бензиновых и керосиновых фракци­ях идентифицированы простейшие циклано-ареновые углеводоро­ды: индан, тетралин и их алкильные производные. Исследования группового химического состава масляных фракций нефтей показа­ли, что они практически полностью состоят из высокомолекулярных гибридных углеводородов. В очищенных товарных маслах гибрид­ные углеводороды первого типа представлены преимущественно моно- и бициклическими цикланами с длинными алкильными цепя­ми (до 50 - 70% масс). Гибридные углеводороды с моно- или бицик­лическими аренами с длинными алкильными цепями могут входить в состав парафинов и церезинов. Третий тип гибридных углеводоро­дов наиболее распространен среди углеводородов высокомолекуляр­ной части нефти.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: