Гетероатомные соединения нефти

Атомно-абсорбционная спектроскопия (ААС): исследуется спектр поглощения специально подготовленного образца нефтепродукта, который подвергают высокотемпературному воздействию, например вводят в пламя (пламенная ААС)

Гетероатомные соединения нефти

Дипломная работа

Химия

Другие дипломы по предмету

Химия

Сдать работу со 100% гаранией
ния подвергают ректификации для выделения либо индивидуальных соединений, либо концентратов. Далее следует идентификация азотистых соединений физико-химическими методами (масс-спектрометрия, ИК-, УФ-спектроскопия). В последние 10-15 лет для идентификации азотистых соединений в их смесях успешно используется метод хромато-масс-спектрометрии. Иногда используют химические методы идентификации. С этой целью получают кристаллические производные - пикраты, хлористоводородные соли, хлорплатинаты. Для идентификации азотистых соединений нейтрального характера используют восстановление алюмогидридом лития (LiAlH4). При этом амиды и нитрилы превращаются в амины. Гетероциклические соединения не подвергаются изменениям.

Смолисто-асфальтеновые вещества (CAB) нефтей После отгонки легких, средних и масляных фракций нефти в остатке получают гудрон - сложную смесь тяжелых углеводородов и CAB высокой молекулярной массы. Количество этих веществ в высокосмолистых нефтях может достигать 40%. В высококонцентрированном виде CAB находятся в природе в виде природных битумов. Из них можно разделить и количественно определить асфальтены, масла и смолы. Нефтяные смолы состоят из нейтральных смол и асфальтогеновых кислот. Асфальтогеновые кислоты отличаются от нейтральных смол не только своими кислотными свойствами, но и лучшей растворимостью в органических растворителях (например, в спирте). На этом основано их отделение от нейтральных смол.

Нейтральные смолы - густые вязкие вещества бурого цвета. Их плотность 1,1 и молекулярная масса в пределах 600-700. Что представляют собой эти вещества по химической природе? Основными структурными единицами нейтральных смол являются конденсированные кольчатые системы, связанные между собой алифатическими цепочками и состоящие из ароматических (преимущественно) нафтеновых и гетероциклических колец с алкильными боковыми цепями:

 

 

Нейтральные смолы растворимы во многих растворителях, в том числе и в алканах.

Нейтральные смолы под влиянием нагрева, освещения, под действием кислот легко подвергаются химическим превращениям, уплотняются и превращаются в асфальтены.

Асфальтены - твердые высокоплавкие хрупкие вещества черного цвета, не растворимые в алканах, но растворимые в ароматических углеводородах и других растворителях. Молекулярная масса равна 2000-3000. Иногда выше - до 6000. Если растворы асфальтенов нагревать или освещать, то они подвергаются конденсации и превращаются в карбены и карбоиды, нерастворимые продукты еще большей молекулярной массы. Молекулы асфальтенов можно рассматривать как продукты конденсации нескольких молекул нейтральных смол.

Асфальтогеновые кислоты - это темные вязкие вещества, растворимые в щелочах, в спирте. Их молекулы содержат несколько гидроксильных и карбоксильных групп. В остальном их структура близка структуре нейтральных смол.

Смолистые вещества, содержащиеся в нефтяных продуктах (например, в маслах), ухудшают их свойства, повышают склонность масел к окислению и осадкообразованию. Поэтому для получения товарных масел необходимо удаление этих веществ из масляной фракций, что достигается различными методами очистки масел с помощью селективных растворителей или адсорбентов. Остатки от перегонки (мазут, гудрон), а также крекинг-остатки служат сырьем для получения искусственных битумов. Битумы находят широкое применение в промышленности (строительная промышленность, дорожное строительство, производство бетонов, асфальтов, для приготовления лаков). Качество битумов, предназначенных, в частности, для дорожного строительства, зависит от содержания в них различных смолистых веществ. Так, асфальтены придают битумам твердость, повышают их температуру размягчения, а нейтральные смолы и аофальтогеновые кислоты обеспечивают эластичность битумов и повышают их прочность.

К минеральным компонентам нефти относятся вода, соли, растворенные в ней (соли щелочных и щелочноземельных металлов: NaCl, СаС12, MgCl2, Na2SO4 и т. д.), сероводород и его соли. Кроме того, в нефти содержатся различные металлы в составе солей органических кислот (нафтеновых, жирных, асфальтогеновых), а также в составе комплексных соединений. При полном сгорании образца нефти или остатка от перегонки нефти все металлы и некоторые неметаллы в виде оксидов и солей переходят в золу. При сгорании часть некоторых элементов (В, Си, V, Ni и др.) в виде летучих соединений теряется. Поэтому озоление необходимо проводить в специальных герметических сосудах. Содержание золы в нефти очень мало и составляет сотые или десятые доли процента. Спектральный анализ элементов, входящих в состав золы, позволил расположить эти элементы в порядке уменьшения их содержания в следующий ряд:

S, О, N, Р, V, К, Ni, Si, Ca, Fe, Mg, Na, Al, Mn, Pb, Ag, Au, Cu, U, Sn, As.

Всего в нефтях найдено более 50 элементов.

-20% от массы золы составляют щелочные и щелочноземельные металлы (в нефти содержатся в виде солей нефтяных кислот, фенолов, входят в состав асфальтенов). Элементы подгруппы меди (Си, Ag) концентрируются, в основном, в остатке (в асфальтенах и смолах). Металлы подгруппы цинка (Zn, Cd, Hg) содержатся, главным образом, в высококипящих фракциях и остатках в виде металлопорфиринов и солей нефтяных кислот.

Элементы III группы (В, Al, Ca, Jn, T1) присутствуют в нефтях в виде комплексов с фенолами и кислотами. Такие элементы IV группы, как кремний, свинец, олово и элементы V группы - фосфор, мышьяк, сурьма, висмут, обнаружены во фракциях нефти в виде элементоорганических соединений.

Из элементов V подгруппы в нефтях найден только ванадий в виде ванадил-порфиринов (летучие соединения) и в составе комплексов с асфальтенами и смолами (с участием атомов N, S, О).

В нефтях содержатся галогены Cl, Br, J; фтор не обнаружен. Из элементов VIII группы найдены Fe, Co, Ni в виде комплексных соединений с асфальтенами и смолами, из радиоактивных элементов - уран и радий (в виде комплексов с порфиринами).

Интересно отметить, что ванадий и никель, являясь микроэлементами в земной коре, по содержанию в нефтях занимают первое место среди металлов. В золе некоторых нефтей содержание никеля может доходить до 36, а ванадия - до 60%. Причем ванадий содержится преимущественно в золе сернистых и смолистых нефтей.

Для определения микроэлементов нефтей используют обычно атомно-абсорбционную спектроскопию, эмиссионную спектроскопию и нейтронный активационный анализ.

Атомно-абсорбционная спектроскопия (ААС): исследуется спектр поглощения специально подготовленного образца нефтепродукта, который подвергают высокотемпературному воздействию, например вводят в пламя (пламенная ААС) или в специальную камеру с высокой температурой - так называемый атомизатор (беспламенная ААС). Через пары образца пропускают соответствующий монохроматический свет, который поглощают только атомы анализируемого элемента. По интенсивности полосы поглощения с помощью калибровочного графика рассчитывают процентное содержание элемента. Эмиссионная спектроскопия (ЭС): исследование спектров испускания атомов образца, введенных в зону высоких температур (например, вольтова дуга). Этот вид спектроскопии применяют для определения элементов, имеющих низкие энергии возбуждения (Li, Na, К, Sr, Ва, В, Al, P, S и др.). Элементы, имеющие высокую энергию возбуждения (Be, Mg, Co, Pt, Zn, Cd, Ag, Au, Hg, Pb и др.), анализируют методом атомно-абсорбционной спектроскопии.

Принцип нейтронного активационного анализа: образец облучают нейтронами с так называемыми тепловыми скоростями. Нейтрон захватывается ядром атома, при этом образуется радиоактивный изотоп того же элемента. По периоду полураспада изотопа можно определить элемент. По интенсивности γ-излучения при распаде изотопа определяют его количество.

 

Похожие работы

<< < 1 2 3