Химическая структура нефти, ее влияние на свойства топлива и смазочных масел

Основную массу вещества нефти составляют углероды трех главных групп: парафинные (алканы), нафтеновые (цикланы) и ароматические (арены), состав и свойства которых зависят от происхождения и места добычи нефти. Структура нефти представлена на рис. 1.1.

Рис. 1.1 Общая структура нефти

Парафиновые углеводороды имеют высокую температу­ру застывания, что делает нежелательным их присутствие в зимних видах топлива и смазочных масел.

Общее содержание парафиновых углеводородов в нефтях и продуктах переработки составляет около 50–60%, причем наибольшее их содержание во фракциях, выкипающих до 150°С.

Нафтеновые углеводороды при одинаковой с парафиновыми молекулярной массе в области низких температур более инертны к окислению. Нафтеновые углеводороды имеют невысокую температуру плавления, поэтому снижают температуру застывания нефтепродуктов, что является ценным компонентом зимних видов топлива и смазочных масел. Благодаря устойчивости нафтеновых углеводородов к окислению при высоких температурах бензин имеет хорошие противодетонационные свойства.

Содержание нафтеновых углеводородов в нефти находится в пределах от 20 до 30% и выше, в масляных фракциях достигает 70%.

Ароматические углеводороды обладают высокой термической устойчивостью к реакциям окисления. Для этого типа углеводородов характерны высокие значения вязкости, плотности, температуры кипения. При понижении температуры вязкость аренов резко возрастает, что сказывается на свойствах смазочных масел.

Присутствие ароматических углеводородов в бензинах улучшает их противодетонационные свойства, а в дизельных топливах ухудшает самовоспламеняемость и делает работу дизеля жесткой.

В нефтях содержится от 10 до 48% ароматических углеводородов.

Кроме углеводородов трех основных групп в нефти присутствуют непредельные углеводороды, органические кислоты, смолисто-асфальтовые вещества, минеральные примеси, сернистые и азотистые соединения.

Непредельные углеводороды образуются в процессе термической переработки нефти. Они легко окисляются и имеют склонность к реакциям присоединения и уплотнения. Из-за малой стабильности непредельных углеводородов их присутствие в топливе и смазочных материалах нежелательно.

Органические кислоты – это соединения, содержащие кислород. Основными органическими кислотами в нефтях являются нафтеновые. Они активно взаимодействуют с цветными металлами, образуя соли. Большое количество нафтеновых кислот содержится в топливо-газойлевых фракциях нефти.

Смолисто-асфальтовые вещества являются сложными соединениями углерода, водорода, кислорода, иногда серы, частично заменяющей водород. Смолисто-асфальтовые вещества подразделяются на нейтральные нефтяные смолы, асфальтены, карбены и кислые нефтяные смолы. Смолисто-асфальтовые вещества являются нерастворимыми и ухудшают качество нефтепродуктов, поэтому присутствие их в легких топливах недопустимо.

Сернистые соединения делятся на активные, непосредственно вступающие в реакцию с металлами (сероводород Н₂S, элементарные сера S, меркаптаны), и неактивные (нейтральные), которые на металлы не действуют.

Нейтральные соединения составляют основную массу сернистых соединений – 70–80%. Наличие активных сернистых соединений в нефтепродуктах не допускаются.

Азотистые соединения содержатся в нефтях в малых количествах (0,03–3%) и практически удаляются при очистке нефтепродуктов.