Общие сведения об ароматических углеводородах (аренах) в нефти и нефтепродуктах

ХИМИЯ И ФИЗИКА НЕФТИ

Равновесные структуры в нефти

и нефтепродуктах

Методические указания к выполнению

лабораторной работы

Количественное определение

ароматических углеводородов

КРАСНОДАР

Составители: канд.техн.наук, доц. Чеников И.В., Филоненко С.Ю.

УДК 665.6 (092)

Химия и физика нефти: Методические указания к выполнению лабораторной работы «Количественное определение ароматических углеводородов» для студентов специальности 240403 – Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов и 280202 – Инженерная защита окружающей среды/Кубан. гос. технол.ун-т; сост. И.В.Чеников, С.Ю.Филоненко.- Краснодар, 2006. - 16 с.

Приведены методические указания по выполнению лабораторной работы.

Предназначены для студентов всех форм обучения.

Печатается по решению Редакционно-издательского совета Кубанского

государственного технологического университета

Рецензент: канд. хим. наук,

доцент Колесников А.Г.

Дисциплина "ХИМИЯ И ФИЗИКА НЕФТИ"

Разделы: Равновесные структуры в нефти и нефтепродуктах.

Молекулярные характеристики

КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ АРОМАТИЧЕСКИХ

УГЛЕВОДОРОДОВ

Общие сведения об ароматических углеводородах (аренах) в нефти и нефтепродуктах

Арены представлены в нефти моноциклическими и полициклическими соединениями в среднем в количестве 15—20%. В ароматических (смолистых) нефтях их содержание доходит до 35%. Основные структуры ароматических углеводородов (АрУ) следующие:

В среднем для нефтей характерно следующее соотношение разных видов АрУ:

· бензольные – 67%,

· нафталиновые – 18 %,

· фенантреновые – 8%,

· пиреновые – 5 %,

· прочие – 2 %.

Большая часть АрУ нефти являются алкилпроизводными приведенных базовых структур. Во фракциях нефти они распределяются в соответствии с их температурами кипения.

В зависимости от распределения ароматических углеводородов по фракциям можно выделить три группы нефтей:

1) нефти, ароматические углеводороды которых (в основном, поли­циклические) концентрируются в высших фракциях. Это тяжелые смолистые нефти с плотностью > 0,9;

2) нефти, ароматические углеводороды которых концентрируются в основном в средних фракциях. Плотность таких нефтей 0,85—0,9; нефти этих двух классов относятся главным образом к нафтеновым и нафтено-ароматическим;

3) нефти, ароматические углеводороды которых сконцентрированы в легких фракциях (до 300°С). Это парафинистые нефти.

В бензиновых фракциях нефти (30-200 ⁰С) содержатся только бензольные АрУ (С₆-С₉). Соединения состава С₁₀ обнаруживаются в основном во фракции 180-200 ^оС. В наибольших количествах в нефтях находят толуол, этилбензол, ксилолы (м-ксилол преобладает как более термодинамически устойчивый), затем триметилбензолы, далее идут кумол, пропилбензол, метилэтилбензолы.

В нефтях содержатся все производные бензола, по С₉ включительно. Монозамещенные бензолы, содержащие 4 и более атомов углерода в боковой цепи, встречаются редко. Соотношение содержания индивидуальных аренов остается приблизительно одинаковым для нефтей различных типов. Например, во всех нефтях трет-бутилбензола содержится приблизительно в 50 раз меньше, чем псевдокумола.

Во фракциях 200—350 ^оС преобладают алкилбензолы, главным образом ди- и тризамешенные, молекулы которых содержат метильные группы и алкильную группу состава С₇—C₈, Кроме производных бензола, в этих фракциях содержатся производные нафталина (моно-, би-, три- и тетраметилнафталины). Найдены также гомологи дифенила. Нафталин встречается редко.

Во фракциях >350°С, кроме высших гомологов бензола и гомологов нафталина, содержатся диарилалканы — углеводороды, в молекулах которых изолированные ароматические ядра свя­заны углеводородным мостиком, например:

В высших фракциях содержатся в небольшом количестве также гомологи полициклических углеводородов с конденсированными кольцами:

Основная часть этих углеводородов концентрируется в гудроне. Некоторые из них считаются канцерогенными веществами.

В остатках нефти (выше 500⁰С) концентрируются полициклические АрУ с числом циклов до семи, причем обычные АрУ здесь уступают место "гибридным", сочетающим в себе насыщенные и ненасыщенные циклы.

К характерным свойствам АрУ следует отнести высокую плотность (880-900 кг/м³), большой коэффициент лучепреломления (1,5-1,55) и минимальное соотношение Н:С (5-8%), т. е. низкие энергетические свойства.

Физические свойства АрУ существенно зависят от числа, места и молекулярной массы боковых заместителей и числа циклов. Это обстоятельство часто используют для разделения этих углеводородов физическими методами.

Ароматические углеводороды имеют более высокие температуры кипения и плавления, чем соответствующие им по числу атомов углерода нафтены (таблица 1). Это объясняется более плотной упаковкой молекул ароматических углеводородов (плоское кольцо), а также более сильным физико-химическим взаимодействием между молекулами — наличием p-электронов (исключение составляют бензол и циклогексан, имеющие близкие свойства).

Таблица 1 – Сопоставление некоторых свойств метилциклогексана и толуола

Алкилбензолы симметричного строения имеют более высокие температуры плавления. Например, р-ксилол (+13,2 ^оС) и о-ксилол (-25 °С). С увеличением числа углеводородных атомов в боковой цепи константы алкилбензола приближаются к константам алканов. Ароматические углеводороды избирательно растворяются в определенных растворителях, таких как гликоли, метанол, жидкий SO₂, анилин.

Молекулы аренов в нефтях ассоциированы как между собой, так и с молекулами алканов и нафтенов. Образование ассоциатов подтверждается отклонением от аддитивности физико-химических свойств бинарных смесей аренов, а также смесей аренов с нафтенами и алканами.