Нефть представляет собой сложную смесь органических соединений,
основную массу которой составляют углеводороды. Однако значительную роль
в химии и технологии переработки нефти играют неуглеводородные
компоненты — соединения, содержащие гетероатомы (S, N, O,
металлы), а также механические примеси и воды. Эти вещества определяют
физико-химические свойства нефти, её стойкость к старению, коррозионную
активность и каталитическую обрабатываемость.
1. Сера и серосодержащие
соединения
Содержание серы в нефти колеблется в пределах
0,05–5% масс., иногда достигая 7–8% в тяжёлых видах нефти. Сера в нефти
присутствует в виде разнообразных органических соединений:
- Тиолы (R–SH) — соединения с высокой реакционной
способностью. Они легко окисляются до дисульфидов и сульфонов.
- Сульфиды и дисульфиды (R–S–R’, R–S–S–R’) —
стабильные при нормальных условиях соединения, которые разрушаются при
гидроочистке.
- Тиофены и их производные — ароматические
гетероциклические соединения, устойчивые к обычным окислителям.
Тиофеновые соединения особенно значимы в переработке, так как требуют
интенсивной гидроочистки.
- Серные кислоты и полиэтиленсульфиды — образуются
преимущественно при старении нефти и при окислительных процессах.
Серосодержащие соединения определяют коррозионную активность
нефти и могут вызывать повреждение оборудования при
переработке.
2. Азотсодержащие соединения
Азотные компоненты нефти представлены алкалоидными и аминными
соединениями, а также сложными гетероциклическими
соединениями:
- Пиридины и их производные — ароматические
соединения с азотом в кольце, повышающие щёлочность нефти.
- Пиперидины, пирролы, имидазолы — азотсодержащие
циклические соединения, влияющие на стабильность нефтепродуктов.
- Стероидные и алкалоидные остатки — встречаются в
нефтях, образованных из биогенных материалов.
Азотные соединения могут ингибировать каталитические
процессы, например гидрокрекинг и реформинг, и способствуют
образованию смол и осадков при хранении нефти.
3. Кислородсодержащие
соединения
Кислородные компоненты нефти включают:
- Карбоновые кислоты (R–COOH) — главным образом
смоляные кислоты, придают нефти кислотность (PONA-кислотность). Их
концентрация составляет 0,01–0,5% масс.
- Фенолы и спирты (R–OH, Ar–OH) — присутствуют в виде
свободных соединений или в составе смолистых фракций.
- Эфиры, кетоны, лактоны — менее стабильные
соединения, часто переходят в смолы при термическом разложении
нефти.
Кислородсодержащие соединения повышают вязкость
нефти, способствуют её окислению и образованию осадков при
хранении.
4. Металлы и их соединения
Нефть содержит следовые количества металлов (Fe, Ni, V, Cu, Pb),
присутствующих преимущественно в форме органических комплексов:
- Ванадий и никель — чаще всего находятся в
комплексах с порфиринами, устойчивых к деструкции. Эти соединения
оказывают катализирующее действие при некоторых процессах, но вызывают
сильное отравление промышленных катализаторов.
- Железо и меди — могут присутствовать в виде
свободных и комплексных ионов, ускоряют процессы окисления и
коррозии.
- Алюминий, кальций, магний — преимущественно в виде
асфальтено-смоляных комплексов, влияющих на осадкообразование.
Металлические примеси требуют удаления перед катализаторными
процессами, иначе снижается активность катализаторов и
увеличивается образование кокса.
5. Водные и минеральные
примеси
Нефть содержит воду, соли и механические
примеси:
- Эмульсии вода/нефть — стойкие системы,
стабилизируемые смолами и асфальтенами. Водные капли могут быть связаны
с солями и металлами, способствуя коррозии.
- Растворённые соли (NaCl, CaCl₂, MgCl₂) — повышают
электропроводность воды и ускоряют коррозионные процессы.
- Глинистые частицы, песок, органический шлам —
механические примеси, которые оседают в резервуарах и
трубопроводах.
Удаление этих примесей является обязательным этапом подготовки нефти
к переработке.
6. Смолы и асфальтены
Смолы и асфальтены — сложные полярные компоненты,
относящиеся к высокомолекулярным соединениям:
- Асфальтены — поликонденсированные ароматические
соединения с гетероатомами (S, N, O) и металлами. Не растворяются в
лёгких углеводородах (пентан, гексан), растворимы в ароматических
растворителях.
- Смолы — полярные органические соединения,
растворимые в нефти, стабилизируют асфальтены в дисперсной системе.
Эти компоненты определяют вязкость нефти, её стабильность и
склонность к образованию отложений при хранении и
переработке.
7. Роль
неуглеводородных компонентов в переработке нефти
Неуглеводородные соединения оказывают комплексное влияние на
технологические процессы:
- Гидроочистка и гидрокрекинг — серосодержащие,
азотсодержащие и кислородсодержащие соединения требуют удаления или
трансформации, иначе происходит отравление катализаторов.
- Перегонка и дистилляция — кислоты и смолы
увеличивают коррозионную активность оборудования.
- Хранение и транспортировка — металлы, смолы и
асфальтены способствуют осадкообразованию и эмульгированию воды.
Контроль содержания этих компонентов осуществляется аналитическими
методами: фракционной перегонкой, хроматографией,
спектроскопией, атомно-абсорбционным и ICP-анализом.
Ключевые моменты
- Неуглеводородные компоненты нефти включают серу, азот, кислород,
металлы, воду, соли, смолы и асфальтены.
- Эти вещества определяют коррозионную активность, вязкость,
стабильность нефти и её переработку.
- Удаление или трансформация неуглеводородных соединений является
обязательным шагом в технологических процессах переработки нефти.
- Методы анализа и контроля позволяют оптимизировать
переработку и минимизировать повреждение оборудования.
Неуглеводородные компоненты нефти играют роль как нежелательных
примесей, так и функциональных активаторов процессов переработки, требуя
тщательного изучения и контроля на всех этапах нефтехимии.