Oliekoolwaterstowwe: komponente, samestelling, struktuur

2024 Outeur: Angel Austin | [email protected]. Laas verander: 2023-12-17 05:14

Koolwaterstowwe is die belangrikste komponent van enige olie. Die konsentrasie van natuurlike koolwaterstowwe in verskillende tipes olie is nie dieselfde nie: van 100 (gaskondensaat) tot 30%. Koolwaterstowwe maak gemiddeld 70% van die massa van hierdie brandstof uit.

Koolwaterstowwe in olie

Ongeveer 700 koolwaterstowwe met 'n eienaardige struktuur is in die samestelling van olies geïdentifiseer. Almal van hulle is uiteenlopend in samestelling en struktuur, maar terselfdertyd stoor hulle inligting oor die samestelling en struktuur van stowwe wat die basis vorm van lipiede van antieke bakterieë, alge en hoër plante.

Die koolwaterstofsamestelling van olie sluit in:

1. Paraffiene.
2. Naftene (sikloalkane).
3. Aromatiese koolwaterstowwe (arene).

Alkane (alifatiese versadigde koolwaterstowwe)

Alkane is die belangrikste en goed bestudeerde koolwaterstowwe van enige olie. Die samestelling van olie sluit koolwaterstowwe alkane in van C₁ tot C₁₀₀. Hulle getal wissel van 20 tot 60% en hang af van die tipe olie. As die molekulêremassafraksie, word die konsentrasie van alkane in alle tipes verminder.

As sikliese koolwaterstowwe van verskillende strukture ewe algemeen in olie voorkom, dan oorheers strukture van 'n sekere struktuur gewoonlik onder alkane. Boonop hang die struktuur as 'n reël nie van molekulêre gewig af nie. Dit beteken dat daar in verskillende soorte olie sekere homoloë reekse alkane is: alkane van 'n normale struktuur, monometiel-gesubstitueerde met verskillende posisies van die metielgroep, minder dikwels - di- en trimetiel-gesubstitueerde alkane, sowel as tetrametielalkane van die isoprenoïed tipe. Alkane met 'n kenmerkende struktuur maak byna 90% van die totale massa olie-alkane uit. Hierdie feit laat 'n goeie studie van alkane in verskeie oliefraksies toe, insluitend hoogkokendes.

Alkane van verskillende breuke

By temperature van 50 tot 150 °C word breuk I vrygestel, wat alkane insluit met die aantal koolstofatome van 5 tot 11. Alkane het isomere:

• pentaan - 3;
• heksaan – 5;
• heptaan – 9;
• oktaan - 18;
• nonan - 35;
• Dean – 75;
• undecan – 159.

Daarom kan breuk wat ek teoreties ongeveer 300 koolwaterstowwe insluit. Natuurlik is nie alle isomere in olie teenwoordig nie, maar hul aantal is groot.

Die figuur toon 'n chromatogram van alkane C₅ – C₁₁ van olie uit die Surgut-veld, waar elke piek ooreenstem met 'n sekere stof.

By 'n temperatuur van 200-430 °С word alkane van breuk II van samestelling С₁₂ – С₂₇ geïsoleer. Die figuur wyschromatogram van alkane van breuk II. Die chromatogram toon die pieke van normale en monometiel-gesubstitueerde alkane. Die getalle dui die posisie van die substituente aan.

By 'n temperatuur van >430°C, alkane van breuk III van samestelling С₂₈ – С₄₀.

Isoprenoïde alkane

Isoprenoïedalkane sluit vertakte koolwaterstowwe in met gereelde afwisseling van metielgroepe. Byvoorbeeld, 2, 6, 10, 14-tetrametielpentadekaan of 2, 6, 10-trimetielheksadekaan. Isoprenoïedalkane en reguitkettingalkane maak die meerderheid van die biologiese petroleumvoerstof uit. Natuurlik is daar baie meer opsies vir isoprenoïde koolwaterstowwe.

Isoprenoïede word gekenmerk deur homologie en onewewig, dit wil sê, verskillende olies het hul eie stel van hierdie verbindings. Homologie is 'n gevolg van die vernietiging van hoër molekulêre gewig bronne. In isoprenoïede alkane kan "gapings" in die konsentrasies van enige homoloë opgespoor word. Dit is 'n gevolg van die onmoontlikheid om hul ketting (die vorming van hierdie homoloog) te breek op die plek waar die metielsubstituente geleë is. Hierdie kenmerk word gebruik om die bronne van isoprenoïedvorming te bepaal.

Sikloalkane (naftene)

Naftene is versadigde sikliese koolwaterstowwe van olie. In baie olies oorheers hulle bo ander klasse koolwaterstowwe. Hul inhoud kan wissel van 25 tot 75%. Gevind in alle faksies. Soos die breuk swaarder word, neem hul inhoud toe. Naftenes word deur die hoeveelheid onderskeisiklusse in 'n molekule. Naftene word in twee groepe verdeel: mono- en polisiklies. Monosiklies is vyf- en seslede. Polisikliese ringe kan beide vyf- en sesledige ringe insluit.

Laagkokende fraksies bevat oorwegend alkielderivate van sikloheksaan en siklopentaan, met metielderivate wat in petrolfraksies oorheers.

Polisikliese naftene word hoofsaaklik gevind in oliefraksies wat by temperature bo 300 °C wegkook, en hul inhoud in fraksies van 400-550 °C bereik 70-80%.

Aromatiese koolwaterstowwe (arene)

Hulle word in twee groepe verdeel:

1. Alkylaromatiese koolwaterstowwe wat slegs aromatiese ringe en alkielsubstituente bevat. Dit sluit in alkielbensene, alkielnaftalene, alkielfenantrene, alkielchrysepe en alkielpisene.
2. Koolwaterstowwe met 'n gemengde tipe struktuur, wat beide aromatiese (onversadigde) en nafteniese (beperkende) ringe bevat. Onder hulle word onderskei:

• monoaromatiese koolwaterstowwe - indane, di-, tri- en tetranaftenobensene;
• diaromatiese koolwaterstowwe - mono- en dinaftenonaftalene;
• koolwaterstowwe met drie of meer aromatiese ringe - naftenofenantrene.

Tegniese betekenis van die koolwaterstofsamestelling van olie

Die samestelling van stowwe beïnvloed die kwaliteit van olie aansienlik.

1. Paraffiene:

• Normale paraffiene (onvertakte) het 'n lae oktaangetal en hoë gietpunte. Daarom, inin die proses van verwerking word dit omgeskakel in koolwaterstowwe van ander groepe.
• Isoparaffiene (vertakte) het 'n hoë oktaangetal, dit wil sê hoë antiklop-eienskappe (isooktaan is 'n verwysingsverbinding met 'n oktaangetal van 100), sowel as lae gietpunte in vergelyking met normale paraffiene.

2. Naftene (sikloparaffiene) saam met isoparaffiene het 'n positiewe uitwerking op die kwaliteit van dieselbrandstof en smeerolies. Hul hoë inhoud in die swaar petrolfraksie lei tot hoë opbrengs en hoë oktaangetal produkte.

3. Aromatiese koolwaterstowwe vererger die omgewingseienskappe van die brandstof, maar het 'n hoë oktaangetal. Daarom word ander groepe koolwaterstowwe tydens olieraffinering in aromatiese omgeskakel, maar hul hoeveelheid, hoofsaaklik benseen, in die brandstof word streng gereguleer.

Metodes om die koolwaterstofsamestelling van olie te bestudeer

Vir tegniese doeleindes is dit voldoende om die samestelling van olie vas te stel deur die inhoud van sekere klasse koolwaterstowwe daarin. Die fraksionele samestelling van olie is belangrik vir die keuse van die rigting van olieraffinering.

Om die groepsamestelling van olie te bepaal, word verskeie metodes gebruik:

• Chemies beteken om 'n reaksie (nitrasie of sulfonering) van die interaksie van 'n reagens met 'n sekere klas koolwaterstowwe (alkene of arene) uit te voer. Deur die volume of die hoeveelheid van die resulterende reaksieprodukte te verander, word die inhoud van die bepaalde klas koolwaterstowwe beoordeel
• Fisies-chemies sluit ekstraksie en adsorpsie in. Dit is hoe arene onttrek wordswaeldioksied, anilien of dimetielsulfaat, gevolg deur adsorpsie van hierdie koolwaterstowwe op silikagel.
• Fisiek sluit die bepaling van optiese eienskappe in.
• Gekombineer - die mees akkurate en mees algemene. Kombineer enige twee metodes. Byvoorbeeld, die verwydering van arene deur chemiese of fisies-chemiese metodes en die meting van die fisiese eienskappe van olie voor en na hul verwydering.

Vir wetenskaplike doeleindes is dit belangrik om presies te bepaal watter koolwaterstowwe teenwoordig is of oorheersend in olie is.

Om individuele molekules van koolwaterstowwe te identifiseer, word gas-vloeistofchromatografie gebruik met behulp van kapillêre kolomme en temperatuurbeheer, chromatografie-massaspektrometrie met rekenaarverwerking en chromatogrambou vir individuele kenmerkende fragmentione (massafragmentografie of massachromatografie). KMR-spektra op kerne ¹³C.

word ook gebruik

Moderne skemas vir die ontleding van die samestelling van oliekoolwaterstowwe sluit voorlopige skeiding in twee of drie fraksies met verskillende kookpunte in. Daarna word elk van die fraksies geskei in versadigde (paraffien-nafteniese) en aromatiese koolwaterstowwe met behulp van vloeistofchromatografie op silikagel. Vervolgens moet aromatiese koolwaterstowwe geskei word in mono-, bi- en polyaromatiese deur gebruik te maak van vloeistofchromatografie met behulp van aluminiumoksied.

Bronne van koolwaterstowwe

Natuurlike bronne van olie- en gaskoolwaterstowwe is bio-organiese molekules van verskeie verbindings, hoofsaaklik hul lipiedkomponente. Imikan wees:

• hoër plantlipiede,
• alge,
• fytoplankton,
• zooplankton,
• bakterieë, veral selmembraanlipiede.

Die lipiedkomponente van plante stem baie ooreen in chemiese samestelling, maar sekere variasies van die molekules maak dit egter moontlik om die oorheersende deelname van sekere stowwe in die vorming van hierdie olie te bepaal.

Alle plantlipiede word in twee klasse verdeel:

• verbindings wat bestaan uit molekules met 'n reguit (of effens vertakte) ketting;
• verbindings gebaseer op isoprenoïede eenhede van alisikliese en alifatiese reekse.

Daar is verbindings wat bestaan uit elemente wat aan albei klasse behoort, soos was. Wasmolekules is esters van hoër versadigde of onversadigde vetsure en sikliese isoprenoïde alkohole - sterole.

Tipiese verteenwoordigers van lipied natuurlike bronne van petroleum koolwaterstowwe is die volgende verbindings:

1. Versadigde en onversadigde vetsure met samestelling C₁₂-C₂₆ en hidroksisure. Vetsure bestaan uit 'n ewe aantal koolstofatome, aangesien hulle gesintetiseer word uit C₂-asetaatkomponente. Hulle is deel van trigliseriede.
2. Natuurlike was - anders as vette, bevat dit nie gliserol nie, maar hoër vetterige alkohole of sterole.
3. Swak vertakte sure met metielsubstituente aan die einde van die ketting teenoor die karboksielgroep, byvoorbeeld iso- en teen-isosure.
4. Interessante stowwe is suberin en cutin, wat ingesluit is inverskillende dele van plante. Hulle word gevorm deur gepolimeriseerde gebonde vetsure en alkohole. Hierdie verbindings is bestand teen ensiematiese en mikrobiese aanval, wat alifatiese kettings teen biologiese oksidasie beskerm.

Relikwieë en omgeskakelde koolwaterstowwe

Alle oliekoolwaterstowwe word in twee groepe verdeel:

1. Getransformeerd - die strukturele kenmerke wat kenmerkend is van die oorspronklike bio-organiese molekules verloor.
2. Relikwieë, of chemofossiele - daardie koolwaterstowwe wat die kenmerkende kenmerke van die struktuur van die oorspronklike molekules behou het, ongeag of hierdie koolwaterstowwe in die oorspronklike biomassa was of later uit ander stowwe gevorm is.

Relikiekoolwaterstowwe waaruit olie bestaan, word in twee groepe verdeel:

• isopreenoïedtipe - alisikliese en alifatiese struktuur, met tot vyf siklusse in een molekule;
• nie-isoprenoïed - meestal alifatiese verbindings met n-alkiel of lig vertakte kettings.

Relikwieë van isoprenoïede struktuur is baie meer as nie-isoprenoïede.

Meer as 500 oorblyfselolie-koolwaterstowwe is geïdentifiseer, en hul getal neem elke jaar toe.