Некоторые общие сведения о химическом составе и физических свойствах нефтей и газов

Состав газов. Углеводородные природные газы состоят в основном из парафиновых, или, как их еще называют, метановых углеводородов - метана СН₄, этана С₂Н₆, пропана С₃Н₈, бутана и изобутана С₄Н₁₀. В них присутствуют также пары жидких углеводородов. Кроме углеводородов в природных газах установлены углекислый газ СО₂, азот N₂, водород Н₂, сероводород H₂S, гелий Не, аргон Ar. В небольших количествах встречаются и другие газы.

Газовые скопления в осадочных толщах различаются по содержанию компонентов, входящих в их состав. Газы с резким преобладанием метана, относительно высоким содержанием этана и незначительным количеством углеводородов С₃-C₅ относят к так называемым сухим (тощим) газам. На Кавказе месторождения сухих газов распространены в Азербайджане, Дагестане, Чечено-Ингушетии, в Ставропольском и Краснодарском краях. Природный газ, сопровождающий нефть, отличается значительным содержанием не только метана, но и этана, пропана и бутана, а также небольшим количеством паров жидких углеводородов. Такой газ называется жирным. В некоторых случаях углеводородные природные газы бывают обогащены углекислым газом СО₂ и сероводородом H₂S. Например, в Датыхе (Чечено-Ингушетия) углеводородный газ содержит 5,5% H₂S и 15,5% СО₂.

Метан относится к наиболее легким углеводородным газам, его плотность составляет 0,55 по отношению к воздуху. Плотность этана 1,49, пропана 1,55, изобутана 2,067, бутана 2,085. Значение углеводородных природных газов и попутных нефтяных газов для развития народного хозяйства огромное.

В природных условиях известны еще так называемые газоконденсатные залежи. Они отличаются от чисто газовых залежей тем, что метану в них сопутствуют большие количества его газообразных гомологов, а также жидких парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов. Образование газоконденсатных залежей происходит вследствие растворимости нефти в газах под высоким давлением на сравнительно большой глубине. Плотность газов - этана, пропана - при сверхкритических температурах под давлением 7,5 МПа и более превышает плотность жидких углеводородов, в результате последние растворяются в сжатом газе. При разработке газоконденсатных залежей давление снижается, и жидкие углеводороды выпадают из газа в виде газового конденсата.

Состав нефтей. Нефть состоит из различных углеводородов и в природных условиях представляет собой жидкость коричневого, темно-коричневого, красного, черного, зеленоватого, желтого цветов. Встречаются также нефти бесцветные, прозрачные, как вода. Такие белые нефти установлены в верхних горизонтах продуктивной толщи на месторождении Сураханы (Баку). Светлые нефти в небольшом количестве получены при опробовании (испытании) некоторых горизонтов майкопской свиты в разведочных скважинах на месторождении Беной (северные склоны Кавказского хребта, Чечено-Ингушетия). Цвет нефти определяется содержанием в ней асфальтовых и смолистых веществ.

Как известно, углеводороды - это органические соединения, состоящие из углерода и водорода - газообразные, жидкие и твердые. Содержание углерода и водорода в различных нефтях колеблется в сравнительно узких пределах и составляет в среднем для углерода 83,5-87% и для водорода 11,5-14%. Жидкое состояние нефти объясняется повышенным содержанием водорода.

В состав нефтей входят углеводороды парафинового, нафтенового, ароматического рядов и углеводороды смешанного строения. В небольших количествах в нефтях присутствуют сера, кислород и азот; в виде микропримесей обнаружены и другие элементы, главным образом металлы - ванадий, никель, железо, магний, хром, титан, кобальт, калий, кальций, натрий и др., а также фосфор, кремний, йод, бром и др. Содержание этих элементов^* составляет незначительные доли процента.

^* (Основным источником их является биогенное вещество, т. е. эти элементы наследуются нефтью из материнского органического вещества.)

Многие нефти содержат большое количество легких жидких углеводородов, относящихся к бензиновой и газойлевой фракциям. Плотность таких нефтей обычно небольшая - 0,70-0,80 г/см³. В природе установлены и тяжелые нефти, плотность которых достигает 0,95-1,0. В их составе много смолистых веществ.

По содержанию серы нефти также значительно отличаются друг от друга.

Как правило, в нефтях в растворенном или свободном состоянии находятся газы. Состав их сравнительно простой, число имеющихся в них индивидуальных компонентов невелико.

Метановые углеводороды (алканы, парафины) C_nH_2n+2 - присутствуют во всех нефтях и являются основной их составляющей. По фракциям они распределяются неравномерно, концентрируясь преимущественно в нефтяных газах и бензиново-керосиновых фракциях. В масляных дистиллятах их содержание значительно снижается. В некоторых нефтях установлено почти полное отсутствие парафинов в высококипящих фракциях.

Нафтеновые углеводороды (полиметиленовые) С_nН_2n присутствуют во всех нефтях и установлены во всех фракциях. По мере утяжеления фракций содержание нафтенов растет. В наиболее высоко кипящих масляных фракциях их количество снижается. На Кавказе наиболее богаты нафтенами бакинские нефти.

Ароматические углеводороды (арены) C_nH_2n-6 в нефтях присутствуют всегда, но редко выступают в качестве преобладающей части.

Так, из бакинской нефти были выделены бензол, толуол, ксилолы, этилбензол и другие углеводороды этого класса. Углеводороды ряда бензола установлены во многих нефтях, но содержание их обычно невелико. Бензол, толуол, этилбензол, изопропилбензол, ксилолы, нафталин - ценное химическое сырье для процессов нефтехимического и органического синтеза. Они используются при производстве синтетических каучуков, пластических масс, синтетических волокон, взрывчатых и фармацевтических веществ, анилиновых красителей.

Углеводороды смешанного строения представляют большую часть углеводородов нефтей.

Во всех нефтях присутствуют парафины - твердые углеводороды, преимущественно метанового ряда, но обычно в небольших количествах - от десятых долей процента до 5%. В парафинистых нефтях их содержание повышается до 7-12%, например, в некоторых грозненских нефтях. Весьма высокое количество твердых парафинов установлено в озексуатской нефти (Ставропольский край). Здесь оно колеблется в пределах 14,3-23,6% (нижнемеловая нефть). В нефтях установлены также церезины - твердые углеводороды преимущественно циклической структуры, температура кипения которых выше 600°С. Парафины и церезины широко применяются в электро- и радиотехнической, бумажной, спичечной, химической, кожевенной, парфюмерной и других отраслях промышленности. Парафин используется и при производстве пластичных смазок. Очень большое значение имеют жидкие и твердые парафины как сырье для получения белково-витаминных концентратов, а также синтетических жирных кислот, спиртов и поверхностно-активных веществ.