Основное сырье для получения горюче-смазочных материалов

Нефть – сложная смесь различных химических соединений.
Парафиновые углеводороды (SnN2n+2) составляют основную массу нефти. К этому типу углеводородов относятся: газообразные углеводороды (начиная с метана SN4-), жидкие (начиная с пентана S5N12-) и твердые или н-парафины (начиная с гексадекана S16N34-). Газообразные и твердые углеводороды обладают свойством плавиться в жидких углеводородах, причем при повышении температуры или понижении давления от них отделяется газообразная часть, а при понижении температуры она снова становится твердой.
Нормальные парафиновые углеводороды устойчивы к окислению. Однако он нестабилен под воздействием высокой температуры (250...3000С), легко окисляется и взрывается, поэтому считается непригодным к использованию. Но благодаря этим свойствам их включают в топливо, предназначенное для высокооборотных дизелей.
Кроме н-парафинов в состав нефтепродуктов входят также изомерные углеводороды (ипарафины), формула которых имеет одинаковый вид, отличаясь лишь пространственным расположением их атомов.
Изопарафины отличаются от н-парафинов по своим свойствам. В частности, парафины обладают высокими окислительными свойствами при умеренных температурах, но скорость окисления замедляется с повышением температуры, а их стабильность выше по сравнению с н-парафинами при высоких температурах. Эти свойства н и парафинов существенно влияют на эксплуатационные свойства топлив. Для обеспечения бесперебойной работы дизеля наличие н-парафинов в дизельном топливе; Чтобы бензин имел высокие антидетонационные свойства, он должен содержать парафины.
В то же время температура застывания парафиновых углеводородов высока, поэтому их содержание в зимних дизельных топливах и маслах ограничено.
Суммарное количество парафинов в нефти и продуктах переработки составляет 50...60%, поэтому парафиновые фракции, выделяющиеся при нагревании нефти до 150°С, в больших количествах находятся в нефтепродуктах.
С увеличением молекулярной массы парафинов увеличиваются их плотность, температуры воспламенения и кипения.
Парафины в топливе и маслах обладают высокой химической стабильностью. В нормальных условиях они слабо реагируют с большинством реагентов и не вступают в реакции сочетания при комнатной температуре.
Нафтеновые углеводороды (SnN2n) имеют циклическую структуру, а их молекулы включают замкнутое кольцо атомов углерода, находящихся в простых валентных связях друг с другом.
В легкую фракцию топлива входят моноциклические нафтеновые углеводороды, молекулы которых состоят из одного кольца и имеют пять или шесть атомов углерода. Общая эмпирическая формула моноцикланов – SnH2n. Моноцикланы включают углеводороды, такие как циклопентан S5N10 и циклопентан S6N12.
Нафтены не вступают в реакции окисления при относительно низких температурах, как парафины. При высоких температурах (400°С и выше) устойчивость к окислению цикланов выше по сравнению с н-парафинами и близка к ипарафинам.
Низкокипящие нафтеновые углеводороды снижают температуру застывания нефтепродуктов. Поэтому они являются ценным компонентом зимних горюче-смазочных материалов. Благодаря устойчивости нафтеновых углеводородов к окислению даже при высоких температурах бензин обладает хорошими антидетонационными свойствами.

Количество нафтеновых углеводородов составляет 20...30% в маслах и до 70% в нефтяных фракциях.

Ароматические углеводороды (SnN2n6; SnN2n12) состоят из шестичленного циклического (бензольного) ядра. Легкие фракции нефтепродуктов содержат моноциклические ароматические углеводороды, а тяжелые фракции – полициклические углеводороды.
Ароматические углеводороды той же молекулярной массы имеют несколько более высокую вязкость, плотность и температуру кипения, чем алканы и циклоны. При понижении температуры резко возрастает вязкость ароматических углеводородов, что отрицательно сказывается на свойствах смазочных материалов.
Благодаря малой окисляемости ароматических углеводородов они повышают детонационную стойкость бензина. Ароматические углеводороды в составе дизельного топлива продлевают период их самовоспламенения и заставляют двигатель работать в напряженном режиме.
Из-за плохих вязкостно-температурных свойств ароматические углеводороды редко добавляют в смазочные материалы.
Нефть содержит 10—15% ароматических углеводородов, причем в некоторых фракциях это количество увеличивается с повышением температуры кипения. Ненасыщенные углеводороды образуются в результате термической обработки нефти. Для них характерно наличие двойных и тройных связей между атомами углерода. Среди этого типа углеводородов много олефиновых углеводородов с одинарной двойной связью (например, этилен S2N4) с общей формулой SnN2n. Широко распространены также диолефиновые углеводороды с двумя двойными связями общей формулы SnN2n2.

Двойные связи в молекулах увеличивают их химическую активность. Они легко окисляются и склонны к реакциям агрегации и уплотнения (полимеризации). Чем больше число двойных связей в молекуле, тем быстрее идет процесс окисления. В результате полимеризации образуются высокомолекулярные смоло-асфальтовые соединения. Поэтому нецелесообразно иметь ненасыщенные углеводороды в моторном топливе и маслах. В результате нестабильности ненасыщенных углеводородов они ускоряют процесс образования смол в хранимом топливе, особенно в крекинг-бензине.

Кислородные соединения. Основными органическими кислотами нефти и нефтепродуктов являются нафтеновые группы. Они относятся к карбоновым кислотам в форме RCOOH, где - углеводородный радикал; SOON представляет собой карбоксильную группу, указывающую на то, что соединение является кислым.
Нафтеновые кислоты представляют собой маслянистые жидкости с высокой температурой кипения (более 2000С), плотностью 1 г/см3 при комнатной температуре, хорошо растворимые в нефтепродуктах и ​​совершенно нерастворимые в воде.
Под действием нафтеновых кислот черные металлы не ржавеют, но сильно воздействуют на цветные металлы (главным образом цинк и свинец) и образуют их соли.
Основная часть нафтеновых кислот находится в топливной газоильной фракции нефти.

В процессе окисления в составе нефтепродуктов помимо карбоксильной группы также образуются оксикислоты с участием гидроксильной группы НА.

Смолисто-асфальтовые вещества представляют собой сложные соединения углерода, водорода, кислорода и серы.
Асфальтовые вещества подразделяются на нейтральные нефтяные смолы, асфальтены, углерод и карбиды и кислые нефтяные смолы.
Нейтральные смолы представляют собой полужидкие тянущиеся вещества оранжевого или коричневого цвета с сильными красящими свойствами. Плотность смолы 1 г/см3, состав элементов следующий: углерод 80...85%; 10-процентный водород; 510 процентов кислорода. Эмпирическая формула SnN2nmOp, где n*16...69, m*8...40 и p*1...3. Смолы легко растворяются в нефтепродуктах, но трудно растворяются в спирте и ацетоне.
Асфальтены представляют собой коричнево-черные или черные твердые вещества с хорошими красящими свойствами. Его плотность составляет более 1 г/см3, он отличается от нейтральных смол по элементному составу несколько более высоким содержанием углерода и меньшим содержанием водорода. Они нерастворимы в легкой фракции нефти и спирта; бензол, хлороформ, образует коллоидные растворы в тяжелых фракциях нефти, особенно в гудронах. Асфальтены разлагаются при температуре выше 3000С.
Если нефтяные гудроны получают окислительной полимеризацией углеводородов, то их последующее уплотнение приводит к образованию асфальтенов, в результате чего образуются углерод и карбиды.
Углерод и карбиды по внешнему виду сходны с асфальтенами и имеют относительно темную окраску. Углерод растворим только в сероводороде и придине. Карбоиды состоят из нерастворимых соединений.