Автор работы: Пользователь скрыл имя, 21 Ноября 2013 в 17:40, реферат
Гетероатомные (серо-, азот- и кислородсодержащие) и минеральные соединения, содержащиеся во всех нефтях, являются нежелательными компонентами, поскольку резко ухудшают качество получаемых нефтепродуктов, осложняют переработку (отравляют катализаторы, усиливают коррозию аппаратуры и т.д.) и обусловливают необходимость применения гидрогенизационных процессов.
Азотистые соединения нефти — присутствующие в нефтях органические соединения, содержащие в молекуле помимо С и Н один или более атомов N. Представлены преимущественно высокомолекулярными веществами сложного строения, принадлежащими к асфальтово-смолистому комплексу нефти.
Введение
Азотистые соединения нефти
Заключение
Список использованных источников
Министерство образования и наук Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет»
Филиал ФГБОУ ВПО УГНТУ в г. Стерлитамаке
Азотистые соединения нефти
Реферат
Выполнила: студент гр. ТС-09-31
Ишегулова Г. М.
Проверила : Минниханова Э. А.
2013
Содержание
Введение
Гетероатомные (серо-, азот- и кислородсодержащие) и минеральные соединения, содержащиеся во всех нефтях, являются нежелательными компонентами, поскольку резко ухудшают качество получаемых нефтепродуктов, осложняют переработку (отравляют катализаторы, усиливают коррозию аппаратуры и т.д.) и обусловливают необходимость применения гидрогенизационных процессов.
Азотистые соединения нефти — присутствующие в нефтях органические соединения, содержащие в молекуле помимо С и Н один или более атомов N. Представлены преимущественно высокомолекулярными веществами сложного строения, принадлежащими к асфальтово-смолистому комплексу нефти.
Во всех нефтях в небольших количествах (менее 1 %) содержится азот в виде соединений, обладающих основными или нейтральными свойствами. Большая их часть концентрируется в высококипящих фракциях и остатках перегонки нефти. Азотистые основания могут быть выделены из нефти обработкой слабой серной кислотой. Их количество составляет в среднем 30 - 40% от суммы всех азотистых соединений.
Азотистые соединения нефти
Содержание азота в нефтях редко превышает 1 %. Оно снижается с глубиной залегания нефтей и мало зависит от характера вмещающих их пород. Азотистые соединения сосредоточены в высококипящих фракциях и особенно тяжелых остатках. Обычно азотсодержащие соединения нефти делят на две большие группы: азотистые основания и нейтральные азотистые соединения. Доля азотистых оснований в нефтях колеблется в довольно широких пределах. По данным Камьянова, их содержание в нефтях составляет: США и Ближнего Востока — 25—34 %, Белоруссии—10—40%, Сахалина — 30—48 %. Ферганы— 21—58% от всех азотистых соединений данной нефти.
Азотистые соединения в российских нефтях содержатся в количествах не более 0,52%. В зарубежных нефтях (в Алжирских нефтях) 2,2%.
Они делятся на:
- основные
- кислотные
- нейтральные
Нейтральные сосредоточены в остаточных фракциях, и поэтому они попадают в маслянистые фракции.
Азотистые соединения с основными и нейтральными свойствами составляют до 80% всех органических соединений нефти.
Кислые свойства обнаружены в соединениях, которые называются порферины. Большое количество порферинов встречаются в виде комплексов с металлами (вольфрам, никель, ванадий, медь, железо, камбий) в встречаются в виде комплексов с металлами (вольфрам, никель, ванадий, медь, железо, камбий). Эти вещества термически нестабильны по химической активности.
Азотистые основания сравнительно легко выделяются минеральными кислотами и потому наиболее изучены, В настоящее время в нефтях и их фракциях выделено более 50 индивидуальных азотистых оснований. Это моно-, ди- и триметилпиридины или метилхинолины, а также их производные, где наряду с метильными присутствуют этил-, пропил- и изопропил-, бутил-, циклопентил- и другие заместители. Интересно, что во всех обнаруженных ди-, три- н тетраалкилхинолинах заместители располагаются в положениях 2-, 3-, 4- и 8-, причем в положениях 2- и 3- встречаются только метильные заместители.
Значительно реже представлены гомологи анилина. Например, в дизельной фракции арланской нефти обнаружено 34 % моно- и диметиланилинов.
По степени цикличности азотистые основания являются ароматическими гомологами пиридина, например:
Структуры типа акридина
встречаются редко.
Обнаруженные в калифорнийской нефти тетрациклические производные пиридина были представлены преимущественно 1, 2- и 3,4-бензакридинами:
Кроме чистоароматических гомологов пиридина в нефтях Сахалина найдены производные пиридина и хинолина, конденсированные с циклопентановым кольцом, которое в случае хинолина конденсировано с гетероциклом. Обычно нафтеновый цикл имеет один или два метильных и один длинный алкильный (4—10 атомов С) заместители.
Нейтральные азотсодержащие соединения нефти представлены арилпроизводными пиррола и амидами кислот. Установлено, что основная часть нейтральных азотсодержащих соединений дистиллятных фракций нефти состоит из алкилпроизводных индола
карбазола
бензокарбазола . Убедительных доказательств наличия в нефтях самого пиррола и простейших его алкилзамещенных пока нет.
С повышением температуры кипения нефтяных фракций в них увеличивается содержание нейтральных азотсодержащих соединений и падает содержание основных. В таблице приведены данные М. А. Бестужева по распределению азотсодержащих соединений по фракциям американских нефтей.
Таблица 1. Распределение азотсодержащих соединений по фракциям нефти месторождения Вильмингтона
Фракции |
Содержание азота, % |
Содержание во фракции в расчете на общее количество азота, % | |||
пиридиновых и хиноли- новых оснований |
амидов |
пирролов∗ и др. |
карбазолов и др. | ||
Сырая нефть |
0,64 |
31 |
5 |
9 |
55 |
300-350 °С 350-400 °С 450-500 °С Остаток выше 500 °С |
0,04 0,15 0,49 1,03 |
100 53 33 34 |
0 7 4 2 |
0 13 12 8 |
0 27 51 56 |
* Имеются в виду
В кислотных экстрактах из газойлевых фракций обнаружены соединения, содержащие два атома азота в одной молекуле. Обычно один из них несет основную функцию, а другой нейтрален, например пирроло- или карбазолохинолины:
Интересным типом азотсодержащих соединений являются нефтяные порфирины, довольно подробно изученные в настоящее время. Они содержат в молекуле 4 пиррольных кольца и встречаются в нефти в виде комплексов с ванадилом V02+ или №. Порфириновые комплексы чаще всего присутствуют в нефти в виде мономолекулярных соединений типа
Эти соединения различаются алкильными заместителями R1... R8. Могут встречаться порфирины другого типа, которые на периферии содержат конденсированное с пиррольными ароматическое или алициклическое кольцо.
По строению молекулы порфирины похожи на хлорофиллин — порфириновый комплекс, входящий в состав хлорофилла, что позволяет считать их реликтовыми структурами.
Порфириновые комплексы нефти обладают каталитической активностью. Предполагают, что они играют определенную роль в реакциях диспропорционирования водорода в процессе генезиса нефти.
Порфирины сравнительно легко выделяются из нефти экстракцией полярными растворителями, такими, как ацетонитрил, пиридин, диметилформамид и др.
Еще одним типом азотсодержащих соединений нефти являются амиды кислот и другие производные аминокислот. Эти соединения обнаружены во многих нефтях, однако выделить индивидуальные амиды пока не удалось. Считают, что амиды кислот имеют циклическую структуру, состоящую из ароматического и лактамного колец. Изучение амидов кислот представляет интерес с точки зрения генезиса нефти, так как, зная строение продуктов превращения аминокислот растений и животных, можно более аргументированно представить путь превращения органического вещества живых организмов в нефть.
Промышленного использования азотсодержащие соединения нефти не имеют.
Для количественного определения азота в нефтепродуктах обычно используют различные модификации метода Кьельдаля. Навеску нефтяной фракции обрабатывают избытком концентрированной серной кислоты, и все азотистые соединения переходят в сернокислотный слой, который кипятят в присутствии катализатора. При этом весь азот связывается в сульфат аммония. Раствор нагревают со щелочью, выделяющийся аммиак поглощается титрованным раствором серной кислоты, избыток которой оттитровывают щелочью. Содержание основного азота определяют методом потенциометрического титрования 0,1 N раствором хлорной кислоты (НС1О4) в смешанном растворителе (уксусная кислота -- бензол = 1:1).
Азотистые основания извлекают из нефтей или нефтяных фракций с помощью разбавленной хлороводородной или серной кислот в виде водных растворов солей; растворы обрабатывают щелочами, при этом азотистые основания выделяются в свободном виде. Более полное выделение азотистых оснований достигается при использовании крупнопористых катионитов (КУ-23) в присутствии полярных растворителей (уксусный ангидрид, диметилформамид). Нефтяную фракцию с растворителем многократно пропускают через слой катионита. Азотистые основания сорбируются на его поверхности. Десорбцию азотистых оснований с поверхности катионита проводят с помощью спиртового раствора аммиака или едкого натра.
Нейтральные азотистые соединения извлекают хлорным железом, которое образует комплексные соединения с нейтральными азотистыми веществами:
Выделенные комплексы разлагают щелочами. При этом азотистые соединения выделяются в свободном виде.
Полученные азотистые основания или нейтральные соединения подвергают ректификации для выделения либо индивидуальных соединений, либо концентратов. Далее следует идентификация азотистых соединений физико-химическими методами (масс-спектрометрия, ИК-, УФ-спектроскопия). В последние 10--15 лет для идентификации азотистых соединений в их смесях успешно используется метод хромато-масс-спектрометрии. Иногда используют химические методы идентификации. С этой целью получают кристаллические производные -- пикраты, хлористоводородные соли, хлорплатинаты. Для идентификации азотистых соединений нейтрального характера используют восстановление алюмогидридом лития (LiAlH4). При этом амиды и нитрилы превращаются в амины. Гетероциклические соединения не подвергаются изменениям.
Азотистые соединения используют как дизенфецирующие средства, антисептики, ингибиторы коррозии, антиокислители, они нежелательны, так как вызывают коксо- и газообразование.
Заключение
Азотистые соединения как основные, так и нейтральные - достаточно термически стабильны и не оказывают заметного влияния на эксплуатационные качества нефтепродуктов. Азотистые основания используются как дезинфицирующие средства, ингибиторы коррозии, как сильные растворители, добавки к смазочным маслам и битумам, антиокислители и т.д. Однако в процессах переработки нефтяного сырья проявляют отрицательные свойства - снижают активность катализаторов, вызывают осмоление и потемнение нефтепродуктов. Поэтому промышленного использования азотсодержащие соединения нефти не имеют.
Список использованных источников