Межмолекулярные взаимодействия компонентов нефти

I. МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОМПОНЕНТОВ НЕФТИ [c.14]

В настоящее время в составе газетных красок применяют лаковый битум и высоковязкие минеральные масла. Однако во многих случаях получаемые краски не удовлетворяют требованиям потребителя. Это объясняется прежде всего случайным составлением красочных композиций, без учета межмолекулярных взаимодействий компонентов красок, определяющих их функциональные свойства. Б нефтепереработке имеется ряд высокомолекулярных продуктов, близких по свойствам к лаковому битуму и не находящих до последнего времени квалифицированного применения. Представляют интерес некоторые виды промежуточных продуктов нефтеперерабатывающих производств в качестве растворителей для полиграфических красок. Указанные обстоятельства обусловили необходимость систематического исследования свойств этих материалов, в первую очередь реологических и печатно-техно-логических. С учетом вышеизложенного был проведен широкий комплекс исследований с целью выявления возможности применения различных видов высокомолекулярных соединений нефти в составе композиций красок и изыскания возможности регулирования реологических свойств получаемых растворов. В качестве [c.251]

В различных условиях существования углеводородные системы, нефти, газовые конденсаты и продукты их переработки могут рассматриваться в виде многокомпонентных нефтяных дисперсных систем. Изменение термобарических условий приводит к превращениям инфраструктуры указанных систем, которые наиболее выражены в области фазовых переходов. При этом важнейшими параметрами, которые характеризуют систему на микроуровне, являются дисперсность, энергия межмолекулярных взаимодействий, размеры, конфигурация, поверхностная и объемная активность структурных образований, представляющих дисперсную фазу, степень их сольвати-рования компонентами дисперсионной среды. Изменение указанных параметров отражается на основных макрохарактеристиках системы, например плотности, вязкости, упругости пара, агрегативной и кинетической устойчивости. Причем, как правило, при отклике на внешние или внутренние возмущения на нефтяную дисперсную систему изменение этих характеристик сопровождается нелинейными и неаддитивными эффектами. Отклонения от аддитивности различных свойств нефтяных дисперсных систем в процессе их превращений характерны не только для смесей различных углеводородов, но могут проявляться даже в пределах одного гомологического ряда. [c.302]

Одним 113 основных параметров оценки межмолекулярного взаимодействия компонентов нефти, удобных для практических целей, является плотность энергии когезии, численно равная от-нощению энтальпии испарения жидкого компонента к его мольному объему [36]. Необходимые данные об энтальпиях испарения для расчета плотности энергии когезии и соответственно параметра растворимости жидких компонентов можно определить либо из непосредственных калориметрических данных, либо по температурной зависимости давления насыщенного пара, описываемой известным уравнением Клаузиуса — Клапейрона, либо по эмпирическим формулам через температуру кипения компонента. Однако энтальпию испарения экспериментально можно определить липль для углеводородов, испаряющихся без разложения. Для тех соединений, температура деструкции которых ниже температуры кипения, приемлемы методы расчета параметра растворимости на основе инкрементов плотности когезии отдельных групп атомов (ЛЯ ) [37] [c.20]

Межмолекулярные силы взаимодействия при растворении компонентов масляных фракций в полярных и неполярных растворителях различны. Неполярные растворители, как например, низкомолекулярные жидкие или сжиженные углеводороды, ССЦ или соединения с небольшим дипольным моментом (хлороформ, этиловый спирт и др.) характеризуются тем, что притяжение между молекулами растворителя и углеводородов нефтяных фракций, обусловливающее образование растворов, происходит за счет дисперсионных сил. Неполярные растворители смешиваются с жидкими углеводородами нефти в любых соотношениях. [c.46]

Физико-химические свойства нефтей и их фракций являются функцией их химического состава и структуры отдельных компонентов, а также их сложного внутреннего строения, обусловленного силами межмолекулярного взаимодействия. Поскольку нефть и ее фракции состоят из большого числа разнообразных по химической природе веществ, различающихся количественно и качественно, свойства нефтепродуктов представляют собой усредненные характеристики, и показатели их непостоянны как для различных нефтей и фракций, так и для одинаковых фракций из разных нефтей. [c.18]

Некоторые трудности расчетов при компаундировании связаны с тем, что нефть и ее фракции как углеводородные растворы, обнаруживают значительные отклонения от идеальных растворов. Такие свойства, как детонационная стойкость, испаряемость не являются аддитивными. Эти отклонения связаны, в первую очередь, с межмолекулярными взаимодействиями углеводородов и неуглеводородных примесей при компаундировании различных компонентов. В практике компаундирования замечено, что чем больше различаются молекулы смешиваемых компонентов, тем [c.159]

На основании данных рис. 3.50 можно сделать вывод, что синергизм проявляется в большей степени при неравном содержании компонентов. Так, при перегонке смеси парафинистой и ароматической нефтей в соотношении 30 70 выход светлых фракций (до 350 ° С) на 3—5 % (мае.) выше среднеарифметического, рассчитанного по правилу аддитивности. Это объясняется экстремальным снижением энергии активации молекул или энергией межмолекулярного взаимодействия в граничном слое, что, в свою очередь, приводит к снижению энергии фазового перехода (энтальпии испарения) и температуры начала кипения смеси в оптимальном соотношении (по сравнению с исходными компонентами). Напротив, при перегонке смеси данных нефтей, приготовленных в соотношении 50 50, наблюдается уменьшение выхода светлых фракций ниже расчетного (обратный эффект — антагонизм). Аналогичные эффекты проявляются и при смешении нефтей с газовым конденсатом. Эффект синергизма (или антагонизма) может проявляться и при других соотношениях компонентов. [c.177]

Известно /12/, что при отсутствии специфических химических взаимодействий между разноименными молекулами неравенство молекулярных полей всегда снижает интенсивность межмолекулярного притяжения между ними. Компоненты нефти по отношению к поверхности подложки практически всегда химически нейтральны, следовательно, при парафинизации поверхностей будет соблюдаться следующее неравенство [c.98]

В данном разделе приведен анализ литературных источников, который раскрывает коллоидную природу нефтяных систем и показывает наличие в них процессов структурирования. Процессы структурирования могут быть описаны как фазовые переходы II рода и осуществляются в основном за счет межмолекулярных взаимодействий наиболее парамагнитных компонентов нефтей - асфальтенов, карбенов, карбоидов. Природа этих взаимодействий спин-спиновые взаимодействия стабильных парамагнитных радикалов. [c.40]

Удаление нормальных алканов из состава остаточных гудронов, способствующее улучшению качества нефтяных битумов скажется и на характере межмолекулярного взаимодействия структурирующихся компонентов нефти. [c.207]

Физико-химическая технология переработки нефти,которая по современным представлениям рассматривается как дисперсная система, базируется на регулировании межмолекулярных взаимодействий и размеров надмолекулярных структур путем химических и (физических воздействий. Это позволяет управлять перераспределением компонентов мевду макрофазами и, в конечном итоге, выходом и качеством получаемых продуктов. [c.31]

Температура помутнения и начала кристаллизации соответствует такой температуре, при которой из нефтяной фракции выделяются растворенная вода, парафины, бензол, видимые невооруженным глазом. Температура помутнения и начала кристаллизации определяется для некоторых видов топлив и реже —для дистиллятных масел. Выделение из нефтей и их фракций парафинов связано с явлениями ассоциации и структурообразования за счет сил межмолекулярного взаимодействия. Таким образом, на низкотемпературные свойства нефтей и нефтяных фракций влияют условия, управляющие структурообразованием в них. Так, механическая и термическая обработка, добавка ПАВ понижают температуру застывания нефтей [86]. Основной компонент, повышающий температуру застывания нефтей и нефтяных фракций — алканы. Недавно была установлена зависимость энергии ассоциации алканов в точках фазовых переходов от их молекулярной массы [87], что позволило, в частности, найти углеводород, в котором энергия межмолекулярного взаимодействия выше энергии химической связи между атомами в молекуле, вследствие чего алкан деструкти-рует при плавлении. Температура плавления алканов повышается с увеличением молекулярной массы. [c.24]

В дисперсных системах, состоящих из нефтяного сырья, многокомпонентного по составу, дисперсной фазой которых являются смеси твердых углеводородов и смолистых веществ, имеет место не только взаимодействие молекул смол и полярных модификаторов структуры с кристаллами твердых углеводородов нефти, но и межмолекулярные взаимодействия этих двух групп ПАВ между собой. Серия опытов [190] по депарафинизации остаточных рафинатов показала, что по мере увеличения содержания суммарных смол в сырье скорость и степень разделения суспензий твердых углеводородов возрастают, достигая максимума при концентрации смол, равной 2% (рис. 3.3). Введение в суспензию твердых углеводородов отдельных фракций смол, выделенных хроматографией на силикагеле суммарных смол и различающихся по составу (см. табл. 1.9), показало, что максимальная скорость выделения твердой фазы в процессе депарафинизации достигается при введении в систему суммарных смол и смол, десорбированных ацетоном. Это объясняется оптимальным соотнощением алкильных радикалов в молекулах смол, соизмеримых по длине с алифатическими цепями молекул твердых углеводородов, и функциональных групп, т. е. соотношением полярной и неполярной частей молекул смол, обусловливающих их ориентационные и дисперсионные межмолекулярные взаимодействия. Такая структура характерна для молекул смол, извлеченных ацетоном и являющихся основным компонентом изученных суммарных смол. [c.104]

Наличие множества указанных компонентов в нефтях связано с существенными межмолекулярными взаимодействиями различного типа и в конечном счете приводит к структурированию нефтей и нефтепродуктов. [c.31]

Так, для оптимальной смеси ухтинской и западносибирской нефтей в соотношении 30 70 выход фракций до 350 °С при атмосферной перегонке выше расчетного на 3—3,5 %, а в соотношении 50 50 — напротив, ниже расчетного на 2—2,5 %. То же относится и к вакуумной перегонке остатков выше 350 °С, полученных из указанных нефтей. Увеличение выхода паровой фазы в активированном сырье (при оптимальном соотношении компонентов) происходит за счет снижения работы образования пузырьков пара вследствие уменьшения межфазного поверхностного натяжения. По тем же причинам должна снизиться энергия активации молекул для преодоления граничного потенциального барьера. Было предложено оценивать энергию межмолекулярного взаимодействия в граничном слоем по энтальпии фазового перехода (АЯф ), рассчитанной по результатам термогравиметрических исследований. [c.367]

При перегонке смеси мазутов указанных нефтей в оптимальном соотношении 30 70 снижается температура начала испарения (с 513 и 503 К для исходных мазутов до 487 К для смеси), увеличивается количество испарившегося вешества и снижается энтальпия парообразования (с 1386 и 1439,6 кДж/кг до 1290,5 кДж/кг для смеси). Это показывает, что оптимальная смесь сырьевых компонентов характеризуется меньшей энергией межмолекулярного взаимодействия, чем исходные компоненты (минимальное значение энтальпии парообразования) поэтому при равенстве подведенной энергии (тепла) частицы дисперсной фазы такой системы разрушаются легче, следствием чего и являются более низкие энтальпия испарения и температура начала фазового перехода. Это подтвердилось и результатами реологических исследований образцов — скорость разрушения структуры при повышении температуры оптимальной смеси составила 42 Па/°С против 39 и 13 Па/ С для исходных образцов (ароматизированного и парафинистого соответственно). Отбор вакуумных дистиллятов при перегонке смеси увеличился на 7—8 % по сравнению с рассчитанными по аддитивности. [c.367]

Среди многочисленных технических требований к нефтяным маслам к числу основных относится возможно меньшая зависимость вязкости от температуры и низкая температура потери подвижности (температура застывания). Первое необходимо для стабилизации режима трения и подачи смазочного масла к узлам трения. Второе — для обеспечения нормального запуска и функционирования машин нри низкой темнературе. Изучение межмолекулярного взаимодействия и ассоциации молекул компонентов масел показывает, как можно решить эти задачи. Прежде всего подбирают нефти и очищают масляное сырье, чтобы свести к минимуму содержание асфальтенов, смол и ароматических углево- [c.313]

Исходная дисперсность НДС обусловлена склонностью к повышенным межмолекулярным взаимодействиям нефтяных компонентов, в первую очередь, полициклических аренов и гетероорганических соединений, особенно САВ. Достоверно установлено, что к НДС относятся практически все виды природного углеводородного сырья, а также разные типы нефтепродуктов — от моторных топлив до коксов. Следует отметить и изменения самих НДС как объектов исследований из-за исчерпания относительно легко доступных нефтяных и газовых запасов больше внимания уделяется добыче и переработке тяжелых высоковязких нефтей и природных битумов, составляющих большую часть мировых запасов углеводородного сырья. В отличие от обычных нефтей и газоконденсатов, представляющих собой мало-и среднеконцентрированные дисперсные системы, высоковязкие нефти и природные битумы являются высококонцентрированными дисперсными системами. Существенные особенности имеют НДС деструктивного техногенного происхождения (тяжелые продукты деструктивной переработки нефти и разновидности нефтяного углерода), они отличаются от НДС нативного происхождения не только по способам получения, но и по компонентному составу, строению и свойствам [3]. [c.173]

Межмолекулярные силы взаимодействия при растворении компонентов нефтяного сырья в полярных и неполярных растворителях различны. Неполярные растворители, как, например, низкомолекулярные жидкие или сжиженные углеводороды, тетрахлорметан или соединения с небольшим дипольным моментом (хлороформ, этанол и др.) характеризуются тем, что притяжение между молекулами растворителя и углеводородов происходит за счет дисперсионных сил. В отличие от жидких углеводородов нефти, с которыми неполярные растворители смешиваются в любых соотношениях, твердые углеводороды растворимы в них ограниченно. Растворимость твердых углеводородов подчиняется общим законам теории растворимости твердых веществ в жидкостях. Согласно этой теории, растворимость твердых углеводородов в неполярных растворителях, в том числе в жидких компонентах масляных фракций, уменьшается с повышением их концентрации и молекулярной массы, а также температуры кипения фракции, и растворимость [c.59]

В метастабильном состоянии система характеризуется некоторым комплексом новых специфических свойств, обязанных проявлению межмолекулярных взаимодействий в системе, в большей степени между надмолекулярными структурами. Наиболее характерным свойством нефтяных систем в метастабильном состоянии яву яотся их склонность к фазообразованию. При этом вероятными компонентами отдельных фаз в случае их выделения являются концентраты высокомолекулярных структурирующихся компонентов системы, легкие низкомолекулярные углеводороды, не склонные к структурированию, а также гетероциклические неуглеводородные поверх1юстно-активные соединения нефти. [c.55]

Основными компонентами нефтей и нефтяных фракций, наиболее склонными к межмолекулярным и коагуляционным контактам при различных внешних условиях, являются, наряду с высокомолекулярными парафинами, полициклоароматические углеводороды, смолисто-асфальтеновые соединения. Взаимодействие этих компонентов приводит к образованию сложных пространственных структур и экстремальному изменению физико-химических свойств нефтяных систем, поэтому выявление и изучение особенностей механизма этих взаимодействий представляют большой практический интерес. В настоящем разделе рассматриваются результаты экспериментов по изучению межмолекулярных взаимодействий в модельных двух- и трехкомпонентных смесях углеводородов различных классов. [c.148]

Характерные особенности смоло-асфальтеновых веществ (САВ) - значительные молекулярные массы, наличие в их составе различных гетероэлементов, полярность, парамагнетизм, высокая склонность к межмолекулярным взаимодействиям и ассоциации, полидисперсность и проявление выраженных ко.шюидао-дисперсных свойств -способствовали тому, что для их исследования оказались неподходящими методы, обычно применяемые при анализе шпкпкипяптих компонентов. Учитывая специфику изучаемого объекта, Сергиенко более 30 лет тому назад выделил химию высокомолекулярных соединений нефти в самостоятельный раздел химии нефти и внес крупный вклад в ее становление своими основополагающими работами [142, 143]. [c.24]

Теоретическим обоснованием полученных результатов может явиться также предлагаемый иммобилизационнный эффект при межмолекулярных взаимодействиях в нефтяных системах. Малые количества газоконденсата в исходной смеси провоцируют разрушение агрегативных комбинаций нефти, за счет чего происходит перераспределение углеводородов, находящихся в связанном и свободном состоянии в системе. Повышение же концентрации газового конденсата способствует значительному изменению параметров дисперсионной среды, делая ее менее вязкой и прозрачной для налаживания связей между существующими компонентами структурных образований в системе. Наивысшей склонностью к агрегированию с образованием пространственных структур отличаются ароматические углеводороды, которые при этом окклюдируют часть парафиновых углеводородов, концентрация которых падает. Описанные превращения, как уже указывалось, могут иметь повторяющийся характер. [c.204]

Понижение температуры застывания конденсатонефтяной смеси по сравнению с исходными сырьевыми композициями объясняется взаимодействием парафиновых углеводородов газоконденсатов и смолисто-асфальтеновых компонентов нефти. Парафины за счет вовлечения в сольватные слои смолисто-асфальтеновых веществ не образуют структурного каркаса при понижении температуры, а для образования структурного каркаса из более низкомолекулярных парафинов необходимо переохлаждение исследуемых систем. Экстремальный характер изменения температуры при этом обязан первоначальному растворяющему действию газоконденсата при малых концентрациях нефти и разупорядочения межмолекулярных связей в агрегативных комбинациях нефтяной системы. Повышение концентрации нефти способствует налаживанию новых связей между компонентами системы, повышению среднего размера образуемых при этом структур с возможным окклюдированием части компонентов газового конденсата. [c.217]

Нефть п различные нефтепродукты относятся к напболее сложным органическим системам взаимосвязанных компонентов, отличающимся разнообразием в составе, строении п свойствах. Это разнообразие в совокупности с широким молекулярно-массовым распределением отдельных групп и классов соединений является причиной различных межмолекулярных взаимодействий меноду ними, которые определяют селективпость н эффективность методов выделения и концентрирования составляющих компонентов. [c.128]

Теоретические положения о нелинейности изменения свойств нефтяных дисперсных систем подтверждаются практикой (рис. 3.52). Смешение нефтей можно рассматривать как процесс изменения состава растворителя по отношению к асфальтеновой части с установлением динамического равновесия между возможными реакциями образования радикалов и их рекомбинацией, что приводит к изменению парамагнетизма системы. При изменении группового состава смесей часть углеводородов либо высвобождается, либо удерживается за счет нелинейного изменения баланса сил межмолекулярных взаимодействий. В результате групповой состав (рис. 3.52, а), а также парамагнетизм (кривая 1) и выход светлых фракций при перегонке (кривая 2) (рис. 3.52, б) нефтяных композиций в зависимости от соотношения компонентов в смеси меняются полиэкстремально. [c.177]

В качестве критериев скорости принимались изменение температуры размягчения битумов, выделение тепла или изменение группового состава компонентов. При выполнении кинетических расчетов обычно не учитывали стадийность окислительных превращений, определяемую изменением межмолекулярных взаимодействий в среде окисляемого вещества, а также не всегда учитывалось протекание одновременно реакций деструкции и синтеза компонентов окисляемого вещества. Автором этого раздела была использована модель, в которой было учтено влияние явлений физического агрегирования компонентов окисляемого вещества на скорость их превращения при получении битумов. Исследование было выполнено на примере окисления нефтяного остатка, выделенного из смеси Ромашкинской и Ухтинской нефти (условная вязкость при 80 °С —39 с). [c.741]

Система неидеальна, то есть мевду кoмпoнeнтai.ш действуют силы межмолекулярного взаимодействия, но хш<шческие реашщи отсутствуют, и число компонентов системы постоянно. Отсвда следует.что энергия взаимодействия компонентов аддитивна. Это сближает рассматриваемые системы с идеальными. Нефти и газовые смеси являются именно такими.близкими к идеальны многокомпонентным системам. [c.120]

Однако попытки автоматического перенесения хорошо зарекомендовавших себя принципов, приемов и методов масс-спектраль-ного анализа легких и средних нефтяных фракций на высокомолекулярную часть нефти успеха, как правило, не приносят. Этому факту можно дать много достаточно убедительных объяснений — здесь и увеличивающееся с ростом молекулярных масс компонентов число теоретически возможных изомеров, и все возрастающие трудности моделирования подобных смесей из-за отсутствия эталонных соединений, и, как следствие, невозможность строгой метрологической аттестации таких аналитических методик. Однако основной, более глубокой и принципиальной причиной является, по-видимому, неправомочность применения формализма структурно-группового анализа к тяжелой высоко-моле1 улярной части нефти [2]. Эту часть нефти нельзя рассматривать как смесь независимых невзаимодействующих более простых составляющих (компонентов), так как экспериментально установлена зависимость поведения ее (в том числе и количества выпадающей из нее дисперсной фазы) от температуры, рода и количества растворителя [3], а энергия межмолекулярных взаимодействий в этой части нефти близка к энергии обычной С — С связи [4]. Ввиду перечисленных особенностей поведения тяжелой части нефти попытки воспроизводимого фракциошфова-ния ее на более простые составляющие могут оказаться (и практически оказываются) неудачными из-за малейших неконтролируемых вариаций препаративного процесса. Поэтому априорная регламентация качественного состава тяжелых нефтяных смесей — обычный прием при разработке и использовании методик структурно-группового анализа средних нефтяных фракций — недостаточно корректна. [c.113]

Следующий уровень исследования - молекулярный. На этом уровне в основном идет развитие изучения состава нефти уже около столетия. Устаиавливаютоя структурные типы компонентов нефти. В области малых масс изучается индивидуальный состав, в области средних и больших масс, где число возмо1 ных изомеров становится весьма большим, а различия в их свойствах все у ">ньшаются, исследуется структурно-групповой и функциональ-ны состав. На этом уровне изучения можно сравнительно точно охарактеризовать только те группы соединений, которые образованы с учетом сигма-связей и лишены полярных групп и диполь-ных моментов. К таким соединениям относятся алканы и циклоал-каны - главные компоненты углеводородных топлив и масел. Они не способны к межмолекулярным взаимодействиям и самоассоциа-ции. Однако и эти соединения не безразличны к молекулярной при- [c.30]

Работы Института в это время были сосредоточены на исследовании химии углеводородов и неуглеводородных компонентов нефтн превращений углеводородов нефти и нефтяных газов под воздействием высоких температур, плазмы, радиации и др. возможностей повышения селективности реакций превращения углеводородов, в частности в высокомолекулярные соединения, с использованием принципов межмолекулярных взаимодействий, гомогенного и гетерогенного катализа гемолитических и гетеро-литических превращений углеводородов в их функциональные производные условий формирования карбо- и гетероценных молекул н физико-химических свойств и структур. [c.12]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология