Свойства нефти и нефтепродуктов, обусловливающие их влияние на окружающую среду

Нефть — это жидкое полезное ископаемое. Залегает она под землей на большой глубине в пористых или трещиноватых горных породах. Обязательными спутниками нефти являются газ и по- ровые воды.

Как природное химическое вещество нефть — это раствор органических соединений сложного состава. В составе нефти обнаружено более 450 различных веществ, в основном это парафиновые, нафтеновые, ароматические углеводороды. В углеводородах растворены высокомолекулярные смолисто-асфальтеновые вещества и низкомолекулярные органические вещества. В нефти содержатся и неорганические вещества: вода, соли, сероводород, соединения металлов и неметаллов. Элементный состав нефти: С, Н, S,N, макро- и микроэлементы.

Соотношение компонентов, входящих в нефть, определяет ее состав, тип, физические свойства. Нефть в природе разнообразна по фазовому состоянию, по химическому составу, по внешнему виду, по химическим и физическим свойствам. По физическому состоянию — это маслянистая жидкость. По внешнему виду различается по цвету (от почти бесцветной до темно-коричневой) и вязкости (от подвижной до густой). На все свойства нефти влияет ее удельный вес, который варьирует от 0,80 до 0,95. Нефти с большим удельным весом (до 1,04) редки.

В состав нефти входят следующие группы углеводородов: алифатические (метановые), циклические насыщенные (нафтено-

вые), циклические ненасыщенные (ароматические). Имеются также смешанные (гибридные) углеводороды: метано-нафтеновые, нафтеново-ароматические.

Метановые углеводороды. Нефти с преобладанием метановых углеводородов относятся к метановому типу. Среди метановых углеводородов имеются газообразные, жидкие и твердые. Газообразные (метан, этан, бутан и др.) растворены в жидких углеводородах и выделяются при изменении давления.

Нафтеновые углеводороды. Нафтеновые углеводороды присутствуют во всех типах нефти, но нефти с преобладанием этих углеводородов встречаются очень редко.

Ароматические углеводороды. Среди ароматических углеводородов различают низко и высокомолекулярные. Как правило, преобладают низкомолекулярные структуры (бензол, толуол, ксилол, нафталины). В подчиненном положении — гомологи 3—6-кольчатых углеводородов (ПАУ). В некоторых разновидностях нефти содержатся в значительных количествах 3,4 бенз(а)пирен и другие канцерогенные углеводороды.

Высокомолекулярные ароматические структуры, которые содержат также О, S, N, представлены смолами и асфальтенами. Смолы — вязкие вещества, асфальтены — твердые. Те и другие растворены в жидких углеводородах. Высокое содержание смол и асфальтенов ведет к увеличению удельного веса и вязкости нефти.

Смолистая нефть не содержит, как правило, твердых парафинов, а высокопарафиновая нефть — заметного количества смолисто- асфальтеновых веществ. Нафтеновая нефть содержит минимальное количество и тех и других.

Существенное значение имеет содержание серы в нефти. Кроме элементарной серы в ней присутствуют некоторые специфические сернистые соединения (меркаптаны, сульфиды, тиофаны), придающие нефти специфический запах. Присутствие сернистых соединений увеличивает токсичность нефти. По содержанию серы нефть бывает малосерной (серы менее 0,5 %), сернистой (0,5—2,0 %), высокосерной (более 2,0 %).

Нефть разделяется на фракции по температуре кипения смесей различных углеводородов (табл. 9.1).

Важное свойство нефти — растворимость в воде. Она зависит от свойств нефти и температуры. Растворимость углеводородов в

Таблица 9.1

Классификация нефтепродуктов по углеводородному составу и некоторым физико-химическим свойствам

СЦобрянский, 1988)

воде снижается от низко- к высокомолекулярным. Нефтепродукты при комнатной и более низких температурах в воде практически не растворяются.

В литературе используется два определения понятия нефтепродукты — техническое и аналитическое. В техническом понимании нефтепродукты — это товарные сырые нефти, прошедшие первичную подготовку на промысле, и продукты промышленной переработки нефти, использующиеся в различных видах хозяйственной деятельности. Из нефти получают несколько тысяч различных нефтепродуктов: авиационные и автомобильные бензины, реактивные, тракторные, осветительные керосины, дизельное топливо, мазуты, растворители, смазочные масла, гудроны, нефтяные битумы и прочие нефтепродукты (парафин, нефтяной кокс, присадки, нефтяные кислоты и др.). Нефтепродукты состоят из тех же компонентов сырой нефти, отделенных друг от друга и полученных путем термокаталитических химических реакций.

Важно различать среди нефтепродуктов прежде всего две группы: имеющие легкий состав (бензин, керосин, дизельное топливо, конденсат) и тяжелый состав (мазут, смазочные масла, битумы). Более дробное деление на группы нефтепродуктов таково: а) топлива (бензин, лигроин, керосин, реактивное, дизельное, котельные, газотурбинное топлива); б) нефтяные масла, парафины, церуины, вазелины; в) осветительные (керосин); г) растворители; д) прочие (кокс, сажа, смазки, органические кислоты).

Топлива, например, — это жидкие углеводороды. Они различаются по температуре кипения: начало кипения 200° — бензины (авиационные, автомобильные топлива), 200—300° керосины, лигроины (тракторные, реактивные топлива, более 300° — мазуты, газойли (котельные, газотурбинные топлива).

Нефтяные битумы, напротив, — это твердые продукты. Они применяются в строительстве, при производстве изоляции, резины.

Парафины, церезины — твердые углеводороды, находящие применение в нефтехимии, пищевой промышленности, медицине.

Масла — вязкие нефтепродукты, состоящие из высокомолекулярных углеводородов. Применяются для смазок, гидропередач, изоляций.

Нефти и нефтепродукты хорошо растворяются в малополярных органических растворителях. Практически все нефтяные компоненты полностью растворимы в гексане, бензоле, хлороформе, диэти- ловом эфире, сероуглероде, четырехлористом углероде. Неполярные органические растворители — петролейный эфир, гексан — растворяют всю углеводородную часть нефтей, но не растворяют входящие в ее состав асфальтены и высокомолекулярные смолы. Поскольку содержание асфальтенов в нефтях обычно мало (1—2 %), этими растворителями пользуются для диагностики загрязнения: они не растворяют полярные органические соединения, не имеющие отношения к нефти и нефтепродуктам. На практике наибольшее распространение для экстракции из почв нефти и нефтепродуктов для последующего определения их содержания получил гексан.

На этом основании появилось аналитическое понимание термина «нефтепродукты», согласно которому в соответствии с ГОСТ 17.1.4.01-80 к нефтепродуктам относят все неполярные и малополярные органические вещества, растворимые в гексане. Под это определение попадают практически все топлива, растворители и смазочные масла, но не попадают тяжелые смолы и асфальтены, являющиеся постоянными компонентами нефти и битумов, ряд других нефтепродуктов, а также вещества, образующиеся из нефтепродуктов при длительном нахождении их в почвах в результате микробиологических и физико-химических процессов.

Нефть и нефтепродукты и другие, близкие к ним соединения, находящиеся в природной среде, еще имеют собирательное название «битуминозные вещества». Сумму битуминозных веществ, извлеченных из природных объектов органическими растворителями, называют битумоидами. Растворы битумоидов обладают способностью люминесцировать в ультрафиолетовых лучах. Это свойство используют для диагностики загрязнения в почвах.

Сами нефть и нефтепродукты хорошо растворяют различные неорганические и органические соединения.