В настоящее время установлено, что в нефтях разного происхождения присутствует более 60 элементов, из которых около 30 относятся к металлам.
В нефти присутствуют - железо, магний, алюминий, медь, олово, натрий, кобальт, хром, германий, ванадий, никель, ртуть, золото и другие. Однако, содержание их менее 1 %.
Содержание металлов в нефти более 1 ppm, характерно для:
- ванадия (V) - 0,1 ÷ 100 ppm;
- никеля (Ni) – 1,0 ÷ 10 ppm;
- железа (Fe) – 1,0 ÷ 10 ppm;
- цинка (Zn) – 0,1 ÷ 10 ppm;
- ртути (Hg) – около 0,1 ppm;
- бора (В) – 10 ÷3000 ppm;
- натрия (Na) – 1,0 ÷ 100 ppm;
- калия (K) – 10 ÷ 100 ppm;
- кальция (Ca) – 10 ÷ 100 ppm;
- магния (Mg) – 10 ÷ 100 ppm.
Справочно: 1 ppm = 0,0001% масс.
Суммарное содержание в нефтях металлов в среднем колеблется от 0,01 до 0,04 % (масс.), а в выделенных из них смолах и асфальтенах иногда может достигать десятых долей процента.
Металлы в смолах и асфальтенах
При изучении распределения тяжелых металлов (ванадия и никеля) по хроматографическим фракциям гудрона западно-сибирской нефти было выявлено, что металлсодержащие соединения распределяются таким образом, что происходит сосредоточение металлов в смолах и асфальтенах, а углеводородные фракции содержат до 1-3 ррm металлов.
Содержание микроэлементов в асфальтенах выше, чем в смолах. Поскольку содержание смол в нефтях и остаточных фракциях значительно больше, чем асфальтенов, то основная масса металлов все же сосредоточена в смолах.
При термолитическом воздействии на нефтяные системы, например, в процессе перегонки, происходят изменения структурных и физических характеристик смол, а также их микроэлементного состава.
Основная часть атомов металлов (кроме ванадия) связана в составе смол с серо- и кислородсодержащими функциональными группами (карбоксильными, сульфоксидными и др.), размещающимися в термически мало устойчивых, главным образом неароматических фрагментах молекул.
Термолитическое разрушение таких фрагментов ведет к удалению соответствующей части атомов металлов из состава смол и повышению доли комплексов металлов с менее полярными и более ароматичными лигандами.
Справочно: Лига́нд (от лат. ligare «связывать») — атом, ион или молекула, связанные с другим атомом (акцептором) с помощью донорно-акцепторного взаимодействия. Понятие применяется в химии комплексных соединений, обозначая присоединенные к одному или нескольким центральным (комплексообразующим) атомам металла частицы.
Соли металлов в нефти
Металлсодержащие соединения нефти и нефтяных систем по своей химической природе - это:
- соли металлов с веществами кислотного характера;
- элементоорганические соединения;
- полилигандные комплексы;
- π-комплексы с ароматическими или гетероорганическими соединениями.
В виде солей с органическими кислотами, фенолами, тиолами в нефти, по-видимому, находится преобладающая часть щелочных и щелочноземельных металлов, что приводит к их легкому гидролизу и удалению из нефти в процессе водной промывки.
Присутствие в нефти металлоорганических соединений со связью углерод - металл не доказано, хотя вероятность их обнаружения достаточно высока.
Наиболее распространенный тип металлсодержащих соединений нефти относится к полилигандным комплексам, где в качестве лиганда могут быть любые молекулы из широкой гаммы гетероорганических соединений.
Подобные комплексы образуются при координации атома металлов Fe, Co, V, Ni, Cr, Zn и др. с атомами N, S, О гетероорганических соединений. Прочность комплексов определяется природой гетероатома и металла.
В связи со специфичностью донорно-акцепторных взаимодействий:
- соли двухвалентной ртути предпочтительнее образуют комплекс с насыщенными сульфидами, а одновалентной - с арилсульфидами;
- титан селективно взаимодействует с основными азотистыми соединениями и гораздо слабее - с многими другими гетеросоединениями.
Если статья была вам интересной и полезной, ставьте лайк, а если хотите ежедневно получать новые статьи и узнавать больше о нефтепереработке, то подписывайтесь на канал.
