С использованием комплекса методов выделения, разделения и анализа получены данные о химической природе смол и асфальтенов высоковязкой нефти и природного битума. Установлено, что высокомолекулярные компоненты нетрадиционных источников углеводородного сырья имеют сходные фракционный и качественный составы. Совокупность полученных результатов позволяет полагать, что для переработки исследованных объектов могут быть использованы единые технологические схемы.

Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии исследованы особенности экстракции сернистых и ароматических соединений из нефтяного сырья.

Впервые изучены восемь образцов нефтей, полученных из эксплуатационных скважин четырех месторождений северной части Ульяновской области. Показано высокое содержание сернистых соединений, смолисто-асфальтеновых веществ, твердых углеводородов в изученных нефтях, оценены вклады сернистых соединений в состав отдельных групп нефтяных компонентов. Установлены физико-химические характеристики и средние структурные параметры молекул, содержащихся в масляных, смолистых и асфальтеновых компонентах этих нефтей. Вскрыты существенные структурные различия между этими нефтяными фракциями и характера их изменений под воздействием природных факторов. Отмечены трудности химической типизации изученных нефтей и ряд аномалий в их составе.

На примере прямогонной дизельной фракции с высоким исходным содержанием серы выявлена зависимость глубины окисления сернистых соединений от продолжительности, температуры окисления, количества вводимого окислителя. Получены данные о скоростях окисления гомологов бензо- и дибензотиофенов в зависимости от количества и положения в них алкильных заместителей при протекании конкурирующих реакций окисления различных компонентов дизельной фракции. Рассчитаны эффективные константы скоростей реакций окисления сренистых соединений в процессе окислительного обессеривани. Предложен механизм взаимодействия сренистых соединений дизельной фракции с окислителем.

Изучено распределение низкомолекулярных азотсодержащих компонентов в нефтях и рассеянном органическом веществе верхнеюрского комплекса Западной Сибири. Установлено, что их количество в органическом веществе пород выше, чем в соответствующих нефтях. Во всех исследованных образцах низкомолекулярные азотистые соединения представлены смесью сильных и слабых оснований. Качественный состав этих соединений одинаков. Азотистые основания рассеянного органического вещества отличаются от нефтяных повышенным содержанием слабоосновных компонентов и структур с малоэкранированным атомом азота.

Представлены результаты элементного анализа, определения молекулярных масс, данные ИК- и ЯМР1 Н-спектроскопии смолисто-асфальтеновых компонентов и хроматомасс-спектрометрического исследования масел сборной западно-сибирской нефти и жидких продуктов ее обработки порошками железа и меди, модифицированными ионами никеля и кобальта. Проведен структурно-групповой анализ и описаны структурные фрагменты средних молекул асфальтенов и смол. Установлены изменения структурных параметров их молекул в условиях обработки и состава углеводородных и гетероатомных соединений масел. Показано, что в процессе предварительного облагораживания нефтяного сырья в состве смолисто-асфальтеновых компонентов снижается содержание гетероатомов, а в состве масел - содержание гетероатомов и ароматических углеводородов.

Исследованы распространение и состав низкомолекулярных гетероатомных компонентов в нефтях Западной Сибири, различающихся содержанием смолисто-асфальтеновых веществ. Смолистые нефти содержат больше низкомолекулярных соединений серы и азота, чем малосмолистые. Качественный состав этих соединений не зависит от смолистости нефтей. Различия наблюдаются и в распределении отдельных структур.

Исследована структура асфальтенов тяжелой нефти по схеме, исключающей стадию их термической деструкции и предполагающей разделение асфальтенов на высокомолекулярных компоненты, "низкомолекулярные асфальтены" и мальтены. Определен элементный состав выделенных компонентов. Методом хроматомасс-спектрометрии изучжен состав полициклических ароматических углеводородов и гетероатомных соединений мальтенов, входивших в состав асфальтенов.

Изучен молекулярный состав О-, S- и N-содержащих гетероциклических ароматических соединений масляных фракций хлороформных битумоидов, выделенных из пород кембрийской горючесланцевой формации куонамского сланца, отличающихся содержанием органического углерода. В составе сернистых соединений идентифицированы Сз-Сч-алкилбензотиофены, дибензотиофен, его (С1-С5)-алкил- и нафтенопроизводные, нафто- и метилнафтобензотиофены. В составе кислородных соединений установлены голоядерные дибензо- и нафтобензофуран, их С1-С4- и С1- С2-алкилгомологи соответственно. Присутствующие в изученных фракциях азотистые соединения отнесенны к 7Н-бенз[с]- и 7Н-бенз[b]акридин-12-онам и метилбензоакридин-12-онам.

Изучены распределение и состав азот- и сероорганических соединений в тяжелых нефтях пермо-карбоновой залежи Усинского месторождения. Показано, что исследованные нефти характеризуются высоким содержанием серы и азота. Особенностью усинских нефтей является повышенное количество низкомолекулярных азотсодержащих оснований, среди которых значительную долю составляют азоткислородсодержащие компоненты. В составе низкомолекулярных азотистых оснований увеличено относительное содержание полициклических ароматических структур. Низкомолекулярные сернистые соединения представлены, главным образом, сульфидами и тиофенами, с преобладанием последних. Среди гетероциклических ароматических сернистых соединений доминируют дибензотиофены.

Впервые на примере малосернистых и сернистых нефтей Западной Сибири исследованы закономерности хроматографического выделения и разделения СС с использованием тетрахлорида олова. Показано, что эффективность разделения СС зависит от содержания общей серы в нефти. Достигается высокая степень очистки изученных нефтей от СС - 72-95 % по общей и 68-95 % по сульфидной сере. Большая часть СС выделяется в бензольную хроматографическую фракцию независимо от сернистости нефти, отношения Pr/Ph и геологической приуроченности залежи. Сернистые соединения изученных нефтей представлены тиофенами и сульфидами. В нефтях с массовой долей общей серы 0.22-0.68 % среди сульфидов преобладают алкилзамещенные тиациклоалканы, среди тиофеновых соединений - алкилзамещенные дибензотиофены. В нефтях с массовой долей общей серы 0.94-1.14 % доминируют алкилбензотиациклоалканы и алкилнафтенодибензотиофены.

Изучены возможности удаления сернистых соединений из нефтей и дистиллятных фракций с различным содержанием серы путем предварительного озонирования сырья. Исследована зависимость степени обессеривания нефтей, получаемых из них светлых фракций и нефтяных остатков от количества поглощенного озона. Установлена возможность удаления сернистых соединений из дизельной фракции путем комбинирования процессов предварительной обработки озоном и последующей адсорбции образующихся продуктов.

В лабораторных условиях на модельных почвенных системах исследована биодеградация смол и асфальтенов аборигенной почвенной микрофлорой. Показано, что высокомолекулярные гетероатомные компоненты нефти не являются токсичными и доступны для микробного окисления, в ходе которого численность микроорганизмов возрастает в 2-4 раза, а ферментативная активность - в 1,5-2 раза. За 180 суток эксперимента утилизация смол сотавила 41,5 %, асфальтенов - 35,0 %. Анализ остаточных продуктов биодеструкции показал заметное изменение состава высокомолекулярных гетероатомных компонентов под действием почвенной микрофлоры. Микробное окисление смол и асфальтенов протекает преимущественно с отщеплением периферийных парафиновых структур; ароматическое ядро окисляется менее антенсивно.

Изучены распределение и состав азот- и сероорганических соединений в тяжелых нефтях Усинского месторождения Тимано-Печорского нефтегазоносного бассейна, добываемых без применения методов повышения нефтеотдачи и с использованием паротепловой обработки. Показано, что стационарное высокотемпературное воздействие водяного пара на пласт приводит к увеличению содержания низкомолекулярных азотистых и уменьшению содержания низкомолекулярных сернистых соединений. В их составе возрастает доля структур, содержащих кислород и полициклические ароматические фрагменты. Воздействие пара приводит к снижению доли более алкилированных азотистых и сернистых соединений.

Изучен состав сернистых и азотистых соединений битумоида, выделенного из пород кембрийской горючесланцевой формации. Показано, что в составе сернистых соединений присутствуют бензо-, дибензо-, нафтобензотиофены и сульфоксиды дибензотиофена. Азотистые соединения представлены слабыми основаниями и нейтральными компонентами. В составе слабых оснований преобладают алкилгомологи дибензохинолонов, дибензотиахинолонов, дибензохинолинкарбоновых кислот. Максимум в распределении нейтральных азотсодержащих компонентов приходится на алкилпроизводные бензокарбазола, бензотиофенокарбазола и мононафтенопроизводные карбазолокарбоновых кислот.

Исследованы превращения высокомолекулярных гетероатомных соединений (смол, асфальтенов) мазута нефти Усинского местороения (Республика Ком) в процессе термического крекинга при температурах 350-450 оС в присутствии инициирующих добавок - ферросфер энергетических зол. Определены структурно-групповые параметры молекул смол и асфальтенов исходного мазута и продуктов термолиза с использованием данных элеметного состава, мол. массы, ПМР-спектроскопии.

Представлены результаты исследований по составу и строению серосодержащих соединений в малосернистых, сернистых и высокосернистой нефтях юрско-палеозойского комплекса Западной Сибири. Показано, что распределение органических соединений серы в нефтях определяется условиями накопления исходного нефтематеринского вещества. Впервые в составе сернистых соединений нефтей Западной Сибири идентифицированы высокоалкилированные дибензотиофены (до 15 атомов углерода в алифатической цепи), изомерные нафтобензотиофены и их С1- и С2-гомологи, гомологические серии a-н-алкилтиоланов и а-н-алкилтианов.

В сборнике помещены доложенные на VI научной сессии по химии и технологии сераорганических соединений (г. Уфа, июнь 1961 г.) работы по вопросам: 1) характер и и уровень дполнительных затрат в процессе перереаботки высокосернистых и сернистых нефтей; 2) влияние повышенного содержания серы в нефтепродуктах на экономику их потребления; 3) технико-экономическая оценка новых схем и процессов переработки высокосернистых нефтей; 4) технологические схемы и процессы переработки выскокосернистых и сернистых нефтей; 5) разработка способов облагораживания серусодержащих нефтепродуктов; 6) эксплуатационные свойства серусодержащих нефтепродуктов и пути их улучшения. Сборник рассчитан на сотрудников научно-исследовательских институтов и высших учебных заведений и на инженерно-технических работников нефтеперерабатывающей промышленности.

Приведены результаты структурно-группового анализа высокомолекулярных гетероатомных соединений, присутствующих в большом числе мезозойских нефтей месторождений Восточно-Гобийской и Тамсагской нефтеносных провинций Монголии. Найдено, что вместо общий "метанизации" состава нефти, обычно наблюдающейся с увеличением возраста и глубины залегания продуктивных пород, в этих нефтях сокращаются при этом средние размеры молекул смол и среднее содержание в смолах молекул, включающих конденсированные полиареновые ядра и крупные алифатические фрагменты.

Изучен процесс экстракции сернистых соединений из дистилляторных фракций нефтей растворами хлоридов металлов в координирующих органических растворителях. Рассмотрена зависимость групповой селективности экстракционной системы от природы компонентов и их количественных соотношений.

Изучен состав углеводородов и гетероорганических соединений нефтей нижнеюрского комплекса юго-востока Западной Сибири. Показаны отличия в распределении алканов, периленов, металло-порфиринов, сульфидов, меркаптанов, тиофенов в нефтях Нюрольской и Усть-Тымской впадин и Колтогорского мегапрогиба.

Показаны изменения свойств и химической структуры высокомолекулярных гетероатомных соединений (смол, асфальтенов) в результате обработки тяжелых нефтей Зуунбаянского (Монголия) и Усинского (Россия) месторождений. Для определения структурно-групповых параметров молекул смол и асфальтенов исходных нефтей и выделенных из продуктов их термолиза использованных данных элементного анализа, определения молекулярной массы, ПМР-спектроскопии. Показано изменение выхода газовых, жидких и твердых продуктов в зависимости от температуры и времени процесса термолиза. Предложена модель термического превращения высокомолекулярных компонентов нефти, рассчитаны константы скоростей реакций термолиза нефти (k) и энергии активации (Е). Установлены конкурирующие направления превращения нефтяных компонентов при различных температурах.

The distribution and composition of nitrogen-organic compounds in heavy pils of Usinsk field produced without applying oil recovery enhancement methods and using steam thermal treatment are studied. The specific feature of crude oil nitrogen compounds undergone the impact of steam is an increase in the content of weak-base components, in a quantity of low-molecular bases including nitrogen compounds. The composition of weak and strong bases of such oil is characterized by an increased fraction of polycyclic naphteno-aromatic structures. Fig. 1, table 4, ref. 8.

Установлены средние композиционные и структурные характеристики ряда нефтей северных регионов Германии и Прибалтики, а также содержащихся в них и ряда ранее детально не анализировавшихся высокомолекулярных гетероатомных соединений (смол). Показано, что, несмотря на принадлежность всех изученных нефтей к одним и тем же химическим типам, определяемым по углеводородному составу объектов, их смолитсые компоненты значительно разнятся как по содержанию в нефтях, так и по структурным особенностям углеродных скелетов молекул.

С использованием методов экстракции, адсорбционной хроматографии показано, что в составе макромолекул асфальтенов усинской нефти присутствуют относительно низкомолекулярные соединения, представленные нормальными и разветвленными алканами, моно- и полициклическими нафтенами, моно-, би-, три-, тетра_ и пентациклическими ароматическими углеводородами, их фенил- и нафтенопроизводными, бензо-, дибензо- и нафтобензотиофенами, карбазолами и бензокабазолами, этиловыми эфирами высших жирных кислот, дибензофуранами и флуоренонами, а также кислотами, амидами и сульфоксидами.

На примере нефтей Усинского месторождения показано, что под действием водяного пара в тяжелой нефти увеличивается содержание полярных высокомолекулярных соединений серы и низкомолекулярных слабоосновных соединений азота. Композиции, используемые для увеличения нефтеотдачи продуктивных пластов, на распределение и качественный состав отдельных типов соединений серы и азота в добываемых тяжелых нефтях не влияют.

Изучен состав структурных фрагментов молекул смол и асфальтенов тяжелой нефти Усинского месторождения, содержащих связи С - S сульфидов, и серосодержащих соединений ее масляных компонентов. Состав серосодержащих фрагментов асфальтенов исследован отдельно для их низко- и высокомолекулярной фракции, а также окклюдироанных мальтенов. Установлено, что в составе фрагментов смолисто-асфальтеновых веществ, связанных через сульфидные мостики, присутствуют алканы, нафтены, моно- и полициклические ароматические углеводороды, дибензотиофены, одноосновные алифатеческие кислоты. Серосодержащие структуры масляных компонентов представлены алкилзамещенными тиофенами, бензо-, дибензо-, бензонафтотиофенами и бициклическими сульфидами. При термической переработке нефти происходит разрушение молекул смол и асфальтенов по сульфидным мостикам с переходом отдельных фрагментов в состав дистиллятов, что следует учитфвать при их облагораживании.

Исследованы состав и строение органических соединений серы высокосернистой нефти Нижнепервомайского месторождения (Томская обл.). Показано, что сернистые соединения представлены смесью изомеров диалкилтиациклопентанов, алкил- и метилалкилтиациклогексанов, бициклическими сульфидами, алкилгомологами бензотиофена, дибензотиофеном и бензонафтотиофенами и их алкилзамещенными.

В работе приведены данные о составе фрагментов в молекулах смол нефти Усинского месторождения, содержащих сульфидные и эфирные группы. Установлено, что смолы являются одним из источников нормальных и разветвленных алканов, алкилциклопентанов и алкилциклогексанов, фенилалканов, моно-, би-, три- и тетраалкилбензолов, алкилнафталинов, алкилфенантиренов, адкилбензо- и дибензотиофенов, алифатических эфиров и спиртов, которые образуются за счет деструкции алифатических фрагментов, связанных в молекулах смол через эфирные и сульфидные мостики.

В лабораторных условиях на модельных почвенных системах исследована микробиологическая деструкция сол и асфальтенов аборигенной почвенной микрофлорой. Показано, что высокомолекулярные гетероатомные компоненты нефти доступны для окисления почвенными микроорганизмами, за 180 сут эксперимента утилизация смол составила 41.5 мас. %, асфальтенов - 35.0 мас. %. Анализ остаточных продуктов биодеструкции показал заметное изменение состава высокомолекулряных гетероатомных компонентов. Биодеструкция смол и асфальтенов протекает преимущественно с "отщеплением" периферийных парафиновых структур, ароматическое ядро преобразуется менее существенно.

В работе представлены данные о распределении и структурно-групповом составе азотсодержащих оснований и серосодержащих соединений в тяжелых высокопарафинистых нефтях. Установлено, что парафинистость и смолистость нефти не влияет на качественный состав гетероатомных соединений. Показано, что c увеличением парафинистости нефти в составе этих соединений повышается доля структур с развитым алкильным замещением.

Предложен механизм ингибирования полимеризации виниловых мономеров тяжелыми нефтяными остатками (масла, смолы, асфальтены) в присутствии кислорода воздуха. Определены константы скорости взаимодействия ингибиторов с макрорадикалами стирола. Вычислены стехиометрические коэффициенты ингибирования, зависящие от концентрации. Даны рекомендации по составу рецептуры стабилизаторов, предлагаемых для углеводородных систем на основе отходов переработки нефти.

Представлены результаты исследований по распределению и составу низкомолекулярных азот- и серосодержащих соединений в нефтях средне- и нижнеюрского комплексов Западной Сибири. Показано, что качественный состав низкомолекулярных гетероатомных компонентов не зависит от геолого-геохимических условий залегания нефтей и является типичным для нефтей Западной Сибири.

Изучены распределение и состав азоторганических соединений липидов современного осадка континентального генезиса на примере оз. Утичье-3. Установлено, что в свободных липидах азотистые соединения представлены основными и нейтральными компонентами. Показано, что в составе оснований присутствуют вторичные и/или третичные алифатические амины и основные аминокислоты.

Изучены особенности содержания и состава гетероатомных соединений в нефтях отложений юрского комплекса юго-востока Западной Сибири. Показано, что высокий окислительно-восстановительный потенциал в бассейне седиментации способствует генерации нефтей с низким содержанием азот-, кислород- и серосодержащих соединений. Рассмотрено влияние возрастания термической зрелости на содержание этих соединений в нефтях, сформированных за счет органического вещества, отлагавшегося в различных окислительно-восстановительных условиях.