Более 60 лет назад В. И. Вернадский писал : " Надо надеяться, что ХХ век раздвинет химию углерода и в эту почти нетронутую область углерода в земной коре, которая до сих пор представляет много загадочного. Нефть является простым и удобным объектом таких исследований, и с нее начинается эта работа ". К решению завещанной задачи по изучению неуглеводородных составляющих нефти химия приступила только во второй половине ХХ века.

Выделение САВ из нефтей и тяжелых нефтяных остатков исключительно сложно. Поэтому нефтяные остатки разделяют на групповые компоненты : смолы, асфальтены, масла. В тяжелых нефтяных остатках от 40 до 70 % составляют смолисто - асфальтеновые вещества, находящиеся в природе в виде природных битумов.

Смолисто – асфальтеновые вещества ( САВ ) составляют самую большую группу так называемых неуглеводородных компонентов нефти. Чаще всего так называют некие комплексы тяжелых смол и асфальтенов, содержащихся в высококипящих фракциях нефти. САВ концентрируются в тяжелых нефтяных остатках – мазутах, полугудронах, гудронах, битумах, крекинг – остатках и др. САВ представляют собой сложную многокомпонентную исключительно полидисперсную по молекулярной массе смесь высокомолекулярных углеводородов и гетеросоединений, включающих углерод, водород, серу, азот, кислород и металлы ( Fe, M о, V, Ni и др ). Нет ни одной нефти, в которой не содержалось бы серы и кислорода. В среднем на каждые 50 атомов углерода приходится как максимум 2–3 атома серы, 1,5–2 атома азота и 2–3 атома кислорода.

При анализе САВ малейшее повышение температуры приводит к разрушению первичных молекул, образуются осколки более низкой молекулярной массы с измененной структурой. Поэтому разработка методов выделения и количественной оценки содержания асфальтенов и смол в тяжелых остатках, битумах остаётся главным направлением исследования САВ.

НЕФТЬ ( НЕФТЯНЫЕ ОСТАТКИ ) АСФАЛЬТЕНЫ МАСЛА + СМОЛЫ СМОЛЫМАСЛА ( осадок ) (n- пентан ) ( бензол, толуол, спиртотолуол )

Молекулы смол и асфальтенов представляют собой гибридные соединения. Основой таких молекул является полициклическое ядро, содержащее : 4 - 6, ( преимущественно шестичленных ), колец, несколько метильных и один длинный ( С 3C 12 ) алкильный заместитель. В циклическую часть молекулы могут входить кольца, содержащие серу или азот, кислородные функциональные группы.

В структуре смол присутствует полициклическая конденсированная система, состоящая из ти колец, х метильных групп и 1-го длинного алкильного заместителя. Кроме того, обязательным условием является наличие гетероатомов. Смолы нестабильны, выделенные из нефти или ее тяжелых остатков могут превращаться в асфальтены.

Структура асфальтенов представляет собой полициклические, сильно конденсированные, по большей части ароматические системы, соединенные с пяти- и шестичленными гетероциклами. Молекулы состоят из 4 – 5-ти фрагментов, которые в свою очередь содержат несколько ароматических колец. В результате смолы и асфальтены в наибольшей степени различаются по следующим параметрам: молекулярная масса массовое соотношение С:Н мольное соотношение Н:С растворимость в низкомолекулярных алканах концентрация парамагнитных центров степень ароматичности числа конденсированных колец Соотношение смол к асфальте нам в нефтях и тяжелых нефтяных остатках прямой перегонки составляет (7 – 9):1, а в битумах (1 – 7):1.

Лиофильны * по отношению к ароматическим и нафтеновым углеводородам *Лиофильность - интенсивное взаимодействие, т. е. достаточно сильное взаимное притяжение молекул вещества ( тела ) и контактирующей с ним жидкости

Карбены - труднорастворимые линейные полимеры, где в качестве мономеров выступают асфальтеновые молекулы. Нерастворимы ни в каких углеводородах и частично растворимы только в пиридине C 5 H 5 N и сероуглероде CS 2 Карбоиды - сшитые трехмерные полимеры ( кристаллиты ). Вследствие такой структуры карбоиды не растворяются ни в одном из известных органических растворителей. Эти вещества отсутствуют в сырой нефти, они образуются в качестве вторичных продуктов высокотемпературной переработки нефти в присутствии кислорода или воздуха. Из асфальтенов нефтяных остатков (продуктов термической переработки нефти) выделяют две подгруппы соединений в зависимости от растворимости - карбены и карбоиды.

Примечание : – – нерастворимы + + плохо растворимы растворимы

Следует сказать, что в природе самостоятельно существуют твёрдые смолообразные чёрные вещества - асфальты. Их залегание связано с нефтяными залежами. Предполагают, что они образованы при испарении и одновременном окислении нефти в местах её выхода на земную поверхность. В составе они содержат высокомолекулярные углеводороды, смолы и асфальтены. Присутствие САВ в топливах и смазочных маслах нежелательно. Они ухудшают цвет, понижают смазочную способность масел. САВ отравляют катализаторы, вызывают закоксовывание аппаратуры при переработке нефти. Следует сказать, что в природе самостоятельно существуют твёрдые смолообразные чёрные вещества - асфальты. Их залегание связано с нефтяными залежами. Предполагают, что они образованы при испарении и одновременном окислении нефти в местах её выхода на земную поверхность. В составе они содержат высокомолекулярные углеводороды, смолы и асфальтены. Присутствие САВ в топливах и смазочных маслах нежелательно. Они ухудшают цвет, понижают смазочную способность масел. САВ отравляют катализаторы, вызывают закоксовывание аппаратуры при переработке нефти.

САВ также входят в состав остатков вакуумной перегонки нефти и битумов, придают им ряд ценных технических свойств, позволяющих широко использовать их в народном хозяйстве. В н. в. битумы расходуются ежегодно десятками млн. тонн. : Входят в состав дорожных покрытий, некоторых резин, лаков ; Как связующий, герметизирующий и гидроизоляционный материал для фундаментов зданий и гидротехнических сооружений ; служат для электроизоляции кабелей, аккумуляторов ; Как поверхностные покрытия подземных трубопроводов для их защиты от коррозии ; может входить в состав промывочной жидкости, используемой при бурении.

По внешнему виду асфальтогеновые кислоты представляют собой вязкие темные смолы кислого характера, растворимые в спирте, бензоле и хлороформе. Плотности их выше единицы. Асфальтогеновые кислоты реагируют со щелочами, но по многим свойствам отличаются от нефтяных кислот. Изучены асфальтогеновые кислоты недостаточно.

К минеральным компонентам нефти относят содержащиеся в нефти соли и комплексные органические соединения металлов. Общее содержание их в нефти не превышает 0,03% масс. Часть металлов попадает в нефть при её добыче и транспортировке. В нефтях обнаружены щелочные и щелочноземельные металлы (Na, K, Ba, Sr, Mg), металлы переменной валентности (d- элементы :V, Zn, Ni, Fe, Mo, Co, W, Cr, Cu, Mn, Pb, Ga, Ag, Ti; p- элементы : Cl,Br, I, Si, Al, B, P ) и др. Изучение микроэлементов нефти представляет большой интерес в связи с проблемой происхождения нефти. Наличие в нефти многих элементов, характерных для растений и животных, является доказательством их родства.

Металлорганические соединения ванадия, никеля, железа, меди, цинка и др. металлов, в основном сосредоточены в гудроне, хотя некоторая часть их летуча и при перегонке переходит в масляные дистилляты. Содержание металлов в тяжелых дистиллятах составляет 0,01% от содержания их в остатке перегонки. Основная часть металлов связана со смолами и асфальте нами. При выделении из гудрона смолисто - асфальтеновой части 80% и более металлов выделяется вместе с САВ. Значительная часть металлов находится в нефтях в виде металлопорфинировых комплексов. Содержание металлорганических соединений в нефтях с высоким содержанием гетероатомных соединений, смол и асфальтенов значительно – на 2-3 порядка выше, чем в малосернистых нефтях с низким содержанием смолисто - асфальтеновых веществ.