74
Гл. IV. Состав и физические свойства нефтей и газов
Азотистые соединения. Азотистые соединения являются постоянной
составной частью нефти. Концентрация их очень невелика, около
нескольких процентов, а содержание азота в нефти в среднем составляет
0,1—0,3%, хотя встречаются иногда нефти, содержащие до 1% азота.
Азот в нефти присутствует в виде соединений основного характера.
Это главным образом алкилированные гомологи пиридина, хино-лина,
гидропиридина и гидрохинолина. Содержащиеся в нефтях азотистые
соединения отличаются своеобразным свойством: подобно металлам они
могут реагировать с кислотами, замещая в них атом водорода и образуя
при этом органические соли. К этим соединениям в первую очередь
относятся так называемые пиридиновые основания. Первый член этого
ряда — пиридин
напоминает по строению бензол, в котором одна группа CH заменена
атомом азота. Сведения относительно присутствия в нефтях азотистых
соединений других функций чрезвычайно ограничены, и эти соединения
мало изучены.
В нефтях Кувейта и Калифорнии были найдены алкилзамещенные
карбазола, индола и пиррола. В камчатской нефти был обнаружен
карбазол. Содержание азота в нефтяных фракциях увеличивается вместе с
температурой кипения фракций относительно и абсолютно.
Азотистые соединения ассоциируются главным образом с высоко-
кипящими фракциями нефти. Остаток от перегонки выше 300° С
смолистых нефтей содержит обычно до 85 до 100% общего азота. Между
содержанием азота и количеством смол в нефти существует определенная
зависимость.
Более легкие, малосмолистые нефти содержат всегда меньше азота,
чем высокосмолистые нефти. Особый интерес представляют сложные
азотистые соединения — порфирины, состоящие из четырех пиррольных
колец. Структурная формула одного из типичных порфиринов —
дезоксофиллэритрина — приведена ниже
1. Химические соединения, входящий в состав нефтей и природных газов
75
В нефтях и битумах обычно присутствуют комплексы порфиринов с
металлами (ванадий, никель и др.).
Азот является элементом, вероятно, связанным с исходным орга-
ническим веществом нефти. Обнаруженные в нефти азотистые соеди-
нения являются, по-видимому, продуктом естественного метаморфизма
сложных полициклических молекул исходного органического вещества.
Смолисто-асфальтеновые вещества. Второе место по содержанию
после углеводородных соединений в нефти занимают смолисто-ас-
фальтеновые вещества. По количеству смол все нефти могут быть
условно подразделены на три типа: малосмолистые нефти (до 5% смол),
смолистые нефти (5—15% смол) и высокосмолистые (свыше 15% смол).
При аналитическом определении смолисто-асфальтеновые вещества
подразделяются на ряд групп: смолы, асфальтены, карбены, карбоиды,
асфальтогеновые кислоты и их ангидриты. Природа смолистых веществ
полностью еще не выяснена.
Однако установлено, что в состав смол входят ароматические и
нафтепо-ароматические радикалы с алкильными цепями. Кислород, сера и
азот являются также их составной частью. Смолы имеют неоднородный
состав, им нельзя приписывать общее строение. Они вполне растворимы в
нефти. При разгонке нефти смолистые вещества распределяются между
всеми фракциями, начиная от керосина, и в большом количестве
содержатся в остатке от разгонки, поскольку значительная часть их в
нефтях имеет очень большой молекулярный вес (700 и выше).
В нефтях, богатых серой, смолы в основном состоят, видимо, из
сернистых и кислородных соединений. Не исключено также наличие в
них и высокоциклических ароматических соединений.
Асфальтены отличаются от смол большим молекулярным весом
(выше 2000), плотность их близка к 1,14. Консистенция асфальтенов
твердая, хрупкая. Отличие их химического состава от состава смол
состоит главным образом в том, что в их молекулах содержится
значительно меньше водорода и значительно больше ароматических
циклов. При хранении нефтей на воздухе смолистые вещества в них
способны уплотняться и переходить в асфальтены. С нефтями асфальтены
образуют коллоидные растворы.
Смолисто-асфальтеновые вещества, обнаруживаемые в нефти, имеют
разное происхождение. Часть их составляют вещества, имеющие, по всей
вероятности, реликтовый характер. Другая часть смолисто-асфальтеновых
веществ — продукты окисления высокомолекулярных углеводородов или
абиогенного преобразования некоторых малоустойчивых гетерогенных
соединений и углеводородов нефти, преимущественно
высокоциклической природы.
76
Гл. IV. Состав и физические свойства нефтей и газов