Парафиновые углеводороды (общая формула СпН2п+2) Простейшим представителем этого класса является метан Углеводороды с содержанием атомов углерода в молекуле от 1 до 4 при нормальных условиях представляют собой газ. от 5 до 15 — жидкость, более 16 — твердые вещества.

Физические и химические свойства углеводородов с нормальной и изоструктурой различны. Чем сложнее молекула вещества и чем больше ее молекулярная масса, тем больше у нее изомеров. Так, октан С8Н18 имеет 17 изомеров, тетрадекан С14Н30— 2835 изомеров и т. д.

Парафиновые углеводороды имеют наиболее высокую массовую теплоту сгорания из всех классов углеводородов, поскольку они содержат наибольшее число водородных атомов. При нормальных условиях парафиновые углеводороды химически стабильны. Поэтому топлива и смазочные материалы, содержащие большое количество парафиновых углеводородов, также стабильны при хранении. При высоких температурах устойчивость к окислению кислородом воздуха нормальных и изопарафиновых углеводородов различна. Нормальные парафиновые углеводороды являются нежелательным компонентом в бензинах, так как имеют плохие антидетонационные свойства, т. е. низкие октановые числа (табл. 1). Высокие октановые числа имеют газообразные углеводороды, которые используются в качестве газообразного топлива для автомобилей.

Нормальные парафиновые углеводороды с большей молекулярной массой, чем у октана, имеют отрицательные октановые числа.

В дизельных топливах н-парафиновые углеводороды повышают цетановые числа, т. е. они обладают низкой температурой самовоспламенения.

Наряду с высокими цетановыми числами н-парафиновые углеводороды имеют существенный недостаток. Они ухудшают низкотемпературные свойства дизельных топлив. Так, н-гексадекан (цетан) имеет температуру плавления + 18,15 °C, н-октадекан—F 28,18 °C и т. д.

Таблица 1.
Октановые числа нормальных парафиновых углеводородов

В масляных фракциях н-парафиновые углеводороды улучшают вязкостно-температурную характеристику (оцениваются индексом вязкости), однако одновременно ухудшают низкотемпературные свойства.

Изопарафиновые углеводороды имеют более вывокие октановые числа по сравнению с н-парафиновыми той же молекулярной массы. С увеличением разветвленности молекулы октановые числа углеводородов повышаются. Изопарафиновые углеводороды имеют лучшие низкотемпературные свойства по сравнению с н-парафиновыми. Парафиновые углеводороды (за исключением низкомолекулярных) при действии на резину вызывают в основном незначительное ее набухание.

Нафтеновые углеводороды (общая формула CnH2n) являются производными циклопентана и циклогексана!

Почти у всех нафтеновых углеводородов в нафтеновом кольце имеются боковые парафиновые цепи. Углеводороды, в состав которых входят несколько нафтеновых колец, называются полициклическими.

Нафтеновые углеводороды имеют меньшую теплоту сгорания, чем парафиновые углеводороды, так как содержат меньшее число атомов водорода в молекуле по сравнению с парафиновыми. Нафтеновые углеводороды при действии на резину также вызывают ее набухание. Они обладают более высокими октановыми числами по сравнению с н-парафиновыми углеводородами, имеющими одинаковое число углеродных атомов в молекуле. Поэтому в составе бензинов они являются более ценным компонентом, чем н-парафиновые углеводороды.

Таблица 2.
Октановые числа парафиновых углеводородов

Таблица 3.
Октановые числа к-парафиновых и нафтеновых углеводородов

Цетановые числа нафтеновых углеводородов более низкие по сравнению с цетановыми числами н-парафиновых углеводородов. Например, цетановое число н-гептана равно 56,3, а метилциклогексана — 20, цетановое число н-цетана равно 100, а н-гексилциклогексана — 35. Однако более низкие температуры плавления нафтеновых углеводородов делают их ценными компонентами дизельных топлив, работающих при отрицательных температурах.

В масляных фракциях нафтеновые углеводороды увеличивают вязкость. Углеводороды с длинными боковыми цепями имеют довольно высокие индексы вязкости.

Ароматические углеводороды, в основном являются производными бензола CeHe. К производным бензола относятся толуол, ксилолы, нафталин, антрацен и т. д.

Ароматические углеводороды содержат еще меньше водорода, чем нафтеновые, поэтому теплота сгорания у них более низкая (во всех случаях речь идет о массовой теплоте сгорания).

Ароматические углеводороды обладают высокой термической и химической стабильностью. Они являются наи-

более ценным компонентом бензинов, поскольку имеют самые высокие антидетонационные свойства — октановые числа. Но, являясь ценными высокооктановыми компонентами бензинов, ароматические углеводороды обладают повышенной склонностью к нага-рообразованию. В товарных бензинах их содержание не должно превышать 40—45%. Из-за высокой термической стабильности ароматические углеводороды являются нежелательным компонентом дизельных топлив. Так, например, цетановые числа н-амилбензола и н-гексилбензола соответственно равны 8 и 28.

Содержание в маслах ароматических углеводородов, особенно полициклических, увеличивает вязкость, но ухудшает вязкостно-температурные свойства, т. е. снижает индекс вязкости.

Из всех классов углеводородов ароматические углеводороды обладают самой низкой теплотой сгорания и сильнее всех воздействуют на резину, изготовленную из натурального каучука (НК).

Таблица 4.
Октановые числа ароматических углеводородов

Непредельные углеводороды не входят в состав нефти, а образуются при ее переработке и переработке нефтепродуктов. Непредельные углеводороды подразделяют на олефиновые (с одной двойной связью), диолефиновые (с двумя двойными связями) и ацетиленовые (с одной тройной связью). Общая формула олефиновых непредельных углеводородов С„Н2п. Диолефиновые и ацетиленовые непредельные углеводороды не входят в состав автотракторных топлив и масел.

Из всех свойств непредельных углеводородов необходимо отметить их низкую химическую стабильность. Благодаря наличию двойной связи они легко окисляются, полимеризуются, образуя смолы. Из-за низкой химической стабильности непредельные углеводороды являются недопустимым компонентом в бензинах, дизельных топливах и смазочных маслах. В низкооктановых бензинах допускается незначительное количество непредельных углеводородов, поскольку они имеют более высокие октановые числа по сравнению с октановыми числами н-парафиновых углеводородов с тем же количеством атомов углерода в молекуле, например (изображен только углеродный скелет):

Непредельные углеводороды являются хорошим сырьем для химической и нефтехимической промышленности.

Свойства топлив и масел зависят от химического состава т. е. от того, какие углеводороды и в каком количестве входят в их состав. В бензинах содержатся углеводороды с числом атомов углерода от 4 до 12, в дизельных топливах — от 12 до 25, в смазочных маслах — от 20 до 70.

Кислородные соединения представляют собой органические кислоты, фенолы и асфальтосмолистые вещества. Органические кислоты вызывают коррозию металлов, прежде всего цветных. Чем ниже молекулярная масса кислот, тем сильнее их коррозионные свойства. Основная масса кислорода, содержащегося в нефти и нефтепродуктах, приходится на долю асфальтосмолистых веществ. Они вызывают повышенные образования нагаров, лаков, в связи с этим содержание их в топливах и маслах нежелательно.

Сернистые соединения в составе топлив и смазочных материалов могут находиться в виде .сероводорода, меркаптанов, элементарной серы (активные сернистые соединения), сульфидов, дисульфидов, полисульфидов, тиофанов, тиофенов и других сернистых соединений (неактивные сернистые соединения). Активные сернистые соединения вызывают сильную коррозию металлов. Неактивные сернистые соединения, содержащиеся в топливах, при сгорании образуют серный и сернистый ангидриды. При пуске и прогреве двигателя ангидриды образуют с водяным паром серную и сернистую кислоты, которые являются агрессивными по отношению к различным металлам. В прогретом двигателе коррозию вызывают ангидриды этих кислот.

В бензинах сернистые соединения понижают октановое число и приемистость бензина к ТЭС (тетраэтилсвинцу). Сернистые соединения увеличивают образование осадков и нагаров. Нагары и осадки получаются прочными и трудно-удалимыми. Иногда сернистые соединения оказывают положительное влияние. Так в маслах для гипоидных передач сернистые соединения увеличивают прочность масляной пленки.

Азотистые соединения находятся в нефти и нефтепродуктах в незначительных количествах и в основном входят в состав асфальтосмолистых веществ.