К органической теории происхождения нефти в природе

Миняйло Ю.Г., к.т.н.

Государственное высшее учебное заведение «Днепропетровский государственный химико-технологический университет»

Теория происхождения углей из остатков древнейшей растительности доказана и практически ни у кого не вызывает возражений, но однако единой общепризнанной современной теории происхождения нефти в природе пока не существует. Сформировалось примерно равное соотношение между сторонниками органического и неорганического ее начала. Присоединяясь к числу приверженцев теории органического происхождения нефти, смею предложить несколько своих аргументов в ее пользу. В частности, это касается происхождения нефти из растительности.

Предположив, что условием, задачей и результатом возникновения жизни на Земле было наличие ее высокого биологического потенциала (СО₂, Н₂О, тепло)

и необходимость в его снижении, включился самостоятельно (или был включен)

механизм растительной формы жизни, как наиболее интенсивный. Формы жизни животной, на фоне растительной, представляются вспомогательными для растительной, способствуя воспроизводству растений, размножению, расширению ареала обитания и т.д. Результатом этого явилось накопление в недрах огромных углеродных залежей, аккумулирующих энергию Солнца, энергетику Земли и растений, а также произошло изменение состава атмосферы Земли в пользу кислорода. Физика и химизм этого процесса, хотя и грубо, но моделируются в лабораториях.

Кроме углерода в чистых углях присутствуют и другие элементы, в том числе, сера и фосфор, но суммарно не более 5%.

Состав нефти из различных месторождений пусть и значительно отличается по углеводородам, но имеет общую особенность, что отличает нефть от угля – это присутствие в ней значительных количеств серы, - до 6% и более, и сера стоит

на третьем месте в составе нефти после углерода, 82-87%, и водорода, 11-15%. Очень часто месторождения серы, как например, в западной Украине и Румынии, соседствуют с месторождениями серы или, как на Кавказе (Грозненские нефти), соседствуют с растворенным в водах Черного моря сероводородом и сероводородом в минеральных источниках.

Древесина содержит в своей основе целлюлозу, геми-(хеми-)целлюлозу и лигнин. Целлюлоза состоит из остатков глюкозы, последовательно соединенных друг с другом и представляющих вместе высокомолекулярное соединение вида:

(С₆Н₁₀О₅)_n. Целлюлоза, по сравнению с гемицеллюлозой и лигнином, является более прочным химическим соединением, на чем основан процесс ее извлечения из древесины. Таким образом, моделировать процесс превращения растительных остатков в нефть лучше всего используя именно целлюлозу. Превращение целлюлозы в соединение, в котором нет кислорода - нафталин, ароматический углеводород, более активный, чем бензол или толуол, может служить той основой, которая в процессе дальнейших химических реакций станет основой нефти. Одним из возможных вариантов химической реакции превращения целлюлозы в нафталин может быть:

2(С₆Н₁₀О₅) + 5S = 2H₂SO₄+C₁₀H₈+ 2H₂S + CH₄ + SO₂ + C

Исследуем с помощью термодинамики возможность осуществления этой реакции в нормальных условиях, при 298,15К. Используем для этого следующие данные:

2(С₆Н₁₀О₅) 2H₂SO₄C₁₀H₈ 2H₂S CH₄ SO₂ S

∆Н ^обр_298,15 (кДж /моль)− 2106;−1623,725; 78,502;−20,160; −74,898;−297,095; 0

∆S^o_298,15 (Дж/моль) 302,94; 313,926; 336,744; 411,562; 186,313; 248,696; 162,99

Известно, что теплота образования целлюлозы из элементов составляет около 6,5 кДж/г. В расчете на моль мономераС₆Н₁₀О₅, который весит 162г, его ∆Н^обр_298,15 составит: 6,5 × 162 =1053 кДж /моль.

Теплоемкость целлюлозы определим по атомным составляющим: С_а(С) = = 7,53 Дж/моль, С_а(О)=16,74 Дж/моль, С_а(Н)=9,62 Дж/моль. Общая теплоемкость С_м= 6×7.53+10×9,62+5×16,74=225,08Дж/моль. Тогда, согласно Стрелкову ∆S^тв_298,15 = 1,1 × 225,08 × 162 = 247,588 Дж/моль.

Теплота реакции ∆Н ^обр_298,15:

∆Н ^обр_298,15 = −1623,725+78,502−20,160−74,898−297,095+2106=168,624 кДж /моль.

Энтропия ∆S^o_298,15:

∆S^o_298,15=313,926+336,744+411,562+186,313+248,696−247,588−162,99= =1086,662 Дж/моль

Энергия Гиббса ∆G^о_298,15 Дж/моль:

∆G^о_298,15 = ∆Н− Т∆S = 168624 − 298,15 × 1086,662 = −155365,27 Дж/моль.

Знак минус указывает на то, что данная реакция осуществима даже в нормальных условиях. Модельные лабораторные исследования взаимодействия хлопковой целлюлозы и расплавленной серы (для увеличения поверхности контакта) по запаху нафталина свидетельствуют о протекании реакции.

Метан в реакции составляет основу попутных газов нефти и может образовывать самостоятельные месторождения. Углерод сообщает нефти ее специфическую окраску. Серная кислота с нафталином может образовать нафталинсульфокислоту, однако, в присутствии осадочных пород скорее прореагирует с ними с образованием сульфосолей металлов, как например, минерала мирабилита. Мирабилит в прикаспийской низменности образует огромные по своим запасам залежи. Источник серы - продукт вулканических извержений земли. Залежи гипса встречаются повсеместно в местах нефтяных месторождений, что косвенно подтверждает данное предположение.

Можно думать, что взаимодействие серы с гемицеллюлозой и лигнином

будет протекать аналогично, но легче, чем с целлюлозой, в связи с тем, что кислорода в них меньше.

Тогда логично сделать вывод о том, что, наряду с другими вариантами органической теории происхождения нефти, вариант ее происхождения из растительных остатков может служить основанием в поиске новых перспективных ее запасов с учетом сопутствующих этому факторов.