Нефть. 1. Происхождение и понятие о нефти Происхождение нефти
 Скачать 98.5 Kb.
|
|
СОДЕРЖАНИЕ 1. Происхождение и понятие о нефти…………………………………………..3 1.1. Происхождение нефти………………………………………………………3 1.2. Понятие о нефти……………………………………………………………..7 1.3. Химический состав нефти и область применения………………………...9 2. Переработка нефти……………………………………………………………10 2.1. Перегонка нефти ……………………………………………………………10 2.2. Крекинг………………………………………………………………………13 Список литературы………………………………………………………………16 1 ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ПОНЯТИЕ О НЕФТИ 1.1 Происхождение нефти Вопросы об исходном веществе, из которого образовалась нефть, о процессах нефтеобразования и формирования нефти в концентрированную залежь, а отдельных залежей в месторождения до сего времени ещё не являются окончательно решёнными. Существует ряд мнений как об исход-ных для нефти веществах, так и о причинах и процессах, обусловливающих её образование. В последние годы благодаря трудам главным образом советских геоло-гов, химиков, биологов, физиков и исследователей других специальностей удалось выяснить основные закономерности в процессах нефтеобразования. В настоящее время установили, что нефть органического происхождения, т.е. она, как и уголь, возникла в результате преобразования органических ве-ществ. Ранее выдвигались и другие теории образования нефти. В конце XIX в., когда в астрономии и физике получило развитие применение спектральных методов исследования и в спектрах различных космических тел были обнаружены не только углерод и водород, но и углеводороды, русский геолог Н. А. Соколов выдвинул космическую гипо-тезу образования нефти. Он предполагал, что когда земля была в огненно-жидком состоянии, то углеводороды из газовой оболочки проникли в массу земного шара, а впоследствии при остывании выделились на его поверх-ности. Эта гипотеза не объясняет ни географического, ни геологичес-кого распределения нефтяных месторождений… В конце XIX в. Д. И. Менделеевым, обратившим внимание на приуроченность известных тогда месторождений нефти к краевым частям гор, была выдвинута теория неорганического происхождения нефти. Предпо-лагалось, что углеводороды, образующиеся при действии воды на раскалён-ные карбиды металлов, проходили по трещинам из глубоких слоёв в зону осадочной оболочки земного шара, где путём их конденсации и гидрогениза-ции образовались нефтяные месторождения. Эта теория образования нефти не получила признания среди геологов и химиков. Трудно представить себе образование нефти путём действия на карбиды металлов воды океанов, просочившейся в глубину земли по трещинам земной коры, так как эти трещины не могут идти так глубоко. Кроме того, наличие в земной коре больших залежей карбидов железа, до которых может проникнуть вода океанов, очень сомнительно. Количество металлического железа (а не его окислов), которое может попасть из очень глубоких зон на поверхность твёрдой коры, ничтожно. Окислы железа содержать карбиды металлов не могут. Вероятность же наличия карбидов металлов в самом металлическом железе также крайне незначительна. Все приведённые выше соображения говорят о том, что в наружной оболочке космического типа при наличии окислительной обстановки не приходится ожидать образования и сохранения карбидов железа и других металлов в сколько-нибудь значительных количествах… М. В. Ломоносов первый указал на связь между горючими полезными ископаемыми - углём и нефтью и выдвинул впервые в мире в середине XVIII в. гипотезу о происхождении нефти из растительных остатков. Академик В. И. Вернадский обратил внимание на наличие в нефти азотистых соединений, встречающихся в органическом мире. Предшественники академика И. М. Губкина, русские геологи Андру-сов и Михайловский также считали, что на Кавказе нефть образовалась из органического материала. По мнению И. М. Губкина, родина нефти находит-ся в области древних мелководных морей, лагун и заливов. Он считал, что уголь и нефть – члены одного и того же генетического ряда горючих ископаемых. Уголь образуется в болотах и пресноводных водоёмах, как правило, из высших растений. Нефть получается главным образом из низших растений и животных, но в других условиях. Нефть постепенно образовывалась в толще различных по возрасту осадочных пород, начиная от наиболее древних осадочных пород – кемб-рийских, возникших 600 млн. лет назад, до сравнительно молодых – третич-ных слоёв, сложившихся 50 млн. лет назад. Накопление органического материала для будущего образования неф-ти происходило в прибрежной полосе, в зоне борьбы между сушей и морем… По вопросу об исходном материале существовали разные мнения. Некоторые учёные полагали, что нефть возникла из жиров погибших живот-ных (рыбы, планктон и др.), другие считали, что главную роль играли белки, третьи придавали большое значение углеводам. Теперь доказано, что нефть может образоваться из жиров, белков и углеводов, т.е. из всей суммы органических веществ. И. М. Губкин дал критический анализ проблемы происхождения нефти и разделил органические теории на три группы: - теории, где преобладающая роль в образовании нефти отводится погибшим животным; - теории, где преобладающая роль отводится погибшим растениям; - теории смешанного животно-растительного происхождения нефти. Последняя теория, детально разработанная И. М. Губкиным, носит название сапропелитовой от слова “сапропель” – глинистый ил – и является господствующей. В природе широко распространены различные виды сапропелитов. Различие в исходном органическом веществе является одной из причин существующего разнообразия нефтей. Другими причинами являются разли-чие температурных условий вмещающих пород, присутствие катализаторов и др., а также последующие преобразования пород, в которых заключена нефть… В СССР были проведены исследования, в результате которых удалось установить роль микроорганизмов в образовании нефти. Т. Л. Гинзбург-Карагичева, открывшая присутствие в нефти разнообразнейших микроорга-низмов, привела в своих исследованиях много новых, интересных сведений. Она установила, что в нефтях, ранее считавшихся ядом для бактерий, на больших глубинах идёт кипучая жизнь, не прекращавшаяся миллионы лет подряд. Целый ряд бактерий живёт в нефти и питается ею, меняя, таким образом, химический состав нефти. Академик И. М. Губкин в своей теории нефтеобразования придавал этому открытию большое значение. Гинзбург-Карагичевой установлено, что бактерии нефтяных пластов превращают раз-личные органические продукты в битуминозные. Под действием ряда бактерий происходит разложение органических веществ и выделяется водород, необходимый для превращения органичес-кого материала в нефть… Академиком Н. Д. Зелинским, профессором В. А. Соколовым и рядом других исследователей большое значение в процессе нефтеобразования при-давалось радиоактивным элементам. Действительно, доказано, что органи-ческие вещества под действием альфа-лучей распадаются быстрее и при этом образуются метан и ряд нефтяных углеводородов. Академик Н. Д. Зелинский и его ученики установили, что большую роль в процессе нефтеобразования играют катализаторы. В более поздних работах академик Зелинский доказал, что входящие в состав животных и растительных остатков пальмитовая, стеариновая и дру-гие кислоты при воздействии хлористого алюминия в условиях сравнительно невысоких температур (150-400о) образуют продукты, по химическому соста-ву, физическим свойствам и внешнему виду похожие на нефть. Профессор А. В. Фрост установил, что вместо хлористого алюминия – катализатора, отсутствующего в природе, - его роль в процессе нефтеобразования играют обыкновенные глины, глинистые известняки и другие породы, содержащие глинистые минералы. 1.2 Понятие о нефти Нефть — горючая маслянистая жидкость красно-коричневого, иногда почти чёрного цвета, хотя иногда встречается и слабо окрашенная в жёлто-зелёный цвет и даже бесцветная нефть, имеет специфический запах, расп-ространена в осадочной оболочке Земли; одно из наиважнейших полезных ископаемых. Нефть это смесь углеводородов, т.е. веществ, состоящих из атомов углерода и водорода, и веществ, содержащих серу, азот и кислород. Они называются гетероатомными или неуглеводородными. При атмосферном давлении нефть кипит от 45 до 450 °С. Средний элементный состав нефти, % массовый: С 83-87; Н 12-15; 8 от ОД до 5 или 6; N 0,5-0,6 и О 0,5-1,2. Технологическая характеристика нефтей Нефти характеризуются по группам углеводородов, входящих в их состав, по содержанию сернистых соединений, парафиновых углеводородов, смолисто-асфальтеновых веществ. Нефти бывают парафиновыми, нафтеновыми, ароматическими и сме-шанного типа: - парафино - нафтеновые, - нафтено - ароматические. По содержанию серы нефти подразделяются на: - высокосернистые, содержащие серу до 5%; - сернистые, имеющие серу до 3%; - низкосернистые серы до 1%. По содержанию парафинов: - высокопарафинистые 60-70 % масс; - парафинистые 40-50%; - малопарафинистые до 30%. Наибольшее распространение имеют смолистые и высокосмолистые нефти, которые одновременно являются сернистыми и высокосернистыми. Физико-химические свойства нефтей. Нефть - жидкость черного или темно - бурого цвета. Редко встречают-ся светлые нефти. Нефти отражаются (флюоресцируют) на свету, не раство-ряются в воде, растворяются во многих органических растворителях, напри-мер, в сероуглероде, хлороформе и др. Плотность нефтей колеблется от 0,7 до 0,95 (обычно 0,82-0,95). При плотности ниже 0,9 нефти называются легкими, выше 0,9-тяжелы-ми. Вязкость нефти кинематическая от 1 до 250 мм /сек (сантистокс). Углеводороды нефти окисляются до двуокиси углерода и воды с выделением тепла. Из гетероатомных соединений образуются серниситый и серный ан-гидрид, окислы азота, вода. Горение - это процесс окисления углеводородов и неуглеводородных соединений, приводящий к образованию диоксидов и выделению значитель-ного количества тепла. Взрыв — это неуправляемый процесс окисления углеводородов и неуглево-дорордных соединений с образованием алкилгидроперекисей и их распаду, сопровождающийся выделением значительного количества тепла. При этом развивается высокая детонация, превышающая пределы прочности сосуда и он разрушается. Калорийность топлива - это количество тепла, выделяемого при полном сгорании кг топлива. Единица измерения калорийности топлива кДж/моль. По агрегатному состоянию нефтепродукты бывают газообразные - они содержат от 1 до 4 атомов углерода; С5-С6-жидкости.После С16-твердые вещества. 1.3 Химический состав нефти и область применения Нефть представляет собой смесь около 1000 индивидуальных веществ, из которых большая часть — жидкие углеводороды (> 500 или обычно 80—90 % по массе) и гетероатомные органические соединения (4—5 %), преимущественно сернистые (около 250), азотистые (> 30) и кислородные (около 85), а также металлоорганические соединения (в основном ванадие-вые и никелевые); остальные компоненты — растворённые углеводородные газы, вода, минеральные соли (главным образом хлориды), растворы солей органических кислот и др., механические примеси (частицы глины, песка, известняка). Область применения Нефть занимает ведущее место в мировом топливно-энергетическом балансе: доля ее в общем потреблении энергоресурсов составляет 48 %. В перспективе эта доля будет уменьшаться вследствие возрастания применения атомной и иных видов энергии, а также увеличения стоимости добычи. В связи с быстрым развитием в мире химической и нефтехимической промышленности потребность в нефти увеличивается не только с целью повышения выработки топлив и масел, но и как источника ценного сырья для производства синтетических каучуков и волокон, пластмасс, ПАВ, моющих средств, пластификаторов, присадок, красителей и др. (более 8 % от объема мировой добычи). Истощение ресурсов нефти, рост цен на нее и др. причины вызвали интенсивный поиск заменителей жидких топлив. 2 ПЕРЕРАБОТКА НЕФТИ 2.1 Перегонка нефти Как только вода в чайнике закипит, из чайника со свистом начнёт вылетать пар. Если теперь подставить чайник к окну, то пар тотчас же начнёт конденсироваться на стекле и со стекла станут падать капли дистиллиро-ванной, или перегнанной воды. Перегонка нефти основана на том же прин-ципе – сначала нефть испаряется, а затем пары её конденсируют с разделе-нием на погоны – бензиновые, керосиновые и т.д. Секрет получения светлых продуктов из чёрной нефти человек разга-дал очень давно. Ещё при Петре Первом пользовались очищенной нефтью. Первый завод для очистки нефти был построен в России на Ухтинском нефтяном промысле. Это было в 1745г., в период царствования Елизаветы Петровны. В Петербурге и в Москве тогда для освещения пользовались свечами, а в малых городах и деревнях – лучинами. Но уже и тогда во многих церквях горели “неугасимые” лампады. В лампады наливалось гарное масло, которое было не чем иным, как смесью очищенной нефти с растительным маслом. Купец Набатов был единственным поставщиком очищенной нефти для соборов и монастырей. В конце XVIII столетия была изобретена лампа. С появлением ламп увеличился спрос на керосин. Когда братья Дубины построили в Моздоке нефтеперегонный завод, свой керосин, называющийся тогда фотогеном, они отправляли в Россию. И первый, и второй, и все последующие нефтеперегонные заводы получали бензин, керосин и другие продукты выпариванием нефти. Завод Дубининых был очень прост. Котёл в печке, из котла идёт труба через бочку с водой в пустую бочку. Бочка с водой – холодильник, пустая бочка – приёмник для керосина. На современном заводе вместо котла устраивается ложная трубчатая печь. Вместо трубки для конденсации и разделения паров сооружаются огромные ректификационные колонны. А для приёма продуктов перегонки выстраиваются целые городки резервуаров. Нефть состоит из смеси различных веществ (главным образом углево-дородов) и потому не имеет определённой точки кипения. На трубчатках нефть подогревают до 300-325о. При такой температуре более летучие вещества нефти превращаются в пар. Печи на нефтеперегонных заводах особые. С виду они похожи на дома без окон. Выкладываются печи из лучшего огнеупорного кирпича. Внутри, вдоль и поперёк, тянутся трубы. Длина труб в печах достигает километра. Когда завод работает, по этим трубам с большой скоростью – до двух метров в секунду – движется нефть. В это время из мощной форсунки в печь устремляется пламя. Длина языков пламени достигает нескольких метров. При температуре 300-325о нефть перегоняется не полностью. Если температуру перегонки увеличить, углеводороды начинают разлагаться. Нефтяники нашли способ перегонки нефти без разложения углево-дородов. Вода кипит при 100о тогда, когда давление равно атмосфере, или 760 мм. рт. ст. Но она может кипеть, например, и при 60о. Для этого надо лишь понизить давление. При давлении в 150 мм термометр покажет всего 60о. Чем меньше давление, тем скорее закипает вода. То же самое происходит с нефтью. Многие углеводороды в условиях атмосферного давления кипят только при 500о. Следовательно, при 325о эти углеводороды не кипят. А если снизить давление, то они закипят и при более низкой темпе-ратуре. На этом законе основана перегонка в вакууме, т. е. при пониженном давлении. На современных заводах нефть перегоняется или под атмосфер-ным давлением, или под вакуумом, чаще всего заводы состоят из двух частей – атмосферной и вакуумной. Такие заводы так и называются атмосферно-вакуумные. На этих заводах получаются одновременно все продукты: бен-зин, лигроин, керосин, газойль, смазочные масла и нефтяной битум. Неиспа-рившихся частей при такой перегонки остаётся гораздо меньше, чем при атмосферной. Дружнее происходит испарение нефти, когда в установку вводится пар. Сложна и интересна работа ректификационной колонны. В этой колон-не происходит не только разделение веществ по их температурам кипения, но одновременно производится дополнительное многократное кипячение конденсирующейся жидкости. Колонны делаются очень высокими – до 40 м. Внутри они разделяются горизонтальными перегородками – тарелками – с отверстиями. Над отверс-тиями устанавливаются колпачки. Смесь углеводородных паров из печи поступает в нижнюю часть колонны. Навстречу неиспарившемуся остатку нефти снизу колонны подаётся перегретый пар. Этот пар прогревает неиспарившийся остаток и увлекает с собой все лёгкие углеводороды вверх колонны. В нижнюю часть колонны стекает освобождённый от лёгких углеводородов тяжёлый остаток – мазут, а пары одолевают тарелку за тарелкой, стремясь к верху колонны. Сначала превращаются в жидкость пары с высокими температурами кипения. Это будет соляровая фракция, которая кипит при температуре выше 300о. Жидкий соляр заливает тарелку до отверстий. Парам, идущим из печи, теперь приходится пробулькивать через слой соляра. Температура паров выше температуры соляра, и соляр снова кипит. Углеводороды, кипящие при температуре ниже 300о, отрываются от него и летят вверх колонны, на секцию керосиновых тарелок. В соляре, выходящем из колонны, поэтому нет бензина или керосина. В колоннах бывает 30-40 тарелок, разделённых на секции. Через все тарелки проходят пары, на каждой они пробулькивают через слой сконден-сировавшихся паров и в промежутках между ними встречают падающие с верхней тарелки капли лишнего, не убравшегося на верхнюю тарелку кон-денсата. В колонне непрерывно идёт сложная, кропотливая работа. Углеводоро-ды собираются в секциях по температурам кипения. Для каждой группы углеводородов в колонне имеются свои секции и свой выход. Углеводороды сгруппируются в своей секции только тогда, когда в них не будет углеводородов других температур кипения. Когда они соберутся вместе, они из колонны выходят в холодильник, а из холодильника – в приёмник. Из самых верхних секций колонны идёт не бензин, а пары бензина, так как температура вверху колонны выше температуры легко кипящих частей бензина. Пары бензина идут сначала в конденсатор. Здесь они превращаются в бензин, который направляется также в холодильник, а затем в приёмник. 2.2 Крекинг Крекинг изобрёл русский инженер Шухов в 1891 г. В 1913 г. изобретение Шухова начали применять в Америке. В настоящее время в США 65% всех бензинов получается на крекинг - заводах. Наши нефтяники часто рассказывают о судебной тяжбе двух амери-канских фирм. Около двадцати пяти лет назад американская фирма Кросса обрати-лась в суд с жалобой на то, что фирма Даббса присвоила её изобретение – крекинг. Фирма Кросса требовала с фирмы Даббса большую сумму денег за “незаконное” использование изобретения. Суд встал на сторону Кросса. Даббсу приходилось совсем плохо. Выручил Даббса адвокат. На суде адвокат заявил:
Шухов тогда был жив. Приехали к нему в Москву американцы и спрашивают:
Шухов вынул из стола документы и предъявил американцам. Из документов было ясно, что Шухов свой крекинг запатентовал за тридцать лет до тяжбы Кросса с Даббсом. Аппаратура крекинг - заводов в основном та же, что и заводов для перегонки нефти. Это – печи, колонны. Но режим переработки другой. Другое и сырё. Слово “крекинг” означает расщепление. На крекинг - заводах углево-дороды не перегоняются, а расщепляются. Процесс ведётся при более высо-ких температурах (до 600о), часто при повышенном давлении. При таких температурах крупные молекулы углеводородов раздроб-ляются на более мелкие. Мазут густ и тяжёл, его удельный вес близок к единице. Это потому, что он состоит из сложных и крупных молекул углеводородов. Когда мазут подвергается крекингу, часть составляющих его углеводо-родов раздробляется на более мелкие. А из мелких углеводородов как раз и составляются лёгкие нефтяные продукты - бензин, керосин. Мазут – остаток первичной перегонки. На крекинг - заводе он снова подвергается переработке, и из него, так же как из нефти на заводе первич-ной перегонки, получают бензин, лигроин керосин. При первичной перегонки нефть подвергается только физическим изменениям. От неё отгоняются лёгкие фракции, т. е. отбираются части её, кипящие при низких температурах и состоящие из разных по величине углеводородов. Сами углеводороды остаются при этом неизменёнными. При крекинге нефть подвергается химическим изменениям. Меняется строение углеводородов. В аппаратах крекинг – заводов происходят сложные химические реакции. Эти реакции усиливаются, когда в аппаратуру вводят катализаторы. Одним из таких катализаторов является специально обработанная глина. Эта глина в мелком раздробленном состоянии – в виде пыли – вводится в аппаратуру завода. Углеводороды, находящиеся в парообразном и газообразном состоянии, соединяются с пылинками глины и раздробляются на их поверхности. Такой крекинг называется крекингом с пылевидным катализатором. Этот вид крекинга теперь широко распространяется. Катализатор потом отделяется от углеводородов. Углеводороды идут своим путём на ректификацию и в холодильники, а катализатор – в свои резервуары, где его свойства восстанавливаются. Катализаторы – крупнейшее достижение нефтепереработки. На крекинг - установках всех систем получают бензин, лигроин, керосин, соляр и мазут. Главное внимание уделяют бензину. Его стараются получить больше и обязательно лучшего качества. Каталитический крекинг появился именно в результате долголетней, упорной борьбы нефтяников за повышение качества бензина. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
|