Лекции+химия+нефти+и+газа. Конспект лекций Химия нефти и газа

• Название: Конспект лекций Химия нефти и газа
• Анкор: Лекции+химия+нефти+и+газа.doc
• Дата: 14.05.2017
• Размер: 1.14 Mb.
• Имя файла: Лекции+химия+нефти+и+газа.doc
• Тип: Конспект лекций; #7569
• страница: 4 из 17

Лекция 14

Тема: Нефтяные эмульсии. Физико-химические свойства нефтяных дисперсных систем
Эмульсиейназывается дисперсная система двух взаимно нераствори­мых или не вполне растворимых жидкостей, в которых одна со­держится в другой во взвешенном состоянии ( в виде коллоидных частиц) . Жидкость, в которой распределены коллоидные частицы, называется дисперсинной средой,сами жидкие коллоидные частицы образуют дисперсную фазу.

Интенсивное перемешивание нефти с водой при добыче приводит к образованию стойких водонефтяных эмульсий. В общем случае эмульсия есть система из двух взаимно нерастворимых жидкостей, в которых одна распределена в другой во взвешенном состоянии в виде мельчайших капель. Существуют два типа нефтяных эмульсий: нефть в воде, или гидрофильная эмульсия, и вода в нефти, или гидрофобная эмульсия. Чаще встречается гидрофобный тип нефтяных эмульсий.

Существуют три метода разрушения нефтяных эмульсий:

1. Механический:

2. Химический:

3. Электрический:

Нефтяные эмульсии
Состав	эмульсии типа вода в нефти	эмульсии типа нефть в воде
дисперсн. среда	нефть	вода
дисперсная фаза	вода	нефть
свойства	гидрофобна: в воде всплывает, в бензине равномерно распределяется	гидрофильна: в воде равномерно распределяется, в бензине тонет

Лекция 15

Тема: Обезвоживание и обессоливание при подготовке нефти к переработке.
Обезвоживание и обессоливание нефти на НПЗ осуществляется на установках ЭЛОУ. Нефть смешивается с промывной водой и деэмульгатором, смесь разделяется в электродегидраторах, где водонефтяная эмульсия подогревается и подвергается воздействию переменного электрического поля высокой напряженности. Вода удаляется из нефти вместе с растворенными в ней солями. Одновременно нефть на ЭЛОУ многократно промывают водой в 2–3 ступени в последовательно соединенных электродегидраторах. Все крупные нефтепромыслы и каждый НПЗ имеют ЭЛОУ.

Механизм обезвоживания и обессоливания нефти на установках ЭЛОУ заключается в следующем. Молекулы воды — полярные частицы (с дипольный моментом 6,17 · 10^–30 Кл × м и диэлектрической проницаемостью 78,3 Д при 25 °С). В переменном электрическом поле частицы водной эмульсии вибрируют, многократно меняя свою конфигурацию в соответствии с частотой переменного тока 50 Гц. Скорость колебаний возрастает при повышенной температуре, снижающей вязкость нефти.

В результате столкновений частиц эмульсии, оболочка которых нарушена деэмульгатором, происходит их слияние, укрупнение и осаждение. Крупные капли сливаются снизу, а обезвоженная и обессоленная нефть отбирается сверху электродегидратора.

На НПЗ эксплуатируются 3 типа ЭЛОУ, оборудованные вертикальными, шаровыми или горизонтальными электродегидраторами. Современные ЭЛОУ — горизонтальные, двух- или трехступенчатые, комбинированные с АТ или атмосферно-вакуумными трубчатками (АВТ) мощностью до 3–9 млн т/год.

Технологические режимы обезвоживания и обессоливания нефти (температура в электродегидраторах, их производительность, расходные показатели) зависят от исходного содержания солей и воды в нефти.

Для нефтей, поступающих на НПЗ с содержанием солей до 100 мг/л и концентрацией хлоридов в пластовой воде менее 7,5 %, достаточно двух ступеней обессоливания. Для нефтей с содержанием солей более 300 мг/л или в пределах 100–300 мг/л, но с концентрацией хлоридов в пластовой воде более 7,5 %, требуется три ступени обессоливания. Схема установки электрообессоливания нефти на НПЗ.

Лекция 16

Тема: Термические превращения углеводородов нефти. Пиролиз.
Термические превращения нефтяных фракций — весьма слож­ный химический процесс.

Термодинамические расчеты крекинга алканов показывают, что углеводороды этого ряда, начиная с пентана, при повышенных температурах склонны лишь к реакции распада по связи С—С, с образованием алкена и алкана:
С_nH_{2n + 2}  С_mH_2m + С_qH_{2q + 2}
Полученные предельные осколки вновь распадаются на алкен и алкан. Низкомолекулярные углеводороды - этан, пропан и бутаны - могут также дегидрироваться:

С_nH_{2n + 2}  С_nH_2n + H₂
Место разрыва, а, следовательно, преимущественно образование тех или иных продуктов реакции зависят от температуры и давления. Чем выше температуры и ниже давления, тем место разрыва углеродной цепи все больше смещается к ее концу и значительно возрастает выход газообразных продуктов. При температуре примерно около 450⁰С разрыв происходит посередине цепи. Повышение давления также сдвигает место разрыва к центру молекулы. Поэтому крекинг под давлением позволяет получать больше целевых жидких продуктов

Для этана характерны реакция дегидрирования:
700⁰C

С₂H₆ С₂Н₄ + 2H₂

Бутан при 500-600⁰С распадается по всем связям С-С и в незначительной степени дегидрируется:
60% CH₄ + С₃H₆

С₄H₁₀ 500-600 ⁰C 30% C₂H₆ + С₂H₄

10% С₄H₈ + H₂



Изобутан, наоборот, при этих температурах в основном дегидрируется:

70% H₂ + изо-С₄H₈

изо - С₄H₁₀ 500-600 ⁰C 28% CH₄ + С₃H₆

2 % С₂H₆ + С₂H₄




Распад алканов имеет цепной характери подчиняется теории свободных радикалов:

R · + R  RR^΄

R · + H ·  RH

H · + H ·  H₂

Так как энергия диссоциации связи С-С меньше, чем связи С-Н, то первичный распад под воздействием повышенной температуры происходит по связи С-С. В результате образуются радикалы различной молекулярной массы:

СН₃(СН₂)₅СН₃  С₄Н₉ + С₃Н₇

Доказано, что при температуре около 600⁰С и при атмосферном или пониженном давлении радикалы метил СН₃ и С₂Н₅ способны к кратковременному самостоятельному существованию. При повышенных давлениях этой способностью обладают радикалы и большей молекулярной массы.

Крекинг нафтенов. Для нафтеновых углеводородов наиболее характерны следующие типы превращения при высоких темпера­турах:

1. 
   деалкилирование или укорочение боковых парафиновых цепей;
   
2. 
   дегидрирование кольца с образованием циклоолефинов и ароматических углеводородов;
   
3. 
   частичная или полная дециклизация полициклических нафтенов после деалкилирования;
   
4. 
   распад моноциклических нафтенов на олефины или пара­фин— диолефин.
   

Деалкилирование - реакция, аналогичная распаду алканов, процесс удаления алкильной группы с замещением на атом водорода. Деалкилирование- ти­пичный пример последовательного типа реакций. По мере увеличе­ния продолжительности нагрева боковые цепи становятся короче. Труднее всего отщепляется метильная и этильная группы.

Дегидрирование - более высокотемпературная реакция, веду­щая к накоплению в продуктах крекинга и пиролиза циклооле­финов и ароматических углеводородов. Реакции благоприятствует пониженное давление:

Дециклизация полициклических нафтенов приводит к последо­вательному упрощению молекул и сопровождается деалкилированием. При 700— 800 °С циклогексан распадается с образованием бута­диена:

С₆Н₁₂  С₂Н₆ + С₄Н₆
Крекинг ароматических углеводородов

Ароматические углево­дороды наиболее термически устойчивы. Поэтому они накапливаются в жидких продуктах крекинга тем в большем количестве, чем выше температура процесса. При пиролизе АУВ являются главной составной частью так называемой смолы пиролиза.

АУВ с длинными боковыми цепями способны деалкилироваться. Развитие реакций конденсации разнообразных циклических углеводородов приводит в конечном итоге к образованию карбоидов (кокса), содержащих минимальное количество водорода.