Курс лекций по химии нефти и газа. Курс лекций. Курс лекций по дисциплине химия нефти и газа введение
 Скачать 1.04 Mb.
|
1 2 32 Присутствие в составе нефти химического элемента сера и соединений ее содержащих – проблемно. Это связано сих повышенной коррозионной активностью, что для нефтяной и газовой отраслей, которые при подъеме продукции из скважины, при подготовке к транспорту, транспортировке, при хранении, дальнейшей переработке используют оборудование резервуары, аппараты, цистерны, танкеры, трубопроводный транспорта все это изготовлено из металла, для которого коррозия – опасно. Соединения серы удаляются процессом гидроочистки (обработкой водородом) на нефтеперерабатывающем заводе (НПЗ), где есть водород, получаемый из нефти при её переработке. Присутствие в составе товарной нефти и газа такого элемента как сера нежелательно, ограничено нормативными документами. Содержание серы включено в действующий ГОСТ на товарную нефть, по содержанию серы нефть разделяется на классы. В этом ГОСТе также внесено содержание сероводорода и легких меркаптанов, по содержанию которых нефть разделяется на виды. В составе газа горючего природного для промышленного и комму- нально-бытового назначения также ограничивается содержание сероводорода не более 0,02 гм, ограничивается содержание меркаптановой серы. В составе газа ограничивается содержание еще одного элемента – кислорода не более 1% об. Коррозию могут вызвать и минеральные соли (хлориды кальция, магния, растворенные в пластовой воде, присутствующие в составе нефтяной скважинной продукции. Удаляют вместе с водой процессом обезвоживания на промысле при подготовке нефти к транспортировке. Если давать определение, что такое нефть, то с физической точки зрения это – вязкая жидкость со специфичным цветом, запахом. Если учитывать химический состав, то это- сложная многокомпонентная система взаиморастворимых (подобное растворяется в подобном) углеводородов и гетеропроизводных соединений. От присутствия углеводородов того или иного класса в составе нефти есть свои плюсы и минусы. Благоприятные свойства углеводородов состава нефти алканов, циклоалканов, аренов мы уже рассмотрели. На неблагоприятные свойства обратим внимание сейчас. Для углеводородного состава нефти (жидкости) проблемными могут быть углеводороды другого агрегатного состояния газообразные, твердые, а это попутный нефтяной газ и нефтяные парафины, которые в пластовых термобарических условиях взаиморастворяясь дают однородную композицию - пластовую нефть. При подъеме нефти из скважины снижаются температура и давление, что приводит к переходу газообразных алканов из растворенного состояния в газовое, со всеми проблемами, которые возникают при работе с газами, а это расширение (закон Авогадро, утечка газа, которые ведет к потерям, аварийности. Газообразные алканы удаляют на промысле процессом, имеющим несколько названий сепарации, дегазации (удаление газа, стабилизации (создание стабильного химического состава) в ЦППН. Алканы с числом углеродных атомов 16 и более (парафины, церези- ны) также при переходе из растворенного жидкого состояния в твердое, создают проблемы начиная с ПЗП (призабойной зоны пласта, переходя в НКТ (насосно-компрессорные трубы, и другое промысловое оборудование, резервуары, емкости, проявляясь в виде парафиновых отложений точнее в виде асфальтено-смоло-парафиновых отложений – АСПО, так как теряющим подвижность парафинам всегда составят компанию полиа- роматические углеводороды нефтяные смолы, асфальтены). Образовавшиеся АСПО – это серьезная проблема, которая решается физическими (скребки или нагрев) и химическими методами воздействия на ПЗП с использованием химических реагентов, в т. ч. растворителей, способствующих поддержанию или увеличению темпов добычи нефти. Если по той же схеме – подобное растворяется в подобном, тов качестве растворителя может быть использован состав на углеводородной основе. Химические реагенты начинают привлекать уже на стадии вскрытия скважин с целью обеспечения буровым растворам необходимых свойств стабилизации и изменения структурно-механических свойств бурового раствора. В составе скважинной газовой продукции могут быть 1. Углеводороды С 1 -С 4 ; 2. НОС. механические примеси. Если рассматривать проблемность газообразных алканов, то традиционно внимание обращено на способность низших алканов (С 1 -С 4 , особенно метана) проявлять свойство характерное им - гидратообразование те. способность притягивать (присоединять) к себе воду, образуя при этом из двух соединений ( вода + газообразный алкан) одно соединение, которое называют – клатраты или газовые гидраты. Как бы его не называли, композиция эта проблемная, так как она имеет твердое снего-, льдопо- добное агрегатное состояние . Газовые гидраты – это кристаллическая решетка, образованная молекулами воды, полости которой заполнены поглощенными углеводородами (рис. 34 При наличии соответствующих условий в недрах земли могут образовываться гидратные зоны толщиной на суше до 1,5 км и дом в океанических отложениях. Для разрушения гидратов используют 1. физические методы (снижение давления и нагрев 2. химические методы (использование ингибиторов одноатомные спирты – метанол, двухатомные - гликоли) [3]. Рис. Структура газовых гидратов Активное использование химических веществ осуществляется на стадии подготовки нефти – процесс обезвоживания (деэмульгаторы); газа – процесс осушки (гликоли, цеолиты нейтрализация кислых газов (щелочь. Тема КЛАССИФИКАЦИЯ НЕФТИ Предложено множество научных классификаций нефти (химическая, генетическая, технологическая ), но до сих пор нет единой международной их классификации. Химическая классификация В основу этой классификации положено преимущественное содержание в нефти одного или нескольких классов углеводородов. Состав нефти определяют по средним фракциям нефти, так как они полнее отвечают её реальному составу. Различают следующие типы нефти парафиновые, парафино-нафтеновые, нафтеновые, нафтено-ароматические, 35 ароматические парафино-нафтено-ароматические. В парафиновых нефтях (узеньская, жетыбайская) все фракции содержат значительное количество алканов бензиновые — не менее 50 %, а масляные — 20 % и более. В парафино-нафтеновых нефтях и их фракциях преобладают алканы и циклоалканы, содержание аренов мало (нефти Западной Сибири. Для нафтеновых нефтей характерно высокое (дои более) содержание циклоалканов во всех фракциях (балаханская и сураханская нефти. В нафтено-ароматических нефтях преобладают нафтены и арены, особенно в высококипящих фракциях, парафиновые углеводороды содержатся в небольшом количестве и только в легких фракциях Парафино-нафтено-ароматические нефти характеризуются примерно равным количеством углеводородов всех трех классов, Ароматические нефти отличаются преобладанием аренов во всех фракциях ( прорвинская и бугурусланская нефти. Техническая классификация товарной нефти ( ГОСТ Р 51858-2002) Для оценки товарных качеств подготовленных на промыслах нефтей в 2002 г. был разработан применительно к международным стандартами принят новый ГОСТ России Р 51858–2002, в соответствии с которым их подразделяют (классифицируют — по содержанию общей серы на четыре класса (1–4) Класс нефти Наименование Массовая доля серы, % 1 2 3 1 Малосернистая до 0,60 вкл. 1 2 3 2 Сернистая 0,61-1,80 3 Высокосернистая 1,81-3,50 4 Особо высокосернистая Свыше 3,51 — по плотности нефти при 20 Сна пять типов (0–4) Наименование параметра Норма для нефти типа 0 1 2 3 4 Для экономики страны Для экспорта Для экономики страны Для экспорта Для экономики страны Для экспорта Для экономики страны Для экспорта Для экономики страны Для экспорта Плотность Не более 834,6-854,4 874,5-899,3 Более 899,3 36 кг/м 3 , при температуре С 834,5 854,5-874,4 Выход фракций не менее, до температуры С 300 С 350 С - - - 30 52 62 - - - 27 47 57 - - - 21 42 53 - - - - - - - - - - - - Массовая доля парафина, % не более - 6 - 6 - 6 - - - - — по степени подготовки нефти на 3 группы (1–3) Наименование показателя Норма для группы нефти 1 2 3 Массовая доля воды, % не более 0,5 0,5 1,0 Концентрация хлористых солей, мг/дм 3 , не более 300 900 Массовая доля механических примесей, % не более 0,05 Давление насыщенных паров, кПа, не более 66,7 66,7 66,7 Содержание органических хлоридов во фракции, выкипающей до температуры 204 С, млн (ppm), не более 10 10 10 — по содержанию сероводорода и легких меркаптанов на 2 вида (1–2) Наименование показателя Норма для нефти вида 1 2 Содержание сероводорода, млн (ppm), не более 20 100 Содержание метили этилмеркаптанов в сумме, млн -1 (ppm), не более 100 Условное обозначение марки нефти состоит из четырех цифр, соответствующих обозначениям класса, типа, группы и вида нефти. Условное обозначение нефти состоит из четырех цифр Х. Х. Х. Х ГОСТ Р 51858-2002 37 | | | | | | | вид | | группа | тип класс При условии поставки на экспорт Х. Хэ. Х. Х ГОСТ Р 51858-2002 Контрольные задания Составьте условное обозначение нефти по ГОСТ Р 51858 - 2002 Вариант №1 Содержание Воды, % Этилмеркаптана, ppm 0,35 50 Серы, % Парафина, % 0,24 3,6 механических примесей, % метилмеркаптана, ppm 0,02 20 хлористых солей, мг/дм 3 сероводорода, ppm 500 31 Давление насыщенных паров, кПа 51,2 Выход фракций, % 200 С 300 С 350 С 22 40 51 Плотность при 15 С, кг/м 3 900 Вариант №2 Содержание Воды, % Этилмеркаптана, ppm 0,085 15 Серы, % Парафина, % 1,82 3,2 механических примесей, % метилмеркаптана, ppm 0,045 17 хлористых солей, мг/дм 3 сероводорода, ppm 120 56 Давление насыщенных паров, кПа 40,2 Выход фракций, % 200 С 300 С 350 С 20 45 50 Плотность при 15 С, кг/м 3 850 Вариант №3 Содержание Воды, % 0,51 38 Этилмеркаптана, ppm 25 Серы, % Парафина, % 2,1 3,8 механических примесей, % метилмеркаптана, ppm 0,15 11 хлористых солей, мг/дм 3 сероводорода, ppm 210 35 Давление насыщенных паров, кПа 55 Выход фракций, % 200 С 300 С 350 С 27 50 63 Плотность при 15 С, кг/м 3 860 Вариант №4 Содержание Воды, % Этилмеркаптана, ppm 0,35 80 Серы, % Парафина, % 0,55 2,5 механических примесей, % метилмеркаптана, ppm 0,041 5 хлористых солей, мг/дм 3 сероводорода, ppm 220 8,8 Давление насыщенных паров, кПа 49 Выход фракций, % 200 С 300 С 350 С 19 24 45 Плотность при 15 С, кг/м 3 873 Вариант №5 Содержание Воды, % Этилмеркаптана, ppm 0,3 5 Серы, % Парафина, % 0,5 4 механических примесей, % метилмеркаптана, ppm 0,01 7 хлористых солей, мг/дм 3 сероводорода, ppm 80 - Давление насыщенных паров, кПа 63 Выход фракций, % 200 С 300 С 350 С 25 40 49 Плотность при 15 С, кг/м 3 831 Вариант Содержание Воды, % 0,8 39 Этилмеркаптана, ppm 21 Серы, % Парафина, % 3,1 4 механических примесей, % метилмеркаптана, ppm 0,01 24 хлористых солей, мг/дм 3 сероводорода, ppm 103 20 Давление насыщенных паров, кПа 63 Выход фракций, % 200 С 300 С 350 С 21 41 54 Плотность при 15 С, кг/м 3 861 Глоссарий Алканы - насыщенные парафиновые углеводороды с открытой цепью или ациклические углеводороды, имеющие общую формулу С n Н 2n+2. Ароматические углеводороды - класс углеводородов, содержащих бензольные ядра, которые могут быть конденсированными и иметь насыщенные боковые цепи. К наиболее важным Ау. относятся бензол (С 6 Н 6 ) и его гомологи. Асфальтены- наиболее высокомолекулярные вещества из всех выделенных компонентов нефти. Молекулярные массы колеблются в пределах 600-1600. При нагревании Ане плавятся, при температурах выше 300 С разлагаются с образованием газов и трудно сгорающего кокса. Нерастворимы в спирте, эфире, ацетоне, пентане, петролейном эфире. Легко растворяются в бензоле, хлороформе, сероуглероде. Баррель единица измерения добычи нефти и нефтепродуктов. 1 баррель = 42 ам.галлонам = 159 литров 6,29 баррелей = 1 куб.м. Битумы - общее название твердых и жидких веществ или продуктов их переработки, растворимых в органических растворителях и состоящих из углеводородов, а также из их кислородных, сернистых и азотистых производных. Различаются природные и искусственные битумы. Искусственные Б. являются продуктами переработки нефти и каменного угля. Битумы нефтяные - твердые или жидкие водонерастворимые органические материалы, представляющие собой смесь углеводородов и их сернистых, кислородных и азотистых производных. В состав Б. н. входят ас- фальтены, смолы и масла. Получают Б. низ остатков от перегонки смолистых нефтей, крекинга и очистки масел. Британская Газовая корпорация (БГК)- Государственная корпорация, занимающаяся закупкой газа у нефтяных компаний, а также его распределением и продажей в Великобритании. Британская Национальная Нефтяная Корпорация (БННК) - Государственная корпорация, основанная правительством Великобритании для управления освоением британского сектора континентального шельфа. 40 Газовые гидраты (ГГ), - твердые кристаллические вещества, - классические представители клатратных соединений, внешним видом напоминающие снег или рыхлый лед. Способностью образовывать гидраты обладают все гидрофобные газы и легколетучие органические жидкости, молекулы которых имеют размеры в пределах 3,8-9,2 (Ar, N 2 , O 2 , CH 4 , C 2 H 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , изо-С 4 Н 10 Газ нефтяной- природный газ, сорбированный нефтью в пластовых условиях. Газ попутный - добываемая из газонефтяной залежи смесь свободного газа газовой шапки и нефтяного газа. Газ свободный природный газ газовых и газоконденсатных залежей, включая газ газовой шапки. Газ углеводородный - природный газ, содержание углеводородных компонентов которого превышает 50%. Газойль- промежуточный дистиллят, получаемый при переработке нефти на стадии между смазочными маслами и керосином используется для производства дизельного топлива и сжигается в системах центрального отопления. Газоконденсат - жидкие углеводороды, встречающиеся в соединении с природным газом. Газолин наиболее легкокипящая фракция, получаемая при дистилляции нефтей или жидкой части газоконденсатов. Часть газолина, выкипающая до С, называется легким газолином. Газы жирные природные газы из группы углеводородных, характеризующиеся повышенным содержанием тяжелых углеводородов в отличие от сухих (тощих) газов, практически их не содержащих. Примерные количественные границы по содержанию тяжелых углеводородов:жирный газ 25% и более, полужирный газ 5-25%, полусухой 1-5%, сухой 0-1%. К категории жирных газовпринадлежат газы, связанные с нефтяными залежами, находящимися в хорошо изолированных от гипергенных воздействий условиях, в том числе газы газоконденсатных залежей. В эту же категорию входят газы, образующиеся за счет катагенного преобразования органического вещества сапропелевого типа. Газы нефтяные попутные - углеводородные газы (этан, пропан, бутан и др, сопутствующие нефти и выделяющиеся из нее при сепарации ценное сырье для нефтехимической и химической промышленности. Групповой углеводородный состав топлива - химический состав топлива, характеризуемый содержанием (в массовых или объемных %) углеводородов различных групп (ароматических, непредельных, нафтенов, парафинов. Гудрон черная смолистая масса разной консистенции, остающаяся после отгонки от нефти легких и большей части масляных фракций. Выход Г. из разных нефтей обычно составляет 15—30 % на нефть. 41 Дистиллят - продукт перегонки (дистилляции. Применительно к нефтяным продуктам дистиллятами называются неочищенные фракции, получаемые при перегонке нефти, например неочищенный бензин, керосин, масло. Мазут - остаток после атмосферной перегонки нефти, составляет примерно половину массы нефти. Октановое число – условная количественная характеристика детонационных свойств бензина, численно равная процентному по объему содержанию хорошо детонирующего изооктана в его смеси с плохо детонирующим н-гептаном. Сапропелит- каустобиолит угольного ряда, формирующийся из низших растений в условиях озерного или лагунного режима. Падающие на дно застойного водоема отмершие водоросли, смешиваясь с донным илом, образуют сапропель. Процесс углефикации превращает сапропель в сапропелит. Техническая классификация - условное обозначение нефти, состоящее из четырех цифр в соответствии с ГОСТ Р 51 858 – 2002. Товарная нефть нефть, соответствующая требованиям ГОСТ Р 51-858 Установка АВТ – установка атмосферно-вакуумной перегонки нефти Установка АТ – установка атмосферной перегонки нефти. Установка ВТ – установка вакуумной перегонки нефти. Фракционирование нефти – разделение нефти на фракции. Фракция топлива – часть топлива, характеризующаяся определенными температурными пределами выкипания. Шифр технологической характеристики нефти - сочетание обозначений класса, типа, группы, подгруппы и вида нефти, который является ее технологическим паспортом, определяющим направление ее переработки 1 2 |