ПРАКТИКУМ ПО ХИМИИ НЕФТИ И ГАЗА. Практикум по химии нефти и газа для студентов заочной дистанционной
 Скачать 1.82 Mb.
|
ПРАКТИКУМПО ХИМИИ НЕФТИ И ГАЗАДля студентов заочной дистанционнойформы обученияУФА 2004ОГЛАВЛЕНИЕ1. ГАЗ, НЕФТЬ И НЕФТЕПРОДУКТЫ 3 1.1. Основные физические свойства и характеристики нефтей и газов 4 1.1.1. Плотность. 4 1.1.2. Молекулярная масса 7 1.1.3. Вязкость 8 1.1.4. Температуры вспышки и застывания 11 1.1.5. Элементный состав нефтей. 12 1.1.6. Фракционный состав нефтей 13 1.1.7. Химический состав нефтей. 13 1.2. Классификация нефтей 20 1.3. Практикум 21 Лабораторная работа № 1 21 Лабораторная работа № 2. Первичная перегонка нефти 31 2. НЕФТЬ КАК МНОГОКОМПОНЕНТНАЯ СИСТЕМА 35 2.1. Основные примеси, содержащиеся в нефтях и газах 35 2.2. Нефтяные эмульсии и способы их разрушения 36 2.3. Вода в нефти и нефтепродуктах 38 2.4. Сернистые соединения в нефти и нефтепродуктах 39 2.5. Присутствие минеральных кислот, щелочей и солей в нефтепродуктах 40 2.6. Механические примеси в нефти 41 2.7. Степень ненасыщенности нефтей и нефтепродуктов 41 2.8. Практикум 42 Лабораторная работа № 3. Многокомпонентный состав нефти 43 3. КОМПОНЕНТЫ НЕФТЕЙ, ГАЗОВ, НЕФТЕПРОДУКТОВ. СОСТАВ, СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА 50 3.1. АЦИКЛИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ 50 3.1.1. АЛКАНЫ 50 3.1.2. АЛКЕНЫ 57 3.1.3. ДИЕНЫ 62 3.1.4. АЛКИНЫ 65 3.1.5. Практикум 69 Лабораторная работа 4. Методы получения и химические свойства ациклических углеводородов (алканы, алкены, алкины) 70 3.2. ЦИКЛИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ 73 3.2.1. Алициклические углеводороды (нафтены) 73 3.2.2. Ароматические углеводороды (арены) 76 3.2.3. Практикум 81 Лабораторная работа № 5. Химические свойства аренов 81 3.3. КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ 85 3.3.1. Спирты 86 3.3.2. Фенолы 90 3.3.3. Карбоновые кислоты 93 3.3.4. Практикум 95 Лабораторная работа № 6. Кислородсодержащие органические соединения 95 3.4. СОЕДИНЕНИЯ АЗОТА И СЕРЫ 99 3.4.1. Азотсодержащие соединения 100 3.4.2. Соединения, содержащие серу 108 3.4.3. Практикум 112 Лабораторная работа № 7. Химические свойства органических соединений азота и серы 112 ВВЕДЕНИЕ Под химией нефти и газа подразумевается область знаний, охватывающая изучение химического состава нефти и газов, ее отдельных фракций или индивидуальных веществ, выделенных из нефтяных и газовых фракций. Задачей химии нефти и газа является не только перечисление свойств различных нефтей и газов, но главным образом раскрытие тех закономерностей, которые связывают отдельные свойства между собой. У нефти нет "случайных" свойств: все они тесно связаны между собой, так как нефть в природе постоянно изменяется как и всякие другие природные объекты, и каждый проведенный анализ нефти в действительности соответствует лишь какому-то определенному этапу превращения нефти. Однако если нефть и газ рассматривать как важное промышленное сырье, неизбежно встают вопросы их переработки, часто очень глубокой. Поэтому при рассмотрении свойств нефти неизбежно привлечение как данных, касающихся переработки нефти, так и вопросов аналитической химии нефти. Многие аналитические методы опираются на реакции, ведущие к познанию нефти как сложной смеси, прежде всего углеводородов, характеризующих нефть в целом. Поэтому в данной работе рассматриваются как свойства нефтей и газов в целом, так и свойства отдельных их компонентов и веществ, образующихся в ходе нефтепереработки, и присутствие которых может обнаруживаться в нефтепродуктах. 1. ГАЗ, НЕФТЬ И НЕФТЕПРОДУКТЫ Наиболее важными природными источниками углеводородов являются горючие газы (природные и попутные) и нефть. Главная составная часть природных газов – метан (до 98%). Попутные газы, кроме метана (до 70%), содержат этан, пропан, бутан и пары низкокипящих жидких углеводородов, при этом процентное содержание компонентов зависит от месторождения. Нефтью называется природная смесь углеводородов различных классов с различными сернистыми, азотистыми и кислородными соединениями. По внешнему виду нефть представляет собой маслянистую жидкость, чаще всего бурого цвета, хотя встречаются нефти, имеющие более светлые оттенки коричневого цвета. Вязкость нефти различна и зависит от ее состава. Представляя собой смесь органических веществ, нефть способна гореть, выделяя при этом до 50 000 джоулей на килограмм. Нефть практически не содержит химически активных веществ типа кетонов, спиртов и подобных соединений, хотя в некоторых случаях имеет кислотный характер вследствие некоторого содержания кислот. Все химические свойства нефти показывают, что нефть никогда не подвергалась действию высоких температур и поэтому для нее нехарактерны обычные компоненты, свойственные различным продуктам перегонки углей, торфа и других естественных горючих материалов. Нефть часто сопровождается в природе различными окаменелостями, позволяющими определить геологический возраст нефти в ее современном залегании. Обыкновенно нефть сопровождается газом и водой, представляющей собой раствор галоидных и углекислых растворимых солей, иногда в воде содержатся сероводород и растворимые сульфиды. Нефти представляют собой очень сложную смесь органических соединений. В связи с этим исследование природы нефти, ее свойств, состава и строения ее компонентов очень важно. Пополнение наших знаний по всем перечисленным вопросам дает возможность: • выбрать наиболее рациональный путь использования нефти каждого отдельного месторождения; • наметить наиболее экологически безвредные пути добычи, транспортировки и переработки нефти; • рассчитать наиболее экономически выгодные способы переработки, транспортировки и добычи нефти; • выбрать наиболее удобные и выгодные способы борьбы с негативными явлениями, возникающими при разработке нефтяных месторождений, при транспорте и переработке нефти. Кроме того, высокий уровень знаний химического состава, строения и основных закономерностей распределения органических соединений в нефтях - это ключ к познанию вопросов образования нефтей в природе, что, в свою очередь, позволяет сознательно подходить к проблеме разведки нефтяных месторождений. 1.1. Основные физические свойства и характеристики нефтей и газов Нефти – это маслянистые жидкости, чаще всего темные, практически не растворимые в воде. Нефть и нефтепродукты флуоресцируют на свету, плохо проводят электричество. 1.1.1. Плотность. В практике нефтепереработки принято иметь дело с величинами относительной плотности. Это безразмерная величина, численно равная отношению массы нефтепродукта при температуре определения к массе чистой воды при 4°С, взятой в том же объеме. В отличие от плотности относительным удельным весом называется отношение веса нефтепродукта при температуре определения к весу чистой воды при 4°С в том же объеме. При одной и той же температуре плотность и удельный вес численно равны, так как вес вещества пропорционален его массе. В ряде стран, в том числе в России, принято определять плотность ρ и удельный вес d при 20°С. Так как зависимость плотности нефтепродуктов от температуры имеет линейный характер, то, зная плотность при температуре  , можно найти  по формуле  , (1)где γ — температурная поправка к плотности на 1 град находится по таблицам или может быть рассчитана по формуле γ = (18,310 - 13,233 ) 10-4 . (2)Плотность большинства нефтей в среднем колеблется от 0,80 до 0,90. Высоковязкие смолистые нефти имеют плотность, близкую к единице. На величину плотности нефти оказывает существенное влияние наличие растворенных газов, фракционный состав нефти и количество смолистых веществ в ней. В большинстве случаев чем больше геологический возраст и соответственно больше глубина залегания пласта, тем меньшую плотность имеет нефть. Плотности последовательных фракций нефти плавно увеличиваются. Плотность узких фракций нефти зависит также от химического состава. Для углеводородов средних фракций нефти с одинаковым числом углеродных атомов плотность возрастает для представителей разных классов в следующем порядке: нормальные алканы < нормальные алкены < изоалканы < изоалкены < алкилциклопентаны < алкилциклогексаны < алкилбензолы < алкилнафталины Для бензиновых фракций плотность заметно увеличивается с увеличением количества бензола и его гомологов. Знание плотности нефти и нефтепродуктов необходимо для всевозможных расчетов, связанных с выражением их количества в весовых единицах. Для некоторых нефтепродуктов плотность является нормируемым показателем качества. Относительный удельный вес нефтяных и природных газов определяется как отношение веса газа к весу такого же объема воздуха при одинаковых условиях.  .Если считать газ идеальным, то при 273 К, давлении 101,3 кПа и объёме 22,4 л масса mг газа равна его молекулярной массе М. В таких же условиях масса 22,4 л воздуха составляет 28,9 г, поэтому относительная плотность газа относительно воздуха равна  (г/л) . (3)Если давление и температура отличаются от нормальных, то плотность газа можно рассчитать по формуле1  (4а) или  (4б).Плотность смеси нефтепродуктов можно рассчитать по выражениям (5-7), если известны массовая доля (уравнение (5)), объёмная доля (уравнение (6)) или масса компонентов (уравнение (7)).  (5);  (6);  (7).Контрольные вопросы
Пример решения задачи
Решение.
|
кг/м3