|
|
|
|
 Far |
| WinNavigator |
| Frigate |
| Norton
Commander |
| WinNC |
| Dos
Navigator |
| Servant
Salamander |
| Turbo
Browser |
|
|
| Winamp,
Skins, Plugins |
| Необходимые
Утилиты |
| Текстовые
редакторы |
| Юмор |
|
|
|
File managers and best utilites |
Физические свойства нефти. Физические свойства нефти реферат
Реферат - Нефть ее свойства
ВВЕДЕНИЕ
Бурный научно-технический прогресс и высокие темпы развития различных отраслей науки и мирового хозяйства в XIX – XX вв. привели к резкому увеличению потребления различных полезных ископаемых, особое место среди которых заняла нефть.
Нефть начали добывать на берегу Евфрата за 6 – 4 тыс. лет до нашей эры. Использовалась она и в качестве лекарства. Древние египтяне использовали асфальт (окисленную нефть) для бальзамирования. Нефтяные битумы использовались для приготовления строительных растворов. Нефть входила в состав “греческого огня”. В средние века нефть использовалась для освещения в ряде городов на Ближнем Востоке, Южной Италии и др. В начале XIX в. в России, а в середине XIX в. в Америке из нефти путем возгонки был получен керосин. Он использовался в лампах. До середины XIX в. нефть добывалась в небольших количествах из глубоких колодцев вблизи естественных выходов ее на поверхность. Изобретение парового, а затем дизельного и бензинового двигателя привело к бурному развитию нефтедобывающей промышленности.
Нефть – это маслянистая горючая жидкость, обладающая специфическим запахом, обычно коричневого цвета с зеленоватым или другим оттенком, иногда почти черная, очень редко бесцветная.
ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И СОЕДИНЕНИЯ В НЕФТЯХ
Нефти состоят главным образом из углерода – 79,5 – 87,5 % и водорода – 11,0 – 14,5 % от массы нефти. Кроме них в нефтях присутствуют еще три элемента – сера, кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5 – 8 %. В незначительных концентрациях в нефтях встречаются элементы: ванадий, никель, железо, алюминий, медь, магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт, молибден, бор, мышьяк, калий и др. Их общее содержание не превышает 0,02 – 0,03 % от массы нефти. Указанные элементы образуют органические и неорганические соединения, из которых состоят нефти. Кислород и азот находятся в нефтях только в связанном состоянии. Сера может встречаться в свободном состоянии или входить в состав сероводорода.
Углеводородные соединения
В состав нефти входит около 425 углеводородных соединений.
Нефть в природных условиях состоит из смеси метановых, нафтеновых и ароматических углеводородов. По углеводородному составу все нефти подразделяются на: 1) метаново-нафтеновые, 2) нафтеново-метановые, 3) ароматическо-нафтеновые, 4) нафтеново-ароматические, 5) ароматическо-метановые, 6) метаново-ароматические и 7) метаново-ароматическо-нафтеновые. Первым в этой классификации ставится название углеводорода, содержание которого в составе нефти меньше.
В нефти также содержится некоторое количество твердых и газообразных растворенных углеводородов. Количество природного газа в кубометрах, растворенного в 1 т нефти в пластовых условиях, называется газовым фактором.
В нефтяных (попутных) газах кроме метана и его газообразных гомологов содержатся пары пентана, гексана и гептана.
Гетеросоединения
Наряду с углеводородами в нефтях присутствуют химические соединения других классов. Обычно все эти классы объединяют в одну группу гетеросоединений (греч. “гетерос” – другой).
В нефтях также обнаружено более 380 сложных гетеросоединений, в которых
к углеводородным ядрам присоединены такие элементы, как сера, азот и
кислород. Большинство из указанных соединений относится к классу сернистых
соединений – меркаптанов. Это очень слабые кислоты с неприятным запахом. С металлами они образуют солеобразные соединения – меркаптиды. В нефтях
меркаптаны представляют собой соединения, в которых к углеводородным
радикалам присоединена группа SH.
Рис. 1. Метилмеркаптан.
Меркаптаны разъедают трубы и другое металлическое оборудование буровых установок.
Главную массу неуглеводородных соединений в нефтях составляют асфальтово-смолистые компоненты. Это темно-окрашенные вещества, содержащие помимо углерода и водорода кислород, азот и серу. Они представлены смолами и асфальтенами. Смолистые вещества заключают около 93% кислорода в нефтях. Кислород в нефтях встречается в связанном состоянии также в составе нафтеновых кислот (около 6%) – 
, фенолов (не более 1%) – 
, а также жирных кислот и их производных – 
(Р). Содержание азота в нефтях не превышает 1%. Основная его масса содержится в смолах. Содержание смол в нефтях может достигать 60% от массы нефти, асфальтенов – 16%.
Асфальтены представляют собой черное твердое вещество. По составу они сходны со смолами, но характеризуются иными соотношениями элементов. Они отличаются большим содержанием железа, ванадия, никеля и др. Если смолы растворяются в жидких углеводородах всех групп, то асфальтены нерастворимы в метановых углеводородах, частично растворимы в нафтеновых и лучше растворяются в ароматических. В “белых” нефтях смолы содержатся в малых количествах, а асфальтены вообще отсутствуют.
ПРОИЗВОДНЫЕ НЕФТЕЙ
В 1888 г. предложено называть все горючие ископаемые каустобиолитами. Они подразделяются на две группы: угли и битумы. К битумам (лат. “битумен” – смола) отнесли нефть и горючие газы, а также твердые вещества, родственные нефтям. При классификации производных нефти выделяют две ветви. Одна из них объединяет последовательные продукты изменения нефтей с нафтеновым основанием – минералы асфальтового ряда. Ко второй ветви относятся продукты изменения нефтей с парафиновым основанием – минералы парафинового ряда.
Продукты изменения нефтей с нафтеновым основанием подразделяют на три группы: группу асфальтов, группу асфальтитов и группу керитов. К первой группе относятся мальты и асфальты. Мальты – это черные, очень густые смолистые нефти. Они богаты серой и кислородом. Асфальтыпредставляют собой буро-черные или черные вязкие, слегка эластичные или твердые аморфные вещества. Асфальтиты отличаются от асфальтов большей твердостью, хрупкостью и большей обогащенностью смолисто-асфальтовыми компонентами. Мальты, асфальты и асфальтитыполностью растворяются в органических растворителях. В отличие от них кериты (нефтяные угли) не плавятся и не растворяются в органических растворителях.
Основными продуктами изменения нефтей с парафиновым основанием являются озокериты. Это – воскообразные вещества плотностью меньше единицы. Они хорошо растворяются в бензине, бензоле, скипидаре и сероуглероде. Они легко воспламеняются и горят ярким коптящим пламенем. Озокерит – это смесь алканов от 
до 
. Вторичные компоненты представлены маслами, смолами и асфальтенами.
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТЕЙ
Главнейшим свойством нефти, принесшим им мировую славу исключительных энергоносителей, является их способность выделять при сгорании значительное количество теплоты. Нефть и ее производные обладают наивысшей среди всех видов топлив теплотой сгорания. Теплота сгорания нефти – 41 МДж/кг, бензина – 42 МДж/кг. Важным показателем для нефти является температура кипения, которая зависит от строения входящих в состав нефти углеводородов и колеблется от 50 до 550°С.
Нефть, как и любая жидкость, при определенной температуре закипает и переходит в газообразное состояние. Различные компоненты нефти переходят в газообразное состояние при различной температуре. Так, температура кипения метана –161,5°С, этана –88°С, бутана 0,5°С, пентана 36,1°С. Легкие нефти кипят при 50–100°С, тяжелые – при температуре более 100°С.
Различие температур кипения углеводородов используется для разделения нефти на температурные фракции. При нагревании нефти до 180–200°С выкипают углеводороды бензиновой фракции, при 200–250°С – лигроиновой, при 250–315°С – керосиново-газойлевой и при 315–350°С – масляной. Остаток представлен гудроном. В состав бензиновой и лигроиновой фракций входят углеводороды, содержащие 6–10 атомов углерода. Керосиновая фракция состоит из углеводородов с 
, газойлевая – 
и т.д.
Важным является свойство нефтей растворять углеводородные газы. В 1 м3 нефти может раствориться до 400 м3 горючих газов. Большое значение имеет выяснение условий растворения нефти и природных газов в воде. Нефтяные углеводороды растворяются в воде крайне незначительно. Нефти различаются по плотности. Плотность нефти, измеренной при 20°С, отнесенной к плотности воды, измеренной при 4°С, называется относительной. Нефти с относительной плотностью 0,85 называются легкими, с относительной плотностью от 0,85 до 0,90 – средними, а с относительной плотностью свыше 0,90 – тяжелыми. В тяжелых нефтях содержатся в основном циклические углеводороды. Цвет нефти зависит от ее плотности: светлые нефти обладают меньшей плотностью, чем темные. А чем больше в нефти смол и асфальтенов, тем выше ее плотность. При добыче нефти важно знать ее вязкость. Различают динамическую и кинематическую вязкость. Динамической вязкостью называется внутреннее сопротивление отдельных частиц жидкости движению общего потока. У легких нефтей вязкость меньше, чем у тяжелых. При добыче и дальнейшей транспортировке тяжелые нефти подогревают. Кинематической вязкостью называется отношение динамической вязкости к плотности среды. Большое значение имеет знание поверхностного натяжения нефти. При соприкосновении нефти и воды между ними возникает поверхность типа упругой мембраны. Капиллярные явления используются при добыче нефти. Силы взаимодействия воды с горной породой больше, чем у нефти. Поэтому вода способна вытеснить нефть из мелких трещин в более крупные. Для увеличения нефтеотдачи пластов используются специальные поверхностно-активные вещества (ПАВ). Нефти имеют неодинаковые оптические свойства. Под действием ультрафиолетовых лучей нефть способна светиться. При этом легкие нефти светятся голубым светом, тяжелые – бурым и желто-бурым. Это используется при поиске нефти. Нефть является диэлектриком и имеет высокое удельное сопротивление. На этом основаны электрометрические методы установления в разрезе, вскрытом буровой скважиной, нефтеносных пластов.
ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ НЕФТЕЙ
Существуют две теории происхождения нефти: биогенная и абиогенная. Сторонники первой – органики – считают, что нефть образовалась в осадочном чехле земной коры в результате глубокого преобразования животных и растительных организмов, живших миллионы лет назад. Другие – неорганики – доказывают, что нефть образовались вмантии земли неорганическим путем. Ответ на этот вопрос даст ответ на другой вопрос: в каких конкретных точках образуется нефть?
ОРГАНИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ
Органическая концепция начинает развиваться после создания работы М. В. Ломоносова о нефти. Он писал: “Увериться можем о происхождении сих горючих подземных материй из растущих вещей их легкостью”. Сторонники органической концепции также спорили о том, что явилось исходным веществом для нефти: растения или животные? Победили те, кто утверждал: и растения, и животные. Другим предметом спора было место залегания нефти. Одни ученые считали, что нефть залегает там же, где и образовалась, другие, что нефть образовалась в одном месте, а скопилась в другом. Победила вторая точка зрения.
Органическая концепция в своем развитии опирается на геологические наблюдения. Так, 99,9% известных скоплений нефти приурочено к осадочным толщам. Поэтому ученые считают, что нефть является продуктом процесса осадонакопления. Было установлено, что залежи нефти находятся в линзах проницаемых пород, окруженных непроницаемыми породами.
Интересными оказались результаты исследования осадочных пород. Так, в глине в 2–4 раза больше органического вещества, чем в песке. Данное органическое вещество (ОВ) подразделяется на три фракции: битумоиды, гуминовые кислоты и кероген. Битумоиды сходны по составу с нефтями в залежах. Они составляют до 10–15 % ОВ. Битумоиды на 5–55 % состоят из углеводородов. Поэтому чем больше углеводородов в осадке, тем богаче эти породы битумоидами. ОВ состоит на 15–20 % из гуминовых кислот. Нерастворимое осадочное органическое вещество называется керогеном. Кероген сходен по составу с бурым углем. ОВ состоит на 70–80 % из него.
Битумоиды рассеянного ОВ подобны липоидам – жирам, состоящим из длинным углеродных цепей. Отсюда сделан вывод: липоиды, синтезируемые организмами, являются источником битумоидов в осадках. В настоящее время можно считать доказанной возможность образования углеводородов из липоидов, белков и углеводов. Липоиды по своему химическому составу стоят ближе всего к соединениям, входящим в состав нефти. Некоторые ученые полагают, что уже само механическое накопление углеводородов, попадающих из живого вещества в осадок, может привести к образованию нефти. На процесс происхождения нефти также влияют горные породы. Так, алюмосиликаты, из которых состоит глина, являются катализаторами в процессе образования нефти. И именно в глинистых породах происходит преобразование рассеянного ОВ.
С позиций современной органической позиции нефть образуется следующим образом.
Моря и озера населены планктоном. После его отмирания остатки растений и животных организмов падают на дно, образуя толстый слой ила. После этого начинается биохимическая стадия образования нефти. Микроорганизмы при ограниченном доступе кислорода перерабатывают белки, углеводы и т.д. При ютом образуются метан, углекислый газ, вода и немного углеводородов. Данная стадия происходит в нескольких метрах от дна моря. Затем осадок уплотняется: происходит диагенез. Начинаются химические реакции между веществами под действием температуры и давления. Сложные вещества разлагаются на более простые. Биохимические процессы затухают. С увеличением глубины растет содержание рассеянной нефти. Так, на глубине до 1,5 км идет газообразование, на интервале 1,5–8,5 км идет образование жидких углеводородов – микронефти – при температуре от 60 до 160°С. А на больших глубинах при температуре 150 –200°С образуется метан. По мере уплотнения илов микронефть выжимается в вышележащие песчаники. Это процесс первичной миграции. Затем под влиянием различных сил микронефть перемещается вверх по наклону. Это вторичная миграция, которая является периодом формирования самого месторождения.
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ
Существует несколько вариантов концепции неорганического происхождения нефти.
Наиболее последовательной является минеральная (карбидная) гипотеза Менделеева. Менделеев доказывает, что при образовании нефти главным остатком разложения является уголь, а в Пенсильвании и Канаде нефть встречается в девонских и силурийских пластах, угля не заключающих. Из животного жира нефть также не могла произойти, так как они бы дали много азотистых соединений, которых мало в нефти. Причем запасы нефти огромны, и для их образования потребовалось бы много жиров. Менделеев полагает, что вода, проникая глубоко в землю и встречая там углеродистое железо, реагирует с ним и дает окислы и углеводороды (пары нефти). Они поднимались до холодных слоев и давали нефть и, если не было бы препятствий, поднимались бы на поверхность. Сторонники органической концепции признают, что Менделеевым “впервые серьезно и научно был поставлен вопрос о генезисе нефти”.
В 1950 г. профессор Кудрявцев выдвинул магматическую гипотезу образования нефти. Кудрявцев считает, что в мантии Земли при высокой температуре образуются углеводородные радикалы СН, СН2 и СН3. Вследствие перепада давления они перемещаются ближе к земной поверхности. В результате понижения температуры радикалы реагируют между собой и с водородом, образуя большое количество простых и сложных углеводородов. К ним примешиваются углеводороды, полученные из окиси углерода и водорода. Дальнейшее движение углеводородов, обусловленное огромным перепадом давлений и разностью давлений нефти и воды, происходит по заполненным водой трещинам и приводит их на поверхность или в ловушки (часть природного резервуара, в которой может установиться равновесие между газом, нефтью и водой).
Существует и космическая гипотеза неорганического происхождения нефти. Согласно данной гипотезе, Земля при остывании и формировании ее как планеты захватила водород из первичной газовой материи. Этот водород, перемещаясь по глубинным разломам на поверхность, вступает в реакцию с углеродом жидкой магмы и образует нефтяные углеводороды.
Неорганическая концепция, так же как и органическая, опирается на наблюдения. Так, известно около 30 залежей нефти, приуроченных к изверженным и метаморфическим породам. Подсчитано, что ежегодно вулканы выбрасывают около 3,3105 т углеводородов.
Для доказательства карбидной теории на чугун действовали соляной и серной кислотами, и был получен водород и смесь углеводородов, имеющих запах нефти.
* * *
В настоящее время господствующей является органическая концепция. Она отличается большей стройностью, зрелостью и завершенностью суждений. В рамках неорганической концепции существует несколько гипотез, подчас взаимоисключающих друг друга.
ПЕРЕРАБОТКА НЕФТИ
Нефть, получаемая непосредственно из скважин, называется сырой. В различных отраслях народного хозяйства применяются как сырая нефть, так и различные продукты, получаемые из нее в результате переработки.
В настоящее время из нефти путем сложной многоступенчатой переработки извлекается много составных частей.
В процессе первичной переработки из нефти удаляют пластовую воду и неорганические вещества. Перед перегонкой в ректификационной колонне нефть нагревают до 350°С, перед этим отогнав из нефти летучие углеводороды. Первыми переходят в парообразное состояние и отгоняются углеводороды с небольшим количеством атомов углерода. С повышением температуры смеси перегоняются углеводороды с более высокой температурой кипения. При такой перегонке получают следующие фракции (смесь жидкостей с близкими температурами кипения, полученная в результате первичной перегонки).
Газолиновая фракция, собираемая от 40 до 200°С, содержит углеводороды от
до 
; при дальнейшей перегонке получают газолин, бензин и т.д.Лигроиновая фракция, собираемая в пределах от 150 до 250°С, содержит углеводороды от
до 
; лигроин применяется как горючее для тракторов.Керосиновая фракция, собираемая от 180 до 300°С, содержит углеводороды от
до 
; керосин после очистки используется как горючее для тракторов, реактивных самолетов и ракет.Газойлевая фракция, собираемая свыше 275°С; газойль – дизельное топливо – используется в дизельных двигателях.
Остаток после перегонки нефти – мазут. Мазут – это масло, состоящее из углеводородов, содержащих до сорока атомов углерода. Температура кипения мазута – свыше 350°С. При его повторной перегонке получают смазочные масла, парафиновый воск и асфальт (битум). Смазочные масла – смесь нелетучих жидкостей, полученных при перегонке мазута в вакууме. Парафиновый воск – мягкое твердое вещество, которое отделяют от смазочного масла после перегонки мазута в вакууме. Битум – жидкость, которая остается после перегонки мазута в вакууме. Это деготь, черное, полутвердое при температуре 20°С вещество.
Главный недостаток перегонки нефти – малый выход бензина (не более 20%). Его выход можно увеличить с помощью крекинга и риформинга. Крекинг – это реакция, при которой разрываются длинные цепи алканов и образуются более легкие алканы и алкены. Риформингом называется процесс облагораживания бензина, в котором бензин получается из легких фракций путем разрыва прямой цепи молекул алканов и преобразования их в молекулы с разветвленными цепями. Крекинг проводится при высокой температуре (термический крекинг) или в присутствии катализатора (каталитический крекинг). Бензин, полученный с помощью каталитического крекинга, обладает большей детонационной стойкостью, потому что в нем содержится большое количество разветвленных углеводородов. Такой бензин более устойчив при хранении. Качество бензина определяется по его октановому числу. Оно изменяется от 0 до 100 и увеличивается при использовании антидетонаторов, например, тетраэтилсвинец 
.
При температуре 700°С и выше происходит пиролиз нефти – разложение органических веществ без доступа воздуха. Главными продуктами пиролиза являются непредельные газообразные (этилен, ацетилен) и ароматические (толуол, бензол и др.) углеводороды.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОДУКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ
В настоящее время из нефти получают тысячи продуктов. Основными группами являются жидкое топливо, газообразное топливо, твердое топливо (нефтяной кокс), смазочные и специальные масла, парафины и церезины, битумы, ароматические соединения, сажа, ацетилен, этилен, нефтяные кислоты и их соли, высшие спирты и т.д.
Наибольшее применение продукты переработки нефти находят в топливно-энергетической отрасли. Например, мазут обладает почти в полтора раза более высокой теплотой сгорания по сравнению с лучшими углями. Он занимает мало места при сгорании и не дает твердых остатков при горении. Замена твердых видов топлива мазутом на ТЭС, заводах и на железнодорожном и водном транспорте дает огромную экономию средств, способствует быстрому развитию основных отраслей промышленности и транспорта.
Энергетическое направление в использовании нефти до сих пор остается главным во всем мире. Доля нефти в мировом энергобалансе составляет более 46%.
Однако в последние годы продукты переработки нефти все шире используются как сырье для химической промышленности. Около 8% добываемой нефти потребляются в качестве сырья для современной химии. Например, этиловый спирт применяется примерно в 150 отраслях производства. В химической промышленности применяются формальдегид (HCHO), пластмассы, синтетические волокна, синтетический каучук, аммиак, этиловый спирт и т.д.
Продукты переработки нефти применяются и в сельском хозяйстве. Здесь используются стимуляторы роста, протравители семян, ядохимикаты, азотные удобрения, мочевина, пленки для парников и т.д. В машиностроении и металлургии применяются универсальные клеи, детали и части аппаратов из пластмасс, смазочные масла и др. Широкое применение нашел нефтяной кокс, как анодная масса при электровыплавке. Прессованная сажа идет на огнестойкие обкладки в печах. В пищевой промышленности применяются полиэтиленовые упаковки, пищевые кислоты, консервирующие средства, парафин, производятся белково-витаминные концентраты, исходным сырьем для которых служат метиловый и этиловый спирты и метан. В фармацевтической и парфюрмерной промышленности из производных переработки нефти изготовляют нашатырный спирт, хлороформ, формалин, аспирин, вазелин и др. Производные нефтесинтеза находят широкое применение и в деревообрабатывающей, текстильной, кожевенно-обувной и строительной промышленности.
Химизация нефти позволила сократить расходы пищевых продуктов на технические цели.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Нефть (и газ) останутся в ближайшем будущем основой обеспечения энергией народного хозяйства и сырьем нефтегазохимической промышленности. Здесь будет многое зависеть от успехов в области поисков, разведки и разработки нефтяных (и газовых) месторождений. Но ресурсы нефти (и газа) в природе ограничены. Бурное наращивание в течение последних десятилетий их добычи привело к относительному истощению наиболее крупных и благоприятно расположенных месторождений.
В проблеме рационального использования нефти (и газа) большое значение имеет повышение коэффициента их полезного использования. Одно из основных направлений здесь предполагает углубление уровня переработки нефти в целях обеспечения потребности страны в светлых нефтепродуктах и нефтехимическом сырье. Другим эффективным направлением является снижение удельного расхода топлива на производство тепловой и электрической энергии, а также повсеместное снижение удельного расхода электрической и тепловой энергии во всех звеньях народного хозяйства.
Использованная литература:
Судо М. М. Нефть и горючие газы в современном мире. – М.: Недра, 1984.
Химия. Школьный иллюстрированный справочник. – М.: Росмэн, 1995.
3)Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Органическая химия: учебник для 10 кл. сред. шк. – М.: Просвещение, 1991.
12
referat.store
Физические свойства нефти.
Измерение физических параметров нефти позволяет определить их товарные качества. Некоторые параметры (плотность, вязкость и др.) используются при расчете и проектировании разработки месторождений, нефтепроводов, транспортирования нефти и т. д. В геологии из физических параметров наибольшее значение имеют плотность, оптическая активность, люминесценция и некоторые другие.
Плотность определяется количеством массы в единице объема. Единицей плотности является кг/м3. На практике пользуются относительной плотностью, которая представляет собой отношение плотности нефти при температуре 20 °С к плотности воды при 4 °С. Плотность (относительная) нефти колеблется чаще всего в пределах 0,82—0,92. Как исключение встречаются нефти плотностью меньше 0,77 (дистилляты естественного фракционирования нефтий) и тяжелые, густые асфальтоподобные нефти, плотность которых превышает 1,000 (остатки естественного фракционирования). Различия в плотности нефти связаны с количественными соотношениями углеводородов отдельных классов. Нефти с преобладанием метановых углеводородов легче нефти, богатых ароматическими углеводородами. Плотность смолистых веществ нефти выше 1,000, поэтому чем больше их в нефти, тем выше ее плотность.
Плотность нефти зависит от соотношения количества легкокипящих и тяжелых фракций. Как правило, в легких нефтях преобладают легкокипящие (бензин, керосин), а в тяжелых—тяжелые компоненты (масла, смолы). Поэтому плотность нефти дает первое приближенное представление о ее составе.
Плотность нефти в пластовых условиях меньше, чем на земной поверхности, так как в пластовых условиях нефти содержат растворенные газы.
Застывание и плавление нефти происходит при различных температурах. Обычно нефти в природе встречаются в жидком состоянии. Однако некоторые нефти загустевают при незначительном охлаждении. Температура застывания нефти зависит от ее состава. Чем больше в ней твердых парафинов, тем выше ее температура застывания. Смолистые вещества оказывают противоположное влияние — с повышением их содержания температура застывания понижается.
Вязкость—свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению ее частиц при движении. Различают динамическую (абсолютную) вязкость нефти и кинематическую .
Динамическая вязкость выражается величиной сопротивления взаимному перемещению двух слоев жидкости с поверхностью 1 см2, отстоящих друг от друга на 1 см, при относительной скорости перемещения 1 см/с. За единицу динамической вязкости принят пуаз (П) с размерностью дин*с/см2.
Кинематическая вязкость представляет собой отношение динамической вязкости данной жидкости к ее плотности при той же температуре. Единица кинематической вязкости – стокс, равный см2/с (в системе СИ — м2/с).
Из различных углеводородов, составляющих нефть, наименьшей вязкостью обладают парафиновые, а наибольшей—нафтеновые.
Испаряемость. Испарение – процесс перехода жидкости у поверхности на открытом воздухе из жидкого состояния в парообразное. При этом нефть теряет наиболее лёгкие фракции. Если нефть находится в закрытых резервуарах, то при определённых условиях возможно испарение до какой-то предельной величины.
Давление насыщения. В пластовых условиях важным свойством нефти является давление насыщения нефти газом. Это наименьшее давление, при котором нефть полностью насыщается газом, или давление, при незначительном снижении которого из смеси появляются пузырьки газа.
Удельная теплоёмкость. Удельная теплоёмкость нефти – количество тепла, которое необходимо затратить для нагревания 1г нефти на 1°С. Удельная теплоёмкость колеблется в пределах 0,4 – 0,5 кал (г*°С)-1. С повышением плотности нефти она уменьшается.
Растворимость. Нефти и нефтепродукты легко растворяются в органических растворителях: бензине, хлороформе, сероуглероде и др. Растворимость нефти в воде мала. Так, в 1м3 воды может раствориться 270г керосина. Нефть и её продукты являются хорошим растворителем для ряда веществ: йода, серы, каучука, многих смол и растительных и животных жиров. Нефть ничтожно мало растворяет воду в количествах, измеряемых тысячными долями процента.
Электропроводность. Нефть и её производные по отношению к электрическому току являются изоляторами.
studfiles.net
Реферат - Нефть - Рефераты на репетирем.ру
НЕФТЬ
Общая характеристика нефти и нефтепродуктов
Важнейшим источником получения различных углеводородов в промышленности является нефть.
Физические свойства нефти и нахождение её в природе. Нефть представляет собой маслянистую жидкость обычно тёмного цвета со своеобразным запахом. Она немного легче воды и в воде не растворяется.
Рисунок 11. Геологический разрез нефтеносной местности.
Нефть залегает в земле, заполняя пустоты между частицами различных горных пород (рис. 1). Для добывания её бурят скважины (рис. 2). Если нефть богата газами, она под давлением их сама поднимается на поверхность, если же давление газов для этого недостаточно, в нефтяном пласту создают искусственное давление путём нагнетания туда газа, воздуха или воды (рис. 3).
В царской России нефть добывалась почти исключительно на Кавказе (Баку, Грозный). За годы советской власти разведано и введено в эксплуатацию много новых месторождений. Между Волгой и Уралом открыто «Второе Баку» — громадный нефтеносный район, значительно превосходящий по площади бакинское месторождение. Богаты нефтью также месторождения: Эмбенское, Дагестанское, Западноукраинское, Сахалинское, Ухтинское и др. За годы советской власти произошёл грандиозный рост добычи нефти в стране.
Рисунок 11 .Наклонное бурение скважин позволяет добывать нефть из-под водоёмов и капитальных сооружений.
Состав нефти. Если нефть нагревать в приборе, изображённом на рисунке 4, то можно заметить, что она кипит и перегоняется не при постоянной температуре, что характерно для чистых веществ, а в широком интервале температур. Это значит, что нефть представляет собой не индивидуальное вещество, а смесь веществ. При нагревании нефти сначала перегоняются вещества с меньшим молекулярным весом, обладающие более низкой температурой кипения, затем температура смеси постепенно повышается, и начинают перегоняться вещества с большим молекулярным весом, имеющие более высокую температуру кипения, и т. д.
Рисунок 11 .Нефть поднимается под давлением нагнетаемой в пласт
В состав нефти входят главным образом углеводороды. Основную массу её составляют жидкие углеводороды, в них растворены газообразные и твёрдые углеводороды.
Рисунок 11. Перегонка нефти в лаборатории.
Состав нефти различных месторождений неодинаков. Грозненская и западноукраинская нефть состоят главным образом из предельных углеводородов. Бакинская нефть состоит преимущественно из циклических углеводородов — цикланов. Цикланы — это углеводороды, отличающиеся по своему строению от предельных тем, что содержат замкнутые цепи (циклы) углеродных атомов, например:
Цикланы были открыты в нефти и изучены выдающимся учеником А. М. Бутлерова, профессором Московского университета В. В. Map ков пиковым.
Нефтепродукты и их применение. Так ках нефть — это смесь углеводородов различного молекулярного веса, имеющих разные температуры кипения, то перегонкой её разделяют на отдельные нефтепродукты (рис. 5): бензин, содержащий наиболее лёгкие углеводороды, кипящие от 40 до 200°, с числом атомов углерода в молекулах от 5 до 11; лигроин, содержащий углеводороды с большим числом атомов углерода, с темп, кипения от 120 до 240°; керосин с темп, кипения от 150 до 310° и, далее, соляровое масло. После отгонки из нефти этих продуктов остаётся вязкая чёрная жидкость — мазут.
Рисунок 11. Температура кипения различных видов топлива, получаемых из нефти.
Рисунок 11. Важнейшие продукты, получаемые из нефти.
Бензин применяется в качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания. В зависимости от назначения он подразделяется на два основных сорта: авиационный и автомобильный. Бензин используется также в качестве растворителя масел, каучука, для очистки тканей от жирных пятен и т. п. Керосин применяется как горючее для тракторов. Он используется также для освещения. Соляровое масло применяется в качестве горючего для дизелей.
Из мазута путём дополнительной перегонки получают смазочные масла для смазки различных механизмов. Перегонку ведут под уменьшенным давлением, чтобы снизить температуру кипения углеводородов и избежать разложения их при нагревании.
После перегонки мазута остаётся нелетучая тёмная масса — гудрон, идущая на асфальтирование улиц. Важнейшие продукты, получаемые из нефти, указаны в таблице (рис. 6).
Из некоторых сортов нефти выделяют твёрдые углеводороды — так называемый парафин (идущий, например, на изготовление свечей) и смесь жидких углеводородов с твёрдыми — вазелин.
Кроме переработки на смазочные масла, мазут применяется в качестве топлива в заводских и паровозных топках, в которые ом подаётся при помощи форсунок. Большие количества мазута подвергаются химической переработке в бензин и другие виды топлива.
Промышленная переработка нефти
Перегонка нефти. Сначала перегонку нефти в промышленности производили по тому же принципу, что и в описанном выше лабораторном опыте. Нефть нагревали в особых резервуарах — «кубах», выделяющиеся пары отбирали в определённых интервалах температур и конденсировали, получая таким образом бензин, керосин и другие нефтепродукты. Но когда сильно возросла потребность в жидком топливе, такой способ оказался невыгодным, та к как он требовал много времени и большого расхода топлива на нагревание нефти, не обеспечивал высокой производительности и достаточно хорошего разделения нефти на отдельные нефтепродукты.
В настоящее время перегонку нефти в промышленности производят на непрерывно действующих так называемых трубчатых установках (рис. 7), отвечающих требованиям современного производства. Установка состоит из двух сооружений — трубчатой печи для нагрева нефти и ректификационной колонны для разделения нефти на отдельные продукты.
Трубчатая печь представляет собой помещение, выложенное внутри огнеупорным кирпичом. Внутри печи расположен многократно изогнутый стальной трубопровод. Печь обогревается горящим мазутом, подаваемым в неё при помощи форсунок. По трубопроводу непрерывно, с помощью насоса, подаётся нефть. В нём она быстро нагревается до 300—325° и в виде смеси жидкости и пара поступает далее в ректификационную колонну.
Ректификационная колонна имеет внутри ряд горизонтальных перегородок с отверстиями — так называемых тарелок. Пары нефти, поступая в колонну, поднимаются вверх и проходят через отверстия в тарелках. Постепенно охлаждаясь, они сжижаются на тех или иных тарелках в зависимости от температур кипения. Углеводороды, менее летучие, сжижаются уже на первых тарелках, образуя соляровое масло; более летучие углеводороды собираются выше и образуют керосин; ещё выше собирается лигроин; наиболее летучие углеводороды выходят в виде паров из колонны и образуют бензин. Часть бензина подаётся в колонну в виде орошения для охлаждения и конденсации поднимающихся паров. Жидкая часть нефти, поступающей в колонну, стекает по тарелкам вниз, образуя мазут. Чтобы облегчить испарение летучих углеводородов, задерживающихся в мазуте, снизу навстречу стекающему мазуту подают перегретый пар.
Рисунок 11. Схема трубчатой установки для непрерывной перегонки нефти.
Устройство тарелок схематически изображено на рисунке 8. Отверстия в тарелках, через которые проходят поднимающиеся кверху пары, имеют небольшие патрубки, покрытые сверху колпачками с зубчатыми краями. Через зазоры, образующиеся в месте соприкосновения колпачка с тарелкой, и проходят вверх пары углеводородов. Пробулькивая через жидкость на тарелке, пары охлаждаются, вследствие чего наименее летучие составные части их сжижаются, а более летучие увлекаются на следующие тарелки. Жидкость, находящаяся на тарелке, нагревается проходящими парами, вследствие чего летучие углеводороды из неё испаряются и поднимаются кверху. Избыток жидкости, собирающейся на тарелке, стекает по переточной трубке на нижерасположенную тарелку, где проходят аналогичные явления. Процессы испарения и конденсации, многократно повторяясь на ряде тарелок, приводят к разделению нефти на нужные продукты.
Крекинг нефти. При перегонке нефти выход бензина составляет лишь 10—15%. Такое количество бензина не может удовлетворить всё возрастающий спрос на него со стороны авиации и автомобильного транспорта. Источником получения из нефти дополнительного количества бензина является крекинг-процесс.
Если в нагреваемую на сильном пламени трубку (заполненную железными стружками для улучшения теплопередачи) пускать из воронки по каплям керосин или смазочное масло, очищенные от непредельных углеводородов (рис. 9), то в U-образной трубке вскоре будет собираться жидкость, а в цилиндре над водой — газ. Полученная жидкость, в отличие от взятой для реакции, обесцвечивает бромную воду, т. е. содержит непредельные соединения. Собранный газ хорошо горит и также обесцвечивает бромную воду.
Результаты опыта объясняются тем, что при нагревании произошёл распад углеводородов, например:
Рисунок 11. Схема устройства тарелок ректификационной колонны.
Образовалась смесь предельных и непредельных углеводородов с меньшими молекулярными весами, аналогичная бензину.
Получившиеся жидкие вещества частично могут разлагаться далее, например:
Эти реакции приводят к образованию газообразных веществ.
Процесс химического разложения углеводородов нефти на более, летучие вещества называется крекингом (крекинг — расщепление). Крекинг даёт возможность повысить выход бензина из нефти до 50% и более.
Крекинг-процесс был изобретён русским инженером В. Г. Шуховым в 1891 г. Сначала этим изобретением воспользовались американские фирмы. В России крекинг-процесс получил промышленное применение после Великой Октябрьской социалистической революции (рис. 10).
Рисунок 11. Крекинг керосина (лабораторный опыт).
Существуют два вида крекинга — термический, когда расщепление углеводородов производится при высокой температуре, и каталитический, идущий при повышенной температуре с применением катализаторов.
Рисунок 11. Общий вид крекинг-завода.
Термический крекинг осуществляют, пропуская иефшпродукгы, например мазут, через трубчатую печь (см. выше), где они нагреваются примерно до 500° под давлением в несколько десятков атмосфер. Чтобы разделить образующуюся смесь жидких и газообразных углеводородов, продукты крекинга направляют в ректификационную колонну, с принципом действия которой мы уже знакомы.
Бензин термического крекинга существенно отличается от бензина прямой гонки тем, что со держит в своём составе непредельные углеводороды.
Каталитический крекинг осуществляют, пропуская пары тяжёлых углеводородов в реакторы, заполненные катализатором (зёрна алюмосиликатов). Продукты крекинга из реактора поступают на ректификацию. Применение катализаторов позволяет проводить крекинг при более низких температурах и давлении, направлять его в сторону образования наиболее ценных продуктов и получать бензин высокого качества.
Газы крекинга содержат разнообразные предельные и непредельные углеводороды (рис. 11), что делает их ценным сырьём для органического синтеза. По решению XX съезда Коммунистической партии одной из важнейших задач химической и нефтяной промышленности в шестой пятилетке является резкое повышение использо; вания нефтяных, природных газов и нефтепродуктов для производства синтетического каучука, спирта, моющих средств и других химических продуктов.
Рисунок 11. Примерный состав газов термического крекинга нефти.
referat.store
Реферат Физико-химические свойства нефти
Что такое нефть.
Соединения сырой нефти – это сложные вещества, состоящие из пяти элементов – C,H, S, O и N, причем содержание этих элементов колеблется в пределах 82–87%
углерода, 11–15% водорода, 2,5–3% серы, 0,1–2% кислорода и 0,01–3% азота.
Углеводороды – основные компоненты нефти и природного газа. Простейший из них –
метан Ch5 – является основным компонентом природного газа. Все
углеводороды могут быть подразделены на алифатические (с открытой молекулярной
цепью) и циклические, а по степени ненасыщенности углеродных связей – на
парафины и циклопарафины, олефины, ацетилены и ароматические углеводороды.
Парафиновые углеводороды (общей формулы Cnh3n + 2)
относительно стабильны и неспособны к химическим взаимодействиям.
Соответствующие олефины (Cnh3n) и ацетилены (Cn
h3n – 2) обладают высокой химической активностью: минеральные
кислоты, хлор и кислород реагируют с ними и разрывают двойные и тройные связи
между атомами углерода и переводят их в простые одинарные; возможно, благодаря
их высокой реакционной способности такие углеводороды отсутствуют в природной
нефти. Соединения с двойными и тройными связями образуются в крекинг-процессе
при удалении водорода из парафиновых углеводородов во время деструкции
последних при высоких температурах. Циклопарафины составляют важную часть
большинства нефти.
Они имеют то же относительное количество атомов углерода и водорода, что и
олефины. Циклопарафины (называемые также нафтенами) менее реакционноспособны,
чем олефины, но более чем парафины с открытой углеродной цепью. Часто они
представляют собой главную составную часть низкокипящих дистиллятов, таких,
как бензин, керосин и лигроин, полученных из сырой нефти.
Классификация нефти.
Классификации нефти строятся на различной основе. Как правило, это генетические
и технологические классификации. Первые из них учитывают состав исходного
материала и условия его преобразования, а вторые характеризуют нефть как сырьё
для производства тех или иных нефтепродуктов. Генетическая классификация делит
нефти на гумитосапропелитовые, сапропелитовые и сапропелито-гумитовые типы по
соотношению остатков высших и низших растений в их составе. Типы подразделяются
далее на классы и группы по степени преобразования компонентов в анаэробной
среде. Принятая в России технологическая классификация делит их на три класса
по содержанию серы (I<II<III), три типа по выходу фракций, перегоняющихся
до 350лнС (Т1>Т2>Т3), четыре группы по потенциальному содержанию базовых
масел (М1>М2>М3>М4), две подгруппы по индексу вязкости (И1>И2) и
три вида по содержанию твердого парафина (П1<П2<П3). В целом нефть
характеризуется шифром, составляемым последовательно из обозначения класса,
типа, группы, подгруппы и вида, которым соответствует данная нефть.
Классификация, имеющая признаки и научной, и технологической, была построена
на основе группового состава нефти. В соответствии с ней нефти делятся на
шесть классов: парафиновые, парафинонафтеновые, нафтеновые, парафино-нафтено-
ароматические, нафтеноароматические, ароматические. Каждый класс включает
нефти с преобладанием одного - двух компонентов группового состава или с их
примерно равным содержанием
Промышленнно-генетическая классификация нефти, аналогичная разработанной к
настоящему времени для углей, пока отсутствует. Вероятно, это связано с тем,
что разнообразие жидких горючих ископаемых намного меньше, чем ТГИ, а их
свойства легче стандартизуются по сравнительно просто определяемым кривым ИТК
и групповому составу. Принятые в разных странах национальные системы
классификаций можно достаточно успешно применять в международной торговле
нефтью и нефтепродуктами и с их помощью планировать направления переработки
нефти конкретного месторождения.
Физико-химические свойства нефти.
Нефть представляет собой чрезвычайно сложную смесь переменного состава и
говорить о константах нефти невозможно, потому что состав и свойства нефти
могут существенно изменятся. Но тем не менее для характеристики нефти
определение ряда физико-химических свойств имеет весьма важное значение в
отношении ее состава и товарных качеств.
Плотность принадлежит к числу наиболее распространенных показателей при
исследовании нефти. Особое значение этот показатель имеет при расчёте нефтей,
занимающих данный объём или определения объема нефтей. Это важно как для
расчетно-конструктивных исследований, так и для практической работы на местах
производства, транспортировки и потребления нефтей. Величины плотности у нефти
весьма различны, они колеблются в пределах 0,77-2,0, хотя в большинстве случаев
они укладываются в более узкие пределы 0,83-0,96.
Вязкостью или внутренним трением называется свойство,
проявляющееся в сопротивлении, которое нефть оказывает при перемещении одной ее
части относительно другой под влиянием действия внешней силы. Различают
Динамическую и кинематическую связь нефтей. Значение вязкости при
характеристике нефтей чрезвычайно велико. Наибольшее значение вязкость имеет
при расчете нефтепроводов, при расчетах, связанных с подачей топлива и т. д.
Нефть характеризуется не температурами кипения, температурными пределами
начала и конца кипения и выходом отдельных фракций, перегоняющихся в
определенных температурных интервалах. По результатам перегонки судят о
фракционном составе. Определение температурных пределов кипения отдельных
фракций нефти, а также определение процентного содержания этих фракций в
составе нефти имеет большое значение для определения характеристик этой нефти.
Температура вспышки – это температура, при которой нефть, нагреваемая при
определенных условиях, выделяет такой количество паров, которое образует с
воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени.
Температурой воспламенения называется та температура, при которой
нагреваемый при определенных условиях нефтепродукт загорается и горит не менее
5 секунд.
При понижении температуры часть компонентов нефти становятся более вязкими и
малоподвижными, растворенные углеводороды могут выделятся в виде кристаллов.
Это весьма осложняет товарно-транспортные операции и эксплуатацию нефти при
низких температурах. Эту температуру называют температурой застывания.
Происхождение нефти.
История науки знает много случаев, когда вокруг какой-нибудь проблемы
разгораются жаркие споры. Такие споры идут вокруг проблемы происхождения
нефти.
1 этап - с древнейших времён по 1760 . В этот период представления о
происхождении нефти, так или иначе, были связаны с различными представлениями о
"флогистоне ", происхождение Земли и др. Первая теория была сформулирована в
950 годы арабским учёным Их - Ван - эс-Сафа. "Вода и воздух - писал он -
созревают действием огня и образуют огненную серу и водяную ртуть. Эти два
вторичных элемента смешиваются с разным количеством земли и в зависимости от
температуры образуют минералы, находящиеся в земле, включая битуминозную
субстанцию, такие, как нефть. Поэтому они имеют "высокий" воздух и нефть,
сжимается и огнеопасны. " В конце 17 века (1697)итальянский учёный П. С.
Бекконе, ссылаясь на мнение англ. учёного В. Чарметона, считая, что янтарь и
битумы имеют одинаковое происхождение и нефть образуется "вулканическими силами
из земли и серного начала", В качестве доказательства он приводил пример
землетрясения 1683 года, которое повлияло на интенсивность нефтепроявлений в
Сицилии. Судя по работе французского учёного Н. Лемери, в конце 17 века
существовало представление об образовании нефти в результате перегонки янтаря;
каменный уголь является остатком этой перегонки. Однако сам Лемери считал, что
нефть образуется в результате перегонки битума. Пожалуй, самое интересное
предположение высказал в начале 18 века немецкий учёный П. Ф. Генкель. По его
мнению, нефть образуется из остатков животных и растений. Существование к 1739
году представления о нефти были обобщены русским академиком И. Вейбрехтом,
который, разделяя мнение о нефти как о смеси "огненной", водной и земляной
субстанций, в то же время считал, что нефть либо образовалась под влиянием
тепла Земли, либо находилась в её недрах изначально. На основании нахождения
нефти в теплых странах вблизи морей с соленой водой и длительности ее притоков
снизу. Вейбрехт считал, что нефть-" это преобразованная, огненная сущность
солей, оставляемая морской водой. При чрезмерном накоплении горючих веществ в
одном месте при их воспламенении происходят землетрясения и оседания почвы".
Любопытен вывод этого исследования о том, что "масляные части растений близки по
своим свойствам к нефтяным маслам". На этом основании делалось предположение:
«быть может, огненные и масляные части всех растений происходят от нефти,
которую растения вытягивают из земли. «Эти представления завоевывали все
большее и большее признание. В 1750 немецкий ученый Шпильман писал, что нефть
образуется из растений, преимущественно из ели. Член французской академии наук,
химик по специальности П.Ж. Макер в 1758 высказал мнение о том, что битумы
образуются в результате взаимодействия "растительных масел " и "кислот".
2 этап (1761-1859).Этот этап продолжался почти 100 лет. Он начался с
работы М.В.Ломоносова. В середине 18 века в своем трактате "О слоях земных"
великий русский ученый писал: " Выгоняется подземным жаром из приготовляющихся
каменных углей бурая и черная масляная материя... и сие есть рождение жидких
разного сорта горючих и сухих затверделых материй, каковы суть каменного масла,
жидковская смола, нефть. Которые хотя чистотой разнятся. Однако из одного
начала происходят" Таким образом, более 200 лет назад была высказана мысль об
органическом происхождении нефти из каменного угля. Исходное вещество было
одно: органический материал, преобразованный сначала в уголь, а потом в нефть и
газ. Родилась органическая гипотеза. М.В.Ломоносов был не единственный,
кто высказался по интересующему нас вопросу в 18 веке. Правда, другие гипотезы
того времени носили курьёзный характер. Так, один варшавский каноник утверждал,
что Земля в райский период была настолько плодотворна, что на большую глубину
содержала жировые примеси. После грехопадения этот жир частично испарился, а
частично погрузился в землю , смешиваясь с различными веществами. Всемирный
потоп содействовал превращению его в нефть. Также известна ещё одна гипотеза.
Авторитетный немецкий геолог-нефтяник Г.Гефер рассказывает об одном
американском нефтепромышленнике конца прошлого века, считавшим, что нефть
возникла из мочи китов на дне полярных морей. По подземным каналам она проникла
в Пенсильванию. Немецкий химик К. Райхенбах в 1834 привел перегонку каменного
угля с водой и получил 0,0003% масла, очень похожего на скипидар и на нефть
Италии. На основании этого он предположил, что нефть "представляет собой
скипидар доисторических пиний (итальянских сосен), находилась в углях в готовом
виде и выделялась из них под действием теплоты Земли" В 19 веке среди учёных
были распространены идеи, близкие к представлениям Ломоносова. Споры велись
главным образом вокруг исходного материала :животные или растения?"
3 этап - (1860-1905).
Немецкие учёные Г. Гефер и К. Энглер в 1888 поставили опыты, доказавшие
возможность получения нефти из животных организмов. Позднее, в 1919
академиком Н.Д.Зелинским был осуществлен опыт, исходным материалом которого
был органогенный ил преимущественно растительного происхождения из озера
Балхаш. При его перегонке были получены: сырая смола -63,2%,
кокс-16% , газы (метан, окись углерода, водород, сероводород.)-20,8%. При
последующей переработке смолы из нее извлекли бензин, керосин и тяжелые
масла. Итак, опытным путём было доказано, что нефть - производные при
разложении органики либо животного, либо растительного происхождения, либо их
смеси. Таковой была органическая гипотеза. Но также существовала и
неорганическая гипотеза, выдвинутая Д. И. Менделеевым, и получившая название
карбидной. Ученый считал, что во время горообразовательных процессов по
трещинам, рассекающим земную кору, поверхностная вода просачивалась вглубь
Земли к металлическим массам. Взаимодействие ее с карбидами железа приводило
к образованию окислов металла и углеводорода. У.В. по тем же трещинам
поднимались в верхние слои земной коры и насыщали пористые породы, образуя
месторождения. Однажды, побывав в г. Баку, Менделеев от русского учёного Г.
В. Абиха узнал, что часто месторождения нефти территориально приурочены к
сбросам - особого типа трещинам земной коры. В этом Менделеев видел
неоспоримые докозательства своих воззрений. Таким образом, к концу прошлого
столетия четко обособились 2 полярных взгляда на проблему происхождения
нефти: органическая и неорганическая.
4 этап- (1932-1950).
Выход в свет в 1932 книги академика И. М. Губкина "Учение о нефти " положил
конец колебаниям между указанными группами представлений, и в течение
последующего этапа господствовала гипотеза образования нефти из рассеянного
органического вещества, накапливавшегося в значительных количествах в осадках
морских бассейнов.
5 этап - (1951 - настоящее время).
Этот этап можно смело назвать этапом становления теории органического
происхождения нефти, или, как ее правильно назвал Н.Б. Вассоевич, теории
осадочно-миграционного происхождения нефти и углеводородных газов. Начало
данного этапа следует считать 1950 год потому, что именно этот год почти
одновременно с советскими и американскими учёными были обнаружены У.В. в
современных осадках. Американские исследователи под руководством П.В.Смита
открыли углеводороды в современных осадках Мексиканского залива,
прикалифорнийской части Тихого океана, а также некоторых пресноводных
бассейнов. И хотя дальнейшие исследования показали, что углеводороды,
содержащиеся в современных осадках, существенно отличаются от нефти, значение
указанных открытий трудно переоценить. Они показали, во-первых, что
углеводороды образуются в осадках из остатков растительных и животных
организмов. Тем самым был положен конец продолжавшейся в течение более двух
столетий дискуссии о том, какое органическое вещество может быть исходным для
образования нефти. Во-вторых, оказалось, что процессы нефтегазообразования
могут развиваться почти в любых субаквальных осадках и что для этого не
требуется каких-то особых экстраординарных условий.
Основные месторождения.
Мировой запас нефти оценивается в 840 млрд. тонн условного топлива, из них
10% — достоверные и 90% —вероятные запасы.
Основной поставщик нефти на мировой рынок — страны Ближнего и Среднего
Востока. Они располагают 66 % мировых запасов нефти, Северная Америка — 4 %,
Россия — 8-10 %. Отсутствуют месторождения нефти в Японии, ФРГ, Франции и
многих других развитых странах. К 2000 г. объем ввоза нефти в США будет в два
раза превышать уровень ее добычи. Экспорт из России предполагается к 2000 г.
до 7,0 млн. баррелей в сутки. Прогнозируется рост спроса на нефть — 1,5 % в
год.
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ.
Западная Сибирь
Это наша богатейшая кладовая и одна из величайших нефтегазоносных провинций в
мире (так называют территории, где располагаются сразу несколько десятков, а
то и сотен месторождений). Здесь их открыто уже более двухсот. Они таят в
себе около 4 млрд. тонн нефти. В 60-е года 20-го века в Среднем Приобье,
прямо посередине этой огромной заболоченной равнины, обнаружили целую
«россыпь» нефтяных месторождений. Среди них Самотрол – один из 4-х нефтяных
гигантов (2,6 млрд.т.), который разрабатывается с 1969 года. Он имеет 10
залежей нефти, одна из которых с газовой шапкой. Нефть находится в песчаниках
нижнего мела и верхней юры на глубине 1610-2350м.
Среди других нефтяных месторождений Западной Сибири. Выделяется Федоровское
(400 млн. т.), Варьеганское (200 млн. т.) Усть-Балыкское (170 млн. т.)
Волго-Уральский район
Волго-Уральский район – второй по значимости в России. Здесь разведано
несколько миллиардов тонн нефти. Открыто с выше 100 нефтяных месторождений,
содержащих более 1400 залежей нефти; 2/3 запасов нефти уже добыто.
В 1948 году в этом районе было открыто крупное Ромашкинское месторождение (3
млрд. т.). Оно расположено в Татарии, в 70 км. К западу от города
Альметьевска, в пределах крупного пологого поднятия осадочных пород.
Разрабатывается с 1952 года. Здесь уже добыли 1,4 млрд. т. нефти.
Северный Прикаспий.
Эта нефтегазоносная провинция охватывает Южное Поволжье и прилегающие с юго-
востока районы, в основном в пределах прикаспийской низменности: частью в
Росси частью в Казахстане. Это огромная чаша, заполненная рыхлыми осадками
огромной мощности в 17-20 км. В них выделяются две нефтегазовые толщи,
разделённые мощным пластом соли.
Тимано-Печёрский район.
Тимано-Печёрский район занимает северо-восток европейской части России. Здесь
нефть есть во всех палеозойских и ниже – в мезозойских отложениях, а они
располагаются на большой площади. В начале 60-х годов XX века открыто крупное
месторождение – Усинское нефтяное. Оно разрабатывается с 1973 года.
Восточная Сибирь и Дальний Восток.
Здесь открыты Енисейско-Анабарское нефтегазоносная, Ленно-Тунгусское
нефтегазоносная, Ленно-Вилюская нефтегазоносная, Охотская нефтегазоносная
провинции.
Одним из старейших районов нефтедобычи в России является остров Сахалин,
Первые нефтяные месторождения – Охинское и Катанглинское – открыты здесь в
1923-1926 годах. К настоящему времени на острове их несколько десятков. Здесь
нефтегазоносны молодые неогеновые отложения. В последние годы нефть получают
из недр сахалинского шельфа.
Томская область.
Впервые нефть была получена у города Колпашево в 1953 .16 августа 1962было
открыто второе месторождение в Александровском районе в деревне Соснино.
Позднее были открыты Советское, Стрежевское, Малореченское, Северное,
Лугинское и т. д. Глубина залегающих нефтяных пластов от 1500 до 2000 метров.
Нефтяная промышленность
Нефтедобыча - отрасль нефтяной промышленности, осуществляющая извлечение
нефти и сопровождающего ее газа из недр с помощью буровых скважин или, в
отдельных случаях, шахт и других выработок. Задачами нефтедобычи являются:
рациональная разработка нефтяных залежей наиболее совершенными способами,
обеспечивающими извлечение подземных запасов нефти в заданные сроки, с
минимальными затратами энергии и труда; организация сбора и предварительной
обработки (очистки) добытой продукции с наименьшими потерями нефти и газа.
Почти вся добываемая в мире нефть извлекается из нефтяных скважин, проходимых
бурением с земной поверхности или со дна морских водоемов. Лишь весьма
незначительная часть нефти добывается через мелкие скважины , закладываемые в
подземных горных выработках. Применительно к неглубоким истощенным залежам,
эксплуатация которых с помощью скважин малоэффективна, начинает в единичных
случаях использоваться способ открытой разработки нефтяных месторождений. По
размерам нефтедобычи Россия находится на одном из первых мест в мире.
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.
Аппаратура крекинг-заводов в основном та же, что и заводов для перегонки
нефти. Это – печи, колонны. Но режим переработки другой. Другое и сырьё.
Слово “крекинг” означает расщепление. На крекинг-заводах углеводороды не
перегоняются, а расщепляются. Процесс ведётся при более высоких температурах
(до 600о), часто при повышенном давлении. При таких температурах
крупные молекулы углеводородов раздробляются 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 углеводородов 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
первичной 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.
Переработка нефти.
Основным способом первичной обработки нефти является фракционная перегонка
сырой нефти. Это приводит к ее разделению на фракции , кипящие в широком
температурном интервале ,а именно:
· углеводородный газ (пропан, бутан)
· бензиновая фракция (температура кипения до 200 градусов)
· керосин (температура кипения 220-275 градусов)
· газойль или дизельное топливо (температура кипения 200-400 градусов)
· смазочные масла (температура кипения выше 300 градусов)
· остаток (мазут)
В состав бензиновой фракции обычно входят петролейный эфир (температура
кипения 20-60градусов) и так называемый экстракционный
бензин (температура кипения 60-120 градусов). Фракция, кипящая при
температурах от 40- 200 градусов, называется бензином и относится к наиболее
ценным нефтепродуктам, поскольку служит топливом для двигателей внутреннего
сгорания. В бензине преимущественно содержатся
углеводороды С6--С9 . Керосин, содержащий углеводороды С9--С16 , применяется
в небольших отопительных установках, а также служит топливом для турбинных
двигателей; пиролизуется до низших углеводородов. Газойл, или дизельное
топливо, имеет подобное применение, но главным образом, используется, как
топливо для дизельных двигателей. Смазочные масла, содержащие углеводороды
С20--С50 , очищаются и применяются в качестве смазочных материалов. Это
такие масла, как: цилиндровое, подшипниковое, низкозастывающее, турбинное,
компрессорное, автомобильное, авиационное, изоляционное. Применение этих
масел связано с их названием. Остаток после перегонки мазут, используется,
как топливо
или подвергается вакуумной перегонке, в результате которой получают следующую
высококипящую углеводородную фракцию. Остатком является асфальт, служащий для
покрытия мостовых и как изоляционный, влагозащитный материал. Точно такое же
применение находит природный асфальт, добываемый на о. Тринидад. Основными
способами переработки высококипящих фракций нефтепродуктов, полученных при
перегонке парафинистой и нафтеновой нефти, являются крекинг и ароматизация.
Крекинг заключается в том, что высшие алканы нагреваются до высоких
температур без доступа кислорода. При этом происходит их расщепление на
низшие алканы и алкены. При обычной перегонки нефти удаётся получить не
больше 15-20% бензина. Крекинг позволяет повысить кол-во этого топлива в
несколько раз. В технике используется 2 вида крекинга - термический и
каталитический. Термический крекинг - нагревание нефтепродуктов под давлением
при температуре до 400--600 градусов;
этот процесс имеет радикальный механизм; так крекинг мазута и гудрона при
400--500 градусах дает примерно 15% бензина, керосина, солярового масла,
крекинг солярового масла и газойля при 500--600 градусах дает до 50% бензина.
При термическом крекинге образуется довольно много непредельных соединений,
плохо выдерживающих хранение. Поэтому крекинг - бензины часто подвергают
дополнительной химической обработке - процессам гидрирования. Помимо
термического крекинга в промышленности широко используется каталитический
крекинг, то есть нагревание нефтепродуктов до 300-500 в присутствии
катализатора(AlCl3)
и алюминий силикаты). Этот вид крекинга идет по ионному механизму. При
каталическом крекинге получается гораздо меньшее кол-во
непредельных углеводородов, а среди предельных преобладают углеводороды с
разветвленным углеродным скелетом молекул. Такие соединения обычно обладают
более низкими температурами кипения и являются более ценным топливом для
двигателей внутреннего сгорания. Другим способом переработки нефтепродуктов,
полученных при перегонке парафинистой и нафтеновой нефти, служат процесс
ароматизацией. Большое значение как топливо и химическое сырье имеют попутные
газы и газы крекинга нефти. Попутные газы состоят из пропана и бутанов и
выделяются из нефти. Попутные газы и газы крекинга обычно подвергают
перегонке, выделяя из них индивидуальные У.В.Пропан - бутановая фракция
используется в виде сжиженного газа, как топливо и служит ценным хим. сырьем.
Кроме того, пропан и бутан подвергают хлорированию, окислению и др. хим.
превращениями, что дает разнообразные хим. реактивы и растворители.
На это стоит обратить внимание.
В начале человек не задумывался, что таит в себе интенсивная добыча нефти и
газа. Главным было выкачать их как можно больше. Но вот в начале 40-х гг.
прошлого столетия появились первые настораживающие симптомы.
В 1939 г. Жители городов Лос-Анджелес и Лонг-Бич почувствовали довольно
сильные сотрясения земной поверхности – началось проседание грунта под
месторождением. В сороковые годы интенсивность этого процесса усилилась. В
период с1949 до1961 год было зарегистрировано 5 крупных землетрясений.
Напуганные этими событиями власти Лонг-Бич прекратили разработку до
разрешения возникшей проблемы.
К 1954 году было доказано, что наиболее эффективным средством борьбы с
проседанием является закачка в пласт воды. Это сулило увеличение нефтедобычи.
Первый этап работ по заводнению был начат в 1958 году, когда на южном крыле
структуры стали закачивать в продуктивный пласт без малого 60 тыс. м3
воды в сутки. Через 10 лет интенсивность закачки возросла в два раза и составила
122 тыс. м3/сутки. Проседание практически прекратилось.
Месторождение вновь вступило в эксплуатацию, при этом на каждую тонну нефти
приходилось 1600 литров воды.
Заключение.
Природное полезное ископаемое - нефть - представляет лишь исходный материал,
из которого на заводах и фабриках получают разнообразные вещества,
необходимые для развития областей природного хозяйства, а также веществ,
применяемых в домашнем обиходе. Нефть ценна не только, как источник энергии,
но и в большей степени, как сырье для производства пластических масс,
синтетических волокон, каучуков и др.
Список используемой литературы.
1."Химический энциклопедический словарь" 1983г.
2. Справочник школьника "Химия"
3."Пособие по химии для поступающих в ВУЗы". Москва:1974г.-382с.
4. "Органическая химия " Й. Пацак, изд-во "Мир"; Москва;1986-366с
bukvasha.ru
|
|
..:::Счетчики:::.. |
|
|
|
|
|
|
|
|