works.tarefer.ru

Доклад - Нефть, ее свойства

ВВЕДЕНИЕ

    Бурный научно-техническийпрогресс и высокие темпы развития различных отраслей науки и мирового хозяйствав XIX – XX вв. привели к резкому увеличению потребления различныхполезных 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 использовалиасфальт (окисленную нефть) для бальзамирования. Нефтяные битумы использовалисьдля приготовления строительных растворов. Нефть входила в состав «греческогоогня». В средние века нефть использовалась для освещения в ряде городов наБлижнем Востоке, Южной Италии и др. В начале XIX в. в России,а в середине XIX в. в Америке из нефти путем возгонки был полученкеросин. Он использовался в лампах. До середины XIX в. нефтьдобывалась в небольших количествах из глубоких колодцев вблизи естественныхвыходов ее на поверхность. Изобретение парового, а затем дизельного ибензинового двигателя привело к бурному развитию нефтедобывающейпромышленности.

  Нефть – это маслянистая горючая жидкость, обладающая специфическим запахом,обычно коричневого цвета  с зеленоватым или другим оттенком, иногда почтичерная, очень редко бесцветная.

  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 %. Внезначительных 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 неорганическиесоединения, из которых состоят нефти. Кислород и азот находятся в нефтях тольков связанном состоянии. Сера может встречаться в свободном состоянии или входитьв состав сероводорода.

  В состав нефти входит около 425 углеводородных соединений.

  Нефть  в природных условиях состоит из смеси метановых, нафтеновых иароматических углеводородов. По углеводородному составу все нефтиподразделяются 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 этойклассификации ставится название углеводорода, содержание которого в составенефти меньше.

  В нефти также содержится некоторое количество твердых и газообразныхрастворенных 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 гомологовсодержатся пары пентана, гексана и гептана.

  Наряду с углеводородами в нефтях присутствуют химические соединения другихклассов. Обычно все эти классы объединяют в одну группу гетеросоединений (греч.«гетерос» – другой).

  В нефтях также обнаружено более 380 сложных гетеросоединений, в которых

куглеводородным 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 ониобразуют солеобразные соединения – меркаптиды. В нефтях

меркаптаныпредставляют собой соединения, в которых к углеводородным

Рис. 1. Метилмеркаптан.

Меркаптаныразъедают трубы и другое металлическое оборудование буровых установок.

Главнуюмассу неуглеводородных соединений в нефтях составляют асфальтово-смолистыекомпоненты. Это темно-окрашенные вещества, содержащие помимо углерода иводорода кислород, азот и серу. Они представлены смолами и асфальтенами.Смолистые вещества заключают около 93% кислорода в нефтях. Кислород в нефтяхвстречается 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 всмолах. Содержание смол в нефтях может достигать 60% от массы нефти,асфальтенов – 16%.

   Асфальтены представляют собой черноетвердое вещество. По составу они сходны со смолами, но характеризуются инымисоотношениями элементов. Они отличаются большим содержанием железа, ванадия,никеля и др. Если смолы растворяются в жидких углеводородах всех групп, тоасфальтены нерастворимы в метановых углеводородах, частично растворимы внафтеновых и лучше растворяются в ароматических. В “белых” нефтях смолысодержатся в малых количествах, а асфальтены вообще отсутствуют.

ПРОИЗВОДНЫЕ НЕФТЕЙ

   В 1888 г. предложено называть всегорючие ископаемые каустобиолитами. Они подразделяются на две группы: угли ибитумы. К битумам (лат. “битумен” – смола) отнесли нефть и горючие газы, атакже твердые вещества, родственные нефтям. При классификации производных нефтивыделяют две ветви. Одна из них объединяет последовательные продукты изменениянефтей с нафтеновым основанием – минералы асфальтового ряда. Ко второй ветвиотносятся продукты изменения нефтей с парафиновым основанием – минералыпарафинового ряда.

   Продукты изменения нефтей с нафтеновым основаниемподразделяют на три группы: группу асфальтов, группу асфальтитов и группукеритов. К первой группе относятся мальты и асфальты. Мальты – это черные,очень густые смолистые нефти. Они богаты серой и кислородом. Асфальты представляютсобой буро-черные или черные вязкие, слегка эластичные или твердые аморфныевещества. Асфальтиты отличаются от асфальтов большей твердостью, хрупкостью ибольшей обогащенностью смолисто-асфальтовыми компонентами. Мальты, асфальты иасфальтиты полностью растворяются в органических растворителях. В отличие отних кериты (нефтяные угли) не плавятся и не растворяются в органическихрастворителях.

   Основными продуктами изменения нефтей с парафиновымоснованием являются озокериты. Это – воскообразные вещества плотностью меньшеединицы. Они хорошо растворяются в бензине, бензоле, скипидаре и сероуглероде.Они легко воспламеняются и горят ярким коптящим пламенем. Озокерит – это смесьалканов от /> до />. Вторичные компонентыпредставлены маслами, смолами и асфальтенами.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТЕЙ

   Главнейшим свойством нефти, принесшим им мировую славуисключительных энергоносителей, является их способность выделять при сгораниизначительное количество теплоты. Нефть и ее производные обладают наивысшейсреди 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 колеблетсяот 50 до 550°С.

   Нефть, как и любая жидкость, при определеннойтемпературе закипает и переходит в газообразное состояние. Различные компонентынефти 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 используетсядля разделения нефти на температурные фракции. При нагревании нефти до180–200°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 входятуглеводороды, содержащие 6–10 атомов углерода. Керосиновая фракция состоит изуглеводородов с />, газойлевая – /> и т.д.

   Важным является свойство нефтей растворятьуглеводородные газы. В 1 м3 нефти может раствориться до 400 м3горючих газов. Большое значение имеет выяснение условий растворения нефти иприродных газов в воде. Нефтяные углеводороды растворяются в воде крайненезначительно. Нефти различаются по плотности. Плотность нефти, измеренной при20°С, отнесенной к плотности воды, измеренной при 4°С, называетсяотносительной. Нефти с относительной плотностью 0,85 называются легкими, сотносительной плотностью от 0,85 до 0,90 – средними, а с относительнойплотностью свыше 0,90 – тяжелыми. В тяжелых нефтях содержатся в основномциклические углеводороды. Цвет нефти зависит от ее плотности: светлые нефтиобладают меньшей плотностью, чем темные. А чем больше в нефти смол иасфальтенов, тем выше ее плотность. При добыче нефти важно знать ее вязкость.Различают динамическую и кинематическую вязкость. Динамической вязкостьюназывается внутреннее сопротивление отдельных частиц жидкости движению общегопотока. У легких нефтей вязкость меньше, чем у тяжелых. При добыче и дальнейшейтранспортировке тяжелые нефти подогревают. Кинематической вязкостью называетсяотношение динамической вязкости к плотности среды. Большое значение имеетзнание поверхностного натяжения нефти. При соприкосновении нефти и воды междуними возникает поверхность типа упругой мембраны. Капиллярные явления используютсяпри добыче нефти. Силы взаимодействия воды с горной породой больше, чем унефти. Поэтому вода способна вытеснить нефть из мелких трещин в более крупные.Для увеличения нефтеотдачи пластов используются специальныеповерхностно-активные вещества (ПАВ). Нефти имеют неодинаковые оптическиесвойства. Под действием ультрафиолетовых лучей нефть способна светиться. Приэтом легкие нефти светятся голубым светом, тяжелые – бурым и желто-бурым. Этоиспользуется при поиске нефти. Нефть является диэлектриком и имеет высокоеудельное сопротивление. На этом основаны электрометрические методы установленияв разрезе, вскрытом буровой скважиной, нефтеносных пластов.

ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ НЕФТЕЙ

   Существуют две теории происхождения нефти: биогенная иабиогенная. Сторонники первой – органики – считают, что нефть образовалась восадочном чехле земной коры в результате глубокого преобразования животных ирастительных организмов, живших миллионы лет назад. Другие – неорганики –доказывают, что нефть образовались в мантии земли неорганическим путем. Ответна этот вопрос даст ответ на другой вопрос: в каких конкретных точкахобразуется нефть?

ОРГАНИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ

   Органическая концепция начинает развиваться послесоздания работы М. В. Ломоносова о нефти. Он писал: «Увериться можем опроисхождении сих горючих подземных материй из растущих вещей их легкостью».Сторонники органической концепции также спорили о том, что явилось исходнымвеществом для нефти: растения или животные? Победилите, кто утверждал: и растения, и животные. Другим предметом спора было местозалегания нефти. Одни ученые считали, что нефть залегает там же, где иобразовалась, другие, что нефть образовалась в одном месте, а скопилась вдругом. Победила вторая точка зрения.

   Органическая концепция в своем развитии опирается нагеологические наблюдения. Так, 99,9% известных скоплений нефти приурочено косадочным толщам. Поэтому ученые считают, что нефть является продуктом процессаосадонакопления. Было установлено, что залежи нефти находятся в линзахпроницаемых пород, окруженных непроницаемыми породами.

   Интересными оказались результаты исследования осадочныхпород. 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 органическоевещество называется керогеном. Кероген сходен по составу с бурым углем. ОВсостоит 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. Внастоящее время можно считать доказанной возможность образования углеводородовиз липоидов, белков и углеводов. Липоиды по своему химическому составу стоятближе всего к соединениям, входящим в состав нефти. Некоторые ученые полагают,что уже само механическое накопление углеводородов, попадающих из живоговещества в осадок, может привести к образованию нефти. На процесс происхождениянефти также влияют горные породы. Так, алюмосиликаты, из которых состоит глина,являются катализаторами  в процессе образования нефти. И именно в глинистыхпородах происходит преобразование рассеянного ОВ.

   С позиций современной органической позиции нефтьобразуется следующим образом.

   Моря и озера населены планктоном. После его отмиранияостатки растений и животных организмов падают на дно, образуя толстый слой ила.После этого начинается биохимическая стадия образования нефти. Микроорганизмыпри ограниченном доступе кислорода перерабатывают белки, углеводы и т.д. Приютом образуются метан, углекислый газ, вода и немного углеводородов. Даннаястадия происходит в нескольких метрах от дна моря. Затем осадок уплотняется:происходит диагенез. Начинаются химические реакции между веществами поддействием температуры и давления. Сложные вещества разлагаются на болеепростые. Биохимические процессы затухают. С увеличением глубины растетсодержание рассеянной нефти. Так, на глубине до 1,5 км идет газообразование, наинтервале 1,5–8,5 км идет образование жидких углеводородов – микронефти – притемпературе от 60 до 160°С. А на больших глубинах при температуре 150 –200°Собразуется метан. По мере уплотнения илов микронефть выжимается в вышележащиепесчаники. Это процесс первичной миграции. Затем под влиянием различных силмикронефть перемещается вверх по наклону. Это вторичная миграция, котораяявляется периодом формирования самого месторождения.

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ

   Существует несколько вариантов концепциинеорганического происхождения нефти.

   Наиболее последовательной является минеральная(карбидная) гипотеза Менделеева. Менделеев доказывает, что при образованиинефти главным остатком разложения является  уголь, а в Пенсильвании и Канаденефть встречается в девонских и силурийских пластах, угля не заключающих. Изживотного жира нефть также не могла произойти, так как они бы дали многоазотистых соединений, которых мало в нефти. Причем запасы нефти огромны, и дляих образования потребовалось бы много жиров. Менделеев полагает, что вода,проникая глубоко в землю и встречая там углеродистое железо, реагирует с ним идает окислы и углеводороды (пары нефти). Они поднимались до холодных слоев идавали нефть и, если не было бы препятствий, поднимались бы на поверхность.Сторонники органической концепции признают, что  Менделеевым «впервые серьезнои научно был поставлен вопрос о генезисе нефти».

   В 1950 г. профессор Кудрявцев выдвинул магматическуюгипотезу образования нефти. Кудрявцев считает, что в мантии Земли при высокойтемпературе образуются углеводородные радикалы СН, СН2 и СН3.Вследствие перепада давления они перемещаются ближе к земной поверхности. Врезультате понижения температуры радикалы реагируют между собой и с водородом,образуя большое количество простых и сложных углеводородов. К ним примешиваютсяуглеводороды, полученные из окиси углерода и водорода. Дальнейшее движениеуглеводородов, обусловленное огромным перепадом давлений и разностью давленийнефти и воды, происходит по заполненным водой трещинам и приводит их наповерхность или в ловушки (часть природного резервуара, в которой можетустановиться равновесие между газом, нефтью и водой).

   Существует и космическая гипотеза неорганическогопроисхождения нефти. Согласно данной гипотезе, Земля при остывании и формированииее как планеты захватила водород из первичной газовой материи. Этот водород,перемещаясь по глубинным разломам на поверхность, вступает в реакцию суглеродом жидкой магмы и образует нефтяные углеводороды.

   Неорганическая концепция, так же как и органическая,опирается на наблюдения. Так, известно около 30 залежей нефти, приуроченных кизверженным и метаморфическим породам. Подсчитано, что ежегодно вулканывыбрасывают около 3,3´105т углеводородов.

   Для доказательства карбидной теории на чугундействовали соляной и серной кислотами, и был получен водород и смесьуглеводородов, имеющих запах нефти.

*         *         *

   В настоящее время господствующей является органическаяконцепция. Она отличается большей стройностью,зрелостью и завершенностью суждений. В рамках неорганической концепциисуществует несколько гипотез, подчас взаимоисключающих друг друга.

ПЕРЕРАБОТКА НЕФТИ

   Нефть, получаемая непосредственно из скважин,называется сырой. В различных отраслях народного хозяйства применяются каксырая нефть, так и различные продукты, получаемые из нее в результатепереработки.

   В настоящее время из нефти путем сложноймногоступенчатой переработки извлекается много составных частей.

   В процессе первичной переработки из нефти удаляют пластовуюводу и неорганические вещества. Перед перегонкой в ректификационной колонненефть нагревают до 350°С, перед этим отогнав из нефти летучие углеводороды.Первыми переходят в парообразное состояние  и отгоняются углеводороды снебольшим количеством атомов углерода. С повышением температуры смесиперегоняются углеводороды с более высокой температурой кипения. При такойперегонке получают следующие фракции (смесь жидкостей с близкими температурамикипения, полученная в результате первичной перегонки)/> .

1.    Газолиноваяфракция, собираемая от 40 до 200°С, содержит углеводороды от /> до />; при дальнейшей перегонкеполучают газолин, бензин и т.д.

2.    Лигроиноваяфракция, собираемая в пределах от 150 до 250°С, содержит углеводороды от /> до />; лигроин применяется какгорючее для тракторов.

3.    Керосиноваяфракция, собираемая от 180 до 300°С, содержит углеводороды от /> до />; керосин после очистки используетсякак горючее для тракторов, реактивных самолетов и ракет.

4.    Газойлеваяфракция, собираемая свыше 275°С; газойль – дизельное топливо – используется вдизельных двигателях.

5.    Остатокпосле 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 иасфальт (битум). Смазочные масла – смесь нелетучих жидкостей, полученных приперегонке мазута в вакууме. Парафиновый воск – мягкое твердое вещество, котороеотделяют 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 выходбензина (не более 20%). Его выход можно увеличить с помощью крекинга ириформинга. Крекинг – это реакция, при которой разрываются длинные цепи алканови образуются более легкие алканы и алкены. Риформингом называется процессоблагораживания бензина, в котором бензин получается из легких фракций путемразрыва прямой цепи молекул алканов и преобразования их в молекулы сразветвленными цепями. Крекинг проводится при высокой температуре (термическийкрекинг) или в присутствии катализатора (каталитический крекинг). Бензин,полученный с помощью каталитического крекинга, обладает большей детонационнойстойкостью, потому что в нем содержится большое количество разветвленныхуглеводородов. Такой бензин более устойчив при хранении. Качество бензинаопределяется по его октановому числу. Оно изменяется от 0 до 100 иувеличивается при использовании антидетонаторов, например, тетраэтилсвинец />.

   При температуре 700°С и выше происходит пиролиз нефти –разложение органических веществ без доступа воздуха. Главными продуктамипиролиза 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, твердоетопливо (нефтяной кокс), смазочные и специальные масла, парафины и церезины,битумы, ароматические соединения, сажа, ацетилен, этилен, нефтяные кислоты и ихсоли, высшие спирты и т.д.

   Наибольшее применение продукты переработки нефтинаходят в топливно-энергетической отрасли. Например, мазут обладает почти вполтора раза более высокой теплотой сгорания по сравнению с лучшими углями. Онзанимает мало места при сгорании и не дает твердых остатков при горении. Заменатвердых видов топлива мазутом на ТЭС, заводах и на железнодорожном и водномтранспорте дает огромную экономию средств, способствует быстрому развитиюосновных отраслей промышленности и транспорта.

   Энергетическое направление в использовании нефти до сихпор остается главным во всем мире. Доля нефти в мировом энергобалансесоставляет более 46%.

   Однако в последние годы продукты переработки нефти всешире используются как сырье для химической промышленности. Около 8% добываемойнефти потребляются в качестве сырья для современной химии. Например, этиловыйспирт применяется примерно в 150 отраслях производства. В химическойпромышленности применяются формальдегид (HCHO),пластмассы, синтетические волокна, синтетический каучук, аммиак, этиловый спирти т.д.

   Продукты переработки нефти применяются и в сельскомхозяйстве. Здесь используются стимуляторы роста, протравители семян,ядохимикаты, азотные удобрения, мочевина, пленки для парников и т.д. Вмашиностроении и металлургии применяются универсальные клеи, детали и частиаппаратов из пластмасс, смазочные масла и др. Широкое применение нашел нефтянойкокс, как анодная масса при электровыплавке. Прессованная сажа идет наогнестойкие обкладки в печах. В пищевой промышленности применяютсяполиэтиленовые упаковки, пищевые кислоты, консервирующие средства, парафин,производятся белково-витаминные концентраты, исходным сырьем для которых служатметиловый и этиловый спирты и метан. В фармацевтической и парфюрмернойпромышленности из производных переработки нефти изготовляют нашатырный спирт,хлороформ, формалин, аспирин, вазелин и др. Производные нефтесинтеза находятширокое применение и в деревообрабатывающей, текстильной, кожевенно-обувной и строительнойпромышленности.

   Химизация нефти позволила сократить расходы пищевыхпродуктов на технические цели.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

   Нефть (и  газ) останутся в ближайшем будущем основойобеспечения энергией народного хозяйства и сырьем нефтегазохимической промышленности.Здесь будет многое зависеть от успехов в области поисков, разведки и разработкинефтяных (и газовых) месторождений. Но ресурсы  нефти (и газа) в природеограничены. Бурное наращивание в течение последних десятилетий их добычипривело к относительному истощению наиболее крупных и благоприятнорасположенных месторождений.

   В проблеме рационального использования нефти (и газа)большое значение имеет повышение коэффициента их полезного использования. Одноиз основных направлений здесь предполагает углубление уровня переработки нефтив целях обеспечения потребности страны в светлых нефтепродуктах инефтехимическом сырье. Другим эффективным направлением является снижениеудельного расхода топлива на производство тепловой и электрической энергии, а такжеповсеместное снижение удельного расхода электрической и тепловой энергии вовсех звеньях народного хозяйства.

Использованная литература:

1)    Судо М. М. Нефть и горючие газы всовременном мире. – М.: Недра, 1984.

2)    Химия. Школьный иллюстрированныйсправочник. – М.: Росмэн, 1995.

3)  Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Органическая химия: учебникдля 10 кл. сред. шк. – М.: Просвещение, 1991.

/>

www.ronl.ru

Реферат - Нефть, ее свойства

ВВЕДЕНИЕ

    Бурный научно-техническийпрогресс и высокие темпы развития различных отраслей науки и мирового хозяйствав XIX – XX вв. привели к резкому увеличению потребления различныхполезных 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 использовалиасфальт (окисленную нефть) для бальзамирования. Нефтяные битумы использовалисьдля приготовления строительных растворов. Нефть входила в состав «греческогоогня». В средние века нефть использовалась для освещения в ряде городов наБлижнем Востоке, Южной Италии и др. В начале XIX в. в России,а в середине XIX в. в Америке из нефти путем возгонки был полученкеросин. Он использовался в лампах. До середины XIX в. нефтьдобывалась в небольших количествах из глубоких колодцев вблизи естественныхвыходов ее на поверхность. Изобретение парового, а затем дизельного ибензинового двигателя привело к бурному развитию нефтедобывающейпромышленности.

  Нефть – это маслянистая горючая жидкость, обладающая специфическим запахом,обычно коричневого цвета  с зеленоватым или другим оттенком, иногда почтичерная, очень редко бесцветная.

  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 %. Внезначительных 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 неорганическиесоединения, из которых состоят нефти. Кислород и азот находятся в нефтях тольков связанном состоянии. Сера может встречаться в свободном состоянии или входитьв состав сероводорода.

  В состав нефти входит около 425 углеводородных соединений.

  Нефть  в природных условиях состоит из смеси метановых, нафтеновых иароматических углеводородов. По углеводородному составу все нефтиподразделяются 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 этойклассификации ставится название углеводорода, содержание которого в составенефти меньше.

  В нефти также содержится некоторое количество твердых и газообразныхрастворенных 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 гомологовсодержатся пары пентана, гексана и гептана.

  Наряду с углеводородами в нефтях присутствуют химические соединения другихклассов. Обычно все эти классы объединяют в одну группу гетеросоединений (греч.«гетерос» – другой).

  В нефтях также обнаружено более 380 сложных гетеросоединений, в которых

куглеводородным 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 ониобразуют солеобразные соединения – меркаптиды. В нефтях

меркаптаныпредставляют собой соединения, в которых к углеводородным

Рис. 1. Метилмеркаптан.

Меркаптаныразъедают трубы и другое металлическое оборудование буровых установок.

Главнуюмассу неуглеводородных соединений в нефтях составляют асфальтово-смолистыекомпоненты. Это темно-окрашенные вещества, содержащие помимо углерода иводорода кислород, азот и серу. Они представлены смолами и асфальтенами.Смолистые вещества заключают около 93% кислорода в нефтях. Кислород в нефтяхвстречается 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 всмолах. Содержание смол в нефтях может достигать 60% от массы нефти,асфальтенов – 16%.

   Асфальтены представляют собой черноетвердое вещество. По составу они сходны со смолами, но характеризуются инымисоотношениями элементов. Они отличаются большим содержанием железа, ванадия,никеля и др. Если смолы растворяются в жидких углеводородах всех групп, тоасфальтены нерастворимы в метановых углеводородах, частично растворимы внафтеновых и лучше растворяются в ароматических. В “белых” нефтях смолысодержатся в малых количествах, а асфальтены вообще отсутствуют.

ПРОИЗВОДНЫЕ НЕФТЕЙ

   В 1888 г. предложено называть всегорючие ископаемые каустобиолитами. Они подразделяются на две группы: угли ибитумы. К битумам (лат. “битумен” – смола) отнесли нефть и горючие газы, атакже твердые вещества, родственные нефтям. При классификации производных нефтивыделяют две ветви. Одна из них объединяет последовательные продукты изменениянефтей с нафтеновым основанием – минералы асфальтового ряда. Ко второй ветвиотносятся продукты изменения нефтей с парафиновым основанием – минералыпарафинового ряда.

   Продукты изменения нефтей с нафтеновым основаниемподразделяют на три группы: группу асфальтов, группу асфальтитов и группукеритов. К первой группе относятся мальты и асфальты. Мальты – это черные,очень густые смолистые нефти. Они богаты серой и кислородом. Асфальты представляютсобой буро-черные или черные вязкие, слегка эластичные или твердые аморфныевещества. Асфальтиты отличаются от асфальтов большей твердостью, хрупкостью ибольшей обогащенностью смолисто-асфальтовыми компонентами. Мальты, асфальты иасфальтиты полностью растворяются в органических растворителях. В отличие отних кериты (нефтяные угли) не плавятся и не растворяются в органическихрастворителях.

   Основными продуктами изменения нефтей с парафиновымоснованием являются озокериты. Это – воскообразные вещества плотностью меньшеединицы. Они хорошо растворяются в бензине, бензоле, скипидаре и сероуглероде.Они легко воспламеняются и горят ярким коптящим пламенем. Озокерит – это смесьалканов от /> до />. Вторичные компонентыпредставлены маслами, смолами и асфальтенами.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТЕЙ

   Главнейшим свойством нефти, принесшим им мировую славуисключительных энергоносителей, является их способность выделять при сгораниизначительное количество теплоты. Нефть и ее производные обладают наивысшейсреди 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 колеблетсяот 50 до 550°С.

   Нефть, как и любая жидкость, при определеннойтемпературе закипает и переходит в газообразное состояние. Различные компонентынефти 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 используетсядля разделения нефти на температурные фракции. При нагревании нефти до180–200°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 входятуглеводороды, содержащие 6–10 атомов углерода. Керосиновая фракция состоит изуглеводородов с />, газойлевая – /> и т.д.

   Важным является свойство нефтей растворятьуглеводородные газы. В 1 м3 нефти может раствориться до 400 м3горючих газов. Большое значение имеет выяснение условий растворения нефти иприродных газов в воде. Нефтяные углеводороды растворяются в воде крайненезначительно. Нефти различаются по плотности. Плотность нефти, измеренной при20°С, отнесенной к плотности воды, измеренной при 4°С, называетсяотносительной. Нефти с относительной плотностью 0,85 называются легкими, сотносительной плотностью от 0,85 до 0,90 – средними, а с относительнойплотностью свыше 0,90 – тяжелыми. В тяжелых нефтях содержатся в основномциклические углеводороды. Цвет нефти зависит от ее плотности: светлые нефтиобладают меньшей плотностью, чем темные. А чем больше в нефти смол иасфальтенов, тем выше ее плотность. При добыче нефти важно знать ее вязкость.Различают динамическую и кинематическую вязкость. Динамической вязкостьюназывается внутреннее сопротивление отдельных частиц жидкости движению общегопотока. У легких нефтей вязкость меньше, чем у тяжелых. При добыче и дальнейшейтранспортировке тяжелые нефти подогревают. Кинематической вязкостью называетсяотношение динамической вязкости к плотности среды. Большое значение имеетзнание поверхностного натяжения нефти. При соприкосновении нефти и воды междуними возникает поверхность типа упругой мембраны. Капиллярные явления используютсяпри добыче нефти. Силы взаимодействия воды с горной породой больше, чем унефти. Поэтому вода способна вытеснить нефть из мелких трещин в более крупные.Для увеличения нефтеотдачи пластов используются специальныеповерхностно-активные вещества (ПАВ). Нефти имеют неодинаковые оптическиесвойства. Под действием ультрафиолетовых лучей нефть способна светиться. Приэтом легкие нефти светятся голубым светом, тяжелые – бурым и желто-бурым. Этоиспользуется при поиске нефти. Нефть является диэлектриком и имеет высокоеудельное сопротивление. На этом основаны электрометрические методы установленияв разрезе, вскрытом буровой скважиной, нефтеносных пластов.

ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ НЕФТЕЙ

   Существуют две теории происхождения нефти: биогенная иабиогенная. Сторонники первой – органики – считают, что нефть образовалась восадочном чехле земной коры в результате глубокого преобразования животных ирастительных организмов, живших миллионы лет назад. Другие – неорганики –доказывают, что нефть образовались в мантии земли неорганическим путем. Ответна этот вопрос даст ответ на другой вопрос: в каких конкретных точкахобразуется нефть?

ОРГАНИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ

   Органическая концепция начинает развиваться послесоздания работы М. В. Ломоносова о нефти. Он писал: «Увериться можем опроисхождении сих горючих подземных материй из растущих вещей их легкостью».Сторонники органической концепции также спорили о том, что явилось исходнымвеществом для нефти: растения или животные? Победилите, кто утверждал: и растения, и животные. Другим предметом спора было местозалегания нефти. Одни ученые считали, что нефть залегает там же, где иобразовалась, другие, что нефть образовалась в одном месте, а скопилась вдругом. Победила вторая точка зрения.

   Органическая концепция в своем развитии опирается нагеологические наблюдения. Так, 99,9% известных скоплений нефти приурочено косадочным толщам. Поэтому ученые считают, что нефть является продуктом процессаосадонакопления. Было установлено, что залежи нефти находятся в линзахпроницаемых пород, окруженных непроницаемыми породами.

   Интересными оказались результаты исследования осадочныхпород. 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 органическоевещество называется керогеном. Кероген сходен по составу с бурым углем. ОВсостоит 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. Внастоящее время можно считать доказанной возможность образования углеводородовиз липоидов, белков и углеводов. Липоиды по своему химическому составу стоятближе всего к соединениям, входящим в состав нефти. Некоторые ученые полагают,что уже само механическое накопление углеводородов, попадающих из живоговещества в осадок, может привести к образованию нефти. На процесс происхождениянефти также влияют горные породы. Так, алюмосиликаты, из которых состоит глина,являются катализаторами  в процессе образования нефти. И именно в глинистыхпородах происходит преобразование рассеянного ОВ.

   С позиций современной органической позиции нефтьобразуется следующим образом.

   Моря и озера населены планктоном. После его отмиранияостатки растений и животных организмов падают на дно, образуя толстый слой ила.После этого начинается биохимическая стадия образования нефти. Микроорганизмыпри ограниченном доступе кислорода перерабатывают белки, углеводы и т.д. Приютом образуются метан, углекислый газ, вода и немного углеводородов. Даннаястадия происходит в нескольких метрах от дна моря. Затем осадок уплотняется:происходит диагенез. Начинаются химические реакции между веществами поддействием температуры и давления. Сложные вещества разлагаются на болеепростые. Биохимические процессы затухают. С увеличением глубины растетсодержание рассеянной нефти. Так, на глубине до 1,5 км идет газообразование, наинтервале 1,5–8,5 км идет образование жидких углеводородов – микронефти – притемпературе от 60 до 160°С. А на больших глубинах при температуре 150 –200°Собразуется метан. По мере уплотнения илов микронефть выжимается в вышележащиепесчаники. Это процесс первичной миграции. Затем под влиянием различных силмикронефть перемещается вверх по наклону. Это вторичная миграция, котораяявляется периодом формирования самого месторождения.

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ

   Существует несколько вариантов концепциинеорганического происхождения нефти.

   Наиболее последовательной является минеральная(карбидная) гипотеза Менделеева. Менделеев доказывает, что при образованиинефти главным остатком разложения является  уголь, а в Пенсильвании и Канаденефть встречается в девонских и силурийских пластах, угля не заключающих. Изживотного жира нефть также не могла произойти, так как они бы дали многоазотистых соединений, которых мало в нефти. Причем запасы нефти огромны, и дляих образования потребовалось бы много жиров. Менделеев полагает, что вода,проникая глубоко в землю и встречая там углеродистое железо, реагирует с ним идает окислы и углеводороды (пары нефти). Они поднимались до холодных слоев идавали нефть и, если не было бы препятствий, поднимались бы на поверхность.Сторонники органической концепции признают, что  Менделеевым «впервые серьезнои научно был поставлен вопрос о генезисе нефти».

   В 1950 г. профессор Кудрявцев выдвинул магматическуюгипотезу образования нефти. Кудрявцев считает, что в мантии Земли при высокойтемпературе образуются углеводородные радикалы СН, СН2 и СН3.Вследствие перепада давления они перемещаются ближе к земной поверхности. Врезультате понижения температуры радикалы реагируют между собой и с водородом,образуя большое количество простых и сложных углеводородов. К ним примешиваютсяуглеводороды, полученные из окиси углерода и водорода. Дальнейшее движениеуглеводородов, обусловленное огромным перепадом давлений и разностью давленийнефти и воды, происходит по заполненным водой трещинам и приводит их наповерхность или в ловушки (часть природного резервуара, в которой можетустановиться равновесие между газом, нефтью и водой).

   Существует и космическая гипотеза неорганическогопроисхождения нефти. Согласно данной гипотезе, Земля при остывании и формированииее как планеты захватила водород из первичной газовой материи. Этот водород,перемещаясь по глубинным разломам на поверхность, вступает в реакцию суглеродом жидкой магмы и образует нефтяные углеводороды.

   Неорганическая концепция, так же как и органическая,опирается на наблюдения. Так, известно около 30 залежей нефти, приуроченных кизверженным и метаморфическим породам. Подсчитано, что ежегодно вулканывыбрасывают около 3,3´105т углеводородов.

   Для доказательства карбидной теории на чугундействовали соляной и серной кислотами, и был получен водород и смесьуглеводородов, имеющих запах нефти.

*         *         *

   В настоящее время господствующей является органическаяконцепция. Она отличается большей стройностью,зрелостью и завершенностью суждений. В рамках неорганической концепциисуществует несколько гипотез, подчас взаимоисключающих друг друга.

ПЕРЕРАБОТКА НЕФТИ

   Нефть, получаемая непосредственно из скважин,называется сырой. В различных отраслях народного хозяйства применяются каксырая нефть, так и различные продукты, получаемые из нее в результатепереработки.

   В настоящее время из нефти путем сложноймногоступенчатой переработки извлекается много составных частей.

   В процессе первичной переработки из нефти удаляют пластовуюводу и неорганические вещества. Перед перегонкой в ректификационной колонненефть нагревают до 350°С, перед этим отогнав из нефти летучие углеводороды.Первыми переходят в парообразное состояние  и отгоняются углеводороды снебольшим количеством атомов углерода. С повышением температуры смесиперегоняются углеводороды с более высокой температурой кипения. При такойперегонке получают следующие фракции (смесь жидкостей с близкими температурамикипения, полученная в результате первичной перегонки)/> .

1.    Газолиноваяфракция, собираемая от 40 до 200°С, содержит углеводороды от /> до />; при дальнейшей перегонкеполучают газолин, бензин и т.д.

2.    Лигроиноваяфракция, собираемая в пределах от 150 до 250°С, содержит углеводороды от /> до />; лигроин применяется какгорючее для тракторов.

3.    Керосиноваяфракция, собираемая от 180 до 300°С, содержит углеводороды от /> до />; керосин после очистки используетсякак горючее для тракторов, реактивных самолетов и ракет.

4.    Газойлеваяфракция, собираемая свыше 275°С; газойль – дизельное топливо – используется вдизельных двигателях.

5.    Остатокпосле 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 иасфальт (битум). Смазочные масла – смесь нелетучих жидкостей, полученных приперегонке мазута в вакууме. Парафиновый воск – мягкое твердое вещество, котороеотделяют 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 выходбензина (не более 20%). Его выход можно увеличить с помощью крекинга ириформинга. Крекинг – это реакция, при которой разрываются длинные цепи алканови образуются более легкие алканы и алкены. Риформингом называется процессоблагораживания бензина, в котором бензин получается из легких фракций путемразрыва прямой цепи молекул алканов и преобразования их в молекулы сразветвленными цепями. Крекинг проводится при высокой температуре (термическийкрекинг) или в присутствии катализатора (каталитический крекинг). Бензин,полученный с помощью каталитического крекинга, обладает большей детонационнойстойкостью, потому что в нем содержится большое количество разветвленныхуглеводородов. Такой бензин более устойчив при хранении. Качество бензинаопределяется по его октановому числу. Оно изменяется от 0 до 100 иувеличивается при использовании антидетонаторов, например, тетраэтилсвинец />.

   При температуре 700°С и выше происходит пиролиз нефти –разложение органических веществ без доступа воздуха. Главными продуктамипиролиза 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, твердоетопливо (нефтяной кокс), смазочные и специальные масла, парафины и церезины,битумы, ароматические соединения, сажа, ацетилен, этилен, нефтяные кислоты и ихсоли, высшие спирты и т.д.

   Наибольшее применение продукты переработки нефтинаходят в топливно-энергетической отрасли. Например, мазут обладает почти вполтора раза более высокой теплотой сгорания по сравнению с лучшими углями. Онзанимает мало места при сгорании и не дает твердых остатков при горении. Заменатвердых видов топлива мазутом на ТЭС, заводах и на железнодорожном и водномтранспорте дает огромную экономию средств, способствует быстрому развитиюосновных отраслей промышленности и транспорта.

   Энергетическое направление в использовании нефти до сихпор остается главным во всем мире. Доля нефти в мировом энергобалансесоставляет более 46%.

   Однако в последние годы продукты переработки нефти всешире используются как сырье для химической промышленности. Около 8% добываемойнефти потребляются в качестве сырья для современной химии. Например, этиловыйспирт применяется примерно в 150 отраслях производства. В химическойпромышленности применяются формальдегид (HCHO),пластмассы, синтетические волокна, синтетический каучук, аммиак, этиловый спирти т.д.

   Продукты переработки нефти применяются и в сельскомхозяйстве. Здесь используются стимуляторы роста, протравители семян,ядохимикаты, азотные удобрения, мочевина, пленки для парников и т.д. Вмашиностроении и металлургии применяются универсальные клеи, детали и частиаппаратов из пластмасс, смазочные масла и др. Широкое применение нашел нефтянойкокс, как анодная масса при электровыплавке. Прессованная сажа идет наогнестойкие обкладки в печах. В пищевой промышленности применяютсяполиэтиленовые упаковки, пищевые кислоты, консервирующие средства, парафин,производятся белково-витаминные концентраты, исходным сырьем для которых служатметиловый и этиловый спирты и метан. В фармацевтической и парфюрмернойпромышленности из производных переработки нефти изготовляют нашатырный спирт,хлороформ, формалин, аспирин, вазелин и др. Производные нефтесинтеза находятширокое применение и в деревообрабатывающей, текстильной, кожевенно-обувной и строительнойпромышленности.

   Химизация нефти позволила сократить расходы пищевыхпродуктов на технические цели.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

   Нефть (и  газ) останутся в ближайшем будущем основойобеспечения энергией народного хозяйства и сырьем нефтегазохимической промышленности.Здесь будет многое зависеть от успехов в области поисков, разведки и разработкинефтяных (и газовых) месторождений. Но ресурсы  нефти (и газа) в природеограничены. Бурное наращивание в течение последних десятилетий их добычипривело к относительному истощению наиболее крупных и благоприятнорасположенных месторождений.

   В проблеме рационального использования нефти (и газа)большое значение имеет повышение коэффициента их полезного использования. Одноиз основных направлений здесь предполагает углубление уровня переработки нефтив целях обеспечения потребности страны в светлых нефтепродуктах инефтехимическом сырье. Другим эффективным направлением является снижениеудельного расхода топлива на производство тепловой и электрической энергии, а такжеповсеместное снижение удельного расхода электрической и тепловой энергии вовсех звеньях народного хозяйства.

Использованная литература:

1)    Судо М. М. Нефть и горючие газы всовременном мире. – М.: Недра, 1984.

2)    Химия. Школьный иллюстрированныйсправочник. – М.: Росмэн, 1995.

3)  Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Органическая химия: учебникдля 10 кл. сред. шк. – М.: Просвещение, 1991.

/>

www.ronl.ru

Реферат - Нефть - Химия

Реферат на тему

“Нефть”.

Нефть -масляная горючая жидкость обычно темного цвета со своеобразным запахом ; она немного легче воды и в ней не растворяется.

То что нефть в основном состоит из углеводородов можно легко подтвердить на следующем опыте. Поставим пробирку с нефтью на огонь предварительно прикрепив к ней трубку с отверстиями для входа и выхода газа. К концу трубки закрепим еще одну пробирку. Нагрев пробирку с нефтью можно заметить что перегоняется она не при определенной температуре, как индивидуальные вещества, а в широком интервале температур. Сначала при умеренном нагревании перегоняются преимущественно вещества с большей молекулярной массой. Состав нефти неоднороден. Обычно все они содержат 3 вида углеводородов : парафины(обычно нормального строения), циклопарафины (нафтены) и ароматические, хотя соотношения этих углеводородов бывают разные. Например нефть Мангышлака богата предельными углеводородами, в районе Баку -циклопарафинами, с острова Борнео богата ароматическими углеводородами.

Все нефти при простой перегонке разделяются на фракции :

1) Газовая фракция ( t кипения до 40 ° C ) содержит нормальные и разветвленные алканы до C 5 .

2) Бензин (газолин) ( t ° кипения 40-180 ° C) содержит до 20% от общего состава. Углеводороды- C 6 -C 10 .

3) Керосин ( t ° кипения 180-230 ° C) -содержит углеводороды C 11 -С 12 В основном используется в качестве топлива.

4) Легкий газойль( t ° 230-305 ° C ) -легкое дизельное топливо, в состав входят C 13 -C 17 . Используют как дизельное топливо.

5) Тяжелый газойль и легкий дистиллят. ( t ° кипения 305-405 ° С). С 18 -С 25 .

6) Смазочные масла( t ° кипения 405-515 ° C) . Содержат углеводороды C 26 -C 38 , Из которых наиболее известен вазелин.

7) Остаток после перегонки называют асфальтом или гудроном.

Помимо углеводородов нефть содержит около 10% сернистых, азотистых, и кислородсодержащих соединений.

Самое распространенное топливо на сегодняшний день -Бензин. Он применяется в качестве горючего для автомашин и самолетов с поршневыми двигателями. Он используется также как растворитель масел, каучука, для очистки тканей и т.д.

Лигроин является горючим для тракторов.

Керосин -горючее для тракторов, реактивных самолетов и ракет.

Газойль используется в качестве горючего для дизелей.

После отгонки из нефти светлых продуктов остается вязкая черная жидкость -мазут. Из него путем дополнительной перегонки получают смазочные масла : автотракторные, авиационные, дизельные и др. Кроме переработки на смазочные масла мазут подвергается химической переработки на бензин, а также используется как жидкое топливо в котельных установках. Из некоторых сортов нефти выделяют смесь твердых углеводородов -парафин ; смешивая твердые и жидкие углеводороды получают вазелин.

Одной из самых важных характеристик бензина является детонация. Детонация -это взрывное сгорание бензина. Наименьшей стойкостью к детонации обладают парафины нормального строения. Углеводороды разветвленные, а также непредельные и ароматические более устойчивы к детонации ; они допускают более сильное сжатие горючей смеси и, следовательно, позволяют конструировать более мощные двигатели.

Для количественной характеристики детонационной стойкости бензинов выработана октановая школа. Каждый углеводород и каждый сорт бензина характеризуется определенным октановым числом. Октановое число изооктана (2,2,4 -триметилпентана), обладающего высокой детонационной стойкостью принято за 100. Октановое число н -гептан, чрезвычайно легко детонирующего, принято за 0. Если говорят, что бензин имеет октановое число 76, то это значит, что он допускает такое же сжатие в цилиндре без детонации, как смесь из 76% изооктана и 24% гептана.

Бензины извлекаемые из нефти, имеют сравнительно низкие октановые числа. Применяя специальные способы переработки получают бензины с более высокими октановыми числами.

www.ronl.ru

Курсовая работа - Нефть - Химия

НА ТЕМУ: «Нефть»

Выполнил:Дорошенко Андрей 10 «б»

Руководитель:Михайлова Л.И.

2003 г.

План:

1.<span Times New Roman"">                

2.<span Times New Roman"">                

2.1<span Times New Roman"">             

2.2<span Times New Roman"">             

 Вопросы об исходном веществе, из которогообразовалась нефть, о процессах нефтеобразования и формирования нефти вконцентрированную залежь, а отдельных залежей в месторождения до сего времениещё не являются окончательно решёнными. Существует ряд мнений как об исходныхдля нефти веществах, так и о причинах и процессах, обусловливающих еёобразование. В последние годы благодаря трудам главным образом советскихгеологов, химиков, биологов, физиков и исследователей других специальностей  удалось выяснить основные закономерности впроцессах нефтеобразования. В настоящее время установили, чтонефть органическогопроисхождения, т.е. она, как и уголь, возникла в результате преобразованияорганических веществ.

 Ранее выдвигались и другие теории образованиянефти.

 В конце XIX в., когда в астрономии ифизике получило развитие применение спектральных методов исследования и вспектрах различных космических тел были обнаружены не только углерод и водород,но и углеводороды, русский геолог Н. А. Соколов выдвинул космическую гипотезуобразования нефти. Он предполагал, что когда земля была в огненно-жидкомсостоянии, то углеводороды из газовой оболочки проникли в массу земного шара, а впоследствии при остываниивыделились на его поверхности. Эта гипотеза не объясняет ни географического, нигеологического распределения нефтяных месторождений…

 В конце XIXв. Д. И. Менделеевым,обратившим внимание на приуроченность известных тогда месторождений нефти ккраевым частям гор, была выдвинута теория неорганического происхождения нефти.Предполагалось, что углеводороды, образующиеся при действии воды на раскалённыекарбиды металлов, проходили по  трещинамиз глубоких слоёв в зону осадочной оболочки земного шара, где путём их конденсациии гидрогенизации образовались нефтяные месторождения.

 Эта теория образования нефти не получилапризнания среди геологов и химиков. Трудно представить себе образование нефтипутём действия на карбиды металлов воды океанов, просочившейся в глубину землипо  трещинам земной коры, так как эти трещиныне могут идти так глубоко.

 Кроме того, наличие в земной коре большихзалежей карбидов железа, до которых может проникнуть вода океанов, оченьсомнительно.

 Количество металлического железа (а не егоокислов), которое может попасть из очень глубоких зон на поверхность твёрдойкоры, ничтожно. Окислы железа содержать карбиды металлов не могут. Вероятностьже наличия карбидов металлов в самом металлическом железе также крайненезначительна.

 Все приведённые выше соображения говорят отом, что в наружной оболочке космического типа при наличии окислительнойобстановки не приходится ожидать образования и сохранения карбидов железа идругих металлов в сколько-нибудь значительных количествах…

 М. В. Ломоносов первый указал на связь междугорючими полезными ископаемыми — углём и нефтью и выдвинул впервые в мире всередине XVIIIв. гипотезу о происхождении нефти из растительныхостатков.

 Академик В. И. Вернадский обратил внимание наналичие в нефти азотистых соединений, встречающихся в органическом мире.

 Предшественники академика И. М. Губкина,русские геологи Андрусов и Михайловский также считали, что на Кавказе нефтьобразовалась из органического материала. По мнению И. М. Губкина, родина нефти находится в области древнихмелководных морей, лагун и заливов. Он считал, что уголь и нефть – члены одногои того же генетического ряда горючих ископаемых.

 Уголь образуется в болотах и пресноводныхводоёмах, как правило, из высших растений. Нефть получается главным образом изнизших растений и животных, но в других условиях.

 Нефть постепенно образовывалась в толщеразличных по  возрасту осадочных пород,начиная от наиболее древних осадочных пород – кембрийских, возникших 600 млн.лет назад, до сравнительно молодых – третичных слоёв, сложившихся 50 млн. летназад.

 Накопление органическогоматериала для будущего образования нефти происходило в прибрежной полосе, взоне борьбы между сушей и морем…

 По вопросу об исходном материале существовали разные мнения. Некоторыеучёные полагали, что нефть возникла из жиров погибших животных (рыбы, планктони др.), другие считали, что главную роль играли белки, третьи придавали большоезначение углеводам. Теперь доказано, что нефть может образоваться из жиров,белков и углеводов, т.е. из всей суммы органических веществ.

 И. М. Губкин дал критическийанализ проблемы происхождения нефти и разделил органические теории на тригруппы: теории, где преобладающая роль в образовании нефти отводится погибшимживотным; теории, где преобладающая роль отводится погибшим растениям, и,наконец, теории смешанного животно-растительного происхождения нефти.

 Последняя теория, детально разработанная И. М.Губкиным, носит название сапропелитовой от слова “сапропель”–глинистый ил – и является господствующей. В природе широко распространеныразличные виды сапропелитов.

Различиев исходном органическом веществе является одной из причин существующегоразнообразия нефтей. Другими причинами являются различие температурных условийвмещающих пород, присутствие катализаторов и др., а также последующие преобразованияпород, в которых заключена нефть…

 В СССР были проведены исследования, врезультате которых удалось установить роль микроорганизмов в образовании нефти.Т. Л. Гинзбург-Карагичева, открывшая присутствие в нефти разнообразнейшихмикроорганизмов, привела в своих исследованиях много новых, интересныхсведений.

 Она установила, что в нефтях, ранеесчитавшихся ядом для бактерий, на больших глубинах идёт кипучая жизнь, непрекращавшаяся миллионы лет подряд.

 Целый ряд бактерий живёт в нефти и питаетсяею, меняя, таким образом, химический состав нефти. Академик И. М. Губкин всвоей теории нефтеобразования придавал этому открытию большое значение.Гинзбург-Карагичевой установлено, что бактерии нефтяных пластов превращаютразличные органические продукты вбитуминозные.

 Под действием ряда бактерий происходитразложение органических веществ и выделяется водород, необходимый дляпревращения органического материала в нефть…

 Академиком Н. Д. Зелинским, профессором В. А.Соколовым и рядом других исследователей большое значение в процессенефтеобразования придавалось радиоактивным элементам. Действительно, доказано,что органические вещества под действием альфа-лучей распадаются быстрее и приэтом образуются метан и ряд нефтяных углеводородов.

 Академик Н. Д. Зелинский и его ученикиустановили, что большую роль в процессе нефтеобразования играют катализаторы.

 В более поздних работах академик Зелинскийдоказал, что входящие в состав животных и растительных остатков пальмитовая,стеариновая и другие кислоты при воздействии хлористогоалюминия в условияхсравнительно невысоких температур (150-400о) образуют продукты,по  химическому составу, физическимсвойствам и внешнему виду похожие на нефть. Профессор А. В. Фрост установил,что вместо хлористого алюминия – катализатора, отсутствующего в природе, — егороль в процессе нефтеобразования играют обыкновенные глины, глинистыеизвестняки и другие породы, содержащие глинистыеминералы.

                     Переработка нефти

                           Перегонка нефти

 Как только вода в чайникезакипит, из чайника со свистом начнёт вылетать пар. Если теперь подставитьчайник к окну, то пар тотчас же начнёт конденсироваться на стекле и со стекластанут падать капли дистиллированной, или перегнанной воды. Перегонка нефтиоснована на том же принципе – сначала нефть испаряется, а затем пары еёконденсируют с разделением на погоны – бензиновые, керосиновые и т.д.

 Секрет получения светлых продуктов из чёрнойнефти человек разгадал очень давно. Ещё при Петре Первом пользовались очищеннойнефтью.

 Первый завод для очисткинефти был построен в России на Ухтинском нефтяном промысле. Это было в 1745г.,в период царствования Елизаветы Петровны. В Петербурге и в Москве тогда дляосвещения пользовались свечами, а в малых городах и деревнях – лучинами. Но ужеи тогда во многих церквях горели “неугасимые”лампады.В лампады наливалось гарное масло, которое было не чем иным, как смесьюочищенной нефти с растительным маслом.

 Купец Набатов был единственным поставщикомочищенной нефти для соборов и монастырей.

 В конце XVIIIстолетия была изобретеналампа.

 С появлением ламп увеличился спрос на керосин.

 Когда братья Дубины построили в Моздокенефтеперегонный завод, свой керосин, называющийся тогда фотогеном, ониотправляли в Россию.

 И первый, и второй, и все последующиенефтеперегонные заводы получали бензин, керосин и другие продукты выпариваниемнефти.

 Завод Дубининых был очень прост. Котёл впечке, из котла идёт труба через бочку с водой в пустую бочку. Бочка с водой –холодильник, пустая бочка – приёмник для керосина.

 На современном заводе вместо котла устраиваетсяложная трубчатая печь. Вместо трубки для конденсации и разделения паровсооружаются огромные ректификационные колонны. Адля приёма продуктов перегонки выстраиваются целые городки резервуаров.

 Нефть состоит из смеси различных веществ(главным образом углеводородов) и потому не имеет определённой точки кипения.На трубчатках нефть подогревают до 300-325о. При такой температуреболее летучие вещества нефти превращаются в пар.

 Печи на нефтеперегонных заводах особые. С видуони похожи на дома без окон. Выкладываются печи из лучшегоогнеупорного кирпича.Внутри, вдоль и поперёк, тянутся трубы. Длина труб в печах достигает километра.

 Когда завод работает, по  этим трубам с большой скоростью – до двухметров в секунду – движется нефть. В это время из мощной форсунки в печьустремляется пламя. Длина языков пламени достигает нескольких метров.

 При температуре 300-325о нефтьперегоняется не полностью. Если температуру перегонки увеличить, углеводородыначинают разлагаться.

 Нефтяники нашли способ перегонки нефти безразложения углеводородов.

 Вода кипит при 100о тогда, когдадавление равно атмосфере, или 760 мм. рт. ст. Но она может кипеть, например, ипри 60о. Для этого надо лишь понизить давление. При давлении в 150мм термометр покажет всего 60о.

 Чем меньше давление, тем скорее закипает вода.То же самое происходит с нефтью. Многие углеводороды в условиях атмосферногодавления кипят только при 500о. Следовательно, при325о этиуглеводороды не кипят.

 А если снизить давление, то они закипят и приболее низкой температуре.

 На этом законе основана перегонка в вакууме,т. е. при пониженном давлении. На современных заводах нефть перегоняется илипод атмосферным давлением, или под вакуумом, чаще всего заводы состоят из двухчастей – атмосферной и вакуумной. Такие заводы так и называютсяатмосферно-вакуумные. На этих заводах получаются одновременно все продукты:бензин, лигроин, керосин, газойль, смазочные масла и нефтяной битум.Неиспарившихся частей при такой перегонки остаётся гораздо меньше, чем приатмосферной.

 Дружнее происходит испарение нефти, когда вустановку вводитсяпар.

 Сложна и интересна работа ректификационной колонны.В этой колонне происходит не только разделение веществ по  их температурам кипения, но одновременнопроизводится дополнительное многократное кипячение конденсирующейся жидкости.

 Колонны делаются очень высокими – до 40 м.Внутри они разделяются горизонтальными перегородками – тарелками – сотверстиями. Над отверстиями устанавливаются колпачки.

 Смесь углеводородных паров из печи поступает внижнюю часть колонны.

 Навстречу неиспарившемуся остатку нефти снизуколонны подаётся перегретый пар. Этот пар прогревает неиспарившийся остаток иувлекает с собой все лёгкие углеводороды вверх колонны. В нижнюю часть колонныстекает освобождённый от лёгких углеводородов тяжёлый остаток – мазут, а парыодолевают тарелку за тарелкой, стремясь к верху колонны.

 Сначала превращаются в жидкость пары с высокимитемпературами кипения. Это будет соляровая фракция, которая кипит притемпературе выше 300о. Жидкий соляр заливает тарелку до отверстий.Парам, идущим из печи, теперь приходится пробулькивать через слой соляра.

 Температура паров выше температуры соляра, исоляр снова кипит.

  Углеводороды, кипящие при температуре ниже300о, отрываются от него и летят вверх колонны, на секциюкеросиновых тарелок.

 В соляре, выходящем из колонны, поэтому нетбензина иликеросина.

 В колоннах бывает 30-40 тарелок, разделённыхна секции. Через все тарелки проходят пары, на каждой они пробулькивают черезслой сконденсировавшихся паров и в промежутках между ними встречают падающие сверхней тарелки капли лишнего, не убравшегося на верхнюю тарелку конденсата.

 В колонне непрерывно  идёт сложная, кропотливая работа.Углеводороды собираются в секциях по температурам кипения. Для каждой группы углеводородов в колонне имеютсясвои секции и свой выход.

 Углеводороды сгруппируются в своей секциитолько тогда, когда в них не будет углеводородов других температур кипения.

Когдаони соберутся вместе, они из колонны выходят в холодильник, а из холодильника –в приёмник.

Изсамых верхних секций колонны идёт не бензин, а пары бензина, так кактемпература вверху колонны выше температуры легко кипящих частей бензина. Парыбензина идут сначала в конденсатор.

 Здесь они превращаются в бензин, которыйнаправляется также в холодильник, а затем в приёмник.

                                        Крекинг

 Крекинг изобрёл русский инженер Шухов в 1891 г. В1913 г. изобретение Шухова начали применять в Америке. В настоящее время в США65% всех бензинов получается на крекинг-заводах.

 Наши нефтяники часто рассказывают о судебнойтяжбе двух американских фирм.

 Около двадцати пяти лет назад американскаяфирма Кросса обратилась в суд с жалобой на то, что фирма Даббса присвоила еёизобретение – крекинг. Фирма Кросса требовала с фирмы Даббса большую суммуденег за “незаконное”использование изобретения.

 Суд встал на сторону Кросса. Даббсуприходилось совсем плохо.

 Выручил Даббса адвокат. На суде адвокатзаявил:

-<span Times New Roman"">         

Шуховтогда был жив. Приехали к нему в Москву американцы и спрашивают:

-<span Times New Roman"">         

Шуховвынул из стола документы и предъявил американцам. Из документов было ясно, чтоШухов свой крекинг запатентовал за тридцать лет до тяжбы Кросса с Даббсом.

 Аппаратура крекинг-заводов в основном та же,что и заводов для перегонки нефти. Это – печи, колонны. Но режим переработкидругой. Другое и сырё.

 Слово “крекинг”означает расщепление. На крекинг-заводах углеводороды не перегоняются, арасщепляются. Процесс ведётся при более высоких температурах (до 600о),часто при повышенном давлении.

 При таких температурах крупные молекулыуглеводородов раздробляются на более мелкие.

 Мазут густ и тяжёл, его удельный вес близок кединице. Это потому, что он состоит из сложных и крупных молекул углеводородов.

 Когда мазут подвергается крекингу, часть составляющих его углеводородовраздробляется на более мелкие. А из мелких углеводородов как раз и составляютсялёгкие нефтяные продукты — бензин, керосин.

 Мазут – остаток первичной перегонки. Накрекинг-заводе он снова подвергается переработке, и из него, так же как изнефти на заводе первичной перегонки, получают бензин, лигроин керосин.

 При первичной перегонки нефть подвергаетсятолько физическим изменениям. От неё отгоняются лёгкие фракции, т. е.отбираются части её, кипящие при низких температурах и состоящие из разных по  величине углеводородов. Сами углеводородыостаются при этом неизменёнными.

 При крекинге нефть подвергается химическимизменениям. Меняется строение углеводородов. В аппаратах крекинг-заводовпроисходят сложные химические реакции. Эти реакции усиливаются, когда ваппаратуру вводят катализаторы.

 Одним из таких катализаторов являетсяспециально обработанная глина. Эта глина в мелком раздробленном состоянии – ввиде пыли – вводится в аппаратуру завода. Углеводороды, находящиеся впарообразном и газообразном состоянии, соединяются с пылинками глины и раздробляютсяна их поверхности. Такой крекинг называется крекингом с пылевиднымкатализатором. 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 достижениенефтепереработки.

 На крекинг-установках всех систем получаютбензин, лигроин, керосин, соляр и мазут.

 Главное внимание уделяют бензину. Его стараютсяполучить больше и обязательно лучшего качества. Каталитический крекинг появилсяименно в результате долголетней, упорной борьбы нефтяников за повышениекачества бензина.

Списокиспользуемой литературы: “Книга для чтения по  химии (часть вторая)”Авторы: К. Я. Парменов, Л. М. Сморгонский, Л. А. Цветков.       

www.ronl.ru

Реферат - Нефть в современном мире

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. Асфальты представляют 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 асфальтиты полностью 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 в мантии 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 3,3?105 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). 1. Газолиновая фракция, собираемая от 40 до 200°С, содержит углеводороды от до ; при дальнейшей перегонке получают газолин, бензин и т.д. 2. Лигроиновая фракция, собираемая в пределах от 150 до 250°С, содержит углеводороды от до ; лигроин применяется как горючее для тракторов. 3. Керосиновая фракция, собираемая от 180 до 300°С, содержит углеводороды от до ; керосин после очистки используется как горючее для тракторов, реактивных самолетов и ракет. 4. Газойлевая фракция, собираемая свыше 275°С; газойль – дизельное топливо – используется в дизельных двигателях. 5. 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: 1) Судо М. М. Нефть и горючие газы в современном мире. – М.: Недра, 1984. 2) 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.

10

7

www.ronl.ru

Реферат - Нефть и продукты её переработки

         Что же такое нефть? Теплотехник ответит, что этопрекрасное, высококалорийное топливо. Но химик возразит: нет! Нефть – этосложная смесь жидких углеводородов, в которых растворены газообразные и другиевещества. И чтобы перечислить все продукты, получаемые из нефти, нужно потратитьнесколько листов, так как их уже несколько тысяч.

         Еще Д.И. Менделеев заметил, что топить печь нефтью всеравно, что топить ее ассигнациями.

Нефть (от перс. neft) — горючаямаслянистая жидкость со специфическим запахом, распространенная в осадочнойоболочке Земли и являющаяся важнейшим полезным ископаемым.

Залежи нефти находятся в недрах Земли на разнойглубине, где нефть заполняет свободное пространство между некоторыми породами.Если она находится под давлением газов, то поднимается по скважине наповерхность Земли.

Цель нефтеразведки – выявление, геолого-экономическаяоценка и подготовка к разработке залежей нефти. Нефтеразведка производится с помощьюгеологических, геофизических, геохимических и буровых работ в рациональномсочетании и последовательности.

На первой стадии поискового этапа в бассейнах с неустановленной нефтегазоносностью либо для изучения слабо исследованныхтектонических зон или нижних структурных этажей в бассейнах с установленнойнефтегазоносностью проводятся региональные работы. Для этого осуществляютсяаэромагнитная, геологическая и гравиметрическая съемки, геохимическиеисследования вод и пород, профильное пересечение территории электро- и сейсморазведкой,бурение опорных и параметрических скважин. В результате устанавливаются районыдля дальнейших поисковых работ.

На второй стадии производится более детальное изучениенефтегазоносных зон путем детальной гравиразведки, структурно-геологической съемки,электро и сейсморазведки, структурного бурения.

Производится сравнение снимков масштабов 1:100.000 – 1:25.000. уточняетсяоценка прогнозов нефтегазоносности, а для структур с доказанной нефтегазоносностью,подсчитываются перспективные запасы.

На третьей стадии производится бурение поисковыхскважин с целью открытий месторождений. Первые поисковые скважины бурятся намаксимальную глубину. Обычно первым разведуется верхний этаж, а затем болееглубокие. В результате дается предварительная оценка запасов.

Разведывательный этап – завершающий вгеологоразведочном процессе. Основная цель – подготовка к разработке. Впроцессе разведки должны быть оконтурены залежи, определены литологическийсостав, мощность, нефтегазонасыщенность. По завершению разведочных работподсчитываются запасы и даются рекомендации о вводе месторождения в разработку.Эффективность поиска зависит от коэффициента открытий месторождений –отношением числа продуктивных площадей к общему числу разбуренных поисковымбурением площадей.

Добыча нефти

Почти вся добываемая в мире нефть, извлекаетсяпосредством буровых скважин, закрепленных стальными трубами высокого давления.Для подъема нефти и сопутствующих ей газа и воды на поверхность скважина имеетгерметичную систему подъемных труб, механизмов и арматуры, рассчитанную наработу с давлениями, соизмеримыми с пластовыми. Добыче нефти при помощи буровыхскважин предшествовали примитивные способы: сбор ее на поверхности водоемов,обработка песчаника или известняка, пропитанного нефтью, посредством колодцев.

         Сбор нефти споверхности водоемов – это, очевидно, первый по времени появления способдобычи, который до нашей эры применялся в Мидии, Вавилонии и Сирии. Сбор нефтив России, с поверхности реки Ухты начат Ф.С. Прядуновым в 1745 г.В 1858 на полуострове Челекен нефть собирали в канавах, по которым вода стекалаиз озера. В канаве делали запруду из досок с проходом воды в нижней части:нефть накапливалась на поверхности.

         Разработкапесчаника или известняка, пропитанного нефтью, и извлечение из него нефти,впервые описаны итальянским ученым

Ф. Ариосто в15 веке. Недалеко от Модены в Италии такие нефтесодержащие грунты измельчалисьи подогревались в котлах. Затем нефть выжимали в мешках при помощи пресса. В1833 –1845 г.г. нефть добывали из песка на берегу Азовского моря. Песок помещалив ямы с покатым дном и поливали водой. Вымытую из песка нефть собирали споверхности воды пучками травы.

         Добыча нефти изколодцев производилась в Киссии, древней области между Ассирией и Мидией в5 веке до нашей эры при помощи коромысла, к которому привязывалось кожаноеведро. Подробное описание колодезной добычи нефти в Баку дал немецкийнатуралист Э. Кемпфер. Глубина колодцев достигала 27 м, их стенкиобкладывались камнем или укреплялись деревом.

         Добыча нефти посредствомскважин начала широко применяться с 60-х г. 19 века. Вначале наряду соткрытыми фонтанами и сбором нефти в вырытые рядом со скважинами земляныеамбары добыча нефти осуществлялась также с помощью цилиндрических ведер склапаном в днище. Из механизированных способов эксплуатации впервые в 1865 вСША была внедрена глубоконасосная эксплуатация, которую в 1874 гприменили на нефтепромыслах в Грузии, в 1876 в Баку. В 1886 г В.Г. Шуховпредложил компрессорную добычу нефти, которая была испытана в Баку в 1897г.Более совершенный способ подъема нефти из скважины – газлифт – предложилв 1914 г М.М. Тихвинский.

         Процесс добычинефти, начиная от притока ее по пласту к забоям скважин и до внешней перекачкитоварной нефти с промысла, можно разделить условно на 3 этапа.

/>  Движениенефти по пласту к скважинам благодаря искусственно создаваемой разностидавлений в пласте и на забоях скважин.

/> Движениенефти от забоев скважин до их устьев на поверхности – эксплуатация нефтяныхскважин.

/> Сборнефти и сопровождающих ее газа и воды на поверхности, их разделение, удалениеминеральных солей из нефти, обработка пластовой воды, сбор попутного нефтяногогаза.

Под разработкой нефтяногоместорождения понимается осуществление процесса перемещения жидкостей и газа впластах к эксплуатационным скважинам. Управление процессом движения жидкостей игаза достигается размещением на месторождении нефтяных, нагнетательных иконтрольных скважин, количеством и порядком ввода их в эксплуатацию, режимомработы скважин и балансом пластовой энергии. Принятая для конкретной залежи системаразработки предопределяет технико-экономические показатели. Перед забуриваниемзалежи проводят проектирование системы разработки. На основании данных разведкии пробной эксплуатации устанавливают условия, при которых будет протекатьэксплуатация: ее геологическое строение, коллекторские свойства пород(пористость, проницаемость, степень неоднородности), физические свойстважидкостей в пласте (вязкость, плотность), насыщенность пород нефти водой игазом, пластовые давления. Базируясь на этих данных, производят экономическуюоценку системы, и выбирают оптимальную.

         При глубокомзалегании пластов для повышения нефтеотдачи в ряде случаев успешно применяетсянагнетание в пласт газа с высоким давлением.

         Извлечение нефти изскважин производится либо за счет естественного фонтанирования под действиемпластовой энергии, либо путем использования одного из несколькихмеханизированных способов подъема жидкости. Обычно в начальной стадииразработки действует фонтанная добыча, а по мере ослабления фонтанированияскважину переводят на механизированный способ: газлифтный или эрлифтный,глубинонасосный (с помощью штанговых, гидропоршневых и винтовых насосов).

         Газлифтный способвносит существенные дополнения в обычную технологическую схему промысла, таккак при нем необходима газлифтная компрессорная станция с газораспределителем игазосборными трубопроводами.

         Нефтяным промысломназывается технологический комплекс, состоящий из скважин, трубопроводов, иустановок различного назначения, с помощью которых на месторожденииосуществляют извлечение нефти из недр Земли.

         На месторождениях,разрабатываемых с помощью искусственного заводнения, сооружают системуводоснабжения с насосными станциями. Воду берут из естественных водоемов с помощьюводозаборных сооружений.

         В процессе добычинефти важное место занимает внутрипромысловый транспорт продукции скважин,осуществляемый по трубопроводам. Применяются 2 системы внутрипромысловоготранспорта: напорные и самотечные. При напорных системах достаточнособственного давления на устье скважин. При самотечных  движение происходит засчет превышения отметки устья скважины над пометкой группового сборного пункта.

         При разработкенефтяных месторождений, приуроченных к континентальным шельфам, создаютсяморские нефтепромыслы.

Физические свойства нефти

   Главнейшим свойствомнефти, принесшим им мировую славу исключительных энергоносителей, является ихспособность выделять при сгорании значительное количество теплоты. Нефть и еепроизводные обладают наивысшей среди всех видов топлив теплотой сгорания.Теплота сгорания нефти – 41 МДж/кг, бензина – 42 МДж/кг. Важным показателем длянефти является температура кипения, которая зависит от строения входящих всостав нефти углеводородов и колеблется от 50 до 550°С.

   Нефть, как и любаяжидкость, при определенной температуре закипает и переходит в газообразноесостояние. Различные компоненты нефти переходят в газообразное состояние приразличной 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 – притемпературе более 100°С.

   Различие температуркипения углеводородов используется для разделения нефти на температурныефракции. При нагревании нефти до 180–200°С выкипают углеводороды бензиновойфракции, при 200–250°С – лигроиновой, при 250–315°С – керосиново-газойлевой ипри 315–350°С – масляной. Остаток представлен гудроном. В состав бензиновой илигроиновой фракций входят углеводороды, содержащие 6–10 атомов углерода. Керосиноваяфракция состоит из углеводородов с />,газойлевая – /> и т.д.

   Важным является свойствонефти растворять углеводородные газы. В 1 м3 нефти можетраствориться до 400 м3 горючих газов. Большое значение имеетвыяснение условий растворения нефти и природных газов в воде. Нефтяныеуглеводороды растворяются в воде крайне незначительно. Нефти различаются поплотности. Плотность нефти, измеренной при 20°С, отнесенной к плотности воды,измеренной при 4°С, называется относительной. Нефти с относительной плотностью0,85 называются легкими, с относительной плотностью от 0,85 до 0,90 – средними,а с относительной плотностью свыше 0,90 – тяжелыми. В тяжелых нефтях содержатсяв основном циклические углеводороды. Цвет нефти зависит от ее плотности:светлые нефти обладают меньшей плотностью, чем темные. А чем больше в нефтисмол и асфальтенов, тем выше ее плотность. При добыче нефти важно знать еевязкость. Различают динамическую и кинематическую вязкость. Динамической вязкостьюназывается внутреннее сопротивление отдельных частиц жидкости движению общего потока.У легких нефтей вязкость меньше, чем у тяжелых. При добыче и дальнейшей транспортировкетяжелые нефти подогревают. Кинематической вязкостью называется отношение динамическойвязкости к плотности среды. Большое значение имеет знание поверхностногонатяжения нефти. При соприкосновении нефти и воды между ними возникаетповерхность типа упругой мембраны. Капиллярные явления используются при добыченефти. Силы взаимодействия воды с горной породой больше, чем у нефти. Поэтомувода способна вытеснить нефть из мелких трещин в более крупные. Для увеличениянефтеотдачи пластов используются специальные поверхностно-активные вещества(ПАВ). Нефти имеют неодинаковые оптические свойства. Под действиемультрафиолетовых лучей нефть способна светиться. При этом легкие нефти светятсяголубым светом, тяжелые – бурым и желто-бурым. Это используется при поискенефти. Нефть является диэлектриком и имеет высокое удельное сопротивление. Наэтом основаны электрометрические методы установления в разрезе, вскрытомбуровой скважиной, нефтеносных пластов.

Химические элементы и соединения в нефти

   Нефтисостоят главным образом из углерода – 79,5 – 87,5 % и водорода – 11,0 – 14,5 %от массы нефти. Кроме них в нефти присутствуют еще три элемента – сера,кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5 – 8 %. Внезначительных концентрациях в нефти 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 неорганическиесоединения, из которых состоят нефти. Кислород и азот находятся в нефти тольков связанном состоянии. Сера может встречаться в свободном состоянии или входитьв состав сероводорода.

Продукты, получаемые из нефти, ихприменение

Из нефти выделяют разнообразные продукты, имеющиебольшое практическое значение. Вначале от нее отделяют растворенныеуглеводороды (преимущественно метан). После отгонки летучих углеводородов нефтьнагревают. Первыми переходят в газообразное состояние и отгоняются углеводородыс небольшим числом атомов углерода в молекуле, имеющие относительно низкуютемпературу кипения. С повышением температуры смеси перегоняются углеводороды сболее высокой температурой кипения. Таким образом можно собрать отдельные смеси(фракции) нефти. Чаще всего при такой перегонке получают три основные фракции,которые затем подвергаются дальнейшему разделению. Основные фракции нефтиследующие:

1.          Фракция, собираемая от 400до 2000С, — газолиноваяфракция бензинов – содержит углеводороды от С5Н12 доС11Н24. При дальнейшей перегонке выделенной фракцииполучают: газолин (от 400 до 700С), бензин (от700до 1200С) – авиационный, автомобильный и т.д.

2.          Лигроиновая фракция, собираемая в пределах от 1500до2500 С, содержит углеводороды от С8Н18 до С14Н30.Лигроин применяется как горючее для тракторов.

3.          Керосиновая фракция включает углеводороды от С12Н26до С18Н38 с температурой кипения от 1800до 3000С. керосин после очистки используется в качестве горючего длятракторов, реактивных самолетов и ракет.

4.          Газойль (выше 2750С) – дизельное топливо.

5.          Мазут – остаток от перегонки. Содержит углеводороды с большимчислом атомов углерода (до многих десятков) в молекуле. Мазут также разделяютна фракции:

a)   Соляровыемасла – дизельное топливо,

b)   Смазочныемасла (авиатракторные, авиационные, индустриальные и др.),

c)   Вазелин(основа для косметических средств и лекарств).

И др.

Из некоторых сортов нефти получают парафин(для производства спичек, свечей и др.). После отгонки остается гудрон.Его широко применяют в дорожном строительстве.

Применениенефти

/>

Список используемой литературы;

1)   Судо М. М. Нефть и горючие газы всовременном мире. – М. Недра, 1984.

2)   Химия. Школьный иллюстрированныйсправочник. – М.: Росмэн, 1995.

3)  “Книга для чтения по  химии (частьвторая)” Авторы: К. Я. Парменов,

Л. М. Сморгонский, Л. А.Цветков.       

                                 СОДЕРЖАНИЕ

 Нефть — жидкое топливо.

Ст.1

 Нахождение в природе.

Ст.1

 Разведка нефти.

Ст.1

 Добыча нефти.

Ст.2

 Физические свойства нефти.

Ст.4

 Химические элементы и соединения в нефти.

Ст.5

 Продукты получения из нефти, их применение

Ст.5

 Таблица «Применение нефти»

Ст.7

Реферат на тему:

/>

Ученик11-А класса

СОШ №12

ТарасовВадим

— Евпатория – 2002 г. -

www.ronl.ru

Начальная Windows Commander 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 Главная » Реферат » Реферат нефть по химии Реферат: Нефть в современном мире. Реферат нефть по химии Реферат Химия 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 1. 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 2 .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 3 .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 4. 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 5. Температура кипения различных видов топлива, получаемых из нефти. Рисунок 6. 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 7. 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 8. 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 9. 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 10. 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.

Смотрите также

• 
  Нефть реферат по химии
• 
  Реферат по анатомии кости
• 
  Реферат о гербе россии
• 
  Система образования сша реферат
• 
  Человек и религия реферат
• 
  Реферат на тему электроприборы
• 
  Повседневная жизнь европейцев реферат
• 
  Что такое реинжиниринг реферат
• 
  Реферат романтизм в литературе
• 
  Реферат понятие культуры речи
• 
  Реферат по психологии воля