Нафта: склад, походження, перегонка нафти, продукти перегонки. Крекінг нафти

2

Міністерство освіти, науки, молоді та спорту України

Кафедра природничих дисциплін

Реферат

з систем технологій

на тему:

«Нафта, склад, походження, перегонка нафти, продукти перегонки. Крекінг нафти»

Зміст

Вступ……………………………………………………………………3

Розділ 1. Загальна характеристика нафти. Її фізичні та хімічні властивості ……………………………………………………………………...4

Розділ 2. Переробка нафти та нафтопродукти ………………………….8

Розділ 3. Крекінг нафти…………………………………………………………13

Висновки…………………………………………………………………………14

Список використаної літератури……………………………………………….15
ВСТУП

Нафта – це пальна масляниста рідина зі специфічним запахом, розповсюджена в осадовій оболонці Землі і яка є найважливішою корисною копалиною. Найголовнішою властивістю нафти є її здатність виділяти при згорянні значну кількість тепла. Нафта і її похідні володіють найвищою серед усіх видів палив теплотою згоряння. Теплота згоряння нафти – 41 МДж/кг, бензину – 42 МДж/кг. 

Сира нафта звичайно не застосовується. Для одержання з нафти технічно цінних продуктів її піддають переробці. 

Первинна переробка нафти полягає в її перегонці. Перегонку здій­снюють на нафтопереробних заводах після відділення з нафти супутніх газів. У процесі перегонки нафти одержують світлі нафтопроду­кти: бензин, лігроїн, гас, газойль — солярове масло, а в залишку — в'язку чорну рідину — мазут. 

Нафтопродукти люди застосовують у всіх сферах життя, тому важливість нафти у повсякденному житті людини важко переоцінити.

Розділ 1. Загальна характеристика нафти. Її фізичні та хімічні властивості

Нафти є природними маслянистими горючими рідинами з своєрідним запахом і густиною частіше за все менше 1 х 103 кг/м3. Вони мають різну консистенцію – від легколетких до густих, малорухливих. Колір нафт у більшості випадків бурий і темно-коричневий (до чорного), рідше жовтий і зеленуватий і, зовсім рідко, зустрічається майже безбарвна, так звана «біла нафта». Хоча нафти різних родовищ значно відрізняються за хімічним складом і властивостями, проте елементний склад їх коливається в досить вузьких межах (%): С = 83-86, Н = 11 -14,0 = 0,2-1,3, N – 0,06-1,7, S = 0,01 -5,0.

Нафти є складними сумішами вуглеводнів і різноманітних кисневих, азотних і сірчистих сполук. В природі зустрічаються нафти, що містять більше гетероатомних органічних сполук, ніж власне вуглеводнів, і такі, що складаються майже виключно с вуглеводнів. З фізичної точки зору нафта розглядається як розчин газоподібних і твердих вуглеводнів в рідині. Природна нафта, що видобувається с надр землі, завжди містить деяку кількість розчинених в ній газів (попутні природні гази), головним чином метану і його гомологів. Як правило, одержувані при фракційній перегонці нафти дистиляти – бензинові, гасові, солярові, масляні і мазут – рідкі речовини. До твердих (при кімнатній температурі) нафтоскладових належать парафіни, церезини і гудрон.

Головне місце в груповому хімічному складі нафт належить вуглеводням – метановим, нафтеновим і ароматичним. Ця обставина використана при побудові хімічної класифікації нафт, основи якої розроблені в ГрозНДІ (Грозненський НДІ).

За переважанням (більше 75% по масі) якого-небудь одного з класів вуглеводнів розрізняють 3 основні класи нафт:

                    1) метанові (М),

                    2) нафтенові (Н),

                    3) ароматичні (А).

За хімічною природою і походженням нафта близька до природних горючих газів, озокериту, а також асфальту. Іноді вс тобіолітів — горючих мінералів біогенного походження, які включають також торф, буре і кам'яне вугілля, антрацит, сланці. Нафта утворюється разом з газоподібними вуглеводнями на глибині понад 1,2 — 2 км; залягає на глибинах від десятків метрів до 5 — 6 км. Однак на глибинах понад 4,5 — 5 км переважають газові і газоконденсатні поклади з незначною кількістю легких фракцій. Максимальне число покладів нафти розташовується на глибині 1 — 3 км. Поблизу земної поверхні нафта перетворюється в густу мальту, асфальт і інше наприклад, бітумінозні піски і бітуми.

Фізичні властивості

Середня молекулярна маса Н. 220—300 г/моль (рідко 450—470). Густина 0,65-1,05 (звичайно 0,82-0,95 г/см3); нафта, густина якої нижче 0,83, — легка, 0,831-0,860 — середня, вище за 0,860 — важка. Вона містить велике число різних органічних речовин і тому характеризується не температурою кипіння, а температурою початку кипіння рідких вуглеводнів (звичайно >28 °C, рідше > 100 °C — для важких нафт) і фракційним складом — виходом окремих фракцій, що переганяються спочатку при атмосферному тиску, а потім під вакуумом у певних температурних межах, як правило, до 450—500 °С (википає ~ 80 % об'єму проби), рідше 560—580 °С (90-95 %). Температура застигання від — 60 до + 30 °C; залежить переважно від вмісту в нафті парафіну і легких фракцій. В'язкість змінюється в широких межах (від 2 до 266 мм2/с для різних нафт), визначається фракційним складом нафти і її температурою, а також вмістом смолисто-асфальтенових речовин. Питома теплоємність 1,7-2,1кДж/(кг•К); діелектрична проникність 2,0-2,5; електрична провідність від 2•10−10 до 0,3•10-18 Ом−1•см−1.

Колір нафти змінюється від жовтого до чорного забарвлення з ростом її густини. Нафтові вуглеводні (бензин, лігроїн, гас і деякі висококиплячі продукти), як правило, безбарвні, якщо добре очищені. Однак найчастіше крекінг-бензини, гаси, висококиплячі продукти прямої перегонки нафти в залежності від ступеня очищення мають ясно-жовтий і жовтий колір.

Для більшості нафт і їхніх фракцій характерна флуоресценція: вони мають синюватий чи зеленуватий колір у відбитому світлі, що пов'язано з присутністю в них хризену, октилнафталіну й інших багатоядерних вуглеводнів ароматичного ряду.

Нафти і нафтові фракції з температурою кипіння понад 300оС володіють люмінесценцією – світінням, що виникає при їхньому опроміненні ультрафіолетовими променями. До люмогенних речовин входять нафтенові кислоти, поліциклічні ароматичні вуглеводні і смоли.

Хімічний склад і властивості нафти

Елементний склад (%): вуглець 80-88, водень 11,0-14,5, сірка 0,01-6 (рідко до 8), кисень 0,005-0,7(рідко до 1,2), азот 0,001-1,8. Основу технологічної класифікації нафти складають: вміст сірки (клас I — малосірчисті Н., що включають до 0,5 % S; клас II — сірчисті Н. з 0,5-2 % S; клас III — високосірчисті Н., що містять понад 2 % S).

Усього в нафті виявлено понад 50 хімічних елементів. Так, нарівні із згаданими в нафті присутні V (10−5 — 10−2%), Ni(10−4 — 10−3%), Cl (від слідів до 2•10−2%) і т. д.

Нафта являє собою суміш близько 1000 індивідуальних речовин, з яких велика частина — рідкі вуглеводні (понад 500 або звичайно 80-90 мас.%) і гетероатомні органічні сполуки (4-5 мас.%), переважно сірчисті (бл. 250), азотисті (понад 30) і кисневі (бл. 85), а також метал-органічні сполуки (в основному ванадієві і нікелеві); інші компоненти — розчинені вуглеводневі гази (C1-C4, від десятих часток до 4 %), вода (від слідів до 10 %), мінеральні солі (головним чином хлориди, 0,1-4000 мг/л і більше), розчини солей органічних кислот і ін., механічні домішки (частинки глини, піску, вапняку).

Вуглеводневий склад. У нафті представлені парафінові (30-35, рідше 40-50 об'ємних %) і нафтенові (25-75 %), ароматичні (10-20, рідше до 35 %) і змішаної (гібридної) будови — парафіно-нафтенові, нафтено-ароматичні тощо.

Груповий склад вуглеводнів нафти – кількісна характеристика складу нафти або її фракцій за класами вуглеводнів, що входять до них – метанових, нафтенових і ароматичних.

Поверхнево-активні речовини нафти - нафтенові кислоти, смоли, асфальтени і інші речовини, вміст яких у нафті зменшує її поверхневий натяг на межі з водою і сприяє утворенню абсорбційних шарів цих речовин на стінках порожнин.
Розділ 2. Переробка нафти та нафтопродукти

              Вибір напрямку переробки нафти й асортиментів одержуваних нафтопродуктів визначається фізико-хімічними властивостями нафти, рівнем технології нафтопереробного заводу й дійсною потребою господарств у товарних нафтопродуктах. Розрізняють три основних варіанти переробки нафти:

                    1) паливний;

                    2) паливно-мастильний;

                    3) нафтохімічний.

По паливному варіанті нафта переробляється в основному на моторні й котельні палива. Паливний варіант переробки відрізняється найменшим числом технологічних установок і низькими капіталовкладеннями. Розрізняють глибоку й неглибоку паливну переробку. При глибокій переробці нафти прагнуть одержати максимально можливий вихід високоякісних автомобільних бензинів, зимових і літніх дизельних палив і палив для реактивних двигунів літаків. Вихід котельного палива в цьому варіанті зводиться до мінімуму. Таким чином, передбачається такий набір процесів вторинної переробки, при якому з важких нафтових фракцій і залишку – гудрону одержують високоякісні легкі моторні палива. За цим варіантом застосовуються каталітичні процеси – каталітичний крекінг, каталітичний риформінг, гідрокрекінг і гідроочищення, а також термічні процеси, наприклад коксування. Переробка заводських газів у цьому випадку спрямована на збільшення виходу високоякісних бензинів. При неглибокій переробці нафти передбачається високий вихід котельного палива.

При паливно-мастильному варіанті переробки нафти поряд з паливами одержують мастила. Для виробництва мастил звичайно підбирають нафти з високим потенційним вмістом масляних фракцій. У цьому випадку для вироблення високоякісних масел потрібне мінімальна кількість технологічних установок. Масляні фракції (фракції, що википають вище 350°С), виділені з нафти, спочатку піддаються очищенню вибірковими (селективними) розчинниками: фенолом або фурфуролом, щоб видалити частину смолистих речовин і низькоіндексні вуглеводні, потім проводять депарафінізацію за допомогою сумішей метилетилкетону або ацетону з толуолом для зниження температури застивання масла. Закінчується обробка масляних фракцій доочищенням відбілюючими глинами. В останніх технологіях для одержання масел використовують процеси гідроочищення замість селективного очищення й обробки відбілюючими глинами. Таким чином одержують дистилятні масла (легкі й середні індустріальні, автотракторні й ін.). Залишкові масла (авіаційні, циліндрові) виділяють із гудрону шляхом його деасфальтизації рідким пропаном. При цьому утворюються деасфальти і асфальт. Деасфальт піддається подальшій обробці, а асфальт переробляють у бітум або кокс.

Нафтохімічний варіант переробки нафти в порівнянні з попередніми варіантами відрізняється більшим асортиментом нафтохімічної продукції й у зв'язку із цим найбільшим числом технологічних установок і високими капіталовкладеннями. Нафтопереробні заводи, будівництво яких проводилося в останні десятиліття, спрямовані на нафтохімічну переробку. Нафтохімічний варіант переробки нафти являє собою складне поєднання підприємств, на яких крім вироблення високоякісних моторних палив і масел не тільки проводиться підготовка сировини (олефінів, ароматичних, нормальних та ізопарафінів вуглеводнів і ін.) для важкого органічного синтезу, але й здійснюються складні фізико-хімічні процеси, пов'язані з багатотоннажним виробництвом азотних добрив, синтетичного каучуку, пластмас, синтетичних волокон, миючих речовин, жирних кислот, фенолу, ацетону, спиртів, ефірів і багатьох інших хімікалій. У цей час із нафти одержують тисячі продуктів. Основними групами є рідке паливо, газоподібне паливо, тверде паливо (нафтовий кокс), мастильні й спеціальні масла, парафіни й церезини, бітуми, ароматичні сполуки, сажа, ацетилен, етилен, нафтові кислоти і їхні солі, вищі спирти.

ПЕРЕГОНКА НАФТИ ПЕРВИННА– розділення нафти на фракції за температурою кипіння при первинній переробці нафти для наступної переробки або використання як товарної продукції. Здійснюється на атмосферних трубчастих і атмосферно-вакуумних трубчастих устаткованнях, які часто комплектуються з устаткуванням знесолення нафти і вторинної перегонки бензину.

Продукцією П.н.п. є:

1) вуглеводневий газ, який виводиться з установок у газоподібному і рідкому (“головка стабіліза-ції”) вигляді, скеровується для подальшої переробки на газофракціонуючих установках і використовується як паливо нафто-заводських печей;

2) бензинова фракція, яка википає в межах 50–180°С, використовується як компонент товарного автобензину, сировина устатковань каталітичного риформінгу і піролізу, піддається вторинній перегонці для отримання вузьких фракцій;

3) гасова фракція, яка википає в межах 120–315°С, використовується як паливо для реактивних і тракторних карбюраторних двигунів, для освітлювання, як сировина установок гідроочищення;

4) дизельна фракція (атмосферний газойль), яка википає в межах 180–360°С, використовується як паливо для дизельних двигунів і сировина установок гідроочищення;

5) мазут – залишок атмосферної перегонки, який википає вище 350°С, використовується як котельне паливо або сировина для установок гідроочищення і термічного крекінгу;

6) вакуумні дистиляти (вакуумні газойлі), які википають у межах 350 – 500°С, використовуються як сировина каталітичного крекінгу і гідрокрекінгу (на нафтопереробних заводах з оливною схемою переробки отримують декілька (2–3) вакуумних дистилятів);

7) гудрон – залишок атмосферно-вакуумної перегонки нафти, який википає при температурі вище 500°С, використовується як сировина установок термічного крекінгу, коксування, виробництва бітуму і олив.

ПЕРЕГОНКА НАФТОВИХ ФРАКЦІЙ ВТОРИННА– процес температурного розділення фракцій, отриманих при перегонці нафти первинній, на вужчі фракції (погони), кожна із яких використовується за своїм призначенням. На нафтопереробних заводах вторинній перегонці піддаються широка бензинова і дизельна фракція (на установках адсорбційного вилучення парафінів), оливні фракції і т.д.

При вторинній перегонці бензину продукцією є:

1) фракція 50–62°С – використовується як компонент автомобільного бензину, сировина для ізомеризації;

2) фракція 62–85°С – сировина для каталітичного риформінгу, на основі якої виробляють бензол;

3) фракція 85–105°С – сировина установок каталітичного риформінгу, на основі якої виробляють толуол;

4) фракція 105–140°С – сировина для каталітичного риформінгу, на основі якої виробляють ксилоли;

Найчастіше нафту переганяють на такі фракції: бензинову, що википає до 170-200оC; гасову, що википає при 175-270оC; газойлеву, що википає при 270-350оС і залишок-мазут.

При перегоні нафти одержують також газ прямої гонки, який представляє собою важку частину попутних газів, що залишилися розчиненими в нафті. Як правило, вихід газу прямої перегонки невеликий.

Застосовують високопродуктивні безперервнодіючі трубчасті перегінні установки, що відрізняються конструкцією печей, у яких відбувається нагрівання нафти, чи конструкцією інших апаратів, що входять до складу установки.

У більшості випадків трубчаста безперервно діюча установка складається з трубчастої печі, насоса, що качає нафту через трубчасту піч під тиском 1,0 МПа і більше, колони фракціонування, куди надходить перегріта нафта і де вона розділяється на необхідні фракції, що відбираються з колони на різній висоті, конденсатора, водовідбирача і пароперегрівача, що служить для перегріву пари. Бензин з газами прямої перегонки відбирається у верхній частині колони і спрямовується на охолодження і конденсацію. Після відділення від нього води у відстійнику бензин збирають у проміжному резервуарі звідки насосом перекачують у сховище. Газ, що залишається після конденсації бензину, направляють у газгольдери.

Інші фракції також збирають по висоті колони і направляють у резервуари. Залишок, що не випарувався, (мазут) із дна колони спрямовується в приймач.

Розділ 3. Крекінг нафти

Крекінг – процес, термічна або каталітична переробка вуглеводнів, напр., нафтових фракцій, при якій молекули важких вуглеводів розщеплюються на простіші. Основними продуктами крекінгу є компоненти моторних палив.

Каталітичні процеси відрізняються від термічних тим, що пара нафтової сировини пропускається над каталізатором, що прискорює і направляє хід реакцій у бік утворення необхідних продуктів при більш м'яких умовах.

При каталітичному крекінгу, у якому всі процеси перетворення вуглеводнів нафти протікають в умовах гетерогенного каталізу, отримують продукти, різко відмінні за складом від продуктів термічного крекінгу і піролізу.

Каталізатори, які застосовуються в нафтопереробці, підрозділяють на метали (Ni, Pt, Pd), напівпровідники (Zn, Cr2O3, WS2, МоО2), ізолятор-алюмосилікатні каталізатори (Al2O3). В якості каталізаторів для крекінгу застосовують або алюмосилікати (природні глини), оброблені і збагачені присадками оксидів різних металів (Ni, Со, Сu, Mn і ін.), або спеціальні синтетичні маси на алюмосилікатній основі, так звані цеоліти і цеолітові системи. Сьогодні використовується близько 150 видів цеолітів, що дозволило залучити до переробки нові види сировини.

Головною задачею каталітичного крекінгу, як і термічного, є розщеплення високомолекулярних вуглеводнів. При температурах 200-300оС переважають реакції деполімеризації, а при 300оС і вище починається власне каталітичний крекінг. При каталітичному крекінгу легше всього крекінгуються олефіни, потім алкіловані арени і нафтени, а алкани найбільш стійкі, у той час як при термічному крекінгу цей ряд складають алкани, нафтени й арени.

Висновки

З нафти виділяють різноманітні продукти, що мають практичне значення. Продукти нафтопереробки, що люди застосовують у повсякденному житті, увійшли у всі сфери життя. Це й бензин та дизпаливо для автомобілів, авіаційне паливо та паливо для техніки, мазут для ТЕС, гудрон для одержання асфальту, парафін та вазелін, моторні мастила тощо. Їхнє значення в нашому житті важко переоцінити.

Люди створили багато різних способів видобутку нафти, використовують різні види буріння шпар, розвідують нові родовища нафти, видобувають її і на землі, і під водою. Також освоєно багато різних видів переробки нафти, її очищення тощо.

У галузях народного господарства, пов’язаних з видобутком, транспортування та переробленням нафти, а також із продажем нафтопродуктів, працює велика кількість працівників різних професій.

Зараз потрібно звернути особливу увагу на безпеку при видобутку нафти, її транспортуванні, особливо морем, переробку нафти на нафтопереробних заводах.

Список використаної літератури

1. Білувальників С. Н., Принципи перегонки нафти, М.— Л., 1992

2. Болотников А.А. Товароведение: Курс лекций. Ч-2. – К.: МАУП, 2002.

3. В.І. Саранчук, М.О.Ільяшов, В.В. Ошовський, В.С.Білецький. Хімія і фізика горючих копалин. - Донецьк: Східний видавничий дім, 2008.

4. Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: «Донбас», 2004