Нефть. 5
Реферат по теме:
Нефть.
Содержание:
- Что обозначает слово «нефть»……………………………………………………………
… - Гипотезы происхождения нефти……………………………………………………………
- Физические свойства…………………………………………………………
…………………… - Химический состав нефти…………………………………………………………………
…….
А) Общий состав нефти…………………………………………………………………
Б) Углеводородный состав………………………………………………………………
В) Элементный состав нефти и гетероатомные компоненты…………………
Г) Классификация нефти по углеводородному составу…………………………
5. Нефтепродукты
и их применения………………………………………
6. Детонационная
стойкость бензинов………………………………
7. Способы переработки
нефти…………………………………………………………………
А) Перегонка нефти………………………………
Б) Крекинг нефтепродуктов……………
*Термический………………………………………………
*Каталитический………………………………………
*Риформинг……………………………………………………
8. Нефть на Сахалине.
9. Экологический аспект.
Список литературы.
- Что обозначает слово «нефть».
Нефть (из тур. neft) — природная маслянистая горючая жидкость, состоящая из сложной смеси углеводородов и некоторых других органических соединений. По цвету нефть бывает красно-коричневого, иногда почти чёрного цвета, хотя иногда встречается и слабо окрашенная в жёлто-зелёный цвет и даже бесцветная нефть; имеет специфический запах, распространена в осадочных породах Земли. Сегодня нефть является одним из важнейших для человечества полезных ископаемых.
- Общие сведения о нефти, ее состав, свойства.
Нефть обнаруживается вместе с газообразными
углеводородами на глубинах от десятков
метров до 5—6 км. Однако на глубинах свыше
4,5—5 км преобладают газовые и
газоконденсатные залежи с незначительным
количеством лёгких фракций. Максимальное
число залежей нефти
По химическому составу и происхождению нефть близка к естественным горючим газам, озокериту, а также асфальту. Эти ископаемые объединяют под общим названием петролитов. Петролиты относят к ещё более обширной группе так называемых каустобиолитов — горючих минералов биогенного происхождения, которые включают также ископаемые твёрдые топлива.
Нефть — жидкость от светло-коричневого (почти бесцветная) до тёмно-бурого (почти чёрного) цвета (хотя бывают образцы даже изумрудно-зелёной нефти). Средняя молекулярная масса 220—300 г/моль (редко 450—470). Плотность 0,65—1,05 (обычно 0,82—0,95) г/см³; нефть, плотность которой ниже 0,83, называется лёгкой, 0,831—0,860 — средней, выше 0,860 — тяжёлой.
Плотность нефти, как и других углеводородов, сильно зависит от температуры и давления. Она содержит большое число разных органических веществ и поэтому характеризуется не температурой кипения, а температурой начала кипения жидких углеводородов (обычно >28 °C, реже ≥100 °C) и фракционным составом — выходом отдельных фракций, перегоняющихся сначала при атмосферном давлении, а затем под вакуумом в определённых температурных пределах, как правило до 450—500 °C (выкипает ~ 80 % объёма пробы), реже 560—580 °C (90—95 %).
Температура кристаллизации от −60 до + 30 °C; зависит преимущественно от содержания в нефти парафина (чем его больше, тем температура кристаллизации выше) и лёгких фракций (чем их больше, тем эта температура ниже). Вязкость изменяется в широких пределах (от 1,98 до 265,90 мм²/с для различных не́фтей, добываемых в России), определяется фракционным составом нефти и её температурой (чем она выше и больше количество лёгких фракций, тем ниже вязкость), а также содержанием смолисто-асфальтеновых веществ (чем их больше, тем вязкость выше).
Удельная теплоёмкость 1,7—2,1 кДж/(кг∙К); удельная теплота сгорания (низшая) 43,7—46,2 МДж/кг; диэлектрическая проницаемость 2,0—2,5; электрическая проводимость [удельная] от 2∙10−10 до 0,3∙10−18 Ом−1∙см−1.
Нефть — легковоспламеняющаяся жидкость; температура вспышки от — 35 до +121 °C (зависит от фракционного состава и содержания в ней растворённых газов). Нефть растворима в органических растворителях, в обычных условиях не растворима в воде, но может образовывать с ней стойкие эмульсии. В технологии для отделения от нефти воды и растворённой в ней соли проводят обезвоживание и обессоливание.
- Гипотезы происхождения нефти.
Существует ряд гипотез
«Даже останки динозавров могли быть задействованы в процессе происхождения нефти», - говорит Уильям Томас, геолог Кентукского университета, хотя, по его мнению, эти останки очень малочисленны.
Другая гипотеза происхождения нефти утверждает, что нефть находилась в недрах нашей планеты с момента ее появления и что есть еще много необнаруженных месторождений.
Согласно ведущей гипотезе, мертвые организмы накапливаются на дне океанов, рек или болот, перемешиваясь с грязями и песком. Через некоторое время осадочные породы поднимаются на поверхность и выделяющиеся в результате органических процессов тепло и давление превращают органический слой в темную и вязкую субстанцию, называемую керогеном.
Молекулы керогена распадаются на более мелкие и легкие молекулы, состоящие исключительно из атомов углерода и водорода. В зависимости от степени жидкости и газообразности этой смеси, она превращается в нефть или газ.
Ученые до конца не уверены в том, сколько времени занимает этот процесс, но есть мнение, что для этого необходимо порядка ста тысяч лет.
- Химический состав нефти.
А) Общий состав нефти.
Нефть представляет собой смесь около 1000 индивидуальных веществ, из которых большая часть — жидкие углеводороды (> 500 веществ или обычно 80—90 % по массе) и гетероатомные органические соединения (4—5 %), преимущественно сернистые (около 250 веществ), азотистые (> 30 веществ) и кислородные (около 85 веществ), а также металлоорганические соединения (в основном ванадиевые и никелевые); остальные компоненты — растворённые углеводородные газы (C1-C4, от десятых долей до 4 %), вода (от следов до 10 %), минеральные соли (главным образом хлориды, 0,1—4000 мг/л и более), растворы солей органических кислот и др., механические примеси.
Б) Углеводородный состав нефти.
В основном в нефти представлены парафиновые (обычно 30—35, реже 40—50 % по объёму) и нафтеновые (25—75 %). В меньшей степени — соединения ароматического ряда (10—20, реже 35 %) и смешанного, или гибридного, строения (например, парафино-нафтеновые, нафтено-ароматические).
В) Элементный состав нефти и гетероатомные компоненты
Наряду с углеводородами в состав нефти входят вещества, содержащие примесные атомы. Серосодержащие — H2S, меркаптаны, моно- и дисульфиды, тиофены и тиофаны, а также полициклические и т. п. (70—90 % концентрируется в остаточных продуктах — мазуте и гудроне); азотсодержащие — преимущественно гомологи пиридина, хинолина, индола, карбазола, пиррола, а также порфирины (большей частью концентрируется в тяжёлых фракциях и остатках); кислородсодержащие — нафтеновые кислоты, фенолы, смолисто-асфальтеновые и др. вещества (сосредоточены обычно в высококипящих фракциях).
Элементный состав (%): 82-87 C; 11-14,5 Н; 0,01-6 S (редко до 8); 0,001-1,8 N; 0,005—0,35 O (редко до 1,2) и др. Всего в нефти обнаружено более 50 элементов. Так, наряду с упомянутыми, в нефти присутствуют V(10−5 — 10−2%), Ni(10−4−10−3%), Cl (от следов до 2·10−2%) и т. д. Содержание указанных соединений и примесей в сырье разных месторождений колеблется в широких пределах, поэтому говорить о среднем химическом составе нефти можно только условно.
Г) Классификация нефти по углеводородному составу
Класс углеводородов, по которому нефти даётся наименование, должны присутствовать в количестве более 50 %. Если присутствуют углеводороды также и других классов и один из классов составляет не менее 25 %, выделяют смешанные типы нефти: метано-нафтеновые, нафтено-метановые, ароматическо-нафтеновые, нафтено-ароматические, ароматическо-метановые и метано-ароматические; в них первого компонента содержится более 25 %, второго — более 50 %.
Таблица. Содержание основных классов
углеводородов в различной
Плотность, г/см³ |
Парафины |
Нафтены |
Ароматические | |
Пермское (РФ) |
0,941 |
8,1 |
6,7 |
15,3 |
Грозненское (РФ) |
0,844 |
22,2 |
10,5 |
5,5 |
Сураханское (Азербайджан) |
0,848 |
13,2 |
21,3 |
5,2 |
Калифорнийское (США) |
0,897 |
9,8 |
14,9 |
5,1 |
Техасское (США) |
0,845 |
26,4 |
9,7 |
6,4 |
- Нефтепродукты и их применение.
Нефтепродукты представляют собой
смеси углеводородов, некоторых
их производных. Кроме этого к
нефтепродуктам относятся индивидуальные
химические соединения, которые получают
в ходе переработке нефти, использующиеся
в виде топлива, различных смазочных
материалов, растворителей, электроизоляционных
сред, нефтехимического сырья, дорожных
покрытий, иных направлений. В значительной
доле нефтепродукты являются смесями
отдельных углеводородных компонентов,
и содержат разнообразные добавки,
присадки, которые улучшают свойства
нефтепродукта, повышают стабильность
его эксплуатационных характеристик.
Химические изменения, являющиеся основой
процессов получения
Все нефтепродукты можно разбить на несколько групп, в зависимости от их характеристик и направления использования.
Наиболее обширную группу представляют
топлива на основе нефтепродуктов.
В группу входят всевозможные продукты
переработки газов, топливо моторное,
коммунально-бытового назначения (топочный
мазут), керосин, бензин, мазут. Моторное
топливо из всех нефтепродуктов занимает
самую обширную область в группе
(около 63%). В основном используется
в двигателях внутреннего сгорания.
Практически все топливные
В следующую группу нефтепродуктов входят масла. Чаще всего это смазочные, электроизоляционные, технологические масла. В основе масел лежат нефтепродукты, подвергаемые вакуумной перегонке мазута, деасфальтизации масляных гудронов. По эксплуатационным свойствам данные нефтепродукты выделяются вязкостью, стойкостью к окислению, смазочной способностью, температурой вспышки, застывания. Также в группу масел входят пластичные смазки, смазочно-охлаждающие жидкости, некоторые иные виды нефтепродуктов.
Нефтепродукты используются и для производства технических битумов, входящих в третью группу по объему производства. Битумы широко применяются в народном хозяйстве. Для изготовления используются остаточные нефтепродукты, содержащие в большом количестве асфальтово-смолистые, тяжелые гетероциклические соединения, путем концентрации и окисления.
Также нефтепродукты являются основой при производстве твердых углеводородов: парафинов, церезинов, вазелинов, петролатумов, озокеритов и т.д. Применяются нефтепродукты в бумажной, пищевой, электротехнической, резиновой промышленности, медицине, иных направлениях производства.
Октановое число.
Показателем детонационной стойкости автомобильных бензинов является октановое число. Октановое число численно равно содержанию (% об.) изооктана (2,2,4,-триметилпентана) в его смеси с н - гептаном, которая по детонационной стойкости эквивалентна топливу, испытуемому на одноцилиндровом двигателе с переменной степенью сжатия в стандартных условиях на бедной рабочей смеси. В лабораторных условиях октановое число автомобильных бензинов и их компонентов определяют на одноцилиндровых моторных установках. Склонность исследуемого топлива к детонации оценивается сравнением его с эталонным топливом, детонационная стойкость которого известна. Октановое число на установках определяется двумя методами: моторным и исследовательским.
Методы отличаются условиями проведения испытаний. Испытания по моторному методу проводят при более напряженном режиме работы одноцилиндровой установки, чем по исследовательскому. Поэтому октановое число, определенное моторным методом, обычно ниже октанового числа, определенного исследовательским методом. Октановое число, полученное моторным методом в большей степени характеризует детонационную стойкость топлива при эксплуатации автомобиля в условиях повышенного теплового форсированного режима, октановое число, полученное исследовательским методом, больше характеризует бензин при работе на частичных нагрузках в условиях городской езды.
Разницу между октановыми числами бензина, определенными двумя методами, называют чувствительностью бензина. Наибольшую чувствительность имеют олефиновые углеводороды. Чувствительность ароматических углеводородов несколько ниже. Для парафиновых углеводородов эта разница очень мала, а высокомолекулярные низкооктановые парафиновые углеводороды имеют отрицательную чувствительность. Соответственно более по чувствительности (9-12 ед.) отличаются бензины каталитического крекинга и каталитического риформинга, содержащие непредельные и ароматические углеводороды. Менее чувствительны (1-2 ед.) к режиму работы двигателя алкилбензин и прямогонные бензины, состоящие из парафиновых и изопарафиновых углеводородов.
Для повышения октановых чисел товарных бензинов используют также специальные антидетонационные присадки и высокооктановые компоненты (этиловую жидкость, органические соединения марганца, железа, ароматические амины, метил-третбутиловый эфир).
- Детонационная стойкость бензинов.
Детонационная стойкость характеризует
способность автомобильных
Детонационная стойкость автомобильных
бензинов определяется их углеводородным
составом. Наибольшей детонационной
стойкостью обладают ароматические
углеводороды. Самая низкая детонационная
стойкость у парафиновых
- Способы переработки нефти.
А) Перегонка нефти:
Первичная перегонка.
Первичные процессы переработки не предполагают химических изменений нефти и представляют собой ее физическое разделение на фракции. Сначала промысловая нефть проходит первичный технологический процесс очистки добытой нефти от нефтяного газа, воды и механических примесей - этот процесс называется первичной сепарацией нефти.
Нефть поступает на НПЗ в подготовленном
для транспортировки виде. На заводе
она подвергается дополнительной очистке
от механических примесей, удалению растворённых
лёгких углеводородов (С1-С4) и обезвоживанию
на электрообессоливающих
Нефть поступает в ректификационные
колонны на атмосферную перегонку
(перегонку при атмосферном
Вторичная перегонка.
Целью вторичных процессов является увеличение количества производимых моторных топлив, они связаны с химической модификацией молекул углеводородов, входящих в состав нефти, как правило, с их преобразованием в более удобные для окисления формы.
По своим направлениям, все вторичные процессы можно разделить на 3 вида:
*углубляющие: каталитический крекинг, термический крекинг, висбрекинг, замедленное коксование, гидрокрекинг, производство битумов и т.д.
*облагораживающие: риформинг, гидроочистка, изомеризация и т.д.
*прочие: процессы по производству масел, МТБЭ, алкилирования, производство ароматических углеводородов и т.д.
Б) Крекинг:
Крекинг (англ. Cracking - расщепление) — высокотемпературная переработка нефти и её фракций с целью получения, как правило, продуктов меньшей молекулярной массы — моторных топлив, смазочных масел и т. п., а также сырья для химической и нефтехимической промышленности. Крекинг протекает с разрывом связей С—С и образованием свободных радикалов или карбанионов. Одновременно с разрывом связей С—С происходит дегидрирование, изомеризация, полимеризация и конденсация как промежуточных, так и исходных веществ. В результате последних двух процессов образуются т. н. крекинг-остаток (фракция с температурой кипения более 350 °C) и нефтяной кокс.
Первая в мире промышленная установка непрерывного термического крекинга нефти была создана и запатентована инженером В. Г. Шуховым и его помощником С. П. Гавриловым в 1891 году. Была сделана экспериментальная установка. Научные и инженерные решения В. Г. Шухова повторены У. Бартоном при сооружении первой промышленной установки в США в 1915—1918 годах. Первые отечественные промышленные установки крекинга построены В. Г. Шуховым в 1934 году на заводе «Советский крекинг» в Баку.
Крекинг проводят нагреванием нефтяного
сырья или одновременным
н-С8Н18 н-С4Н10 + СН2=СНСН2СН3,
н-С8Н18 н-С5Н12 + СН2=СНСН3.
*Термический:
В первом случае процесс применяют
для получения бензинов (низкооктановые
компоненты автомобильных топлив) и
газойлевых (компоненты флотских мазутов,
газотурбинных и печных топлив) фракций,
высокоароматизированного нефтяного
сырья в производстве технического
углерода (сажи), а также альфа-олефинов
(термический крекинг); котельных, а
также автомобильных и
*Каталитический:
Во втором случае процесс используют
для получения базовых
Используют также др. виды пиролитического расщепления сырья, например процесс получения этилена и ацетилена действием электрического разряда в метане (электрокрекинг), осуществляемый при 1000—1300 °C и 0,14 МПа в течение 0,01—0,1 с.
Крекинг используют для повышения октанового числа бензина (увеличения массовой доли C8H18).
В ходе каталитического
*Риформинг:
Каталитический риформинг - каталитическая ароматизация нефтепродуктов (повышение содержания аренов в результате прохождения реакций образования ароматических углеводородов). Риформингу подвергаются бензиновые фракции с пределами выкипания 85-180°С[2]. В результате риформинга бензиновая фракция обогащается ароматическими соединениями и его октановое число повышается примерно до 85. Полученный продукт (риформат) используется как компонент для производства автобензинов и как сырье для извлечения ароматических углеводородов.
Процессы каталитического
- Нефть на Сахалине.
Сахалинские шельфовые проекты — обобщённое название группы проектов по разработке месторождений углеводородного сырья на континентальном шельфе Охотского и Японского морей и Татарского пролива, прилегающем к острову Сахалин. Всего на шельфе Сахалина открыто девять нефтегазоносных участков с совокупными запасами 1,19 трлн. куб. метров газа, 394,4 млн. тонн нефти и 88,5 млн. тонн газового конденсата.
За 70 лет интенсивной добычи наземные
месторождения углеводородов на
Сахалине оказались почти полностью
исчерпанными, но в 1970-1980-х годах
Дальневосточная морская
В начале 1990-х годов предполагалось,
что эти проекты будут
Однако после изменений
В настоящее время только над первыми шестью проектами ведутся хоть какие-то работы, лицензируются блоки, ведется добыча нефти, проводятся геологоразведочные работы. Остальные проекты находятся на «нулевом этапе».[источник не указан 245 дней]
По состоянию на 2010[обновить данные] добычу нефти и газа на острове ведут компании «Эксон Нефтегаз Лимитед» (англ.)русск. (проект «Сахалин-1»), «Сахалин Энерджи» («Сахалин-2»), «РН-Сахалинморнефтегаз», Сахалинская нефтяная компания, «Петросах».[2] Общая добыча в 2009 году достигала 15,4 млн тонн нефти и газового конденсата и 19 млрд кубометров газа.[2] Прогнозная добыча нефти с конденсатом и газа с учетом разработки новых шельфовых проектов может составить в 2015 году 18,8 млн тонн и 35,5 млрд кубометров, в 2020 году — 26,3 млн тонн и 61,3 млрд кубометров.[2]
История открытия месторождений
В конце ХХ-го века к северо-востоку от острова Сахалин было открыто несколько крупных залежей углеводородов:
- в 1977 году месторождение Одопту;
- в 1979 году — Чайво;
- в 1984 году — Лунское;
- в 1986 году — Пильтун-Астохское;
- в 1989 году — Аркутун-Дагинское.
- Экологический аспект.
Начав эксплуатацию месторождений нефти и газа, человек не задумывался о последствиях интенсивной добычи этих природных ресурсов. Большую опасность таит в себе использование нефти и газа в качестве топлива. При сгорании этих продуктов в атмосфере выделяются в больших количествах углекислый газ, различные сернистые соединения, оксид азота и т.д. Уменьшение количества кислорода и рост содержания углекислого газа, в свою очередь, будут влиять на изменение климата. Молекулы диоксида углерода позволяют солнечному коротковолновому излучению проникать сквозь атмосферу Земли и задерживают инфракрасное излучение, испускаемое земной поверхностью. Загрязнение атмосферы таит в себе и другую опасность. Оно снижает количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли.
Безрассудно загрязняет человек и водные бассейны планеты. Ежегодно в Мировой океан по тем или иным причинам сбрасывается от 2 до 10 млн. т нефти. Аэрофотосъёмкой со спутников зафиксировано, что уже почти 30% поверхности океана покрыто нефтяной плёнкой. Особенно загрязнены воды Средиземного моря, Атлантического океана и их берега.
Литр нефти лишает кислорода 40 тыс. л морской воды. Тонна нефти загрязняет 12 кв. км поверхности океана. При концентрации её в морской воде в количестве 0,1-0,001 мл/л икринки рыб погибают за несколько суток. На 1 га морской поверхности может погибнуть более 100 млн. личинок рыб, если имеется нефтяная плёнка. Источников поступления нефти в моря и океаны довольно много. Это аварии танкеров и буровых платформ, сброс балластных и очистных вод, принос загрязняющих компонентов реками.
Встаёт угрожающий вопрос: что делать с этими чёрными океанами? Как спасти их обитателей от гибели?
Шведские и английские специалисты
для очистки морских вод от
нефти предлагают использовать старые
газеты, куски обёртки, обрезки с
бумажных фабрик. Брошенные в воду
и измельчённые, они способны впитать
в себя 28-кратное количество нефти
по сравнению с собственной
По различным причинам при добыче и транспорте чёрного золота часть сырья выливается на земную поверхность и в водоёмы. Достаточно сказать, что только за 1988 г. при порывах нефтепроводов на Самотлорском месторождении в одноимённое озеро попало около 110 тыс. т нефти. Известны случаи слива мазута и сырой нефти в реку Обь (нерестилище ценных пород рыб) и другие водные артерии страны.
