Нефть и способы ее переработки

РЕФЕРАТ

Тема: «Нефть и способы ее переработки» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание 

1. Введение……………………………………………………………………….3

2. Основная часть………………………………………………………………...6

2.1. Нефть и  способы ее переработки…………………………………………..6

2.1.1. Происхождение  нефти…………………………………………………….6

2.1.2. Разведка  нефти……………………………………………………………..9

2.2. Добыча нефти  ………………………………………………………………10

2.2.1. Очистка  нефти…………………………………………………………….13

2.2.2. Перегонка  нефти………………………………………………………….14

2.2.3. Крекинг  нефтепродуктов………………………………………………...17

3. Риформинг…………………………………………………………………….21

4. Заключение……………………………………………………………………23

5. Список используемой  литературы…………………………………………..25  

1. Ведение

   Тема  моего реферата: Нефть и способы  ее переработки. На мой взгляд актуальность выбранной темы является её сложность в добычи, в трудности переработки и добываемом количестве. Нефть используют не только как топливо, но и добавляют в некоторые косметические средства в масляной форме. Её еще используют в быту.   

   Нефть – жидкое топливо.

   Нефть – это сложная смесь жидких углеводородов, в которых растворены газообразные и другие вещества. И  чтобы перечислить все продукты, получаемые из нефти, нужно потратить  несколько листов, так как их уже  несколько тысяч.

   Нефть (от перс. neft) - горючая маслянистая жидкость со специфическим запахом, распространенная в осадочной оболочке Земли и являющаяся важнейшим полезным ископаемым.

   Залежи  нефти находятся в недрах Земли  на разной глубине, где нефть заполняет  свободное пространство между некоторыми породами. Если она находится под давлением газов, то поднимается по скважине на поверхность Земли. По запасам нефти наша страна занимает одно из ведущих мест в мире.

Нефть – маслянистая жидкость от светло-бурого до черного цвета с характерным  запахом. Она немного легче воды и практически в ней не растворяется. Так как нефть – смесь различных углеводородов, то у нее нет определенной температуры кипения.

     Нефть сильно варьирует по цвету (от светло-коричневой, почти бесцветной, до темно-бурой, почти  черной) и по плотности (от легкой 0,65-0,70 г/см ₃ , до тяжелой 0,98-1,05 г/см ₃ ).

     Начало  кипения нефти обычно выше 28 ⁰ С. температура застывания колеблется от +30 ⁰ до –60 ⁰ С и зависит в основном от содержания парафина (чем его больше, тем температура застывания выше). Теплоемкость нефти 1,7-2,1 кДж/кг; теплота сгорания 43,7-46,2 мДж/кг; диэлектрическая проницаемость2-2,5; электрическая проводимость    2 ^. 10 ^-10 -0,3 ^. 10 ^-18 ом ^{-1 .} см ^-1 .

     Вязкость  изменяется в широких пределах и  зависит от химического и фракционного состава нефти и смолистости (содержания в ней асфальтосмолистых веществ). Температура вспышки нефти колеблется от –35 до 120 ⁰ С в зависимости от фракционного состава и давления насыщенных паров. Нефть растворима в органических растворителях, в воде при обычных условиях практически нерастворима, но может образовывать с ней стойкие эмульсии.

     Нефть можно классифицировать по разным признакам.

По содержанию серы:

Малосернистые (до 0,5 % S)

Сернистые (0,5-2 % S)

Высокосернистые (св. 2 % S).

     По  потенциальному содержанию фракций, выкипающих до 350 ⁰ С:

a) Т1  – тип нефти, в которой указанных  фракций не меньше 45 %

b) Т2  – 30-44,9 %

c) Т3  – меньше 30 %.

По потенциальному содержанию масел:

М1 –  не меньше 25 %

М2 –  меньше 25 %.

По качеству масел:

Подгруппа И1 – с индексом вязкости масел  больше 85

Подгруппа И2 – с индексом 40-85.

     Сочетание обозначений класса, типа, группы, подгруппы  и вида составляет шифр технологической  классификации нефти.

В зависимости  от месторождения нефть имеет  различный качественный и количественный состав. Так, например, бакинская нефть богата циклопарафинами и сравнительно бедна предельными углеводородами. Значительно больше предельных углеводородов в грозненской и ферганской нефти. Пермская нефть содержит ароматические углеводороды.

     Представляя собой жидкость, более легкую, чем  вода, нефть разных мест, иногда даже и соседних, различна по многим свойствам: цвету, плотности, летучести, температуры  кипения... Однако любая нефть это  жидкость почти нерастворимая в  воде и по элементарному составу содержащая преимущественно углеводороды с подмесью небольшого количества кислородных, сернистых, азотистых и минеральных соединений, что видно не только по элементарному составу, но и по всем свойствам углеводородов. В бакинской (апшеронской) нефти Марковников и Оглоблин нашли от 86,6 до 87,0% углерода и от 13,1 до 13,4% водорода…

     Составными  началами нефти, помимо небольшой подмеси  кислородных, сернистых и других соединений, являются углеводороды, смесь  которых входит в состав различных очищенных продуктов, получаемых из нефти и находящих разнообразное применение. Основным способом для отделения друг от друга, как этих промышленных продуктов (всевозможных смесей), так и самостоятельных в химическом смысле углеводородов, содержащихся в нефти и ее продуктах, является перегонка, основанная на разной упругости пара разных жидкостей при одной и той же температуре.

     Цель  моей работы исследовать способы  и процесс переработки нефти.

     Перед собой я поставила ряд основных задач:

Исследовать происхождение нефти.

Выявить процесс добычи нефти.

Изучить что такое Риформинг.

2. Основная часть

2.1. Нефть и способы  ее переработки 

2.1.1. Происхождение  нефти 

     Истоки  современных представлений о  происхождении нефти возникли в XVIII – начале XIX века. М. В. Ломоносов заложил гипотезы органического происхождения нефти, объясняя ее образование воздействием “подземного огня” на “окаменелые уголья”, в результате чего, по его мнению, образовывались асфальты, нефти и “каменные масла”. Идея о минеральном происхождении нефти впервые была высказана

А. Гумбольдтом в 1805 году.

     Михаил  Васильевич Ломоносов (1711-1765). Первый русский  ученый – естествоиспытатель мирового значения, человек энциклопедических  знаний, разносторонних интересов и  способностей, один из основоположников физической химии, поэт, заложивший основы современного литературного языка, художник, историк, поборник отечественного просвещения и развития самостоятельной русской науки.

Развитие  химии, эксперименты по неорганическому  синтезу углеводородов, проведенные М. Бертло (1866 год), Г. Биассоном (1871), послужили отправной точкой для развития гипотезы минерального происхождения.

Д. И. Менделеев  считал, что основой процесса образования углеводородов является взаимодействие карбидов глубинных металлов с водой, которая проникает по трещинам с поверхности на большую глубину. Схема процесса представлялась следующим образом:

2FeC + 3H ₂ O = Fe ₂ O ₃ + C ₂ H ₆

или в  общем виде:

MC _m + mH ₂ O → MO _m + (CH ₂ ) _m

     В глубинных условиях Земли при  наличии С и Н ₂ синтез СН ₄ , его гомологов, а, может быть, и некоторых более высокомолекулярных соединений вполне возможно и происходит. Но пока нет достаточных ни теоретических, ни экспериментальных данных, которые могли бы однозначно доказать возможности минерального синтеза такой сложной и закономерной по составу системы углеводородов, азото-, серо- и кислородосодержащих соединений какой является природная нефть, которая обладает оптической активностью и весьма сходна по многим признакам на молекулярном и изотопном уровнях с живым веществом организмов и биоорганическим веществом осадочных пород.

     Гениальная  догадка М. В. Ломоносова об образовании нефти в результате воздействия повышенной температуры на биогенное органическое вещество осадочных пород начала получать подтверждение в конце XIX— начале XX веков при проведении экспериментальных химических и геологических исследований.

     Зелинский Николай Дмитриевич (1861-1953). Русский  химик – органик, академик АН СССР (с 1929 г.). Герой Социалистического  труда (с 1945 г). Один из основоположников учения об органическом катализе. Был в Санкт – Петербурге директором Центральной Лаборатории Министерства финансов (также заведующим кафедрой в Политехническом Институте). Научная деятельность очень разносторонняя: работы по химии тиофена, стереохимии органических двуосновных кислот, электропроводности в неводных растворах, химии углеводородов и органическому катализу. в 1895-1907 впервые синтезировал ряд циклопентановых и циклогексановых углеводородов, послуживших эталонами для изучения химических свойств нефтяных фракций. В 1915 успешно использовал окисные катализаторы при крекинге нефти.

…При  этом были получены кокс, смолы, газ  и пирогенетическая вода. Газ состоял  из СН ₄ , СО ₂ , Н ₂ и Н ₂ S. Смола содержала бензин, керосин и тяжелые смолистые вещества. В бензине были обнаружены алканы, нафтены и арены; в керосине преобладали циклические полиметиленовые углеводороды. Полученная смесь углеводородов во многом была сходна с природной нефтью, тяжелые фракции обладали оптической активностью.

Оптическая  активность — одно из фундаментальных  свойств, общих для живого вещества, продуктов его преобразования и  природных нефти. При минеральном  синтезе углеводородов возникают  рацемические смеси, не обладающие оптической активностью, поскольку они не содержат равное количество лево- и правовращающихся молекул, что выгодно с позиций термодинамики (такая смесь характеризуется максимумом энтропии).

     Начиная с работ А. Д. Архангельского (1927 г.) и П. Д. Траска (1926 — 1932 гг.) развернулись исследования органического вещества современных осадков и древних осадочных пород. Значительное влияние на направление исследований оказал И. М. Губкин …

Важными “биогенными метками” являются свойственные живому веществу многие изопреноидные  углеводороды, возникновение которых связывают с фитолом — периферическим структурным элементом молекулы хлорофилла. Благодаря большому сходству в молекулярной структуре между стероидами и стеранами, тритерпеноидами и тритерпанами живого вещества и нефти, их присутствие является надежным показателем органического генезиса нефти.

     По  стереохимическим особенностям нефтяные стераны и тритерпаны все-таки несколько  отличаются от исходных биологических  соединений, что связано с изменениями  при термическом превращении  пространственного строения одного или нескольких хиральных центров биомолекул.

Известно, что нефть распределена в осадочных  толщах неравномерно, и это также  понятно с позиций органической концепции ее образования. Исходная для нефти органическое вещество накапливалось в осадках в течение геологического времени неравномерно. Максимумам его накопления в девонских, юрско-меловых и третичных отложениях соответствуют максимальные массы образовавшихся рассеянных нефтяных углеводородов в нефте-материнских отложениях этого возраста и максимумы запасов нефти в открытых месторождениях.

2.1.2. Разведка  нефти  

     Цель  нефтеразведки – выявление, геолого-экономическая  оценка и подготовка к разработке залежей нефти. Нефтеразведка производится с помощью геологических, геофизических, геохимических и буровых работ в рациональном сочетании и последовательности.

     На  первой стадии поискового этапа в  бассейнах с не установленной  нефтегазоносностью либо для изучения слабо исследованных тектонических  зон или нижних структурных этажей в бассейнах с установленной нефтегазоносностью проводятся региональные работы. Для этого осуществляются аэромагнитная, геологическая и гравиметрическая съемки, геохимические исследования вод и пород, профильное пересечение территории электро- и сейсморазведкой, бурение опорных и параметрических скважин. В результате устанавливаются районы для дальнейших поисковых работ.

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

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

     На  третьей стадии производится бурение поисковых скважин с целью открытий месторождений. Первые поисковые скважины бурятся на максимальную глубину. Обычно первым разведуется верхний этаж, а затем более глубокие. В результате дается предварительная оценка запасов.

     Разведывательный этап – завершающий в геологоразведочном процессе. Основная цель – подготовка к разработке. В процессе разведки должны быть оконтурены залежи, определены литологический состав, мощность, нефтегазонасыщенность. По завершению разведочных работ подсчитываются запасы и даются рекомендации о вводе месторождения в разработку. Эффективность поиска зависит от коэффициента открытий месторождений – отношением числа продуктивных площадей к общему числу разбуренных поисковым бурением площадей.  

2.2. Добыча нефти 

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

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

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

Ф. Ариосто в 15 веке. Недалеко от Модены в Италии такие нефтесодержащие грунты измельчались и подогревались в котлах. Затем нефть выжимали в мешках при помощи пресса. В 1833 –1845 г.г. нефть добывали из песка на берегу Азовского моря. Песок помещали в ямы с покатым дном и поливали водой. Вымытую из песка нефть собирали с поверхности воды пучками травы.

     Добыча  нефти из колодцев производилась в Киссии, древней области между Ассирией и Мидией в 5 веке до нашей эры при помощи коромысла, к которому привязывалось кожаное ведро. Подробное описание колодезной добычи нефти в Баку дал немецкий натуралист Э. Кемпфер . Глубина колодцев достигала 27 м, их стенки обкладывались камнем или укреплялись деревом.

     Добыча  нефти посредством скважин начала широко применяться с 60-х г. 19 века. Вначале наряду с открытыми фонтанами и сбором нефти в вырытые рядом со скважинами земляные амбары добыча нефти осуществлялась также с помощью цилиндрических ведер с клапаном в днище. Из механизированных способов эксплуатации впервые в 1865 в США была внедрена глубоконасосная эксплуатация , которую в 1874 г применили на нефтепромыслах в Грузии, в 1876 в Баку. В 1886 г В.Г. Шухов предложил компрессорную добычу нефти , которая была испытана в Баку в 1897г. Более совершенный способ подъема нефти из скважины – газлифт – предложил в 1914 г М.М. Тихвинский .

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

     Движение  нефти по пласту к скважинам благодаря  искусственно создаваемой разности давлений в пласте и на забоях скважин.

Движение  нефти от забоев скважин до их устьев на поверхности – эксплуатация нефтяных скважин.

     Сбор  нефти и сопровождающих ее газа и воды на поверхности, их разделение, удаление минеральных солей из нефти, обработка пластовой воды, сбор попутного нефтяного газа.

     Под разработкой нефтяного месторождения  понимается осуществление процесса перемещения жидкостей и газа в пластах к эксплуатационным скважинам. Управление процессом движения жидкостей и газа достигается размещением на месторождении нефтяных, нагнетательных и контрольных скважин, количеством и порядком ввода их в эксплуатацию, режимом работы скважин и балансом пластовой энергии. Принятая для конкретной залежи система разработки предопределяет технико-экономические показатели. Перед забуриванием залежи проводят проектирование системы разработки. На основании данных разведки и пробной эксплуатации устанавливают условия, при которых будет протекать эксплуатация: ее геологическое строение, коллекторские свойства пород (пористость, проницаемость, степень неоднородности), физические свойства жидкостей в пласте (вязкость, плотность), насыщенность пород нефти водой и газом, пластовые давления. Базируясь на этих данных, производят экономическую оценку системы, и выбирают оптимальную.

     При глубоком залегании пластов для  повышения нефтеотдачи в ряде случаев успешно применяется  нагнетание в пласт газа с высоким  давлением.

Извлечение  нефти из скважин производится либо за счет естественного фонтанирования под действием пластовой энергии, либо путем использования одного из нескольких механизированных способов подъема жидкости. Обычно в начальной стадии разработки действует фонтанная добыча, а по мере ослабления фонтанирования скважину переводят на механизированный способ: газлифтный или эрлифтный, глубинонасосный (с помощью штанговых, гидропоршневых и винтовых насосов).

     Газлифтный  способ вносит существенные дополнения в обычную технологическую схему промысла, так как при нем необходима газлифтная компрессорная станция с газораспределителем и газосборными трубопроводами.

     Нефтяным  промыслом называется технологический  комплекс, состоящий из скважин, трубопроводов, и установок различного назначения, с помощью которых на месторождении осуществляют извлечение нефти из недр Земли.

     На  месторождениях, разрабатываемых с  помощью искусственного заводнения, сооружают систему водоснабжения  с насосными станциями. Воду берут  из естественных водоемов с помощью водозаборных сооружений.

В процессе добычи нефти важное место занимает внутрипромысловый транспорт продукции  скважин, осуществляемый по трубопроводам. Применяются 2 системы внутрипромыслового транспорта: напорные и самотечные. При напорных системах достаточно собственного давления на устье скважин. При самотечных движение происходит за счет превышения отметки устья скважины над пометкой группового сборного пункта.

     При разработке нефтяных месторождений, приуроченных к континентальным шельфам, создаются морские нефтепромыслы.  

2.2.1. Очистка  нефти  

     Первый  завод по очистке нефти был  построен в России в 1745 г., в период правления Елизаветы Петровны, на Ухтинском нефтяном промысле. В Петербурге и в Москве тогда пользовались свечами, а в малых городах – лучинами. Но уже тогда во многих церквях горели неугасаемые лампады. В них наливалось гарное масло, которое было не чем иным, как смесью очищенной нефти с растительным маслом. Купец Набатов был единственным поставщиком очищенной нефти для соборов и монастырей.

     В конце XVIII столетия была изобретена лампа. С появлением ламп возрос спрос на керосин.

     Очистка нефти – удаление из нефтепродуктов нежелательных компонентов, отрицательно влияющих на эксплуатационные свойства топлив и масел.

     Химическая  очистка производится путем воздействия различных реагентов на удаляемые компоненты очищаемых продуктов. Наиболее простым способом является очистка 92-92% серной кислотой и олеумом, применяемая для удаления непредельных и ароматических углеводородов.

     Физико-химическая очистка производится с помощью растворителей, избирательно удаляющих нежелательные компоненты из очищаемого продукта. Неполярные растворители (пропан и бутан) используются для удаления из остатков переработки нефти (гудронов), ароматических углеводородов (процесс деасфальтации). Полярные растворители (фенол и др.) применяются для удаления полициклических ароматических углеродов с короткими боковыми цепями, сернистых и азотистых соединений из масляных дистиллятов.

     При адсорбционной очистке из нефтепродуктов удаляются непредельные углеводороды, смолы, кислоты и др. адсорбционную очистку осуществляют при контактировании нагретого воздуха с адсорбентами или фильтрацией продукта через зерна адсорбента.

     Каталитическая  очистка – гидрогенизация в мягких условиях, применяемая для удаления сернистых и азотистых соединений.   

2.2.2 Перегонка  нефти 

     Братья  Дубинины впервые создали устройство для перегонки нефти. С 1823 г. Дубинины стали вывозить фотоген (керосин) многими тысячами пудов из Моздока внутрь России. Завод Дубининых был очень прост: котел в печке, из котла идет труба через бочку с водой в пустую бочку. Бочка с водой – холодильник, пустая – приемник для керосина.

     В Америке впервые опыты по перегонке  нефти осуществил в 1833 г. Силлиман.

     На  современном заводе вместо котла  устраивается ложная трубчатая печь. Вместо трубки для конденсации и  разделения паров сооружаются огромные ректификационные колонны. А для 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 300-325 ^о . При такой температуре более летучие вещества нефти превращаются в пар.

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

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

     При температуре 300-325 ^о нефть перегоняется не полностью. Если температуру перегонки увеличить, углеводороды начинают разлагаться.

Нефтяники нашли способ перегонки нефти  без разложения углеводородов.

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

     Чем меньше давление, тем скорее закипает вода. То же самое происходит с нефтью. Многие углеводороды в условиях атмосферного давления кипят только при 500 ^о . Следовательно, при 325 ^о эти углеводороды не кипят.

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

     На  этом законе основана перегонка в  вакууме, т. е. при пониженном давлении. На современных заводах нефть перегоняется или под атмосферным давлением, или под вакуумом, чаще всего заводы состоят из двух частей – атмосферной и вакуумной. Такие заводы так и называются атмосферно-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 при атмосферной.

     Дружнее происходит испарение нефти, когда  в установку вводится пар.

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

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

     Смесь углеводородных паров из печи поступает  в нижнюю часть колонны.