Доклад: Нефть, ее свойства. Нефть сообщение по химии


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.

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 %. 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.

Углеводородные соединения

  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.

Гетеросоединения

  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

/> /> радикалам присоединена группа SH.

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

Доклад - Нефть - Химия

 

    “Нефть”

          (реферат    по химии )

     Краснов Иван 10”Б” класс

План:

1.<span Times New Roman"">          

Происхождение нефти

2.<span Times New Roman"">          

Переработка нефти

2.1<span Times New Roman"">   

Перегонканефти

2.2<span Times New Roman"">   

Крекинг             Происхождение нефти

 Вопросы об исходномвеществе, из которого образовалась нефть, о процессах нефтеобразования иформирования нефти в концентрированную залежь, а отдельных залежей вместорождения до сего времени ещё не являются окончательно решёнными.Существует ряд мнений как об исходных для нефти веществах, так и о причинах ипроцессах, обусловливающих её образование. В последние годы благодаря трудамглавным образом советских геологов, химиков, биологов, физиков и исследователейдругих специальностей  удалось выяснитьосновные закономерности в процессах нефтеобразования. В настоящее времяустановили, что нефть органического происхождения, т.е. она, как и уголь,возникла в результате преобразования органических 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 гипотезу образованиянефти. Он предполагал, что когда земля была в огненно-жидком состоянии, тоуглеводороды из газовой оболочки проникли в массу земного шара, а впоследствиипри остывании выделились на его поверхности. Эта гипотеза не объясняет нигеографического, ни геологического 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 ихконденсации и 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 этитрещины не 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 твёрдой коры,ничтожно. Окислы железа содержать карбиды металлов не могут. Вероятность женаличия 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, планктон идр.), 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 последующиепреобразования пород, 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-Карагичевойустановлено, что бактерии нефтяных пластов превращают различные 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 хлористого алюминия в условиях сравнительноневысоких температур (150-400о) образуют продукты, по  химическому составу, физическим свойствам ивнешнему виду похожие на нефть. Профессор А. В. Фрост установил, что вместохлористого алюминия – катализатора, отсутствующего в природе, — его роль впроцессе нефтеобразования играют обыкновенные глины, глинистые известняки идругие породы, содержащие глинистые минералы.

                    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, каксмесью очищенной 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 котлаустраивается ложная трубчатая печь. Вместо трубки для конденсации и разделенияпаров сооружаются огромные ректификационные колонны. А для приёма продуктовперегонки 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, при 325оэти углеводороды 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 вводится пар.

 Сложна и интересна работа ректификационнойколонны. В этой колонне происходит не только разделение веществ по  их температурам кипения, но одновременно производитсядополнительное 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 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 свысокими температурами 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 или керосина.

 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 1891г. В 1913 г. изобретение Шухова начали применять в Америке. В настоящее время вСША 65% 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"">        

Крекинг изобретён не Кроссом, а русским инженером Шуховым.

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

-<span Times New Roman"">        

Чем вы докажете, что крекинг изобретён вами?

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”означаетрасщепление. На крекинг-заводах углеводороды не перегоняются, а расщепляются.Процесс ведётся при более высоких температурах (до 600о), часто приповышенном давлении.

 При таких температурах крупные молекулы углеводородовраздробляются 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 – в видепыли – вводится в аппаратуру завода. Углеводороды, находящиеся в парообразном игазообразном состоянии, соединяются с пылинками глины и раздробляются на ихповерхности. Такой крекинг называется крекингом с пылевидным катализатором.Этот вид крекинга теперь широко распространяется.

 Катализатор потом отделяется от углеводородов.Углеводороды идут своим путём на ректификацию и в холодильники, а катализатор –в свои резервуары, где его свойства восстанавливаются.

 Катализаторы – крупнейшее достижениенефтепереработки.

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

 Главное внимание уделяют бензину. Егостараются получить больше и обязательно лучшего качества. Каталитическийкрекинг появился именно в результате долголетней, упорной борьбы нефтяников заповышение качества бензина.

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

 

 

       

        

   

www.ronl.ru

Доклад - Нефть - Химия

Общая характеристика нефти и нефтепродуктов

Важнейшим источником полученияразличных углеводородов в промышленности является нефть.

Физические свойства нефти и нахождение её вприроде. Нефть представляет собой маслянистую жидкость обычно тёмного цветасо своеобразным запахом. Она немного легче воды и в воде не растворяется.

/>

Рисунок 1. Геологический разрезнефтеносной местности.

Нефть залегает в земле,заполняя пустоты между частицами различных горных пород (рис. 1). Для добыванияеё бурят сква­жины (рис. 2). Если нефть богата газами, она под давлением ихсама 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 почтиисключительно на Кавказе (Баку, Грозный). За годы советской власти разведано ивведено в эксплуатацию много новых месторождений. Между Вол­гой и Ураломоткрыто «Второе Баку» — громадный нефтеносный район, значительно превосходящийпо 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 бурениескважин 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 непри постоянной температуре, что характерно для чистых веществ, а в широкоминтервале температур. Это значит, что нефть пред­ставляет собой неиндивидуальное вещество, а смесь веществ. При нагревании нефти сначалаперегоняются вещества с меньшим молекулярным весом, обладающие более низкойтемпературой ки­пения, затем температура смеси постепенно повышается, и начи­наютперегоняться вещества с большим молекулярным весом, имею­щие более высокуютемпературу кипения, и т. д.

/>

Рисунок 3.Нефтьподнимается под давлением нагнетаемой в пласт

В состав нефти входят главнымобразом углеводороды. Основ­ную массу её составляют жидкие углеводороды, в нихрастворены газообразные и твёрдые углеводороды.

/>

Рисунок 4. Перегонка   нефти в лаборатории.

Состав нефти различныхместорождений неодинаков. Грознен­ская и западноукраинская нефть состоятглавным образом из пре­дельных углеводородов. Бакинская нефть состоитпреимущест­венно из циклических углеводородов — цикланов. Цикланы — этоуглеводороды, отличающиеся по своему строению от предельных тем, что содержатзамкнутые цепи (циклы) углеродных атомов, например:

/>

Цикланы были открыты в нефти и изученывыдающимся учени­ком А. М. Бутлерова, профессором Московского университета В.В. Map ков пиковым.

Нефтепродукты и ихприменение. Так ках нефть— это смесь углеводородов различного молекулярного веса, имеющих разныетемпературы кипения, то перегонкой её разделяют на отдельные нефтепродукты(рис. 5): бензин, содержащий наиболее лёгкие углеводороды, кипящие от 40до 200°, с числом атомов углерода в молекулах от 5 до 11; лигроин, содержащийуглеводороды с большим числом атомов углерода, с темп, кипения от 120 до 240°; керосинс темп, кипения от 150 до 310° и, далее, соляровое масло. Послеотгонки из нефти этих продуктов остаётся вязкая чёрная жидкость — мазут.

/>

Рисунок 5. Температура кипения     различных видовтоплива,  получаемых из нефти.

/>

Рисунок 6. Важнейшие продукты, получаемые из нефти.

Бензин применяется в качествегорючего для двигателей внут­реннего сгорания. В зависимости от назначения онподразделяется на два основных сорта: авиационный и автомобильный. Бензин ис­пользуетсятакже в качестве растворителя масел, каучука, для очистки тканей от жирныхпятен и т. п. Керосин применяется как горючее для тракторов. Он используетсятакже для освещения. Соляровое масло применяется в качестве горючего длядизелей.

Из мазута путём дополнительнойперегонки получают смазоч­ные масла для смазки различных механизмов. Перегонкуведут под уменьшенным давлением, чтобы снизить температуру кипенияуглеводородов и избежать разложения их при нагревании.

После перегонки мазутаостаётся нелетучая тёмная масса — гудрон, идущая на асфальтированиеулиц. Важнейшие продукты, получаемые из нефти, указаны в таблице (рис. 6).

Из некоторых сортов нефтивыделяют твёрдые углеводороды — так называемый парафин (идущий,например, на изготовление све­чей) и смесь жидких углеводородов с твёрдыми — вазелин.

Кроме переработки на смазочныемасла, мазут применяется в качестве топлива в заводских и паровозных топках, вкоторые ом подаётся при помощи форсунок. Большие количества мазута подвергаютсяхимической переработке в бензин и другие виды топлива.

Промышленная переработка нефти

Перегонка нефти. Сначалаперегонку нефти в промышленности производили по тому же принципу, что и вописанном выше лабо­раторном опыте. Нефть нагревали в особых резервуарах — «ку­бах»,выделяющиеся пары отбирали в определённых интервалах температур иконденсировали, получая таким образом бензин, керосин и другие нефтепродукты.Но когда сильно возросла по­требность в жидком топливе, такой способ оказалсяневыгодным, та к как он требовал много времени и большого расхода топлива на на­греваниенефти, не обеспечивал высокой производительности и до­статочно хорошегоразделения нефти на отдельные нефтепродукты.

В настоящее время перегонкунефти в промышленности произ­водят на непрерывно действующих так называемыхтрубчатых установках (рис. 7), отвечающих требованиям современного про­изводства.Установка состоит из двух сооружений — трубчатой печи для нагрева нефти иректификационной колонны для разде­ления нефти на отдельные продукты.

Трубчатая печь представляетсобой помещение, выложенное внутри огнеупорным кирпичом. Внутри печи расположенмного­кратно изогнутый стальной трубопровод. Печь обогревается горя­щиммазутом, подаваемым в неё при помощи форсунок. По трубо­проводу непрерывно, спомощью насоса, подаётся нефть. В нём она быстро нагревается до 300—325° и ввиде смеси жидкости и пара поступает далее в ректификационную колонну.

Ректификационная колонна имеетвнутри ряд горизонтальных перегородок с отверстиями — так называемых тарелок.Пары нефти, поступая вколонну, поднимаются вверх и проходят через отверстия в тарелках. Постепенноохлаждаясь, они сжижаются на тех или иных тарелках в зависимости от температуркипения. Углеводороды, менее летучие, сжижаются уже на первых тарелках, образуясоляровое масло; более летучие углеводороды собираются выше и образуют керосин;ещё выше собирается лигроин; наиболее летучие углеводороды выходят в виде паровиз колонны и образуют бензин. Часть бензина подаётся в колонну в виде орошениядля охлаждения и конденсации поднимающихся паров. Жидкая часть нефти,поступающей в колонну, стекает по тарелкам вниз, обра­зуя мазут. Чтобыоблегчить испарение летучих углеводородов, задерживающихся в мазуте, снизунавстречу стекающему мазуту подают перегретый пар.

/>

Рисунок 7. Схема трубчатой установки для непрерывнойперегонки нефти.

Устройство тарелоксхематически изображено на рисунке 8. Отверстия в тарелках, через которыепроходят поднимающиеся кверху пары, имеют небольшие патрубки, покрытые сверхукол­пачками с зубчатыми краями. Через зазоры, образующиеся в местесоприкосновения колпачка с тарелкой, и проходят вверх пары углеводородов.Пробулькивая через жидкость на тарелке, пары охлаждаются, вследствие чегонаименее летучие составные части их сжижаются, а более летучие увлекаются на следующиетарелки. 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 нанижерасположенную тарелку, где проходят аналогичные явления. Процессы испаренияи конденсации, многократно повторяясь на ряде тарелок, приво­дят к разделениюнефти на нужные продукты.

Крекинг нефти. При перегонкенефти выход бензина составляет лишь 10—15%. Такое количество бензина не можетудовлетворить всё возрастающий спрос на него со стороны авиации и автомобиль­ноготранспорта. Источником получения из нефти дополнительного количества бензинаявляется крекинг-процесс.

Если в нагреваемую на силь­номпламени трубку (заполнен­ную железными стружками для улучшения теплопередачи)пус­кать из воронки по каплям керосин или смазочное масло, очищенные отнепредельных уг­леводородов (рис. 9), то в U-образной трубке вскоре будет собираться жидкость, а в цилин­дренад водой — газ. Получен­ная жидкость, в отличие от взя­той для реакции,обесцвечивает бромную воду, т. е. содержит непредельные соединения. Соб­ранныйгаз хорошо горит и так­же обесцвечивает бромную воду.

Результаты опыта объясня­ютсятем, что при нагревании произошёл распад углеводородов, например:

/>

Рисунок 8. Схемаустройства тарелок ректификационной колонны.

/>

Образовалась смесь предельныхи непредельных углеводородов с меньшими молекулярными весами, аналогичнаябензину.

Получившиеся жидкие веществачастично могут разлагаться далее, например:

/>

Эти реакции приводят кобразованию   газообразных веществ.

Процесс химического разложенияуглеводородов нефти на более, летучие вещества называется крекингом (крекинг — расщепление). Крекинг даётвозможность повысить выход бензина из нефти до 50% и более.

Крекинг-процесс был изобретёнрусским инженером В. Г. Шу­ховым в 1891 г. Сначала этим изобретениемвоспользовались американские фирмы. В России крекинг-процесс получил промыш­ленноеприменение после Великой Октябрьской социалистиче­ской революции (рис. 10).

/>

Рисунок 9. Крекингкеросина (лабораторный опыт).

Существуют два вида крекинга —термический, когда расщеп­ление углеводородов производится при высокойтемпературе, и каталитический, идущий при повышенной температуре с приме­нениемкатализаторов.

/>

Рисунок 10. Общий вид крекинг-завода.

Термический крекингосуществляют, пропуская иефшпродукгы, например мазут, через трубчатую печь (см.выше), где они нагре­ваются примерно до 500° под давлением в несколько десятковатмосфер. Чтобы разделить образующуюся смесь жидких и газо­образныхуглеводородов, продукты крекинга направляют в ректи­фикационную колонну, спринципом действия которой мы уже знакомы.

Бензин термического крекингасущественно отличается от бен­зина прямой гонки тем, что со держит в своёмсоставе непредельные углеводороды.

Каталитический крекингосуществляют, пропуская пары тяжё­лых углеводородов в реакторы, заполненныекатализатором (зёрна алюмосиликатов). Продукты крекинга из реактора поступаютна ректификацию. Применение ката­лизаторов позволяет проводить крекинг приболее низких темпе­ратурах и давлении, направлять его в сторону образованиянаибо­лее ценных продуктов и получать бензин высокого качества.

Газы крекинга содержат разно­образныепредельные и непредель­ные углеводороды (рис. 11), что делает их ценным сырьёмдля орга­нического синтеза. По решению XX съезда Коммунистической пар­тии одной из важнейших задачхимической и нефтяной промыш­ленности в шестой пятилетке яв­ляется резкоеповышение использо; вания нефтяных, природных газов и нефтепродуктов для произ­водствасинтетического каучука, спирта, моющих средств и других химических продуктов.

/>

Рисунок 11. Примерный  составгазов термического крекинга   нефти.

www.ronl.ru

Доклад - Нефть - Химия

Происхождениенефти

 Вопросы об исходномвеществе, из которого образовалась нефть, о процессах нефтеобразования иформирования нефти в концентрированную залежь, а отдельных залежей вместорождения до сего времени ещё не являются окончательно решёнными. Существуетряд мнений как об исходных для нефти веществах, так и о причинах и процессах,обусловливающих её образование. В последние годы благодаря трудам главнымобразом советских геологов, химиков, биологов, физиков и исследователей другихспециальностей  удалось выяснить основные закономерности в процессахнефтеобразования. В настоящее время установили, что нефть органическогопроисхождения, т.е. она, как и уголь, возникла в результате преобразованияорганических веществ.

 Ранее выдвигались и другиетеории образования нефти.

 В конце XIX в.,когда в астрономии и физике получило развитие применение спектральных методовисследования и в спектрах различных космических тел были обнаружены не толькоуглерод и водород, но и углеводороды, русский геолог Н. А. Соколов выдвинулкосмическую гипотезу образования нефти. Он предполагал, что когда земля была вогненно-жидком состоянии, то углеводороды из газовой оболочки проникли в массуземного шара, а впоследствии при остывании выделились на его поверхности. Этагипотеза не объясняет ни географического, ни геологического распределениянефтяных месторождений…

 В конце XIXв. Д. И. Менделеевым, обратившим внимание на приуроченность известных тогдаместорождений нефти к краевым частям гор, была выдвинута теория неорганическогопроисхождения нефти. Предполагалось, что углеводороды, образующиеся придействии воды на раскалённые карбиды металлов, проходили по  трещинам изглубоких слоёв в зону осадочной оболочки земного шара, где путём их конденсациии гидрогенизации образовались нефтяные месторождения.

 Эта теория образованиянефти не получила признания среди геологов и химиков. Трудно представить себеобразование нефти путём действия на карбиды металлов воды океанов,просочившейся в глубину земли по  трещинам земной коры, так как эти трещины немогут идти так глубоко.

 Кроме того, наличие вземной коре больших залежей карбидов железа, до которых может проникнуть водаокеанов, очень сомнительно.

 Количество металлическогожелеза (а не его окислов), которое может попасть из очень глубоких зон наповерхность твёрдой коры, ничтожно. Окислы железа содержать карбиды металлов немогут. Вероятность же наличия карбидов металлов в самом металлическом железетакже крайне незначительна.

 Все приведённые вышесоображения говорят о том, что в наружной оболочке космического типа приналичии окислительной обстановки не приходится ожидать образования и сохранениякарбидов железа и других металлов в сколько-нибудь значительных количествах…

 М. В. Ломоносов первыйуказал на связь между горючими полезными ископаемыми — углём и нефтью ивыдвинул впервые в мире в середине XVIII в. гипотезу о происхождениинефти из растительных остатков.

 Академик В. И. Вернадскийобратил внимание на наличие в нефти азотистых соединений, встречающихся ворганическом мире.

 Предшественники академикаИ. М. Губкина, русские геологи Андрусов и Михайловский также считали, что наКавказе нефть образовалась из органического материала. По  мнению И. М.Губкина, родина нефти находится в области древних мелководных морей, лагун и заливов.Он считал, что уголь и нефть – члены одного и того же генетического рядагорючих ископаемых.

 Уголь образуется в болотахи пресноводных водоёмах, как правило, из высших растений. Нефть получаетсяглавным образом из низших растений и животных, но в других условиях.

 Нефть постепеннообразовывалась в толще различных по  возрасту осадочных пород, начиная отнаиболее древних осадочных пород – кембрийских, возникших 600 млн. лет назад,до сравнительно молодых – третичных слоёв, сложившихся 50 млн. лет назад.

 Накопление органического материала для будущегообразования нефти происходило в прибрежной полосе, в зоне борьбы между сушей иморем…

 По  вопросу об исходномматериале существовали разные мнения. Некоторые учёные полагали, что нефтьвозникла из жиров погибших животных (рыбы, планктон и др.), другие считали, чтоглавную роль играли белки, третьи придавали большое значение углеводам. Теперьдоказано, что нефть может образоваться из жиров, белков и углеводов, т.е. извсей суммы органических веществ.

 И. М. Губкин дал критический анализ проблемыпроисхождения нефти и разделил органические теории на три группы: теории, гдепреобладающая роль в образовании нефти отводится погибшим животным; теории, гдепреобладающая роль отводится погибшим растениям, и, наконец, теории смешанногоживотно-растительного происхождения нефти.

 Последняя теория, детальноразработанная И. М. Губкиным, носит название сапропелитовой от слова “сапропель” –глинистый ил – и является господствующей. В природе широко распространены различныевиды сапропелитов.

Различие в исходноморганическом веществе является одной из причин существующего разнообразиянефтей. Другими причинами являются различие температурных условий вмещающихпород, присутствие катализаторов и др., а также последующие преобразованияпород, в которых заключена нефть…

 В СССР были проведеныисследования, в результате которых удалось установить роль микроорганизмов вобразовании нефти. Т. Л. Гинзбург-Карагичева, открывшая присутствие в нефтиразнообразнейших микроорганизмов, привела в своих исследованиях много новых,интересных сведений.

 Она установила, что внефтях, ранее считавшихся ядом для бактерий, на больших глубинах идёт кипучаяжизнь, не прекращавшаяся миллионы лет подряд.

 Целый ряд бактерий живёт внефти и питается ею, меняя, таким образом, химический состав нефти. Академик И.М. Губкин в своей теории нефтеобразования придавал этому открытию большоезначение. Гинзбург-Карагичевой установлено, что бактерии нефтяных пластовпревращают различные органические продукты в битуминозные.

 Под действием рядабактерий происходит разложение органических веществ и выделяется водород,необходимый для превращения органического материала в нефть…

 Академиком Н. Д.Зелинским, профессором В. А. Соколовым и рядом других исследователей большоезначение в процессе нефтеобразования придавалось радиоактивным элементам.Действительно, доказано, что органические вещества под действием альфа-лучейраспадаются быстрее и при этом образуются метан и ряд нефтяных углеводородов.

 Академик Н. Д. Зелинский иего ученики установили, что большую роль в процессе нефтеобразования играюткатализаторы.

 В более поздних работахакадемик Зелинский доказал, что входящие в состав животных и растительныхостатков пальмитовая, стеариновая и другие кислоты при воздействии хлористогоалюминия в условиях сравнительно невысоких температур (150-400о)образуют продукты, по  химическому составу, физическим свойствам и внешнемувиду похожие на нефть. Профессор А. В. Фрост установил, что вместо хлористогоалюминия – катализатора, отсутствующего в природе, — его роль в процессенефтеобразования играют обыкновенные глины, глинистые известняки и другиепороды, содержащие глинистые минералы.

                    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 нефти основанана том же принципе – сначала нефть испаряется, а затем пары её конденсируют сразделением на погоны – бензиновые, керосиновые и т.д.

 Секрет получения светлыхпродуктов из чёрной нефти человек разгадал очень давно. Ещё при Петре Первомпользовались очищенной нефтью.

 Первый завод для очистки нефти был построен в Россиина Ухтинском нефтяном промысле. Это было в 1745г., в период царствованияЕлизаветы Петровны. В Петербурге и в Москве тогда для освещения пользовалисьсвечами, а в малых городах и деревнях – лучинами. Но уже и тогда во многихцерквях горели “неугасимые” лампады. В лампады наливалосьгарное масло, которое было не чем иным, как смесью очищенной нефти срастительным маслом.

 Купец Набатов былединственным поставщиком очищенной нефти для соборов и монастырей.

 В конце XVIIIстолетия была изобретена лампа.

 С появлением лампувеличился спрос на керосин.

 Когда братья Дубиныпостроили в Моздоке нефтеперегонный завод, свой керосин, называющийся тогдафотогеном, они отправляли в Россию.

 И первый, и второй, и всепоследующие нефтеперегонные заводы получали бензин, керосин и другие продуктывыпариванием нефти.

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

 На современном заводевместо котла устраивается ложная трубчатая печь. Вместо трубки для конденсациии разделения паров сооружаются огромные ректификационные колонны. А для приёмапродуктов перегонки выстраиваются целые городки резервуаров.

 Нефть состоит из смесиразличных веществ (главным образом углеводородов) и потому не имеетопределённой точки кипения. На трубчатках нефть подогревают до 300-325о.При такой температуре более летучие вещества нефти превращаются в пар.

 Печи на нефтеперегонныхзаводах особые. С виду они похожи на дома без окон. Выкладываются печи излучшего огнеупорного кирпича. Внутри, вдоль и поперёк, тянутся трубы. Длинатруб в печах достигает километра.

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

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

 Нефтяники нашли способперегонки нефти без разложения углеводородов.

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

 Чем меньше давление, темскорее закипает вода. То же самое происходит с нефтью. Многие углеводороды вусловиях атмосферного давления кипят только при 500о. Следовательно,при 325о эти углеводороды не кипят.

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

 На этом законе основанаперегонка в вакууме, т. е. при пониженном давлении. На современных заводахнефть перегоняется или под атмосферным давлением, или под вакуумом, чаще всегозаводы состоят из двух частей – атмосферной и вакуумной. Такие заводы так иназываются атмосферно-вакуумные. На этих заводах получаются одновременно всепродукты: бензин, лигроин, керосин, газойль, смазочные масла и нефтяной битум.Неиспарившихся частей при такой перегонки остаётся гораздо меньше, чем приатмосферной.

 Дружнее происходитиспарение нефти, когда в установку вводится пар.

 Сложна и интересна работаректификационной колонны. В этой колонне происходит не только разделениевеществ по  их температурам кипения, но одновременно производитсядополнительное многократное кипячение конденсирующейся жидкости.

 Колонны делаются оченьвысокими – до 40 м. Внутри они разделяются горизонтальными перегородками– тарелками – с отверстиями. Над отверстиямиустанавливаются колпачки.

 Смесь углеводородных паровиз печи поступает в нижнюю часть колонны.

 Навстречу неиспарившемусяостатку нефти снизу колонны подаётся перегретый пар. Этот пар прогреваетнеиспарившийся остаток и увлекает с собой все лёгкие углеводороды вверхколонны. В нижнюю часть колонны стекает освобождённый от лёгких углеводородовтяжёлый остаток – мазут, а пары одолевают тарелку за тарелкой, стремясь к верхуколонны.

 Сначала превращаются вжидкость пары с высокими температурами кипения. Это будет соляровая фракция,которая кипит при температуре выше 300о. Жидкий соляр заливаеттарелку до отверстий. Парам, идущим из печи, теперь приходится пробулькиватьчерез слой соляра.

 Температура паров вышетемпературы соляра, и соляр снова кипит.

  Углеводороды, кипящие притемпературе ниже 300о, отрываются от него и летят вверх колонны, насекцию керосиновых тарелок.

 В соляре, выходящем изколонны, поэтому нет бензина или керосина.

 В колоннах бывает 30-40тарелок, разделённых на секции. Через все тарелки проходят пары, на каждой онипробулькивают через слой сконденсировавшихся паров и в промежутках между нимивстречают падающие с верхней тарелки капли лишнего, не убравшегося на верхнюютарелку конденсата.

 В колонне непрерывно  идётсложная, кропотливая работа. Углеводороды собираются в секциях по  температурамкипения. Для каждой группы углеводородов в колонне имеются свои секции и свойвыход.

 Углеводороды сгруппируютсяв своей секции только тогда, когда в них не будет углеводородов других температуркипения.

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

Из самых верхних секцийколонны идёт не бензин, а пары бензина, так как температура вверху колонны вышетемпературы легко кипящих частей бензина. Пары бензина идут сначала вконденсатор.

 Здесь они превращаются вбензин, который направляется также в холодильник, а затем в приёмник.

                                       Крекинг

 Крекинг изобрёл русскийинженер Шухов в 1891 г. В 1913 г. изобретение Шухова начали применять вАмерике. В настоящее время в США 65% всех бензинов получается накрекинг-заводах.

 Наши нефтяники часторассказывают о судебной тяжбе двух американских фирм.

 Около двадцати пяти летназад американская фирма Кросса обратилась в суд с жалобой на то, что фирмаДаббса присвоила её изобретение – крекинг. Фирма Кросса требовала с фирмыДаббса большую сумму денег за “незаконное” использование изобретения.

 Суд встал на сторонуКросса. Даббсу приходилось совсем плохо.

 Выручил Даббса адвокат. Насуде адвокат заявил:

-    Крекинг изобретён не Кроссом, арусским инженером Шуховым.

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

-    Чем вы докажете, что крекингизобретён вами?

Шухов вынул из столадокументы и предъявил американцам. Из документов было ясно, что Шухов свойкрекинг запатентовал за тридцать лет до тяжбы Кросса с Даббсом.

 Аппаратура крекинг-заводовв основном та же, что и заводов для перегонки нефти. Это – печи, колонны. Норежим переработки другой. Другое и сырё.

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

 При таких температурахкрупные молекулы углеводородов раздробляются на более мелкие.

 Мазут густ и тяжёл, егоудельный вес близок к единице. Это потому, что он состоит из сложных и крупныхмолекул углеводородов.

 Когда  мазут подвергаетсякрекингу, часть составляющих его углеводородов раздробляется на более мелкие. Аиз мелких углеводородов как раз и составляются лёгкие нефтяные продукты — бензин, керосин.

 Мазут – остаток первичнойперегонки. На крекинг-заводе он снова подвергается переработке, и из него, также как из нефти на заводе первичной перегонки, получают бензин, лигроинкеросин.

 При первичной перегонкинефть подвергается только физическим изменениям. От неё отгоняются лёгкиефракции, т. е. отбираются части её, кипящие при низких температурах и состоящиеиз разных по  величине углеводородов. Сами углеводороды остаются при этомнеизменёнными.

 При крекинге нефтьподвергается химическим изменениям. Меняется строение углеводородов. Ваппаратах крекинг-заводов происходят сложные химические реакции. Эти реакцииусиливаются, когда в аппаратуру вводят катализаторы.

 Одним из такихкатализаторов является специально обработанная глина. Эта глина в мелкомраздробленном состоянии – в виде пыли – вводится в аппаратуру завода.Углеводороды, находящиеся в парообразном и газообразном состоянии, соединяютсяс пылинками глины и раздробляются на их поверхности. Такой крекинг называетсякрекингом с пылевидным катализатором. Этот вид крекинга теперь широкораспространяется.

 Катализатор потомотделяется от углеводородов. Углеводороды идут своим путём на ректификацию и вхолодильники, а катализатор – в свои резервуары, где его свойствавосстанавливаются.

 Катализаторы – крупнейшеедостижение нефтепереработки.

 На крекинг-установках всехсистем получают бензин, лигроин, керосин, соляр и мазут.

 Главное внимание уделяютбензину. Его стараются получить больше и обязательно лучшего качества.Каталитический крекинг появился именно в результате долголетней, упорной борьбынефтяников за повышение качества бензина.

 

 

 

 

 

 

 

www.ronl.ru

Доклад - Нефть - Химия

Реферат на тему                            

   “Нефть”.

                       

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

  То чтонефть в основном состоит из углеводородов можно легко подтвердить на следующемопыте. Поставим пробирку с нефтью на огонь предварительно прикрепив к нейтрубку с отверстиями для входа и выхода газа. К концу трубки закрепим еще однупробирку. Нагрев пробирку с нефтью можно заметить что перегоняется она не приопределенной температуре, как индивидуальные вещества, а в широком интервалетемператур. Сначала при умеренном нагревании перегоняются преимущественновещества с большей молекулярной массой. Состав нефти неоднороден. Обычно всеони содержат 3 вида углеводородов:парафины(обычно нормальногостроения), циклопарафины (нафтены) и ароматические, хотя соотношения этихуглеводородов бывают разные. Например нефть Мангышлака богата предельнымиуглеводородами, в районе Баку -циклопарафинами, с острова Борнео богата ароматическимиуглеводородами.

  Все нефтипри простой перегонке разделяются на фракции:

1) Газовая фракция (tкипения до 40°C) содержит нормальные иразветвленные алканы до C5.

2) Бензин (газолин) (t°кипения 40-180°C)содержит до 20% от общегосостава. Углеводороды- C6-C10.

3) Керосин (t°кипения 180-230°C)-содержит углеводороды C11-С12В основном используется вкачестве топлива.

4) Легкий газойль(t°230-305°C) -легкое дизельное топливо, всостав входят C13-C17. Используют как дизельное топливо.

5) Тяжелый газойль и легкийдистиллят. (t°кипения 305-405°С). С18-С25.

6)  Смазочные масла(t°кипения 405-515°C). Содержат углеводороды C26-C38, Из которых наиболее известенвазелин.

7) Остаток после перегонкиназывают асфальтом или гудроном.

 

 

Помимоуглеводородов нефть содержит около 10% сернистых, азотистых, икислородсодержащих соединений.

  Самоераспространенное топливо на сегодняшний день -Бензин. Он применяется в качествегорючего для автомашин и самолетов с поршневыми двигателями. Он используетсятакже как растворитель масел, каучука, для очистки тканей и т.д.

  Лигроинявляется горючим для тракторов.

  Керосин-горючее для тракторов, реактивных самолетов и ракет.

  Газойльиспользуется в качестве горючего для дизелей.

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

  Одной изсамых важных характеристик бензина является детонация. Детонация -это взрывноесгорание бензина. Наименьшей стойкостью к детонации обладают парафинынормального строения. Углеводороды разветвленные, а также непредельные иароматические более устойчивы к детонации;они допускают более сильноесжатие горючей смеси и, следовательно, позволяют конструировать более мощныедвигатели.

  Дляколичественной характеристики детонационной стойкости бензинов выработанаоктановая школа. Каждый углеводород и каждый сорт бензина характеризуетсяопределенным 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. Еслиговорят, что бензин имеет октановое число 76, то это значит, что он допускаеттакое же сжатие в цилиндре без детонации, как смесь из 76% изооктана и 24%гептана.

 

 

  Бензиныизвлекаемые из нефти, имеют сравнительно низкие октановые числа. Применяяспециальные способы переработки получают бензины с более высокими октановыми числами.

www.ronl.ru

Доклад - Общая характеристика нефти и нефтепродуктов

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.

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


Смотрите также