Переработка нефти сообщение по химии 10 класс

Обновлено: 14.05.2024

НЕФТЬ, жидкое горючее полезное ископаемое. Залегает обычно в пористых и трещиноватых г.п. (песчаниках, мергелях, известняках) в осн. на глуб. 1,2 - 2 км и более. Маслянистая жидкость от светло-коричневого до темно-бурого цвета со специфич. запахом. Различают Н. легкую (0,65-0,83 г/см 3 )) среднюю (0,83-0,86 г/см 3 ), тяжелую (0,86-1,05 г/см 3 ). Т-ра кип. выше 28 о С, застывания от +26 до -60 о С. Теплота сгорания 43,7-46,2 МДж/кг (см. Химия нефти). Н. сложная смесь углеводородов, гл. обр. парафиновых и нафтеновых, в меньшей степ. ароматических. Углеводородный состав Н. разл. нефтяных месторождений колеблется в широких пределах.

Во 2-й пол. 19 в. самарский помещик И.Я.Малакиенко и амер. промышленник Л.Шандор бурили скважины и строили шахты по берегам Волги, Сока и Шешмы на терр. нынешней Самарской обл., а Никеров и Попов - в р-не д.Нижне-Буранчино в Башкирии. Однако эти поиски велись без учета геол. строения р-нов и закончились полной неудачей. В кон. 19 в. частные предприниматели арендовали земли для поисков Н. вблизи дд.Кусяпкулово, Ишимбаево, Нижне-Буранчино. Стерлитамакский городской голова А.Ф.Дубинин в 1900 обратился в Горный департамент с просьбой рассмотреть вопрос "о возможности поставки за счет казны разведок на Н. в р-не д.Ишимбаево". В 1901, после проверки результатов разведочных работ возле д.Нижне-Буранчино, геолог А.А.Краснопольский пришел к выводу "о невозможности глубоким бурением получить в Нижне-Буранчино нефтяной фонтан". В 1911-14 промышленник А.И.Срослов арендовал земли от д.Ишимбаево до д.Кусяпкулово с целью разведки нефт. залежей. Заложенная им шахта глуб. 12,7 м пересекла 2 слоя насыщенных Н. пород. Однако в 1916 геолог А.П.Замятин, осмотревший р-н д.Ишимбаево, подтвердил вывод Краснопольского о полной бесполезности поисков Н. в этом р-не. В 1910-14 нек-рые р-ны Урало-Поволжья были объектом пристального внимания нефт. фирмы "Нобель". Представители фирмы объезжали р-ны и заключали договора с крестьянскими сел. обществами о запрещении ими каких бы то ни было геол. и горн. работ на их землях. И.М.Губкин пришел к убеждению, что на склонах Уральского хр. есть залежи нефти. Его прогноз подтвердил - нефт. фонтан из скважин, пробуренных на калийную соль в р-не Верхне-Чусовских городков Пермской обл. в апр. 1929. В р-н д.Ишимбаево была организована эксп. под рук. А.А.Блохина для изучения геол. строения р-на. В авг. 1931 были получены первые нефтепроявления, а 16 мая 1932 из скв. 702 ударил фонтан, выбросивший на поверхность в теч. 4 ч. ок. 50 т нефти. В 1933 геол. партия под рук. геолога К.Р.Чепикова проводила съемочные работы в Туймазинском р-не, была выявлена обширная антиклинальная структура, названная "Муллинской". Чепиков указывал, что эта структура является наиб. отчетливой для вост. периферии Сокского р-на. В 1936 на этой пл. были заложены 3 глубокие скважины, одна из к-рых в 1937 вскрыла нефтенасыщенные песчаники визейского яруса нижнекам.-уг. возраста. В 1939 пром. приток Н. был получен из нижележащих известняков турнейского яруса ниж. карбона. В дек. 1937 вблизи южн. склона вост. массива в Ишимбаево была заложена разведочная скважина, назначение к-рой состояло в том, чтобы закончить оконтуривание вост. массива. В янв. 1938 скважина показала наличие подъема поверхности артинских известняков, принадлежащего новому нефтеносному массиву, получившему назв. "Южный". В мае 1937 в Туймазинском р-не респ. была обнаружена Н. на глуб. 1150 м в более древних отложениях (низ кам.-уг. системы), чем в Ишимбаево (сакмарский ярус и артинский ярус перми). Добыча Н. из залежей нижнекам.-уг. возраста на м-нии составляла ок. 250 т/сутки. Значит. ее ч. сжигалась в котельных на буровых. В 1938 геологом И.В.Бочковым была предпринята попытка бурения на глуб. отложений девонского периода. Однако при забое 1500 м бурение было прекращено, хотя для вскрытия огромных по запасам залежей девонской нефти оставалось пробурить всего 150 м. Большой вклад в открытие девонской Н. внес М.В.Мальцев. В 1943 была заложена скважина - 100, открывшая в сент. 1944 залежи в песчаных пластах Д-I и Д-II Туймазинского м-ния. Открытие девонской Н. коренным образом изменило перспективу не только Туймазинского м-ния, но и всей вост. окраины европейской ч. страны. Был резко увеличен объем глубокого поисково-разведочного бурения на нефть и газ. Открыли м-ния: Бавлинское (1946), Серафимовское (1949), Шкаповское (1953), Арланское (1955) и т.д. Всего в респ. открыто ок. 200 нефт. и 10 газовых м-ний. Добыча Н. ведется в 27 р-нах респ., достигла максимума в 1967 - 47,8 млн. т. (см. Нефтегазодобывающая промышленность). Пробурено ок. 40 тыс. скважин разл. глуб. (до 5112 м) и назначения. В связи с выработкой запасов осн. высокопродуктивных м-ний добыча нефти и газа постепенно снижается (16,5 млн. т в 1995). Большой вклад в открытие м-ний внесли геологи Блохин, Р.С.Билалов, А.Я.Виссарионова, Мальцев, Т.М.Золоев, Н.И.Мешалкин, Ф.С.Куликов, А.А.Трофимук, К.Р.Тимергазин, Г.П.Ованесов, Н.И.Ключников, Н.Н.Лисовский, К.С.Баймухаметов, геофизики Н.К.Юнусов, С.Н.Миролюбов; буровики Ф.Г.Ефремов, С.И.Кувыкин и др.

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ .

Совр. высокопроизводительные нефтегазоперерабат. произ-ва оснащены кр. и сложными по конструкции аппаратами и машинами, способными функционировать в условиях низких т-р, глубокого вакуума и высоких давлений (до 20 Мпa при гидрокрекинге нефт. сырья) и часто в агрессивных средах. Пром. переработка нефти на совр. НПЗ осуществляется путем сложной многоступенчатой физ. и хим. переработки на отд. или комбинированных технолог. установках, предназначенных для получения большого ассортимента нефтепродуктов. Перед переработкой поступающая с промыслов нефть с содержанием солей 100-700 мг/л и воды менее 1% масс. подвергается на НПЗ глубокой очистке от солей до содержания менее 3 мг/л и от воды до менее 0,1% масс. на электрообессоливающих установках (ЭЛОУ). Технолог. процессы НПЗ подразделяются на физ. (т. н. первичные) и хим. (вторичные). Физическими процессами достигается разделение нефти на составляющие компоненты (топливные и масляные фракции) или удаление из фракций или остатков нефти нежелательных групповых хим. компонентов. В химических процессах переработка нефт. сырья осуществляется путем хим. превращений с получением новых продуктов. Хим. процессы на совр. НПЗ подразделяются: 1) по способу активации хим. реакций - на термич. и каталитич.;2) по типу протекающих в них хим. превращений - на деструктивные, гидрогенизац. и окислительные. Головным процессом переработки нефти (после ЭЛОУ) является атмосферная перегонка, на к-рой отбираются топливные фракции (бензиновые, осветительного керосина, реактивного и дизельного топлив) и мазут, используемый либо как компонент котельного топлива, либо как сырье для последующей глубокой переработки. Топливные фракции атмосферной перегонки далее подвергаются облагораживанию (гидроочистке от гетероатомных соед.), а бензины - каталитич. риформингу с целью повышения их качества или получения индивид. ароматич. углеводородов-сырья нефтехимии: бензола, толуола, ксилолов и др. Из мазута путем вакуумной перегонки получают широкую фракцию (350-500 о С) вакуумного газойля - сырья для последующей переработки на установках каталитич. крекинга или гидрокрекинга с получением компонентов моторных топлив, узкие дистиллятные масляные фракции, направляемые далее на последующие процессы очистки (селективная очистка, депарафинизация и др.). Остаток вакуумной перегонки - гудрон - служит при необходимости для остаточных масел или как сырье для глубокой переработки с получением дополнит. кол-ва моторных топлив, нефт. кокса, дорожного и строит. битума или же в качестве компонента котельного топлива. Из хим. процессов наиб. распространение получили гидроочистка, риформинг и каталитич. крекинг. Гидроочистка используется для повышения качества моторных топлив путем удаления (гидрогенолиза) сернистых, азотистых и кислородных соед. и гидрирования олефинов сырья в среде водорода на алюмокобальт- или никельмолибденовых катализаторах (при т-ре 300-400 о С и давлении 2-4 Мпа). В процессе каталитич. ри-форминга, проводимого при т-ре 500 о С, давлении 1-4 Мпа в среде водорода на алюмоплатиновом катализаторе, осуществляются преим. хим. превращения нафтеновых и парафиновых углеводородов в аромат., в результате существенно повышается октановое число (достигая до 100 пунктов) продукта. Каталитич. крекинг, проводимый при т-рах 500-550 о С без давления на цеолитсодержащих катализаторах, является наиб. эффективным, углубляющим нефтепереработку процессом, поскольку позволяет из высококипящих фракций мазута (вакуумного газойля) получить до 40-60% высокооктанового компонента автобензина, 10-25% жирного газа, используемого, в свою очередь, на установках алкилирования или произ-вах эфиров для получения высокооктановых компонентов авиа- или автобензинов.

Вклад в разработку теор. основ, совершенствование и техн. перевооружение технолог. процессов и аппаратов, создание и внедрение высокоинтенсивных ресурсо- и энергосберегающих технологий, активных и селективных катализаторов, в решение проблем углубления переработки нефти и оптимизации качества нефтепродуктов внесли ученые Уфим. гос. нефтяного технического университета, Баш. н.-и. института проблем нефтепереработки и НПЗ республики. В нач. развития нефтехимпереработки Башкортостана (50-60-е гг.) комплексные иссл. по разл. аспектам теории и технологии термодеструктивных процессов глубокой переработки нефти (термич. крекинга и коксования) проводились А.Ф.Красюковым, М.Е.Левинтером и З.И.Сюняевым. В последующие годы н.-и. работы по проблеме углубления нефтепереработки продолжили Р.Н.Гимаев, С.А.Ахметов, Ю.М.Абызгильдин, Г.Г.Валявин и М.М.Ахметов. Иссл. по разработке новых сортов и рациональному использованию нефтепродуктов проводились Сюняевым, П.Л.Ольковым и Л.В.Долматовым. Вклад в разработку теории и в совершенствование технологии каталитич. процессов и катализаторов нефтепереработки внесли Р.М.Масагутов, Левинтер, Ж.Ф.Галимов, М.А.Танатаров, Н.Х.Валитов и А.Ф.Ахметов. На основании многолетних иссл. Б.К.Марушкиным, А.А.Кондратьевым, М.З.Максименко, К.Ф.Богатых были разработаны и внедрены в нефтегазопереработку респ. и страны ресурсо- и энергосберегающие процессы ректификации и экстракции, а также эффективные контактные устройства массообменных процессов. По внедрению достижений науки в произ-во и техн. перевооружению технолог. процессов нефтегазопереработки значительный вклад внесли производственники-нефтепереработчики Д.Ф.Варфоломеев, Г.Г.Теляшев, И.В.Егоров, Р.М.Усманов и А.Ф.Махов.

Нефть и способы её переработки

Ключевые слова конспекта: Попутный нефтяной газ и его фракции (газовый бензин, пропан-бутановая фракция, сухой газ). Нефть и её фракции (бензин, лигроин, керосин, газойль, мазут). Ректификация (перегонка). Крекинг. Риформинг. Детонационная устойчивость. Октановое число.

Состав нефти и попутного нефтяного газа

Миллионы лет назад в процессе разложения останков животных и растительных организмов в недрах Земли образовалось ещё одно полезное ископаемое — нефть. Полости над её поверхностью занимают попутные нефтяные газы, частично растворённые в нефти вследствие высокого давления.

По сравнению с природным газом в попутном нефтяном газе содержится меньше метана и больше его гомологов: этана, пропана, бутана, пентана и др. Перед использованием попутный нефтяной газ разделяют на составные части, называемые фракциями. Фракция, содержащая пентан, гексан и их изомеры, — это газовый бензин, который используется в качестве низкосортного топлива для двигателей внутреннего сгорания. Фракцию, содержащую пропан и бутан (её так и называют — пропан-бутановая фракция), используют в качестве топлива для двигателей, работающих на сжиженном газе. Именно такая смесь находится в бытовых газовых баллонах красного цвета, баллонах автомобилей, работающих на газе, а также в газовых зажигалках. Самая низкокипящая фракция — так называемый сухой газ — сходна по составу с природным и может использоваться в качестве топлива или химического сырья.

Нефть — это маслянистая жидкость от светло-коричневого до тёмно-бурого цвета со специфическим запахом, нерастворимая в воде. Именно поэтому разливы нефти в результате аварий танкеров или нефтедобывающих платформ — настоящее экологическое бедствие. Несмотря на ничтожную толщину, нефтяная плёнка препятствует растворению в воде кислорода воздуха, необходимого для дыхания обитателей вод. Гибнут водоплавающие птицы, перья которых покрываются несмываемым маслянистым налётом. Нефтяные разливы загрязняют сотни километров береговой полосы.

По своему составу нефть представляет собой природную смесь углеводородов, главным образом алканов линейного и разветвлённого строения, содержащих от 6 до 50 атомов углерода в молекуле. Нефть может содержать также значительное количество ароматических углеводородов.

Переработка нефти

Газообразные и твёрдые компоненты нефти растворены в её жидкой фазе. Поскольку нефть — сложнейшая смесь многих веществ, она не имеет определённой температуры кипения. При нагревании из нефти постепенно выкипают летучие компоненты в порядке увеличения их плотности и температуры кипения. Такое свойство нефти позволяет разделять её на составляющие — отдельные фракции, представляющие собой смеси веществ с относительно близкими температурами кипения. Этот процесс называют фракционной перегонкой или ректификацией.

Ректификацию осуществляют на специальных установках, называемых ректификационными колоннами. На этих установках нефть разделяют на несколько фракций: бензин, лигроин, керосин, газойль (дизельное топливо) и др. Бензин используют в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания, лигроин — как горючее для сельскохозяйственной техники и сырьё для дальнейшей переработки, керосин — как топливо для современных реактивных самолётов, газойль — как топливо для дизельных двигателей.

Остаток после перегонки нефти — мазут. Эту тёмную вязкую жидкость используют в качестве топлива для тепловых электростанций и котельных, а также перерабатывают с получением битума, гудрона и минеральных масел.

В процессе перегонки не происходит химических превращений одних веществ в другие. А вот вторичная переработка нефтепродуктов уже сопровождается протеканием химических реакций. Один из процессов вторичной переработки нефти — крекинг нефтепродуктов.

Впервые промышленный крекинг керосина осуществил на установке собственной конструкции русский инженер и изобретатель Владимир Григорьевич Шухов в 1891 г., нагревая его до температуры 500—600 °С. При этом молекулы алканов разрываются примерно пополам с образованием предельного и этиленового углеводорода с меньшей длиной углеродной цепи:

Смесь предельных углеводородов, выделенных из продуктов крекинга, аналогична бензиновой фракции нефти и используется в качестве автомобильного топлива. Вторичная переработка нефтепродуктов позволяет увеличить выход наиболее ценного нефтепродукта — бензина.

Бензин, получаемый в результате термического крекинга нефтепродуктов, как правило, невысокого качества. Повысить его позволяет ещё один процесс вторичной переработки нефтепродуктов — риформинг (от англ, reform — переделывать).

Основу процесса риформинга составляют два типа реакций — изомеризация предельных углеводородов и их дегидрирование. В результате первой реакции образуются алканы с разветвлённой углеродной цепью, в результате второй — бензол и его гомологи:

Понятие об октановом числе

Один из показателей качества бензина — его детонационная устойчивость, т. е. способность выдерживать в смеси с воздухом сильное сжатие в цилиндре двигателя без самопроизвольного возгорания. Эта способность напрямую зависит от строения углеводорода. Так, углеводороды разветвлённого строения (циклические и ароматические) способны выдерживать более высокую степень сжатия, чем алканы линейного строения.

Детонационная устойчивость бензина характеризуется количественным показателем, который называют октановым числом. За нулевой показатель в октановой шкале принята детонационная стойкость гептана линейного строения C₇H₁₈. Октановое число, равное 100, приписывают углеводороду состава С₈Н₁₈ — 2,2,4-триметилпентану (его условное название — изооктан):

Октановое число бензина указывается в его марке. Например, бензин АИ-95 характеризуется октановым числом 95, т. е. имеет такую же детонационную устойчивость, как смесь 95 % изооктана и 5 % н-гептана.

Нефть в мировой экономике

Проблема рынка углеводородного сырья является одной из основных как для каждой страны в отдельности, так и для всего мира в целом. Для развития отрасли требуется международная кооперация. Одни страны специализируются на геологоразведке и добыче нефти и газа, другие разрабатывают и поставляют эффективное оборудование, через третьи страны проходят транспортные артерии.

В середине прошлого века на геополитической карте мира возникли международные картели нефтегазовой отрасли. В них входят страны, оказавшие огромное влияние на развитие нефтяной промышленности и всего энергетического комплекса мира. Это страны ОПЕК (Organization of Petroleum Exporting Countries, Организация стран — экспортёров нефти), возникшей в 1960 г., в состав которой на второе десятилетие XXI в. входят: Венесуэла, Алжир, Иран, Ирак, ОАЭ, Ливия, Кувейт, Катар, Саудовская Аравия, Нигерия и др.

Помимо взаимовыгодного сотрудничества, международная экономическая конкуренция создаёт очаги напряжённости, связанные с разделом сфер влияния на нефтяном рынке. Вооружённые конфликты, обострившиеся в последнее десятилетие в странах Северной Африки, Ближнего Востока, в конечном счёте связаны с желанием доминировать в международном экономическом пространстве, диктовать свои условия на рынке углеводородов.

Мировые цены на нефть значительно влияют на экономическое состояние нашей страны, потому что за счёт экспорта углеводородов происходит значительная часть валютных поступлений, с которыми связаны колебания курса отечественной валюты — рубля. Важнейшей экономической задачей страны является уменьшение зависимости её бюджета от экспорта нефти и газа, высокотехнологичная переработка углеводородного сырья внутри страны, внедрение в развитие всех отраслей промышленности инновационных процессов, безопасных для окружающей среды и обеспечивающих финансовую и технологическую самодостаточность Российской Федерации.

Данный видеоурок полностью посвящён нефти: её составу и физическим свойствам, способам и продуктам переработки.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Нефть и способы её переработки"

Как известно, основными источниками углеводородов являются природный газ, нефть и каменный уголь.

Природный газ состоит в основном из метана, в небольшом количестве здесь содержится этан, пропан, и изомерные бутаны.

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 Россия занимает одно из ведущих мест в мире.

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.

В 1892 году М. А. Соколовым была выдвинута гипотеза космического происхождения нефти. Суть её сводится к тому же минеральному синтезу углеводородов из простых веществ, но на первоначальной, космической стадии формирования Земли. Предполагалось, что образовавшиеся углеводороды находились в газовой оболочке, а по мере остывания поглощались породами формировавшейся земной коры. Высвобождаясь затем из остывавших магматических пород, углеводороды поднимались в верхнюю часть земной коры, где образовывали скопления. В основе этой гипотезы были данные о наличии углерода и водорода в хвостах комет и углеводородов в метеоритах.

Нефть состоит из смеси насыщенных и циклических углеводородов, в которых 50 и более атомов углерода.

Самым первым этапом переработки нефти является её перегонка. С помощью перегонки нефть разделяют на фракции – смеси веществ с близкими температурами кипения. Как известно, чем больше молекулярная масса углеводорода, тем выше его температура кипения.

При перегонке нефти образуются следующие фракции:

· дизельное топливо (С₁₈ и выше).

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

Петролейный эфир используют в качестве растворителя, керосин – как топливо для авиационных двигателей, газойль – как топливо для дизельных двигателей (автомобилей и трактора).

Мазут – остаток от перегонки. Содержит углеводороды с большим числом атомов углерода (до многих десятков) в молекуле. Мазут также разделяют на фракции:

После фракционной перегонки нефти следует крекинг, который заключается в расщеплении углеводородов с большой относительной молекулярной массой на углеводороды с небольшой молекулярной массой.

Различают крекинг термический и каталитический. Термический крекинг идёт при температуре 450-550 0 C, при этом получают лёгкие нефтяные фракции. Если термический крекинг идёт при температуре выше 750 C 0 , то получаются алкены.

Крекинг изобрёл русский инженер В. Г. Шухов в 1891 году. В 1913 г изобретение Шухова начали применять в Америке. В настоящее время в США 65 % всех бензинов получается на крекинг-заводах.

Владимир Григорьевич Шухов – строитель и механик, нефтяник и теплотехник, гидротехник и судостроитель, учёный и изобретатель. По проектам Шухова было построено более 500 стальных мостов. Шухов впервые предложил использовать вместо сложных шарниров простые соединения на заклёпках. Чрезвычайно интересны работы Шухова по сооружению металлических сетчатых оболочек. Изобрёл крекинг нефти. Нефтепроводы, по которым нефть перекачивается, также сделаны по его формулам. Резервуары для хранения нефти тоже его заслуга.

При термическом крекинге происходит разрыв С – С-связи, при этом образуются смеси углеводородов, имеющие небольшое октановое число.

Октановое число – показатель, характеризующий детонационную стойкость топлива (способность топлива противостоять самовоспламенению при сжатии) для двигателей внутреннего сгорания.

То есть октановое число углеводорода с неразветвлённой цепью, а именно гептана – принято за 0, а октановое число углеводорода с разветвлённой цепью, а именно изооктана, или 2,2,4-триметилпентана – за 100.

Соответственно, антидетонационная стойкость определяется октановым числом, которое зависит от строения углеводородов. Чем выше октановое число, тем лучшими антидетонационными свойствами обладает бензин. Более высокие октановые числа характерны для углеводородов разветвлённого строения.

Например, октановое число гексана – 19, циклогексана – 110, изобутана – 122, изопропилбензола – 132, а 1,2,4-триметилбензола – 171.

Раньше для повышения октанового числа топлива добавляли тетраэтилсвинец, который является крайне токсичным веществом.

Для получения углеводородов разветвлённого строения используют каталитический крекинг. Этот крекинг идёт в присутствии катализатора, при этом получаются углеводороды, содержащие от 5 до 11 атомов углерода и имеющие разветвлённое строение, которые обладают более высоким октановым числом.

Так, каталитическим крекингом из бутана получают изобутан.

Основными продуктами переработки нефти являются: сырьё для химической промышленности, асфальт, масла, топливо для самолётов, смазочные материалы, дизельное топливо и автомобильное топливо.

Несмотря на то, что нефть и продукты её переработки широко используются человеком, загрязнение ими окружающей среды приводит к экологическим проблемам. Очень опасно попадание нефти и нефтепродуктов в водоёмы, это может привести не только к гибели животных, но и к попаданию их в питьевую воду.

При сгорании различных видов топлива кроме углекислого газа образуются ещё и опасные для здоровья человека вещества, как оксид углерода (II) и оксиды азота.

Таким образом, переработка нефти заключается в её перегонке. Следующий этап термический и каталитический крекинг, который заключается в изомеризации и расщеплении углеводородов с большей молекулярной массой на углеводороды с меньшей молярной массой. Углеводороды разветвлённого строения обладают более высокими октановыми числами.

Введение
Нефть
Состав
Углеводородные соединения
Гетеросоединения
Физические свойства
Способы переработки
Первичная переработка
Подготовка нефти а переработке
Общие сведения о перегонке и ректификации нефти
Нефтяные фракции
Вторичная переработка
Типы и назначение термолитических процессов
Процесс получения бензина из керосина
Процесс получения битумов
Процесс получения технического углерода
Повышение октанового числа
Экологические проблемы
Месторождения нефти в РФ
Цены на нефть
Нефть и жизнь

I. ВВЕДЕНИЕ

Нефть и продукты ее преобразования были известны еще в далеком прошлом, их использовали для освещения или в лечебных целях. Потребность в нефти и нефтепродуктах резко возросла в начале XX в. в связи с появлением двигателей внутреннего сгорания и быстрым развитием промышленности.

В настоящее время нефть и газ, а также получаемые из них продукты применяются во всех отраслях мирового хозяйства.
Нефть и газ используются не только в качестве топлива, но и в качестве ценного сырья для химической промышленности. Великий русский ученый Д. И. Менделеев говорил, что сжигать нефть в топках – преступление, так как она является ценным сырьем для получения множества химических продуктов. Из нефти и газа в настоящее время вырабатывается огромное число продуктов, которые используются в промышленности, сельском хозяйстве, в быту (минеральные удобрения, синтетические волокна, пластмассы, каучук и т. д.). В последние годы во многих странах мира ведутся исследования с целью переработки нефти и нефтепродуктов при помощи микроорганизмов в белки, которые могут быть использованы как корм для скота.

Экономика государств зависит от нефти больше, чем от любого другого продукта. Поэтому нефть с начала ее промышленной добычи и до настоящего времени является предметом острой конкурентной борьбы, причиной многих международных конфликтов и войн.

Зависимость государства от нефти как сырья или способа экономического влияния, определяет её уровень развития и положение на мировой арене.
Итак, нефть играет очень значимую роль в современном мире. Это не только одно из важнейших полезных ископаемых, которое является сырьем для получения невероятного множества веществ и мощным энергетическим ресурсом, но и крупнейший объект международной торговли, и неотъемлемое звено экономических отношений.

II. НЕФТЬ

Нефть – это природная горючая маслянистая жидкость, относящаяся к группе горных осадочных пород, одно из важнейших полезных ископаемых Земли. Отличается исключительно высокой теплотворностью: при горении выделяет значительно больше тепловой энергии, чем другие горючие смеси.

1. Состав

Нефть состоит главным образом из углерода – 80-85% и водорода – 10-15% от массы нефти. Кроме них в нефти присутствуют еще три элемента – сера, кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5 – 8 %. В незначительных концентрациях в нефти встречаются ванадий, никель, железо, алюминий, медь, магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт, молибден, бор, мышьяк, калий и др. Их общее содержание не превышает 0,03% от массы нефти. Указанные элементы образуют органические и неорганические соединения, из которых состоит нефть. Кислород и азот находятся в нефти только в связанном состоянии. Сера может встречаться в свободном состоянии или входить в состав сероводорода.

1.1 Углеводородные соединения

В состав нефти входит около 425 углеводородных соединений. Нефть в природных условиях состоит из смеси метановых, нафтеновых и ароматических углеводородов. В нефти также содержится некоторое количество твердых и газообразных растворенных углеводородов. Количество природного газа в кубометрах, растворенного в 1 т нефти в пластовых условиях, называется газовым фактором.
В нефтяных (попутных) газах кроме метана и его газообразных гомологов содержатся пары пентана, гексана и гептана.

Класс соединений

Процентное содержание

Парафины – насыщенные (не имеющие двойных связей между атомами углерода) углеводороды линейного или разветвлённого строения. Подразделяются на следующие основные группы:

Нормальные парафины, имеющие молекулы линейного строения. Обладают низким октановым числом и высокой температурой застывания, поэтому многие вторичные процессы нефтепереработки предусматривают их превращение в углеводороды других групп.
Изопарафины – с молекулами разветвленного строения. Обладают хорошими антидетонационными характеристиками и пониженной, по сравнению с нормальными парафинами, температурой застывания.
Нафтены (циклопарафины) – насыщенные углеводородные соединения циклического строения. Доля нафтенов положительно влияет на качество дизельных топлив (наряду с изопарафинами) и смазочных масел. Большое содержание нафтенов в тяжёлой бензиновой фракции обуславливает высокий выход и октановое число продукта риформинга.

Ароматические углеводороды – ненасыщенные углеводородные соединения, молекулы которых включают в себя бензольные кольца, состоящие из 6 атомов углерода, каждый из которых связан с атомом водорода или углеводородным радикалом. Оказывают отрицательное влияние на экологические свойства моторных топлив, однако обладают высоким октановым числом.

Олефины – углеводороды нормального, разветвлённого, или циклического строения, в которых связи атомов углерода, молекулы которых содержат двойные связи между атомами углерода. Во фракциях, получаемых при первичной переработке нефти, практически отсутствуют, в основном содержатся в продуктах каталитического крекинга и коксования. Ввиду повышенной химической активности, оказывают отрицательное влияние на качество моторных топлив.

1.2 Гетеросоединения

Наряду с углеводородами в нефти присутствуют химические соединения других классов. Обычно все эти классы объединяют в одну группу – гетеросоединений. В нефти также обнаружено более 380 сложных гетеросоединений, в которых к углеводородным ядрам присоединены такие элементы, как сера, азот и кислород. Большинство из указанных соединений относится к классу сернистых соединений – меркаптанов. Это очень слабые кислоты с неприятным запахом. С металлами они образуют солеобразные соединения – меркаптиды. В нефтях меркаптаны представляют собой соединения, в которых к углеводородным радикалам присоединена группа SH. Меркаптаны разъедают трубы и другое металлическое оборудование буровых установок. Главную массу неуглеводородных соединений в нефтях составляют асфальтово-смолистые компоненты. Это темно-окрашенные вещества, содержащие помимо углерода и водорода кислород, азот и серу. Они представлены смолами и асфальтенами. Смолистые вещества заключают около 93% кислорода в нефти. Кислород в нефти встречается в связанном состоянии также в составе нафтеновых кислот (около 6%), фенолов (не более 1%), а также жирных кислот и их производных. Содержание азота в нефтях не превышает 1%. Основная его масса содержится в смолах. Содержание смол в нефтях может достигать 60% от массы нефти, асфальтенов – 16%. Асфальтены представляют собой черное твердое вещество. По составу они сходны со смолами, но характеризуются иными соотношениями элементов. Они отличаются большим содержанием железа, ванадия, никеля и др. Если смолы растворяются в жидких углеводородах всех групп, то асфальтены нерастворимы в метановых углеводородах, частично растворимы в нафтеновых и лучше растворяются в ароматических. В “белой” нефти смолы содержатся в малых количествах, а асфальтены вообще отсутствуют.

2. Физические свойства нефти

Важнейшими свойствами нефти являются плотность, содержание серы, фракционный состав, вязкость и содержание воды, хлористых солей и механических примесей.
Плотность нефти, зависит от содержания тяжелых углеводородов, таких как парафины и смолы.

По плотности можно ориентировочно судить об углеводородном составе нефти и нефтепродуктов, поскольку ее значение для углеводородов различных групп различно. Более высокая плотность сырой нефти указывает на большее содержание ароматических углеводородов, а более низкая – на большее содержание парафиновых углеводородов. Углеводороды нафтеновой группы занимают промежуточное положение. Таким образом, величина плотности до известной степени будет характеризовать не только химический состав и происхождение продукта, но и его качество. Наиболее качественными и ценными являются легкие сорта сырой нефти . Чем меньше плотность сырой нефти, тем легче процесс ее переработки нефти и выше качество получаемых из нее нефтепродуктов.

По содержанию серы сырую нефть в Европе и России подразделяют на малосернистую (до 0,5%), сернистую (0,51-2%) и высокосернистую (более 2%).
Нефть является смесью нескольких тысяч химических соединений, большинство из которых углеводороды; каждое из этих соединений характеризуется собственной температурой кипения, что является важнейшим физическим свойством нефти, широко используемым в нефтеперерабатывающей промышленности.

Присутствие механических примесей в составе нефти объясняется условиями ее залегания и способами добычи. Механические примеси состоят из частиц песка, глины и других твердых пород, которые, оседая на поверхности воды, способствуют образованию нефтяной эмульсии. В отстойниках, резервуарах и трубах при подогреве нефти часть механических примесей оседает на дне и стенках, образуя слой грязи и твердого осадка. При этом уменьшается производительность оборудования, а при отложении осадка на стенках труб уменьшается их теплопроводность. Массовая доля механических примесей до 0,005% включительно оценивается как их отсутствие.

Вязкость определяется структурой углеводородов, составляющих нефть, т.е. их природой и соотношением, она характеризует свойства распыления и перекачивания нефти и нефтепродуктов: чем ниже вязкость жидкости, тем легче осуществлять ее транспортировку по трубопроводам, производить ее переработку. Особенно важна эта характеристика для определения качества масленых фракций, получаемых при переработке нефти и качества стандартных смазочных масел. Чем больше вязкость нефтяных фракций, тем больше температура их выкипания.

III. СПОСОБЫ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ

Технологические процессы нефтеперерабатывающего завода принято классифицировать на две группы: физические и химические.
Физическими (массообменными) процессами достигается разделение нефти на составляющие компоненты (топливные и масляные фракции) без химических превращений и удаление (извлечение) из фракций нефти, нефтяных остатков, масляных фракций, газоконденсата и газов нежелательных компонентов (полициклических аренов, асфальтенов, тугоплавких парафинов), неуглеводных соединений.
В химических процессах переработка нефтяного сырья осуществляется путем химических превращений с получением новых продуктов, не содержащихся в исходном сырье. Химические процессы, применяемые на современных нефтеперерабатывающих заводах, по способу активации химические реакции подразделяют на термические и каталитические.

1. Первичная переработка

1.1 Подготовка нефти к переработке

1.2 Общие сведения о перегонке и ректификации нефти

Перегонка (фракционирование) – это процесс физического разделения нефти и газов на фракции (компоненты), отличающиеся друг от друга и от исходной смеси по температурным пределам кипения.
Перегонка с ректификацией – наиболее распространенный в химической и нефтегазовой технологии массообменный процесс, осуществляемый в аппаратах – ректификационных колоннах путем многократного противоточного контактирования паров и жидкости. Контактирование потоков пара и жидкости может производиться либо непрерывно (в насадочных колоннах), либо ступенчато (в тарельчатых ректификационных колоннах). При взаимодействии встречных потоков пара и жидкости на каждой ступени контактирования (тарелке или слое насадки) между ними происходит тепло- и массообмен, обусловленные стремлением системы к состоянию равновесия. В результате каждого контакта компоненты перераспределяются между фазами: пар несколько обогащается низкокипящими, а жидкость – высококипящими компонентами. При достаточно длительном контакте и высокой эффективности контактного устройства пар и жидкость, уходящие из тарелки или слоя насадки, могут достичь состояния равновесия, т. е. температуры потоков станут одинаковыми и при этом их составы будут связаны уравнениями равновесия. Такой контакт жидкости и пара, завершающийся достижением фазового равновесия, принято называть равновесной ступенью, или теоретической тарелкой. Подбирая число контактных ступеней и параметры процесса, можно обеспечить любую требуемую четкость фракционирования нефтяных смесей. Место ввода в ректификационную колонну нагретого перегоняемого сырья называют питательной секцией (зоной), где осуществляется однократное испарение. Часть колонны, расположенная выше питательной секции, служит для ректификации парового потока и называется концентрационной (укрепляющей), а другая – нижняя часть, в которой осуществляется ректификация жидкого потока, – отгонной, или исчерпывающей, секцией.

Различают простые и сложные колонны.
Простые ректификационные колонны обеспечивают разделение исходной смеси на два продукта: ректификат (дистиллят), выводимый с верха колонны в парообразном состоянии, и остаток – нижний жидкий продукт ректификации.

Сложные ректификационные колонны разделяют исходную смесь более чем на два продукта. Различают сложные колонны с отбором дополнительных фракций непосредственно из колонны в виде боковых погонов и колонны, у которых дополнительные продукты отбирают из специальных отпарных колонн, именуемых стриппингами. Последний тип колонн нашел широкое применение на установках первичной перегонки нефти.
Четкость погоноразделения – основной показатель эффективности работы ректификационной колоны – характеризует их разделительную способность. Она может быть выражена в случае бинарных смесей концентрацией целевого компонента в продукте.

Применительно к ректификации нефтяных смесей она обычно характеризуется групповой чистотой отбираемых фракций, т. е. долей компонентов, выкипающих по кривой истинной температуры кипения до заданной температурной границы деления смеси в отобранных фракциях (дистиллятах или остатке), а также отбором фракций от потенциала. Как косвенный показатель четкости (чистоты) разделения на практике часто используют такую характеристику, как налегание температур кипения соседних фракций в продукте. В промышленной практике обычно не предъявляют сверхвысоких требований по отношению к четкости погоноразделения, поскольку для получения сверхчистых компонентов или сверхузких фракций потребуются соответствующие сверхбольшие капитальные и эксплуатационные затраты.

Нефть — природная смесь углеводородов, в основном алканов линейного и разветвленного строения, содержащих в молекулах от 5 и более атомов углерода, с другими органическими соединениями, прежде всего полиароматическими углеводородами (т. е. углеводородами, в молекулах которых содержится несколько соединенных между собой бензольных колец).

Газообразные и твердые компоненты нефти растворены в ее жидких составляющих, что и определяет ее агрегатное состояние.

Рис. 27.
Последствия катастроф, связанных с разливом нефти

Существуют бактерии, способные использовать компоненты нефти в качестве пищи, преобразуя ее в безвредные продукты жизнедеятельности. Применение таких культур бактерий является наиболее экологически безопасным и перспективным путем борьбы с загрязнениями окружающей среды нефтью в процессе ее добычи, транспортировки и переработки.

Представляя собой смесь различных веществ, нефть не имеет постоянной температуры кипения. Каждый ее компонент сохраняет в смеси свои индивидуальные свойства, что и позволяет разделить смесь на составляющие. Для этого нефть очищают от механических примесей, серосодержащих органических соединений и подвергают фракционной перегонке, или ректификации.

Фракционная перегонка, или ректификатор ция, — это физический способ разделения смеси компонентов, основанный на различии их температур кипения.

Фракционную перегонку осуществляют на нефтеперегонных заводах в специальных установках — ректификационных колоннах (рис. 28), в которых повторяются циклы испарения и конденсации жидких веществ, содержащихся в нефти.

Рис. 28.
Схема установки (ректификационной колонны) для непрерывной перегонки нефти и области применения нефтепродуктов

В ректификационную колонну поступает очищенная нефть, нагретая в трубчатой печи до температуры 320— 350 °С.

Ректификационная колонна имеет горизонтальные перегородки с отверстиями — тарелки (рис. 29), на которых происходит конденсация фракций нефти.

Рис. 29.
Устройство тарелок ректификационной колонны

_кип

Читайте также: