1.3 Современные представления об образовании нефти и газа. Химия нефти газа


ВВЕДЕНИЕ. Химия нефти и газа

Химия нефти и газа

учебное пособие

Нефть давно известна человечеству. Её использовали в Вавилоне и Византии как зажигательную смесь. В древнем Египте, Риме и междуречьи Тигра и Евфрата её применяли как вяжущий и гидроизоляционный материал при строительстве дорог, акведуков и других сооружений. С конца XVIII века продукт переработки нефти керосин стал использоваться для освещения жилищ и улиц, а с XIX века, с изобретением двигателей внутреннего сгорания нефтепродукты стали основным видом топлива для различных транспортных средств.

В отличие от других видов горючих ископаемых, нефть относительно легко добывается, транспортируется (по трубопроводам) и довольно просто перерабатывается в широкую гамму продуктов различного назначения. Поэтому неудивительно, что в большинстве стран мира на нефть приходится более половины топливно-энергетического комплекса.

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. Природный газ, как и нефть, в первую очередь является энергетическим топливом. Большая часть добываемой в мире нефти (80 - 90 %) перерабатывается в различные виды топлива и смазочных материалов. Лишь около 10 % его идет на нужды химической промышленности.

История развития химии нефти связана с работами Д. И. Менделеева, Н. Д. Зелинского, В. В. Марковникова, К. В. Харичкова, В. Н. Ипатьева, А, А. Летнего и др., которые способствовали рождению химии нефти как науки. Становление ее произошло в конце 20-х - начале 30-х годов в стенах Московской горной академии, где профессор (позже академик) С. Н. Намёткин читал курс "Химия нефти". В 1932 г. вышла книга с таким же названием.

Основные, традиционные исследования в области химии нефти включают следующие направления. Первое - аналитическое направление, изучающее состав нефтей с целью практического применения нефтяных фракций и отдельных компонентов, а также решения геохимических задач по поиску новых месторождений нефти и газа. Знание потенциального химического состава нефти имеет определяющее значение для выбора оптимальной технологической схемы ее переработки. С помощью современных методов аналитической и органической химии в нефтях по данным Ал. А. Петрова было идентифицировано около 1000 индивидуальных соединений.

Второе направление исследований заключается в изучении свойств нефтяных систем в зависимости от Р, V, Т-условий и химического взаимодействия отдельных компонентов нефти. В условиях добычи, транспортировки, переработки и применения нефтяные системы могут находиться при повышенных температурах и давлениях, когда возможны химические превращения нефтяных компонентов.

Следует обратить внимание на то, что в химии нефти достаточно долго господствовал и сохранился до сих пор подход к нефтяным системам как к молекулярным растворам. До сих пор многие явления в нефтяных системах и технологические расчеты трактуются на основе физических законов, установленных для молекулярных растворов (законов Рауля-Дальтона, Генри, Ньютона, Дарси и т.д.). Однако представления о молекулярной структуре нефтяных систем не всегда описывает реальное поведение нефтяных систем и соответствует действительности.

С позиций коллоидной химии - нефть это сложная многокомпонентная смесь, проявляющая в зависимости от совокупности внешних условий свойства молекулярного раствора или дисперсной системы. К нефтяным дисперсным системам (НДС) относятся практически все виды природного углеводородного сырья, а также разные типы нефтепродуктов - от моторных топлив до коксов. Такой подход, основанный на рассмотрении дисперсной структуры различных НДС, позволяет оптимизировать без существенных материальных затрат те технологические процессы добычи, транспортировки и переработки нефти, а также свойства нефтепродуктов, которые не удавалось интенсифицировать другими способами.

Накопленный к настоящему времени экспериментальный материал убедительно доказывает, что дальнейшее игнорирование дисперсного строения нефти существенно ограничивает возможности по регулированию нефтеотдачи пласта. Конечно, нельзя не отметить исключительную сложность такого подхода. Она заключается в том, что специалисты в области химии нефти до сих пор не пришли к единому мнению о строении нефти, исследуя ее при нормальных условиях. А чаще всего контакт нефти с породой происходит при иных условиях: в присутствии внутрипластовой воды, в зоне повышенных температур и давлений.

При транспортировке в результате изменения внешних условий (например, температуры, давления, концентрации присадок) могут происходить многократные изменения макромолекулярной организации нефти вплоть до изменения агрегатного состояния, что, естественно, влияет на изменение ее гидродинамического сопротивления при движении по трубе. Желательно снизить гидродинамическое сопротивление нефти, что обычно достигается с помощью полимерных присадок, однако в научном плане взаимодействия присадок с компонентами НДС еще не изучены.

При переработке нефти и применении нефтепродуктов происходят фазовые превращения с изменением как агрегатного состояния, так в ряде случаев и химического состава фаз. Регулирование фазовых переходов в НДС с помощью внешних факторов: силовых полей и добавок разнообразной природы, включая прием оптимального компаундирования нефтепродуктов, оказывается эффективным способом воздействия на параметры нефтетехнологических процессов и свойства нефтепродуктов. днако запасы нефти, к сожалению, ограничены, а разрабатываемые месторождения через некоторое время истощаются. Невозобновляемость и ограниченность ресурсов углеводородного сырья, которыми располагает человечество, усиливает остроту энергетической проблемы. По прогнозам производство сырой нефти достигнет пика во втором - третьем десятилетии будущего века, а дефицит запасов сопутствующих нефти природного газа и газоконденсатов начнет ощущаться уже с 2010 г.

Исчерпание нефтяных запасов ведет к необходимости более экономичного использования нефти путем увеличения коэффициента нефтеотдачи, оптимизации процессов транспортировки и увеличения глубины переработки нефти, рационального применения нефтепродуктов с учетом их экологических свойств, что невозможно без всесторонних физико-химических исследований состава, структуры и свойств нефти.

him.bobrodobro.ru

1.3 Современные представления об образовании нефти и газа. Химия нефти и газа

Похожие главы из других работ:

Взаимодействие между белками и полиэлектролитами в водных растворах

1. Общие представления

Система, состоящая из белков и полиэлектролитов, определяется характером их взаимодействия. На данном рисунке представлены крайние случаи результата такого взаимодействия в водных растворах: Рис.1...

Влияние современных чистящих средств на растительную и белковую клетку

2.1 Современные чистящие средства

Чистящие средства - это химические препараты, предназначенные для чистки и мытья металлических, эмалированных, деревянных, пластиковых и других поверхностей...

Влияние состава поверхностного слоя стеклянного электрода на характер его функции

2. ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ СТЕКЛА, ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩЕГО С РАСТВОРАМИ

Ученые для некоторых щелочно-силикатных стекол получили данные, характеризующие зависимость электродных свойств этих стекол от их состава...

Двухупаковочные полиуретановые лакокрасочные материалы

5. Современные методы модификации

Относительно новым видом полиуретановых ЛКМ являются водные композиции, которые находят все возрастающее применение при окраске изделий из древесины, пластмасс, металла и других материалов...

Исследования химии в 20-21 веках

5. СОВРЕМЕННЫЕ синтетические МАТЕРИАЛЫ

Из материалов изготавливаются различные изделия: устройства, машины и самолеты, мосты и здания, космические аппараты и микроэлектронные схемы, ускорители заряженных частиц и атомные реакторы, одежда, обувь и др...

Каталитический крекинг нефтяных фракций

2. ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О КАТАЛИЗЕ И СВОЙСТВАХ КАТАЛИЗАТОРОВ

Большинство химических превращений углеводородов нефти, имеющих практическое значение, осуществляется в присутствии катализаторов...

Одноатомные спирты и их применение в медицине

Глава 2. Химические представления об одноатомных спиртах

...

Основные проблемы современной химии

1. Современные концепции химии

Химия 21 века предстает перед нами как весьма разветвленная система знаний, которая находится в процессе интенсивного развития. К числу концептуальных направлений развития современной химии относятся: 1) Проблема химического элемента...

Полимерно-битумные вяжущие

1.1 Битум. Общие представления

Битумы благодаря ряду ценных свойств нашли широкое применение в различных областях народного хозяйства в качестве связующего, водонепроницаемого, тепло- и звукоизолирующего материала в различных битумных композиционных материалах [1,2]...

Применение органических реагентов в аналитической химии

2. РЕАКЦИИ, ОСНОВАННЫЕ НА ОБРАЗОВАНИИ КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МЕТАЛЛОВ

При таких аналитических реакциях преимущественно (хотя и не всегда) применяются циклообразующие лиганды, способные к построению хелатных комплексов, особенно - внутрикомплексных соединений и комплексонатов металлов...

Разработка интерактивных моделей микромира и методика их использования при изучении школьного курса химии

1.1 Компьютер в образовании

...

Рентгеноструктурный анализ

3.2 Формы представления результатов рентгеноструктурного анализа

Методически РСА выполняется по одному из трех вариантов, отличающихся способом подготовки образца и формой представления результатов. Метод Лауэ используется для изучения монокристаллов достаточно больших размеров (более 1 мм в периметре)...

Соотношения между энергией Гиббса и энтальпией сольватации для растворов н-октана и толуола в бинарных водно-органических растворителях

1.2.2 Представления о сольвофобном эффекте

В современной химии широко используется понятие гидрофобного эффекта или более общего понятия сольвофобного эффекта. С этим эффектом связывают различные аномалии...

Теория симметрии молекул

2.4 Представления групп

1. Определение представлений Определение 1. Представлением группы, действующим в n-мерном векторном пространстве V, называется гомоморфизм этой группы в группу невырожденных линейных операторов пространства V...

Типы реакций и их классификация в органической химии

1. Общие представления о реакции

В зависимости от характера ковалентных связей при замещении в бензольном кольце возможны три типа реакций: гомолитическое, электрофильное и нуклеофильное замещение. При гомолитическом разрыве ковалентной связи образуются частицы...

him.bobrodobro.ru

Химия нефти и газа лекции

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

КОНЦПЕКТ ЛЕКЦИЙХИМИЯ НЕФТИ И ГАЗА

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ НЕФТИ
1.1. Гипотезы минерального происхождения
1.2. Развитие представлений об органическом происхождении нефти
1.3. Современные представления об образовании нефти игаза
1.4. Образование основных классов углеводородов нефти
2. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ НЕФТИ И ГАЗА
2.1. Углеводородные соединения
2.2. Гетероорганические соединения
2.3. Микроэлементы
3. НЕФТЯНЫЕ ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
3.1. Парафиновые углеводороды
3.2. Нафтеновые углеводороды
3.3. Ароматические углеводороды
3.4. Смолисто-асфальтеновые вещества
4. физико-химические свойства нефти
4.1. Плотность нефти
4.2. Вязкость нефти
4.3. Реологические свойства нефтей
4.4. Газосодержание нефти
4.5. Давление насыщения нефти газом
4.6. Сжимаемость нефти
4.7. Объемный коэффициент нефти
4.8. Тепловые свойства нефтей
4.9. Электрические свойства нефтей
4.10. Молекулярная масса
4.11. Температура кристаллизации, помутнения, застывания
4.12. Температура вспышки, воспламенения и самовоспламенения
4.13. Оптические свойства
4.14. Различие свойств нефти в пределах нефтеносной залежи
5. СВОЙСТВА НЕФТЯНОГО ГАЗА
6. кЛАССИФИКАЦИИ НЕФТЕЙ
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

Нефть давно известна человечеству. Её использовали в Вавилоне и Византии как зажигательную смесь. В древнем Египте, Риме и междуречьи Тигра и Евфрата её применяли как вяжущий и гидроизоляционный материал при строительстве дорог, акведуков и других сооружений. С конца XVIII века продукт переработки нефти керосин стал использоваться для освещения жилищ и улиц, а с XIX века, с изобретением двигателей внутреннего сгорания нефтепродукты стали основным видом топлива для различных транспортных средств.

В отличие от других видов горючих ископаемых, нефть относительно легко добывается, транспортируется (по трубопроводам) и довольно просто перерабатывается в широкую гамму продуктов различного назначения. Поэтому неудивительно, что в большинстве стран мира на нефть приходится более половины топливно-энергетического комплекса.

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. Природный газ, как и нефть, в первую очередь является энергетическим топливом. Большая часть добываемой в мире нефти (80 - 90 %) перерабатывается в различные виды топлива и смазочных материа­лов. Лишь около 10 % его идет на нужды химической промышленности.

История развития химии нефти связана с работами Д. И. Менделеева, Н. Д. Зелинского, В. В. Марковникова, К. В. Харичкова, В. Н. Ипатьева, А, А. Летнего и др., которые способствовали рождению химии нефти как науки. Становление ее произошло в конце 20-х - начале 30-х годов в стенах Московской горной акаде­мии, где профессор (позже академик) С. Н. Намёткин читал курс "Химия нефти". В 1932 г. вышла книга с таким же названием.

Основные, традиционные исследования в области химии нефти включают следующие направления. Первое - аналитическое направление, изучающее состав нефтей с целью практического применения нефтяных фракций и отдельных компонентов, а также решения геохимических задач по поиску новых месторождений нефти и газа. Знание потенциального химического состава нефти имеет определяющее значение для выбора оптимальной технологической схемы ее переработки. С помощью современных методов аналитической и органической химии в нефтях по данным Ал. А. Петрова было идентифицировано около 1000 индивидуальных соединений.

Второе направление исследований заключается в изучении свойств нефтяных систем в зависимости от Р, V, Т-условий и химического взаимодействия отдельных компонентов нефти. В условиях добычи, транспортировки, переработки и применения нефтяные системы могут находиться при повышенных температурах и давлениях, когда возможны химические превращения нефтяных компонентов.

Следует обратить внимание на то, что в химии нефти достаточно долго господствовал и сохранился до сих пор подход к нефтяным системам как к молекулярным растворам. До сих пор многие явления в нефтяных системах и техно­логические расчеты трактуются на основе физических законов, установленных для молекулярных растворов (законов Рауля-Дальтона, Генри, Ньютона, Дарси и т.д.). Однако представления о молекулярной структуре нефтяных систем не всегда описывает реальное поведение нефтяных систем и соответствует действительности.

С позиций коллоидной химии – нефть это сложная многокомпонентная смесь, проявляющая в зависимости от совокупности внешних условий свойства молекулярного раствора или дисперсной системы. К нефтяным дисперсным системам (НДС) относятся практически все виды природного углеводородного сырья, а также разные типы нефтепродуктов - от моторных топлив до коксов. Такой подход, основанный на рассмотрении дисперсной структуры различных НДС, позволяет оптимизировать без существенных материальных затрат те технологические процессы добычи, транспортировки и переработки нефти, а также свойства нефтепродуктов, которые не удавалось интенсифицировать другими способами.

Накопленный к настоящему времени экспериментальный материал убедительно доказывает, что дальнейшее игнорирование дисперсного строения нефти существенно ограничивает возможности по регулированию нефтеотдачи пласта. Конечно, нельзя не отметить исключительную сложность такого подхода. Она заключается в том, что специалисты в области химии нефти до сих пор не пришли к единому мнению о строении нефти, исследуя ее при нормальных условиях. А чаще всего контакт нефти с породой происходит при иных условиях: в присутствии внутрипластовой воды, в зоне повышенных температур и давлений.

При транспортировке в результате изменения внешних условий (например, температуры, давления, концентрации присадок) могут происходить многократные изменения макромолекулярной организации нефти вплоть до изменения агрегатного состояния, что, естественно, влияет на изменение ее гидродинамического со­противления при движении по трубе. Желательно снизить гидродинамическое сопротивление нефти, что обычно достигается с помощью полимерных присадок, однако в научном плане взаимодействия присадок с компонентами НДС еще не изучены.

При переработке нефти и применении нефтепродуктов происходят фазовые превращения с изменением как агрегатного состояния, так в ряде случаев и химического состава фаз. Регулирование фазовых переходов в НДС с помощью внешних фак­торов: силовых полей и добавок разнообразной природы, включая прием оптимального компаундирования нефтепродуктов, оказывается эффективным способом воздействия на параметры нефтетехнологических процессов и свойства нефтепродуктов. днако запасы нефти, к сожалению, ограничены, а разрабатываемые месторождения через некоторое время истощаются. Невозобновляемость и ограниченность ресурсов углеводородного сырья, которыми располагает человечество, усиливает остроту энергетической проблемы. По прогнозам производство сырой нефти достигнет пика во втором - третьем десятилетии будущего века, а дефицит запасов сопутствующих нефти природного газа и газоконденсатов начнет ощущаться уже с 2010 г.

Исчерпание нефтяных запасов ведет к необходимости более экономичного использования нефти путем увеличения коэффициента нефтеотдачи, оптимизации процессов транспортировки и увеличения глубины переработки нефти, рационального применения нефтепродуктов с учетом их экологических свойств, что невозможно без всесторонних физико-химических исследований состава, структуры и свойств нефти.1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ НЕФТИИстоки современных представлений о происхождении нефти возникли в XVIII — начале XIX в. М. В. Ломоносов (1757 г.) заложил основы гипотезы органического происхождения нефти, объясняя ее образование воздействием "подземного огня" на "окаменелые уголья", в результате чего, по его мнению, образовывались асфальты, нефти и "каменные масла". Идея о минеральном происхождении нефти впервые была высказана А. Гумбольтом в 1805 г.

Развитие химии, эксперименты по неорганическому синтезу углеводородов (УВ), проведенные М. Бертло (1866 г.), Г. Биассоном (1871 г.), послужили отправной точкой для развития гипотезы минерального происхождения. Д. И. Менделеев, придерживавшийся до 1867 г. представлений об органическом происхождении нефти, в 1877 г. сформулировал известную гипотезу ее минерального происхождения, согласно которой нефть образуется на больших глубинах при высокой температуре вследствие взаимодействия воды с карбидами металлов.

За прошедшее столетие накопилось огромное количество химических, геохимических и геологических данных, проливающих свет на проблему происхождения нефти. В настоящее время преобладающая часть ученых — химиков, геохимиков и геологов — считает наиболее обоснованными представления об органическом генезисе нефти, хотя имеются ученые, которые до сих пор отдают предпочтение минеральной гипотезе ее образования.1.1. Гипотезы минерального происхождения нефтиВсе гипотезы минерального происхождения нефти объединяет идея синтеза УВ, кислород-, серо- и азотсодержащих компонентов нефти из простых исходных веществ — С, Н2, СО, СО2, СН4, Н2О и радикалов при высоких температурах и взаимодействии продуктов синтеза с минеральной частью глубинных пород.

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

Схема процесса представлялась следующим образом:

2FeC + ЗН20 = Fe2O3 + С2Н6

или в общем виде можно записать:

МСm + mН20 —> МОm + (СН2)m.

Образовавшиеся в газообразном состоянии углеводороды, по мнению Д. И. Менделеева, поднимались затем в верхнюю холодную часть земной коры, где они конденсировались и накапливались в пористых осадочных породах. Карбиды металлов в то время в глубинных породах еще не были известны. В настоящее время предположение Менделеева подтвердилось, в глубинных породах найдены карбиды ряда элементов (FeC, TiC, Сг2Сз, WC, SiC). Но крупных скоплений они не образуют; это мельчайшие (доли миллиметра) редко встречающиеся и рассеянные в породах минеральные выделения. Поэтому процесс образования углеводородов в огромных количествах, которые известны в природе, с этих позиций объяснить очень трудно. Не вызывает сомнений сейчас также, что вода с поверхности по трещинам на большие глубины поступать не может. Но это и не существенно, флюидная фаза глубинных пород в определенных условиях воду содержит, поэтому в принципе ее взаимодействие с карбидами возможно. Вполне вероятно и образование простейших углеводородов, однако вряд ли это возможно в больших количествах.

В 1892 г. Соколовым Н. А. была выдвинута гипотеза космического происхождения нефти. Суть ее 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 факты о наличии углерода и водорода в хвостах комет и углеводородов в метеоритах. Согласно современным данным в атмосфере Юпитера и Титана, а также в газопылевых облаках обнаружены С2Н2, С2Н4, С2Н6, С3Н8, HCN, C2N2. В метеоритах обнаружены твердые углистые вещества, нормальные алканы, аминокислоты. Однако происхождение их неясно.

Ряд аргументов сторонников минерального происхождения нефти основан на термодинамических расчетах. Чекалюк Э. Б. попытался определить температуру нефтеобразования по соотношениям между некоторыми изомерными углеводородами, допуская, что высокотемпературный синтез приводит к образованию термодинамически равновесных смесей. Рассчитанная таким образом температура нефтеобразования составила 450—900°С, что соответствует температуре глубинной зоны 100—160 км в пределах верхней мантии Земли. Однако для тех же нефтей расчет по другим изомерным парам дает другие значения температуры (от —100 до 20000°С), совершенно нереальные в условиях земной коры и мантии. В настоящее время доказано, что изомерные углеводороды нефтей являются неравновесными системами. С другой стороны, расчеты термодинамических свойств углеводородов в области очень высоких давлений (десятки тысяч паскалей) весьма условны, из-за необходимости прибегать к сверхдальним экстраполяциям.

В глубинных условиях Земли при наличии С и Н2 синтез СН4, его гомологов и некоторых более высокомолекулярных соединений вполне возможен и происходит. Но пока нет достаточных ни теоретических, ни экспериментальных данных, которые могли бы однозначно доказать возможность минерального синтеза такой сложной и закономерной по составу системы углеводородов, азот-, серо- и кислородсодержащих соединений, какой является природная нефть, которая обладает оптической активностью и весьма сходна по многим признакам на молекулярном и изотопном уровнях с живым веществом организмов и биоорганическим веществом осадочных пород.

Геологические доказательства минеральной гипотезы — наличие следов метана и некоторых нефтяных углеводородов в глубинных кристаллических породах, в газах и магмах, извергающихся из вулканов, проявления нефти и газа по некоторым глубинным разломам и т. п. — являются косвенными и всегда допускают двойную трактовку. Внедряющиеся в земную кору глубинные породы расплавляют и ассимилируют осадочные породы с имеющимся в них биогенным органическим веществом; жерла вулканов также проходят через осадочные толщи, причем иногда регионально-нефтегазоносные, поэтому находимые в них СН4 и некоторые другие нефтяные углеводороды могли образоваться не только в результате минерального синтеза, но и при термической деструкции захваченного биогенного органического вещества осадочных пород или при поступлении нефти в осадочные породы уже после остывания магматических пород. Но главное доказательство состоит в большом сходстве химических и геохимических показателей многих углеводородных и неуглеводородных соединений нефти саналогичными компонентами живого вещества организмов и биогенного органического вещества современных осадков и древних осадочных пород.1.2. Развитие представлений об органическом происхождении нефтиГениальная догадка М. В. Ломоносова об образовании нефти в результате воздействия повышенной температуры на биогенное органическое вещество осадочных пород начала получать подтверждение в конце XIX — начале XX веков при проведении экспериментальных химических и геологических исследований.

Энглер (1888 г.) при перегонке сельдевого жира получил коричневого цвета масла, горючие газы и воду. В легкой фракции масел содержались углеводороды от gs до С9, во фракции >300°С — парафины, нафтены, олефины и ароматические угле­водороды. Возникла гипотеза образования нефти из жиров животного происхождения. В 1919 г. Н. Д. Зелинский подвергнул перегонке озерный сапропелевый ил, почти нацело состоявший из растительного материала — остатков планктонных водорослей с высоким содержанием липидов. При этом были получены кокс, смолы, газ и пирогенетическая вода. Газ состоял из СН4, СО2, Н2 и h3S. Смола содержала бензин, керосин и тяжелые смолистые вещества. В бензине были обнаружены алканы, нафтены и арены; в керосине преобладали циклические полиметиленовые углеводороды. Полученная смесь углеводородов во многом была сходна с природной нефтью, тяжелые фракции обладали оптической активностью.

Оптическая активность — одно из фундаментальных свойств, общих для живого вещества, продуктов его преобразования и природных нефтей. При минеральном синтезе углеводородов возникают рацемические смеси, не обладающие оптической активностью, поскольку они содержат равное количество лево- и правовращающих молекул, что выгодно с позиций термодинамики (такая смесь характеризуется максимумом энтропии). Для живой природы, напротив, характерна зеркальная асимметрия: все биогенные аминокислоты — левые, сахара — правые зеркальные изомеры. Оптическая асимметрия органических молекул — достаточное основание для утверждения о наличии живого вещества или продуктов его посмертного преобразования. С этих позиций оптически активная нефть может быть только продуктом биосферы, а не минерального синтеза. Оптическая активность нефтей связана главным образом с углеводородами типа тритерпанов и стеранов.

Получение оптически активных нефтеподобных продуктов при перегонке органического вещества планктонных водорослей послужило основой для гипотезы происхождения нефти из растительного материала. Этому способствовали и геологические исследования. При поисках и разведке нефтяных месторождений геологи уже в XIX веке стали отмечать частую приуроченность нефтяных залежей к древним морским отложениям, обогащенным сапропелевым органическим веществом, которые были названы нефтематеринскими.

Начиная с работ А. Д. Архангельского (1927 г.) и П. Д. Траска (1926—1932 гг.) развернулись исследования органического вещества современных осадков и древних осадочных пород. Значительное влияние на направление исследований оказал И. М. Губкин. Он подчеркивал, что широкое региональное распространение месторождений нефти в осадочных толщах заставляет отбросить любые возможные экзотические источники для образования нефти (животные жиры, скопления морской травы и т. п.) и считать, что источником нефти может быть только широко распространенное в осадочных породах рассеянное органическое вещество смешанного растительно-животного происхождения. Позже оказалось, правда, что в нем обычно преобладает сапропелевый материал, состоящий из остатков мельчайших планктонных водорослей. Его средняя концентрация в осадочных глинистых породах несколько менее 1 %, но в ряде битуминозных сланцев, с которыми нередко связана промышленная нефтеносность,— до 5—6, а иногда и до 10—20 %.

Гумусовое органическое вещество, источником которого является наземная растительность, распространено, в основном, в континентальных угленосных отложениях, в которых встречаются залежи углеводородного газа, но, как правило, отсутствуют залежи нефти. Это вполне понятно, так как в гумусовом веществе обычно очень мало липидного материала, и при повышении температуры оно генерирует только сухой метановый газ.

Исследования морских планктонных организмов, иловых бактерий показали, что они содержат значительное количество липидного материала (иногда до 40 %), из которого легко могут образоваться углеводороды, а также небольшое количество са­мих углеводородов — до 0,06 %. В органическом веществе мор­ских илов обнаружено уже до 3—5 % битуминозных веществ и до 0,5 % углеводородов. Причем, они представлены всеми характерными для нефти классами — алканами, нафтенами и аренами. Правда, в отличие от нефти, в них еще нет легких угле­водородов бензиновых фракций.

Изучение сапропелевого органического вещества осадочных пород, испытавших погружение на 2—3 км и температуру до 100—150°С, показало, что оно содержит уже до 10—20 % битуминозных веществ (масел, смол, асфальтенов), до 10—12 % углеводородов, в том числе до 2—3 % низкокипящих (С6—С14). В них присутствуют все основные классы нефтяных углеводородов— алканы, изоалканы, нафтены и арены. Имеются также азот-, серо- и кислородсодержащие соединения, свойственные нефтям.

Детальные исследования выявляли все большие черты сходства между углеводородами рассеянного органического вещества осадочных пород, названных Н. Б. Вассоевичем микро-нефтью, и нефтями из ее месторождений.

Важное значение имело открытие в нефтях унаследованных от живого вещества биомолекул. Это, прежде всего порфирины, состоящие из четырех пиррольных колец, образующих через атом азота комплексные соединения с металлами (обычно с V и Ni). Их образование из хлорофилла растений не вызывает сомнений. С ростом глубины и повышением температуры в, недрах содержание порфиринов в нефтях падает, поскольку они термически нестойки. Поэтому представить себе возможность поступления порфиринов в нефть из высокотемпературных зон вместе с продуктами минерального синтеза абсолютно невозможно.

хлорофилл ванадилпорфиринВ формулах Фт означает фитол. Важными "биогенными метками" ("биомаркерами") являются свойственные живому веществу многие изопреноидные углеводороды, особенно фитан (С20) и пристав (С19), возникновение которых связывают с фитолом — периферическим структурным элементом молекулы хлорофилла. Встречается пристан и в "готовом" виде в теле некоторых животных.

Интересно, что углеводород С20Н42 теоретически может иметь более 366 тыс. изомеров, но в нефтях в заметных количествах присутствует только один из них — фитан, структура которого характерна для живого вещества.

Очень многие "биомаркеры" в органическом веществе осадков и нефтях представлены полициклическими углеводородами типа стеранов и тритерпанов, в частности гопанов. Многие из них, несомненно, являются производными таких характерных биомолекул, как стероиды и тритерпеноиды, которые имеются во всех живых организмах, от простейших цианобактерий до высших млекопитающих, и имеют важное биохимическое значение. К нам относятся холестерин, фитостерин и др.

Благодаря большому сходству в молекулярной структуре между стероидами и стеранами, тритерпеноидами и тритерпанами (гопанами) живого вещества и нефтей, их присутствие является надежным показателем органического генезиса нефти.

По стереохимическим особенностям нефтяные стераны и тритерпаны все-таки несколько отличаются от исходных биологических соединений, что связано с изменениями при термическом превращении пространственного строения одного или нескольких хиральных центров биомолекул. Пентациклические тритерпены встречаются в основном в наземных растениях; в органическом веществе морских осадочных пород и в нефтях распространены тетрациклические углеводороды — стераны (гопаны), свойственные сине-зеленым планктонным водорослям, которые являлись одним из основных биопродуцентов при накоплении сапропелевого органического вещества в морских осадках в течение всего геологического времени.

К унаследованным биогенным структурам относятся и нормальные алканы (от С17 и выше). Содержание их в нефтях достигает 10—15, а иногда и 30 %. Свидетельством образования н-алканов из биогенных жирных кислот являются случаи преобладания в малопреобразованных нефтях н-алканов с нечетным числом атомов углерода над "четными". Для живого вещества и образованного из него органического вещества осадков всегда характерно преобладание жирных кислот с четным числом ато­мов углерода. При декарбоксилировании "четных" жирных кис­лот образуются "нечетные" углеводороды, например, в случае пальмитиновой кислоты:

С1бН32О2 —> С15Нз2 + СО2.

Постепенное сглаживание этих первичных генетических при­знаков до примерно одинаковой концентрации "четных" и "нечетных" н-алканов и в органическом веществе нефтематеринских пород и в нефтях залежей происходит по мере нарастания глубины и температуры в недрах вследствие вторичных реакций.

Таким образом, по многим признакам на молекулярном уровне и наличию "биомаркеров" прослеживается связь между живым веществом организмов, органическим веществом осадочных нефтематеринских пород и нефтями в залежах. Суммарное количество унаследованных от живого вещества биогенных молекулярных структур иногда достигает в нефтях 30 % от их массы.

Детальное изучение состава и распределения "биомаркеров" в органическом веществе осадочных пород и в нефтях позволяет не только утверждать органическое происхождение нефти, но даже определять для конкретных залежей, из каких именно отложений в них поступали нефтяные углеводороды при формировании месторождений. Этот вопрос успешно решается также и по сходству изотопного состава углерода в аналогичных фракциях битуминозных компонентов органического вещества осадочных пород и нефтей.

Оказалось, что в осадочных толщах Земли в составе органического вещества содержится огромное количество рассеянных нефтяных углеводородов (микронефти) — порядка 1014 т, которое, по крайней мере, в 100 раз превышает все открытые и предполагаемые мировые запасы нефти в ее месторождениях. Следовательно, для образования всех нефтяных месторождений было достаточно, чтобы в процессе миграции рассеянных нефтяных углеводородов совместно с газами и водами в благоприятных геологических условиях (в пористых пластах на антиклинальных ловушках) скопилось не более 1 % от их общего количества.

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

Таким образом, все химические, геохимические и геологические данные с несомненностью свидетельствуют об органиче­ском происхождении нефти.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

historich.ru

Н. А. Сваровская химия нефти и газа - Реферат

Н.А. Сваровская

ХИМИЯ НЕФТИ И ГАЗА

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ НЕФТИ

1.1. Гипотезы минерального происхождения

1.2. Развитие представлений об органическом происхождении нефти

1.3. Современные представления об образовании нефти игаза

1.4. Образование основных классов углеводородов нефти

2. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ НЕФТИ И ГАЗА

2.1. Углеводородные соединения

2.2. Гетероорганические соединения

2.3. Микроэлементы

3. НЕФТЯНЫЕ ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ

3.1. Парафиновые углеводороды

3.2. Нафтеновые углеводороды

3.3. Ароматические углеводороды

3.4. Смолисто-асфальтеновые вещества

4. физико-химические свойства нефти

4.1. Плотность нефти

4.2. Вязкость нефти

4.3. Реологические свойства нефтей

4.4. Газосодержание нефти

4.5. Давление насыщения нефти газом

4.6. Сжимаемость нефти

4.7. Объемный коэффициент нефти

4.8. Тепловые свойства нефтей

4.9. Электрические свойства нефтей

4.10. Молекулярная масса

4.11. Температура кристаллизации, помутнения, застывания

4.12. Температура вспышки, воспламенения и самовоспламенения

4.13. Оптические свойства

4.14. Различие свойств нефти в пределах нефтеносной залежи

5. СВОЙСТВА НЕФТЯНОГО ГАЗА

6. кЛАССИФИКАЦИИ НЕФТЕЙ

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

Нефть давно известна человечеству. Её использовали в Вавилоне и Византии как зажигательную смесь. В древнем Египте, Риме и междуречьи Тигра и Евфрата её применяли как вяжущий и гидроизоляционный материал при строительстве дорог, акведуков и других сооружений. С конца XVIII века продукт переработки нефти керосин стал использоваться для освещения жилищ и улиц, а с XIX века, с изобретением двигателей внутреннего сгорания нефтепродукты стали основным видом топлива для различных транспортных средств.

В отличие от других видов горючих ископаемых, нефть относительно легко добывается, транспортируется (по трубопроводам) и довольно просто перерабатывается в широкую гамму продуктов различного назначения. Поэтому неудивительно, что в большинстве стран мира на нефть приходится более половины топливно-энергетического комплекса.

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. Природный газ, как и нефть, в первую очередь является энергетическим топливом. Большая часть добываемой в мире нефти (80 - 90 %) перерабатывается в различные виды топлива и смазочных материа­лов. Лишь около 10 % его идет на нужды химической промышленности.

История развития химии нефти связана с работами Д. И. Менделеева, Н. Д. Зелинского, В. В. Марковникова, К. В. Харичкова, В. Н. Ипатьева, А, А. Летнего и др., которые способствовали рождению химии нефти как науки. Становление ее произошло в конце 20-х - начале 30-х годов в стенах Московской горной акаде­мии, где профессор (позже академик) С. Н. Намёткин читал курс "Химия нефти". В 1932 г. вышла книга с таким же названием.

Основные, традиционные исследования в области химии нефти включают следующие направления. Первое - аналитическое направление, изучающее состав нефтей с целью практического применения нефтяных фракций и отдельных компонентов, а также решения геохимических задач по поиску новых месторождений нефти и газа. Знание потенциального химического состава нефти имеет определяющее значение для выбора оптимальной технологической схемы ее переработки. С помощью современных методов аналитической и органической химии в нефтях по данным Ал. А. Петрова было идентифицировано около 1000 индивидуальных соединений.

Второе направление исследований заключается в изучении свойств нефтяных систем в зависимости от Р, V, Т-условий и химического взаимодействия отдельных компонентов нефти. В условиях добычи, транспортировки, переработки и применения нефтяные системы могут находиться при повышенных температурах и давлениях, когда возможны химические превращения нефтяных компонентов.

Следует обратить внимание на то, что в химии нефти достаточно долго господствовал и сохранился до сих пор подход к нефтяным системам как к молекулярным растворам. До сих пор многие явления в нефтяных системах и техно­логические расчеты трактуются на основе физических законов, установленных для молекулярных растворов (законов Рауля-Дальтона, Генри, Ньютона, Дарси и т.д.). Однако представления о молекулярной структуре нефтяных систем не всегда описывает реальное поведение нефтяных систем и соответствует действительности.

С позиций коллоидной химии – нефть это сложная многокомпонентная смесь, проявляющая в зависимости от совокупности внешних условий свойства молекулярного раствора или дисперсной системы. К нефтяным дисперсным системам (НДС) относятся практически все виды природного углеводородного сырья, а также разные типы нефтепродуктов - от моторных топлив до коксов. Такой подход, основанный на рассмотрении дисперсной структуры различных НДС, позволяет оптимизировать без существенных материальных затрат те технологические процессы добычи, транспортировки и переработки нефти, а также свойства нефтепродуктов, которые не удавалось интенсифицировать другими способами.

Накопленный к настоящему времени экспериментальный материал убедительно доказывает, что дальнейшее игнорирование дисперсного строения нефти существенно ограничивает возможности по регулированию нефтеотдачи пласта. Конечно, нельзя не отметить исключительную сложность такого подхода. Она заключается в том, что специалисты в области химии нефти до сих пор не пришли к единому мнению о строении нефти, исследуя ее при нормальных условиях. А чаще всего контакт нефти с породой происходит при иных условиях: в присутствии внутрипластовой воды, в зоне повышенных температур и давлений.

При транспортировке в результате изменения внешних условий (например, температуры, давления, концентрации присадок) могут происходить многократные изменения макромолекулярной организации нефти вплоть до изменения агрегатного состояния, что, естественно, влияет на изменение ее гидродинамического со­противления при движении по трубе. Желательно снизить гидродинамическое сопротивление нефти, что обычно достигается с помощью полимерных присадок, однако в научном плане взаимодействия присадок с компонентами НДС еще не изучены.

При переработке нефти и применении нефтепродуктов происходят фазовые превращения с изменением как агрегатного состояния, так в ряде случаев и химического состава фаз. Регулирование фазовых переходов в НДС с помощью внешних фак­торов: силовых полей и добавок разнообразной природы, включая прием оптимального компаундирования нефтепродуктов, оказывается эффективным способом воздействия на параметры нефтетехнологических процессов и свойства нефтепродуктов. днако запасы нефти, к сожалению, ограничены, а разрабатываемые месторождения через некоторое время истощаются. Невозобновляемость и ограниченность ресурсов углеводородного сырья, которыми располагает человечество, усиливает остроту энергетической проблемы. По прогнозам производство сырой нефти достигнет пика во втором - третьем десятилетии будущего века, а дефицит запасов сопутствующих нефти природного газа и газоконденсатов начнет ощущаться уже с 2010 г.

Исчерпание нефтяных запасов ведет к необходимости более экономичного использования нефти путем увеличения коэффициента нефтеотдачи, оптимизации процессов транспортировки и увеличения глубины переработки нефти, рационального применения нефтепродуктов с учетом их экологических свойств, что невозможно без всесторонних физико-химических исследований состава, структуры и свойств нефти.

1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ НЕФТИ

Истоки современных представлений о происхождении нефти возникли в XVIII — начале XIX в. М. В. Ломоносов (1757 г.) заложил основы гипотезы органического происхождения нефти, объясняя ее образование воздействием "подземного огня" на "окаменелые уголья", в результате чего, по его мнению, образовывались асфальты, нефти и "каменные масла". Идея о минеральном происхождении нефти впервые была высказана А. Гумбольтом в 1805 г.

Развитие химии, эксперименты по неорганическому синтезу углеводородов (УВ), проведенные М. Бертло (1866 г.), Г. Биассоном (1871 г.), послужили отправной точкой для развития гипотезы минерального происхождения. Д. И. Менделеев, придерживавшийся до 1867 г. представлений об органическом происхождении нефти, в 1877 г. сформулировал известную гипотезу ее минерального происхождения, согласно которой нефть образуется на больших глубинах при высокой температуре вследствие взаимодействия воды с карбидами металлов.

За прошедшее столетие накопилось огромное количество химических, геохимических и геологических данных, проливающих свет на проблему происхождения нефти. В настоящее время преобладающая часть ученых — химиков, геохимиков и геологов — считает наиболее обоснованными представления об органическом генезисе нефти, хотя имеются ученые, которые до сих пор отдают предпочтение минеральной гипотезе ее образования.

1.1. Гипотезы минерального происхождения нефти

Все гипотезы минерального происхождения нефти объединяет идея синтеза УВ, кислород-, серо- и азотсодержащих компонентов нефти из простых исходных веществ — С, Н2, СО, СО2, СН4, Н2О и радикалов при высоких температурах и взаимодействии продуктов синтеза с минеральной частью глубинных пород.

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

Схема процесса представлялась следующим образом:

2FeC + ЗН20 = Fe2O3 + С2Н6

или в общем виде можно записать:

МСm + mН20 —> МОm + (СН2)m.

Образовавшиеся в газообразном состоянии углеводороды, по мнению Д. И. Менделеева, поднимались затем в верхнюю холодную часть земной коры, где они конденсировались и накапливались в пористых осадочных породах. Карбиды металлов в то время в глубинных породах еще не были известны. В настоящее время предположение Менделеева подтвердилось, в глубинных породах найдены карбиды ряда элементов (FeC, TiC, Сг2Сз, WC, SiC). Но крупных скоплений они не образуют; это мельчайшие (доли миллиметра) редко встречающиеся и рассеянные в породах минеральные выделения. Поэтому процесс образования углеводородов в огромных количествах, которые известны в природе, с этих позиций объяснить очень трудно. Не вызывает сомнений сейчас также, что вода с поверхности по трещинам на большие глубины поступать не может. Но это и не существенно, флюидная фаза глубинных пород в определенных условиях воду содержит, поэтому в принципе ее взаимодействие с карбидами возможно. Вполне вероятно и образование простейших углеводородов, однако вряд ли это возможно в больших количествах.

В 1892 г. Соколовым Н. А. была выдвинута гипотеза космического происхождения нефти. Суть ее 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 факты о наличии углерода и водорода в хвостах комет и углеводородов в метеоритах. Согласно современным данным в атмосфере Юпитера и Титана, а также в газопылевых облаках обнаружены С2Н2, С2Н4, С2Н6, С3Н8, HCN, C2N2. В метеоритах обнаружены твердые углистые вещества, нормальные алканы, аминокислоты. Однако происхождение их неясно.

Ряд аргументов сторонников минерального происхождения нефти основан на термодинамических расчетах. Чекалюк Э. Б. попытался определить температуру нефтеобразования по соотношениям между некоторыми изомерными углеводородами, допуская, что высокотемпературный синтез приводит к образованию термодинамически равновесных смесей. Рассчитанная таким образом температура нефтеобразования составила 450—900°С, что соответствует температуре глубинной зоны 100—160 км в пределах верхней мантии Земли. Однако для тех же нефтей расчет по другим изомерным парам дает другие значения температуры (от —100 до 20000°С), совершенно нереальные в условиях земной коры и мантии. В настоящее время доказано, что изомерные углеводороды нефтей являются неравновесными системами. С другой стороны, расчеты термодинамических свойств углеводородов в области очень высоких давлений (десятки тысяч паскалей) весьма условны, из-за необходимости прибегать к сверхдальним экстраполяциям.

В глубинных условиях Земли при наличии С и Н2 синтез СН4, его гомологов и некоторых более высокомолекулярных соединений вполне возможен и происходит. Но пока нет достаточных ни теоретических, ни экспериментальных данных, которые могли бы однозначно доказать возможность минерального синтеза такой сложной и закономерной по составу системы углеводородов, азот-, серо- и кислородсодержащих соединений, какой является природная нефть, которая обладает оптической активностью и весьма сходна по многим признакам на молекулярном и изотопном уровнях с живым веществом организмов и биоорганическим веществом осадочных пород.

Геологические доказательства минеральной гипотезы — наличие следов метана и некоторых нефтяных углеводородов в глубинных кристаллических породах, в газах и магмах, извергающихся из вулканов, проявления нефти и газа по некоторым глубинным разломам и т. п. — являются косвенными и всегда допускают двойную трактовку. Внедряющиеся в земную кору глубинные породы расплавляют и ассимилируют осадочные породы с имеющимся в них биогенным органическим веществом; жерла вулканов также проходят через осадочные толщи, причем иногда регионально-нефтегазоносные, поэтому находимые в них СН4 и некоторые другие нефтяные углеводороды могли образоваться не только в результате минерального синтеза, но и при термической деструкции захваченного биогенного органического вещества осадочных пород или при поступлении нефти в осадочные породы уже после остывания магматических пород. Но главное доказательство состоит в большом сходстве химических и геохимических показателей многих углеводородных и неуглеводородных соединений нефти с аналогичными компонентами живого вещества организмов и биогенного органического вещества современных осадков и древних осадочных пород.

gigabaza.ru

Курс лекций по дисциплине химия нефти и газа

  1   2   3   4   5   6

1 1Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет»Библиотека студента УГНТУКРАТКИЙ КУРС ЛЕКЦИЙПО ДИСЦИПЛИНЕ «ХИМИЯ НЕФТИ И ГАЗА»Под общей редакцией профессора С. С. Злотского и доцента Л.Н. Зориной Уфа 2011

2 2УДК 54(0.75.8) ББК 24.1 К93Утверждено Редакционно-издательским советом УГНТУ в качестве учебного пособияАвторы: О.Ф.Булатова, С.С.Злотский, Л.Н.Зорина, Н.Н.Михайлова, М.Н.Назаров, Ю.И.Пузин, Л.З.Рольник, Л.Г.Сергеева, Ф.Б.Шевляков, И.Н.Сираева Рецензенты:Директор института нефтехимпереработки, доктор технических наук, профессор Э.Г.ТеляшевСтарший преподаватель кафедры «Химия» Стерлитамакской государственной педагогической академии, кандидат химических наук Т.П.Мудрик К93 Курс лекций по дисциплине «Химия нефти и газа» /О.Ф.Булатова и др.; под общ. ред. С.С. Злотского и Л.Н.Зориной.- Уфа:Изд-во УГНТУ,2011.– 54 с. ISBN 978-5-7831-0983-6 Приведены краткие конспекты лекций по дисциплине «Химия нефти и газа». Содержание лекций соответствует государственным образователь- ным стандартам. В кратком курсе лекций отражен модульный принцип обучения, указано содержание лабораторных занятий, приводится список литературы для дополнительного изучения материала. Краткий курс лекций предназначен для студентов нехимических спе- циальностей направления «Нефтегазовое дело» очной и заочной форм обу- чения.УДК 54 (0.75.8) ББК24.1ISBN 978-5-7831-0983-6 © Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2011 © Коллектив авторов, 2011

3 3СОДЕРЖАНИЕ Введение 4 Содержание дисциплины «Химия нефти и газа» для студентов нехимических специальностей: СТ, ГТ, МТ, БСТ, БМТ, ГБ, ГГ 6 Лекция 1. Общая характеристика нефти и газа 9 Лекция 2. Физические свойства нефтей12 Лекция 3. Методы разделения углеводородов и определения состава нефти газа15 Лекция 4. Алканы, содержащиеся в нефтях и газах18 Лекция 5. Циклоалканы, содержащиеся в нефтях 21 Лекция 6. Ароматические углеводороды, содержащиеся в нефтях24 Лекция 7. Алкены, алкадиены, алкины, образующиеся при переработке нефти27 Лекция 8. Кислородсодержащие соединения, содержащиеся в нефтях30 Лекция 9. Сернистые и азотистые соединения, содержащиеся в нефтях33 Лекция 10. Смолы, асфальтены, содержащиеся в нефтях36 Лекция 11. Основы нефтепереработки39 Лекция 12. Термокаталитические превращения углеводородов нефти42 Лекция 13. Окисление углеводородов. Основные кислородсодержащие продукты нефтехимии.45 Лекция 14. Методы очистки нефти газа и нефтепродуктов 48 Контрольные вопросы 51 Список рекомендуемой литературы 52

4 4ВВЕДЕНИЕ Сравнительно недавно (с 2001 года) в учебную программу студентов, обучающихся по направлению «Нефтегазовое дело», включена дисциплина «Химия нефти и газа». Это полностью оправдано и обоснованно, поскольку высококвалифицированные специалисты, в перспективе ответственные руководящие работники ТЭК, обязаны владеть информацией и уверенно разбираться в физических и физико-химических аспектах нефтяного дела, включая получение и применение целевых конечных продуктов и материалов на основе углеводородного сырья. Следует указать, что название данной дисциплины «Химия нефти и газа» несколько устарело и в настоящее время в номенклатуре ВАК заменено на более общее и полное – «Нефтехимия». Фактически содержание курса включает вопросы, связанные с химией и технологией нефтяного дела в широком понимании: физикохимия пласта; техническая и прикладная химия бурения; подготовка, транспорт и хранение углеводородного сырья и т.д. Необходимо отметить, что классическому курсу «Химия нефти и газа»-«Нефтехимия» предшествуют такие специальные дисциплины, как «Химия», «Органическая химия», «Аналитическая химия», «Физколлоидная химия». В багаже у студентов нефтегазового направления только базовый курс «Общая и неорганическая химия», в котором органические соединения и углеводороды нефти рассматриваются весьма поверхностно. В этой связи лекционный материал дисциплины «Химия нефти и газа» ориентирован на слушателей, не имеющих углубленные химические знания. Краткий курс лекций наряду со специальными вопросами содержит общеобразовательную информацию (номенклатура, физико-химические свойства и характеристики наиболее распространенных углеводородов и др.). Настоящее пособие, подготовленное коллективом преподавателей кафедры «Общая и аналитическая химия», имеет цель облегчить и упростить понимание физико-химических и химико-технологических аспектов предмета «Химия нефти и газа» - «Нефтехимия» студентам нехимических специальностей. Краткое содержание каждой из 14 лекций включает базовые положения, термины, формулы и определения. Приводятся контрольные вопросы и даны 2 – 4 источника, где данный раздел изложен более детально и подробно. Имеется расширенный список рекомендуемой учебно-методической литературы и перечислены основные вопросы, выносимые на зачёт или экзамен. Настоящее пособие не заменяет существующие учебники и практикумы, а наоборот, предусматривает более подробное и детальное ознакомление и изучение разделов программы по основным учебникам. В то же время простота и доступность учебного пособия, на наш взгляд, позволяет студентам предварительно познакомиться с тематикой и содержанием лекций, лучше представить схему курса, связать между собой отдельные разделы программы. Авторы - ведущие преподаватели кафедры в краткой, тезисной форме

5 5обобщили и систематизировали основные параметры, цели и задачи каждой лекции. Это позволяет студентам свести к минимуму непроизводительный расход времени, концентрироваться на ключевых вопросах и положениях данной дисциплины.Мы полагаем, что пособие окажется полезным и интересным всем без исключения студентам, изучающим на 1 курсе дисциплину «Химия нефти и газа», а также будет востребовано молодыми, начинающими преподавателями и научными сотрудниками для подготовки к лекциям, лабораторным и практическим занятиям. Рекомендуем данное пособие учителям, преподавателям средних школ, техникумов, колледжей, а также школьникам - старшеклассникам, заинтересованным в углубленном изучении химии нефти и газа.

6 6Содержание дисциплины «Химия нефти и газа» для студентов нехимических специальностей: СТ, ГТ, МТ, БСТ, БМТ, ГБ, ГГАудиторные занятия: лекции-28 ч., лабораторные занятия-24 ч.РГР (домашние задания или контрольные работы)-3, зачёт - 0, экзамен – 1 ТемаВопросы, изучаемые налекцииНомер лекции no пособиюСодержание лабораторных занятийРГР контрольные точки1 Модуль 1 «Состав и общие свойства нефти» Лекции-6 ч, практические занятия-0 ч, лабораторные занятия-4 ч РГР-0 1.1 Нефть и газ как природные объекты энергии и сырье для переработки. Гипотезы происхождения нефти. Элементный и групповой состав нефтей. Классификация нефтей Лекция 1 1.2 Физические свойства нефтей. Плотность, молекулярная масса, вязкость, температуры застывания, помутнения, кристаллизации. Характеристики пожароопасности нефтей и газов, температуры вспышки, воспламенения, самовоспламенения, пределы взрываемости. Октановое и цетановое числа Лекция 2 1.3 Методы разделения нефти и газа: перегонка, ректификация, экстракция, абсорбция, адсорбция, кристаллизация, диффузионные методы. Хроматографические методы разделения и анализа нефти и газа Лекция 3 1,2 Определение группового со- става нефтей и нефтепродуктов. Вода в нефтепродуктах. Методы определения состава нефти и газа. Первичная перегонка нефти 2 Модуль 2 «Углеводороды нефти и газа» Лекции-8ч, практические занятия-0ч, лабораторные занятия-8ч, РГР-0 2.1 Алканы нефти и газа. Состав и строение. Физические и химические свойства алканов. Парафины и церезины их влияние на процессы нефтедобычиЛекция 4 3 Состав, номенклатура и химичес- кие свойства органических соедине- ний нефти и газа. Алкановые угле- водороды2.2 Циклоалканы нефти. Состав и строение. Закономерности их распределения по фракциям нефти. Физические и химические свойства Лекция 5 4 Состав, номенклатура и химичес- кие свойства органических соеди- нений нефти и газа. Нафтеновые углеводороды

7 7ТемаВопросы, изучаемые налекцииНомер лекции no пособиюСодержание лабораторных занятийРГР контрольные точки2.3 Арены. Состав, распределение по фракциям нефти. Строение, физические и химические свойства. Правила ориентации в реакциях электрофильного замещения в ароматическом кольце. Применение аренов в органическом синтезе Лекция 6 5 Состав, номенклатура и химии- ческие свойства органических соединений нефти и газа. Аро- матические углеводороды 2.4 Алкены, диены и алкины, образующиеся при переработке нефти. Выделение и свойства, использование в нефтехимическом синтезе Лекция 7 6 Состав, номенклатура и хими- ческие свойства органических соединений нефти и газа. Ненасыщенные углеводороды 3 Модуль 3 «Гетероатомные и неуглеводородные соединения нефти» Лекции-6 ч, лабораторные занятия-4 ч, РГР-2 3.1 Кислородсодержащие соединения. Нефтяные кислоты и фенолы. Физико-химические свойства нефтяных кислот, кислотное число. Влияние кислородсодержащих соединений на процессы нефтедобычи и свойства нефтепродуктов Лекция 8 7 Состав, номенклатура и химичес- кие свойства органических соедине- ний нефти и газа. Кислородсодер- жащие соединения 3.2 Сернистые соединения. Основные типы сернистых соединений, их распределение по фракциям нефти. Физические и химические свойства сернистых соединений. Их влияние на процессы нефтедобычи и свойства нефтепродуктов, происхождение сернистых соединений нефти. Лекция 9 8 Состав, номенклатура и химичес- кие свойства органических соедине- ний нефти и газа. Серусодержащие соединения 3.3 Азотистые соединения. Содержание азота в нефтях и нефтяных фракциях. Азотистые основании, нейтральные соединения, порфирины. Влияние азотистых соединений на процессы добычи нефти и качество нефтепродуктов Лекция 9 8 Состав, номенклатура и химиче- ские свойства органических соеди- нений нефти и газа. Азотсо- держащие соединения КР-1. Номенклатура углеводородов нефти и газа 3.4 Смолы, асфальтены. Состав, строение, свойства. Выделение смол и асфальтенов нефти.Влияние смол и асфальтенов на процессы нефтедобычи и переработки. Неорганические компоненты нефти. Основные металлы, встречающиеся в нефтях, их влияние на процессы добычи и переработки нефти Лекция 10 КР-2.Химические свойства углево- дородов нефти и газа

8 8Тема Наименование вопросов, изучаемых на лекции Номер лекции по пособию Содержание лабораторных занятий РГР контрольные точки 4 Модуль 4 «Процессы подготовки и переработки нефти и газа» Лекции-8 ч, практические занятия -0 ч, лабораторные занятия-8 ч, РГР-14.1 Основы переработки нефти. Термический крекинг, пиролиз, коксование. Дегидрирование, циклизация, ароматизация Лекция 11 9,10 Термические превращения уг- леводородов нефти. Химизм терми- ческого крекинга алканов, алкенов, циклоалканов и ароматических углеводородов. 10. ДЗ-1. Основы нефтепереработки 4.2 Термокаталитические превращения углеводородов нефти. Катализ и катализаторы. Каталитический крекинг, каталитический риформинг. Химические основы процессов, катализаторы, применение в промышленности Лекция 12 11,12 Термокаталитические превра- щения углеводородов нефти. Химизм каталитического крекинга алканов, алкенов, циклоалканов и ароматических углеводородов. 4.3 Окисление углеводородов нефти и их производных. Основные кислородсодержащие продукты нефтехимии Лекция 13 4.4 Методы очистки нефти, газа и нефтепродуктов. Гидрогенизация и гидрообессеривание Лекция 14

9 9М.Н.Назаров Лекция 1. Общая характеристика нефти и газаКлючевые слова: источники энергии, сырьё для производства, гипотезы происхождения, элементный состав, классификация. Нефть представляет собой сложную смесь углеводородов и органических соединений серы, азота и кислорода. В настоящее время нефть и газ являются основными источниками энергии в большинстве стран мира. В России топливно-энергетический комплекс является одной из основ экономики. Из нефти вырабатываются бензины, керосины, дизельное, реактивное и другие виды топлива. Другое важнейшее направление использования нефти и газа – в качестве сырья для производства самых разнообразных продуктов нефтехимической, строительной и других отраслей промышленности: полимерных материалов, пластмасс, синтетических волокон и каучуков, смазочных и специальных масел, моющих средств, лаков, красок, растворителей, битумов, кокса и множества других. В этом отношении нефть и газ являются на сегодняшний день незаменимыми природными объектами. Важнейшими задачами нефтеперерабатывающей промышленности являются увеличение глубины переработки нефти и повышение качества нефтепродуктов. Нефть и газ – основной экспортный товар и главная статья дохода российской экономики. Гипотезы происхождения нефти 1)неорганическая 2)космическая 3)органическаяАвтором одной из неорганических теорий является Д.И.Менделеев. Согласно этой теории, первые органические соединения образовались в результате взаимодействия карбидов металлов, находящихся в ядре Земли, с водой, проникшей к ним по трещинам: СаС2 + 2Н2О → Са(ОН)2 + С2Н2 Al4C3 + 12Н2O → 4А1(ОН)3 + 3СН4Под действием высоких температур углеводороды и вода испарялись, поднимались к наружным частям Земли и конденсировались в хорошо проницаемых осадочных породах. Согласно космической теории, нефть образовалась из углерода и водорода при формировании Земли. По мере понижения температуры планеты углеводороды поглощались ею и конденсировались в земной коре.Наибольшее распространение получила органическая теория. Суть её в том, что нефть является продуктом разложения растительных и животных остатков, отлагающихся первоначально в виде морского ила. 10 10Основным органическим материалом для нефти служат растительные и животные микроорганизмы, развивающиеся в гидросфере. Отмершие остатки таких организмов скапливаются на дне заливов. Одновременно в море сносятся различные минеральные вещества. В конечном итоге органический материал собирается на дне водоема и постепенно погружается все глубже и глубже. Верхний слой такого ила называется пелоген, а частично превращенный ил в большей своей толще - сапропел. По современным представлениям, органическое вещество, захороненное в морском иле, и является материнским веществом нефти. К так называемым сапропелитовым каустобиолитам относятся также сланцы, сапропелитовые угли и т.д. Торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит - гумусовые каустобиолиты (гумус-остатки наземной растительности). Разложение погибших растительных и животных организмов в морских илах под воздействием О2 и бактерий приводит к образованию: 1) жидких и газообразных продуктов; 2) осадков, устойчивых к химическому и бактерицидному воздействию. Эти осадки постепенно накапливаются в осадочных слоях. По своей химической природе они представляют собой смесь продуктов превращения белков. Дальнейшие превращения этого исходного органического материала в нефть происходят уже в отсутствие О2Образование нефти - это очень медленный процесс, протекающий в течение миллионов лет под воздействием повышенной температуры (100-250 0С), повышенного давления (50-200 атм) и биохимической деятельности микроорганизмов. Элементный состав нефти. Основными элементами, входящими в состав нефти, являются С и Н. Содержание С колеблется в пределах 82-87%, H-11 -14%, S-0,1-5%. Содержание N и О у большинства нефтей не превышает десятых долей процента. Нефть состоит в основном из смеси метановых (алкановых), нафтеновых (циклоалкановых) и ароматических углеводородов. Кроме этого, в нефтях присутствуют кислородные, сернистые и азотистые соединения. К кислородным соединениям нефти относятся нафтеновые кислоты, фенолы, асфальто-смолистые вещества. Сернистые соединения – это h3S, меркаптаны, сульфиды, тиофены, тиофаны, азотистые соединения – гомологи пиридина, гидропиридина и гидрохинолина. Компонентами нефти являются также растворенные в ней газы, вода и минеральные соли. Содержание газов (С1-С4) в нефти колеблется от десятых долей до 4%, Н2О от 0,5 до 10% и выше, минеральных солей от 0,1 до 4000 мг/л и выше. Кроме того, минеральные вещества содержатся в нефтях в виде растворов солей органических кислот, в комплексных соединениях и др. Состав минеральных компонентов определяется в золе, получаемой при сжигании нефти. Содержание золы не превышает десятых долей процента, считая на Н. В золе обнаружено до 20 различных элементов (Са, Fe, Si, Zn, Сu, Al, Mo, Ni, V, Na, Sn, Ti, Mn, Sr, Pb, Co, Ag, Ba, Cr и др.), содержание которых колеблется от 5 ∙ 10-6 до 1 ∙ 10-8 %. 11 11В тяжелой части нефти содержатся смолисто-асфальтеновые вещества. Это сложная смесь наиболее высокомолекулярных соединений, представляющих собой гетероорганические соединения со сложной гибридной структурой, включающей серу, кислород, азот и некоторые металлы. Наиболее богаты смолисто-асфальтеновыми веществами молодые нефти с высоким содержанием ароматических соединений. Классификация нефтей Нефти могут быть классифицированы по содержанию в них углеводородов различного строения (химическая классификация), по содержанию серы и по качеству получаемых нефтепродуктов (технологическая классификация). В основу химической классификации нефти положен групповой углеводородный состав фракции, выкипающей в пределах 250-300 0С. В зависимости от преобладания в этой фракции углеводородов какого-либо одного класса (выше 50%) нефти делятся на 3 основных типа: метановые (М), нафтеновые (Н), ароматические (А). При содержании в этой фракции более 25% углеводородов других классов нефти делятся на смешанные типы: метанонафтеновые (М-Н), нафтенометановые (Н-М), ароматическонафтеновые (А-Н), нафтено- ароматические (Н-А) и т.д. По технологической классификации нефти в зависимости от содержания в ней серы делятся на 3 класса: 1)малосернистые, с содержанием S от 0 до 0,5%; 2)сернистые, с содержанием S от 0,5 до 2%; 3)высокосернистые, с содержанием S более 2%. Кроме того, нефти подразделяют на типы – по выходу светлых фракций, перегоняющихся до 350 0С; группы – по потенциальному содержанию базовых масел; подгруппы – по индексу вязкости базовых масел; виды - по содержанию парафинов в нефти.   1   2   3   4   5   6

historich.ru

Химия нефти и газа- Проскурякова В.А. — Добыча нефти и газа

скачать

Введение. Химия нефти и газа под ред. Проскурякова В.А.

Общие сведения о нефтяной и газовой промышленности 

1.1.Роль нефти и газа в современном мире 

1.2.Основные нефтегазоносные районы

1.3.Добыча нефти и газа

1.4.Этапы развития нефтеперерабатывающей промышленности

Общие свойства и классификация нефти

2.1. Фракционный и химический состав нефти

2.2. Химические классификации нефти 

2.3. Технологическая классификация нефтей

Происхождение нефти

3.1.Гипотезы минерального происхождения нефти

3.2.Развитие представлений об органическом происхождении нефти

3.3.Современные представления об образовании нефти и газа

3.4.Образование основных классов углеводородов нефти 

Свойства нефти и нефтепродуктов

4.1.Плотность

4.2.Молекулярная масса

4.3.Вязкость

4.4.Температура кристаллизации, помутнения, застывания 

4.5.Температура вспышки, воспламенения и самовоспламенения

4.6.Оптические свойства 

Методы разделения компонентов нефти и газа 

5.1.Классификация методов разделения 

5.2.Перегонка и ректификация

5.3.Азеотропная и экстрактивная ректификация, абсорбция, экстракция 

5.4.Кристаллизация и экстрактивная кристаллизация 

5.5.Образование аддуктов и комплексов

5.6.Адсорбция

5.7.Термическая диффузия

5.8.Диффузия через мембраны

5.9.Химические методы 

5.10.Методы выделения отдельных групп углеводородов  

Исследование состава нефти и нефтепродуктов

6.1.Определение элементного состава

6.2.Определение группового состава

6.3.Хроматографические методы ПО

6.4.Масс-спектрометрия и хромато-масс-спектрометрия 

6.5.Ультрафиолетовая и инфракрасная спектроскопия 

6.6.Ядерный магнитный и электронный парамагнитный резонанс 

Алканы нефти

7.1.Содержание алканов в нефтях и попутных газах

7.2.Газообразные алканы 

7.3.Жидкие алканы

7.4.Твердые алканы

7.5.Свойства алканов

Циклоалканы нефти

8.1.Содержание циклоалканов в нефтях

8.2.Моноциклические циклоалканы

8.3.Полициклические циклоалканы

8.4.Нафтеновые углеводороды высококипящих фракций 

8.5.Свойства циклоалканов

8.6.Методы получения циклоалканов

Арены и гибридные углеводороды нефти 

9.1.Типы аренов и содержание в нефтях и нефтяных фракциях 

9.2.Свойства аренов 

9.3.Использование аренов в нефтехимическом синтезе

Непредельные углеводороды, образующиеся при переработке  нефти

10.1.Общие сведения

10.2.Свойства

10.3.Использование в нефтехимическом синтезе

Гетероатомные соединения и минеральные компоненты нефти 

11.1.Общие сведения

11.2.Кислородсодержащие соединения 

11.3.Серосодержащие соединения 

11.4.Азотсодержащие соединения

11.5.Смолисто-асфальтеновые вещества

11.6.Минеральные компоненты нефти

Термические превращения углеводородов нефти

12.1.Теоретические основы термических процессов

12.2.Термические превращения углеводородов в газовой фазе 

12.3.Пиролиз

12.4.Особенности термических реакций в жидкой фазе

12.5.Образование нефтяного кокса

12.6.Промышленные процессы термической переработки нефти и нефтяных фракций

Термокаталитические превращения углеводородов нефти и газа

13.1.Общие сведения о катализе и катализаторах 

13.2.Каталитический крекинг

13.3.Каталитический риформинг

13.4.Синтез высокооктановых компонентов топлив

Гидрогенизационные процессы в нефтепереработке 

14.1.Классификация процессов

14.2.Гидроочистка М.З. Гидрокрекинг

Очистка нефтепродуктов

15.1.Назначение и методы очистки

15.2.Химическйе методы очистки 

15.3.Адсорбционные и каталитические методы очистки

15.4.Методы очистки с применением избирательных растворителей 

Состав и эксплуатационные свойства основных видов топлив и масел 

16.1.Классификация нефтепродуктов

16.2.Бензины

16.3.Топлива для воздушно-реактивных двигателей

16.4.Дизельные топлива   

16.5.Газотурбинное, печное и котельное топлива

16.6.Сжиженные газы

16.7.Нефтяные масла

16.8.Парафины и церезины

16.9.Ароматические углеводороды

16.10.Нефтяные битумы

16.11.Нефтяной кокс

16.12.Пластичные смазки

16.13.Присадки к топливам и маслам

16.14.Нефтепродукты различного назначения

Библиографический список

Похожие статьи:

РЭНГМ → Магистральные нефтепроводы

РЭНГМ → Транспорт нефти и газа-сбор и подготовка нефтепродуктов

РЭНГМ → Скважинная добыча нефти. Статическое и динамическое давление.

РЭНГМ → Сборник задач по технике и технологии нефтедобычи. Мищенко Т.М.

РЭНГМ → Справочник мастера по добыче нефти. В.М. Муравьев

rengm.ru

Химия нефти и газа

РЕСУРСЫ И ДОБЫЧА НЕФТИ

Термин «нефть» включает в себя: жидкие продукты широкого диапазона качества, сюда входят сверхлегкие нефти (газовый конденсат с содержанием светлой фракции более 80%), обычные нефти и сверхтяжелые (высоковязкие и природные нефтебитумы)Мировые запасы нефти оцениваются следующими цифрами в миллиардах тонн.

1) Газовый конденсат 1-1,5

2) Обычные нефти 220-280

3) Сверхтяжелые нефти 650-750Запасы обычной нефти распределены так:

1) На ближнем и среднем востоке примерно 60%. Среди стран этого региона первое в мире место занимает Саудовская Аравия, где сосредоточена ¼ мировых запасов нефти. огромными запасами нефти в этом регионе обладает Ирак, Иран, Кувейт и арабские страны, каждая из которых имеет 1/10 всех запасов.

2) Южная и северная Америка примерно 15%. Наиболее крупные запасы в Венесуэле, Мексике, США, Канаде, Аргентине, Бразилии.

3) Африка, примерно 8%. Ливия, Нигерия, Алжир.

4) Россия, примерно 6%. Основными регионами является Урало-Волжский, Западно-Сибирский и Северо-Кавказский.

5) На остальные страны приходится примерно 11%. Месторождение северного моря, Британские и Норвежские владения, Китай, Индонезия, Малайзия, Австралия.Мировая добыча нефти существенно менялась по годам. Начало добычи относится к 1860 году и резко росла до 1978, а потом стала падать

Разведанных запасов нефти хватит на 100-120 лет.Углеводородные газы

Мировые запасы природного углеводородного газа оцениваются в триллионах тонн. Из общих запасов примерно 55% приходится на Россию. Ближайший восток – 45%, Америка – 15%, Азия и Тихий океан – 10%, Африка – 10%, западная Европа – 6%(в миллиардах тонн)Тюменская область – 86%, Оренбургская – 5,6%, Астраханская – 2%.Современные представления о происхождении нефти, газа и их скоплений в недрах земли.

Существует две основные гипотезы происхождения нефти.

1) Биогенова – производная от растений и животных.

2) Неорганическая – произошла в недрах земли.Менделеев утверждал, что нефть образуется на больших глубинах при высокой температуре вследствие взаимодействия воды с карбидами металлов.

Существует много гипотез происхождения нефти.

1) Магматическая

2) Карбидная

3) Механическая

4) Вулканическая

5) Взрывная

6) КосмическаяСуществует несколько этапов многостадийного процесса нефтеобразования в природе.

1) Осадконакопление.

После отмирания растительных и животных организмов выпадают на дно морских или пресноводных бассейнов и накапливаются в илах, рассеиваясь в минеральных остатках.

2) Биохимическая.

Накопленный на дне бассейна глубиной в несколько метров органический осадок медленно преобразуется, уплотняется, частично обезвоживается за счет протекания биохимических процессов в условиях ограниченного доступа кислорода. Этот процесс сопровождается выделением углекислоты, метана, воды, сероводорода и аммиака. Осадок одновременно пополняется за счет биосинтеза и тел бактерий. В осадке возрастает содержание углерода и водорода за счет деструктивных процессов.

3) Протокатогинез.

Пласт органических осадков медленно, со скоростью 50-300 м в миллион лет опускается на глубину 1,5-2 км, а пласт находящийся сверху покрывается слоем новых молодых осадков. По мере поступления медленно повышается температура и давление, биохимические процессы затухают вследствие гибели микроорганизмов.

4) Мезоатогинез.

Осадок опускается на глубину 3-4 км., температура повышается до 1500С, органическое вещество подвергается деструкции с образованием битуминозных веществ, которые в своем составе содержат почти весь комплекс нефтяного ряда.

5) Апокатогинез.

глубина нахождения осадка 4,5 км, температура 2500С, органическое вещество исчерпало свой нефтегенерирующий потенциал и продолжает реализовываться в метанорегенерирующий потенциал. Чем глубже, тем более легкая нефть содержится.Классификация товарных нефтепроводов.1) Газ (бытовой)

2) Бензины (авиабензины, автобензины)

3) Реактивные топлива.

4) Дизельное топливо.

5) Газотурбинные топлива.

6) Котельные топлива.

7) Нефтяные масла (смазочные и несмазочные) Смазочные: моторные, трансмиссионные, индустриальные, энергетические. Несмазочные (специальные): масла предназначенные не для смазки, а в качестве рабочей жидкости, в тормозных системах, насосах, а так же к ним относятся парфюмерные и смазочно-охлаждающие.

8) Нефтяные коксы, битумы, пёки.

9) Нефтехимическое сырье: ароматические углеводороды, парафины, церезины. Парафины бывают жидкие и твердые.

10) продукты специального назначения: водород, присадки, осветительный керосин, консистентные смазки. Смазки могут быть антифрикционные и защитные.Элементный химический состав нефти.

Нефть – это смесь очень большого числа химических соединений на основе углеводорода. Полный химический состав нефти выражают двумя методами: элементарным химическим составом и групповым химическим составом.

Элементарный химический состав – это количественный состав химических элементов, входящих в нефть и выраженных в мольных долях или процентах. Число химических элементов в составе нефтей очень велико (вся таблица Менделеева), но основными из них являются:

1) углерод, содержится в различных нефтях от 83 до 87%. При чем, чем тяжелее (по плотности и фракционному составу) нефть, тем содержание углерода выше. Углерод входит в состав всех соединений нефти.

2) водород, составляет11-14%, с утяжелением нефти эта величина уменьшается. Углерод и водород являются основными горючими элементами нефти (носителями энергии, но различаются теплотой сгорания)

Водород – 133 МДж/кг

Углерод – 33 МДж/кгВ связи с этим принято характеризовать эти горючие свойство соотношением водорода к углероду ( Н:С)

Это соотношение является важнейшей химической характеристикой нефти и ее фракций для расчета процесса горения, классификаций процесса газофикации, гидрогинезации, коксования и т.д.Групповой углеводородный состав нефти.

Нефть представляет собой маслянистую жидкость, в состав которой входит углерод 87%, водород 15%, сера 0,7%, азот 2,2%, кислород 1,5%.

В нефти найдены металлы:

- железо

- вольфрам

- никель

Металлы найдены в зале.

В состав нефти входит 4 группы углеводорода. Парафиновые (алканы), непредельные углеводороды (алкены), нафтеновые и ароматические углеводороды.

Относительное содержание этих групп в нефтях весьма различно. Преобладание той или иной группы углеводорода придают нефтям различные свойства и от этого будет зависеть метод переработки и область применения нефтепродуктов.Парафиновые углеводороды.

Самым низшим является метан. От метана до бутана эти углеводороды газообразны. В нефтях они находятся в растворенном состоянии и являются основной частью природного газа.

Природный газ добывают из газовой скважины, а попутный из нефтяной, вместе с нефтью. Природные газы в основном состоят из метана (до 98%), остальное – это пропан, этан, бутан. Попутные нефтяные газы содержат кроме метана – бутана много производных от пропана и бутана, а так же тяжелые углеводороды. кроме того, в состав природных и попутных газов входит сероводород, азот, двуокись углерода и гелий. Газы, богатые тяжелыми углеводородами называются жирными. Из них получают газовый бензин. Газы, состоящие из метана и этана называются сухими и используются как промышленное и бытовое топливо.

Парафиновые углеводороды от гептана до гепсодекана находятся в жидком состоянии и входят в состав бензиновых, керосиновых и дизельных фракций.

парафиновые углеводороды от С17 и выше при нормальных условиях находятся в твердом состоянии.Непредельные углеводороды (олифиновые).

В нефтях они встречаются очень редко, а появляются в процессе диструктивной переработки нефти. Эти углеводороды отличаются высокой реакционной способностью, поэтому они легко полимерезуюься, осмоляются, уменьшая срок хранения нефтепродуктов. они нежелательны в нефтепродуктах. Многие непредельные углеводороды, такие как: ацетилен, этилен, пропилен, бутилен – получили широкое применение в производстве каучука, пластмасс, полиэтилена, полипропилена.Нафтеновые углеводороды.

они являются важнейшей частью моторных топлив и нефтяных масел, предавая им высокие эксплуатационные свойства. Их применяют для получения бензола, толуола, ксилола. Циклогексан применяется для получения нейлона.Ароматические углеводороды.

В состав нефтей входят ароматические углеводороды с числом циклов от 1 до 4. Распределение их по фракциям различно. Они обладают наибольшей плотностью и являются ценным компонентом бензина, но снижают качество реактивных и дизельных топлив, так как ухудшают характеристики их сгорания. По сравнению с другими группами углеводородов они обладают высокой растворяющей способностью к органическим веществам, они токсичны. Применяются как компоненты нефтепродуктов при производстве взрывчатых веществ в качестве сырья для нефтехимического синтеза.

НЕУГЛЕРОДОВОДОРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ НЕФТИ.

Сернистые соединения.

Сера встречается во всех нефтях. Наименьшее содержание серы озоксуатской нефти (0,1%) и наибольшее в американских нефтях (до 6%). С повышением содержания серы в нефтях возрастает плотность, коксуемость, содержание смол и асфальтенов. Распределение серы по фракциям зависит от природы нефти и типа сернистых соединений. Обычно содержание серы увеличивается от низкокипящих фракций к высококипящим (в остатках). Различают три группы сернистых соединений. К первой относятся сероводород и меркаптаны, обладающие кислотными свойствами (коррозионностью). Ко второй относятся сульфиды и дисульфиды. При температуре от 1300 до 1600 С они распадаются на сероводород и меркаптаны. К третьей группе относятся тиофаны и тиофены. Сернистые соединения снижают химическую стабильность топлив, предают неприятный запах и вызывают коррозию двигателей. Основное количество серы содержится в виде производных тиофанов и тиофенов.Азотистые соединения.

Азотистые соединения в российских нефтях содержатся в количествах не более 0,52%. В зарубежных нефтях (в Алжирских нефтях) 2,2%. Они делятся на:

- основные

- кислотные

- нейтральные

Нейтральные сосредоточены в остаточных фракциях, и поэтому они попадают в маслянистые фракции.Азотистые соединения с основными и нейтральными свойствами составляют до 80% всех органических соединений нефти.

Кислые свойства обнаружены в соединениях, которые называются порферины. Большое количество порферинов встречаются в виде комплексов с металлами (вольфрам, никель, ванадий, медь, железо, камбий) в встречаются в виде комплексов с металлами (вольфрам, никель, ванадий, медь, железо, камбий). Эти вещества термически нестабильны по химической активности.

Азотистые соединения используют как дизенфецирующие средства, антисептики, ингибиторы коррозии, антиокислители, они нежелательны, так как вызывают коксо- и газообразование.Кислородосодержащие соединения нефти.

Эти соединения имеют кислый характер и делятся на три класса:

- нафтеновые кислоты;

- жирные кислоты;

- фенолы.

Соединения нафтеновых кислот невелико (не более 10% от общего содержания кислотных веществ). Наименьшее количество их в парафинистых нефтях, наибольшее в смолистых, они малолетучие, в виде маслянистой жидкости с плотностью до единицы, с резким неприятным запахом, нерастворимы в воде, они широко применяются в технике пропитки шпал, регенерации каучука, при производстве мыла. Металлические соли нафтеновых кислот используются в производстве консистентных смазок, смазок для механизмов, работающих под высоким давлением.Жирные (карбоновые) кислоты от С6 до С8, присутствующие в бензиновых и керосиновых фракциях.Фенол - производные Аренов, от С6 до С8. Они содержатся в нефтях восточных регионов.Металлосодержащие соединения.

В нефтях обнаружено около 30 гетероэлементов металлов, главным образом переменной валентности (ванадий, никель, железо, вольфрам, хром, титан и т.д.). Их содержание невелико в нефтях (500 мг/кг). Из металлосодержащих соединений нефтей наиболее изучены металлопарфериновые, а среди них ванадий и никель - порферины, в состав которых в нефти входит около 40% всего содержания ванадия и никеля. Эти соединения обычно концентрируются в остаточных фракциях, для переработки нефти они нежелательны.Асфальтеносмолистые вещества.

Эти вещества являются компонентами почти всех нефтей, редко встречаются белые нефти.

Содержание и химический состав этих веществ влияют на выбор направления переработки нефти. Количество асфальто-смолистых веществ в легких нефтях не выше 4-5%, а в тяжелых 20% и выше. Из-за исключительно сложного состава они представляют собой комплексы полициклических, гетероциклических и металлоорганических соединений.

Они подразделяются на:

1) нейтральные смолы;

2) асфальтены;

3) карбены, карбоиды;

4)асфальтогеновые кислоты.Нейтральные смолы - полужидкие, почти твердые вещества темно-красного цвета, плотность примерно единица, растворяются в нефтепродуктах. В их состав кроме углерода и водорода входит сера, кислород и азот. Углеводороды находятся в смолах в виде ароматических и нафтеновых циклах с большим количеством боковых парафиновых нефтей.

Смолы - нежелательный компонент всех моторных топлив, так как служит источником нагарообразования и уменьшает полноту сгорания топлива.Асфальтены представляют собой черные, хрупкие вещества плотностью более единицы. При температуре более 3000С они разлагаются сообразованием газа и кокса. Молекулярное масло исчисляется тысячами. Серы, кислорода и азота больше, чем в смолах. И концентрированная смесь этих двух веществ представляет из себя хороший битум.Карбены и карбоиды - продукты уплотнения асфальтенов.Асфальтогеновые кислоты очень похожи по свойствам нейтральные смолы.

КЛАССИФИКАЦИЯ НЕФТЕЙ

Нефти различных месторождений отличаются друг от друга по химическому, фракционному составу и физико-химическим свойствам. Существуют следующие классификации нефтей:

- по геохимическому происхождению

- по физико-химическим свойствам

- по фракционному химическому составу

что определяет направление их переработки и возможность получения тех или иных нефтепродуктов.Классификация по физическим свойствам.

На ранних этапах развития нефтяной промышленности определяющим показателем качества продукции была плотность. В зависимости от плотности они разделялись:- легкие (

- утяжеленные ( = 0,828 - 0,884)

- тяжелые ( > 0,884)В легких нефтях содержится больше бензиновых фракций, мало смол и серы. Из нефтей этого типа вырабатывают масла высокого качества.

Тяжелые нефти характеризуются высоким содержанием смол, из них получают битумы.

Эта классификация довольно условная, использовалась и может быть использована при транспортировке нефти и для примерной ее оценки при приемке на заводе.Химическая классификация.

В основу этой классификации положена связь между плотностью и углеводородным составом нефтей.

Различают нефти парафиновые, парафинонафтеновые, парафинонафтеноароматические, ароматические.

Парафинонафтеновые - волго-уральский бассейн, западная Сибирь.

Нафтеновые - Баку, краснодарский край.

Ароматические - Казахстан, Поволжье.

Парафиновые - полуостров Мангишлам.Технологическая классификация нефтей.

В ее основу положены признаки, имеющие значение для транспорта, переработки нефтей и получения заданного ассортимента продукта. Эта классификация позволяет с учетом физико-химических свойств нефти и ее фракций определить вариант технологической схемы переработки конкретной нефти.

В России технологическая классификация представлена ГОСТ-38110-97. Эта классификация используется для производства моторных топлив для двигателей и масел. По содержанию серы нефти по этой классификации делятся:

- малосернистые

- сернистые

- высокосернистые

По содержанию парафина:

- малопарафинистые

- парафинистые

- высокопарафинистые

При классификации так же учитывают потенциальное содержание фракций, выкипающих до 3000С, а так же потенциальное содержание и качество базовых масел.

При определении этих показателей определяют шифр нефти, который является технологическим паспортом, определяющим направление ее переработки.Техническая классификация нефтей.

Для определения единого подхода техническим требованиям нефти производимой нефтеперерабатывающими организациями при подготовке к транспортировке по магистральным нефтепроводам, наливным транспортом для поставки потребителя, на экспорт применяется ГОСТ Р51858-2002 («нефть» общие технологические условия). В соответствии с этим гостом нефть подразделяют:

- по физико-химическим свойствам

- по степени подготовки

- по содержанию сероводорода, меркаптанов

и на основании этих свойств находят шифр этой нефти.Физико-химические свойства нефтей и нефтепродуктов.

1) Плотность.

В практике нефтяного дела чаще всего определяют относительную плотность, которая обозначается - безразмерная величина, показывающая отношение плотности этих продуктов при 200С плотности дисцилированной воды при 40СВеличина, обратная плотности называется удельным объемом и широко используется при расчете количества нефти или нефтепродукта в резервуаре. Все нефтепродукты представляют собой смесь углеводорода различных групп, допуская ацитивность их объемов, среднюю плотность находят по формуле:m - масса компонентов смеси

V - соответствующие объемы

ρ - относительные плотности компонентов смесиДля нефти и нефтепродуктов характерно резкое изменение плотности с изменением температуры. С повышением температуры плотность нефти уменьшается, а удельный объем увеличивается. - относительная плотность нефти при заданной температуре

- относительная плотность при стандартной температуре

- поправочный коэффициент на изменение плотности при заданной температуре на 10Значение показателя плотности для нефти и нефтепродуктов очень велико, так как в сочетании с другими физико-химическими константами (показатель преломления, температура кипения, вязкость и т.д.) плотности является параметром, характеризующим химическую природу происхождения и товарное качество нефти. Одним из параметров, который представляет собой функцию плотности и позволяет судить о химической природе нефти является характеризующий фактор. - абсолютная средняя молекулярная температура кипения смеси в кельвинах

- относительная плотность нефтяной фракцииСредняя молекулярная температура кипения смеси определяется:

- температура кипения компонентов в 0С

- молярные доли компонентов смесиДля парафинистых нефтей и нефтепродуктов К изменяется в пределах 12,5-13. Для нафтеноароматических К = 10-112) Молекулярный вес. Важный показатель, так как используется при подсчете теплоты парообразования, объемом паров, порциального давления и т.д.Так как нефть и нефтепродукты представляют собой смеси индивидуальных углеводородов и некоторых других соединений, они характеризуются средним молекулярным весом. Молекулярные веса фракции тем больше, чем выше их температура кипения.

Молекулярный вес определяется по формуле Войнова:где - постоянные, значения которых различны для каждой группы углеводородов.

- средняя молекулярная температура кипения продукта (0С)Молекулярный вес смеси нескольких нефтяных фракций находится по формуле:

- массы нефтяных фракций

- соответственно их молекулярные веса3) Давление насыщенных паров.

Под этим давлением понимают давление развиваемое парами при данной температуре в условиях равновесия с жидкостью. Температура при которой давление насыщенных паров становятся равной давлению в системе называется температура кипения вещества. ДНП в нефти характеризует их испаряемость, наличие в них легких компонентов. Оно резко увеличивается с повышением температуры. Для растворов и смесей общее давление насыщенных паров определяется по формуле:

- общее давление насыщенных паров

- давление насыщенных паров компонента при заданной температуре

- мольные концентрации компонентов

4) Вязкость.

Вязкость характеризует прокачиваемость нефти, при тронспартировании ее по трубопроводам, прокачиваемость топлив двигателя внутреннего сгорания.

Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость

динамическая – η [пуаз]

В технологических расчетах чаще пользуются кинематической вязкостью – ν [см3/с]

Кинематическая вязкость равна:

Для высоковязких нефтей пользуются условной вязкостью – ВУ, под которой понимают отношение времени истечения из стандартного вискозиметра определенного объема испытуемой жидкости по времени истечения такого же количества дисцилированной воды при 200С.

ВУ=[УЕ]

Вязкость жидких нефтей и нефтепродуктов определяют температурой их выкипания, т. е. химическим составом. Чем выше температура выкипания, тем больше ее вязкость. Наивысшей вязкостью обладают битуминозные нефти, остатки от перегонки и асфальто-смолистые вещества.

Для масел очень важен индекс вязкости (ИВ), который оценивает эксплуатационные свойства масел. Чем выше ИВ, тем лучше масло. Вязкость имеет свойство изменяться от температуры. Чем выше температура, тем ниже вязкость.

С повышением давления вязкость увеличивается.

Вязкость смеси определяется по формуле:

- количество взятых компонентов

en.coolreferat.com