Нефть И Углеводородные Газы В Современном Мире. В современном мире нефть


Нефть в современном мире - реферат

ВВЕДЕНИЕ

Бурный научно-технический прогресс и высокие темпы развития различных отраслей науки и мирового хозяйства в XIX – XX вв. привели к резкому увеличению потребления различных полезных ископаемых, особое место среди которых заняла нефть.Нефть начали добывать на берегу Евфрата за 6 – 4 тыс. лет до нашей эры. Использовалась она и в качестве лекарства. Древние египтяне использовали асфальт (окисленную нефть) для бальзамирования. Нефтяные битумы использовались для приготовления строительных растворов. Нефть входила в состав «греческого огня». В средние века нефть использовалась для освещения в ряде городов на Ближнем Востоке, Южной Италии и др. В начале XIX в. в России, а в середине XIX в. в Америке из нефти путем возгонки был получен керосин. Он использовался в лампах. До середины XIX в. нефть добывалась в небольших количествах из глубоких колодцев вблизи естественных выходов ее на поверхность. Изобретение парового, а затем дизельного и бензинового двигателя привело к бурному развитию нефтедобывающей промышленности.

Нефть – это маслянистая горючая жидкость, обладающая специфическим запахом, обычно коричневого цвета с зеленоватым или другим оттенком, иногда почти черная, очень редко бесцветная.

ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И СОЕДИНЕНИЯ В НЕФТЯХ

Нефти состоят главным образом из углерода – 79,5 – 87,5 % и водорода – 11,0 – 14,5 % от массы нефти. Кроме них в нефтях присутствуют еще три элемента – сера, кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5 – 8 %. В незначительных концентрациях в нефтях встречаются элементы: ванадий, никель, железо, алюминий, медь, магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт, молибден, бор, мышьяк, калий и др. Их общее содержание не превышает 0,02 – 0,03 % от массы нефти. Указанные элементы образуют органические и неорганические соединения, из которых состоят нефти. Кислород и азот находятся в нефтях только в связанном состоянии. Сера может встречаться в свободном состоянии или входить в состав сероводорода.

Углеводородные соединения

В состав нефти входит около 425 углеводородных соединений.Нефть в природных условиях состоит из смеси метановых, нафтеновых и ароматических углеводородов. По углеводородному составу все нефти подразделяются на: 1) метаново-нафтеновые, 2) нафтеново-метановые, 3) ароматическо-нафтеновые, 4) нафтеново-ароматические, 5) ароматическо-метановые, 6) метаново-ароматические и 7) метаново-ароматическо-нафтеновые. Первым в этой классификации ставится название углеводорода, содержание которого в составе нефти меньше.В нефти также содержится некоторое количество твердых и газообразных растворенных углеводородов. Количество природного газа в кубометрах, растворенного в 1 т нефти в пластовых условиях, называется газовым фактором.В нефтяных (попутных) газах кроме метана и его газообразных гомологов содержатся пары пентана, гексана и гептана.

Гетеросоединения

Наряду с углеводородами в нефтях присутствуют химические соединения других классов. Обычно все эти классы объединяют в одну группу гетеросоединений (греч. «гетерос» – другой).В нефтях также обнаружено более 380 сложных гетеросоединений, в которыхк углеводородным ядрам присоединены такие элементы, как сера, азот икислород. Большинство из указанных соединений относится к классу сернистыхсоединений – меркаптанов. Это очень слабые кислоты с неприятным запахом. С металлами они образуют солеобразные соединения – меркаптиды. В нефтяхмеркаптаны представляют собой соединения, в которых к углеводороднымрадикалам присоединена группа SH.Рис. 1. Метилмеркаптан.

Меркаптаны разъедают трубы и другое металлическое оборудование буровых установок.Главную массу неуглеводородных соединений в нефтях составляют асфальтово-смолистые компоненты. Это темно-окрашенные вещества, содержащие помимо углерода и водорода кислород, азот и серу. Они представлены смолами и асфальтенами. Смолистые вещества заключают около 93% кислорода в нефтях. Кислород в нефтях встречается в связанном состоянии также в составе нафтеновых кислот (около 6%) – , фенолов (не более 1%) – , а также жирных кислот и их производных – (Р). Содержание азота в нефтях не превышает 1%. Основная его масса содержится в смолах. Содержание смол в нефтях может достигать 60% от массы нефти, асфальтенов – 16%.Асфальтены представляют собой черное твердое вещество. По составу они сходны со смолами, но характеризуются иными соотношениями элементов. Они отличаются большим содержанием железа, ванадия, никеля и др. Если смолы растворяются в жидких углеводородах всех групп, то асфальтены нерастворимы в метановых углеводородах, частично растворимы в нафтеновых и лучше растворяются в ароматических. В “белых” нефтях смолы содержатся в малых количествах, а асфальтены вообще отсутствуют.

ПРОИЗВОДНЫЕ НЕФТЕЙ

В 1888 г. предложено называть все горючие ископаемые каустобиолитами. Они подразделяются на две группы: угли и битумы. К битумам (лат. “битумен” – смола) отнесли нефть и горючие газы, а также твердые вещества, родственные нефтям. При классификации производных нефти выделяют две ветви. Одна из них объединяет последовательные продукты изменения нефтей с нафтеновым основанием – минералы асфальтового ряда. Ко второй ветви относятся продукты изменения нефтей с парафиновым основанием – минералы парафинового ряда.Продукты изменения нефтей с нафтеновым основанием подразделяют на три группы: группу асфальтов, группу асфальтитов и группу керитов. К первой группе относятся мальты и асфальты. Мальты – это черные, очень густые смолистые нефти. Они богаты серой и кислородом. Асфальты представляют собой буро-черные или черные вязкие, слегка эластичные или твердые аморфные вещества. Асфальтиты отличаются от асфальтов большей твердостью, хрупкостью и большей обогащенностью смолисто-асфальтовыми компонентами. Мальты, асфальты и асфальтиты полностью растворяются в органических растворителях. В отличие от них кериты (нефтяные угли) не плавятся и не растворяются в органических растворителях.Основными продуктами изменения нефтей с парафиновым основанием являются озокериты. Это – воскообразные вещества плотностью меньше единицы. Они хорошо растворяются в бензине, бензоле, скипидаре и сероуглероде. Они легко воспламеняются и горят ярким коптящим пламенем. Озокерит – это смесь алканов от до . Вторичные компоненты представлены маслами, смолами и асфальтенами.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТЕЙ

Главнейшим свойством нефти, принесшим им мировую славу исключительных энергоносителей, является их способность выделять при сгорании значительное количество теплоты. Нефть и ее производные обладают наивысшей среди всех видов топлив теплотой сгорания. Теплота сгорания нефти – 41 МДж/кг, бензина – 42 МДж/кг. Важным показателем для нефти является температура кипения, которая зависит от строения входящих в состав нефти углеводородов и колеблется от 50 до 550°С.Нефть, как и любая жидкость, при определенной температуре закипает и переходит в газообразное состояние. Различные компоненты нефти переходят в газообразное состояние при различной температуре. Так, температура кипения метана –161,5°С, этана –88°С, бутана 0,5°С, пентана 36,1°С. Легкие нефти кипят при 50–100°С, тяжелые – при температуре более 100°С.Различие температур кипения углеводородов используется для разделения нефти на температурные фракции. При нагревании нефти до 180–200°С выкипают углеводороды бензиновой фракции, при 200–250°С – лигроиновой, при 250–315°С – керосиново-газойлевой и при 315–350°С – масляной. Остаток представлен гудроном. В состав бензиновой и лигроиновой фракций входят углеводороды, содержащие 6–10 атомов углерода. Керосиновая фракция состоит из углеводородов с , газойлевая – и т.д.Важным является свойство нефтей растворять углеводородные газы. В 1 м3 нефти может раствориться до 400 м3 горючих газов. Большое значение имеет выяснение условий растворения нефти и природных газов в воде. Нефтяные углеводороды растворяются в воде крайне незначительно. Нефти различаются по плотности. Плотность нефти, измеренной при 20°С, отнесенной к плотности воды, измеренной при 4°С, называется относительной. Нефти с относительной плотностью 0,85 называются легкими, с относительной плотностью от 0,85 до 0,90 – средними, а с относительной плотностью свыше 0,90 – тяжелыми. В тяжелых нефтях содержатся в основном циклические углеводороды. Цвет нефти зависит от ее плотности: светлые нефти обладают меньшей плотностью, чем темные. А чем больше в нефти смол и асфальтенов, тем выше ее плотность. При добыче нефти важно знать ее вязкость. Различают динамическую и кинематическую вязкость. Динамической вязкостью называется внутреннее сопротивление отдельных частиц жидкости движению общего потока. У легких нефтей вязкость меньше, чем у тяжелых. При добыче и дальнейшей транспортировке тяжелые нефти подогревают. Кинематической вязкостью называется отношение динамической вязкости к плотности среды. Большое значение имеет знание поверхностного натяжения нефти. При соприкосновении нефти и воды между ними возникает поверхность типа упругой мембраны. Капиллярные явления используются при добыче нефти. Силы взаимодействия воды с горной породой больше, чем у нефти. Поэтому вода способна вытеснить нефть из мелких трещин в более крупные. Для увеличения нефтеотдачи пластов используются специальные поверхностно-активные вещества (ПАВ). Нефти имеют неодинаковые оптические свойства. Под действием ультрафиолетовых лучей нефть способна светиться. При этом легкие нефти светятся голубым светом, тяжелые – бурым и желто-бурым. Это используется при поиске нефти. Нефть является диэлектриком и имеет высокое удельное сопротивление. На этом основаны электрометрические методы установления в разрезе, вскрытом буровой скважиной, нефтеносных пластов.

ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ НЕФТЕЙ

Существуют две теории происхождения нефти: биогенная и абиогенная. Сторонники первой – органики – считают, что нефть образовалась в осадочном чехле земной коры в результате глубокого преобразования животных и растительных организмов, живших миллионы лет назад. Другие – неорганики – доказывают, что нефть образовались в мантии земли неорганическим путем. Ответ на этот вопрос даст ответ на другой вопрос: в каких конкретных точках образуется нефть?

ОРГАНИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ

Органическая концепция начинает развиваться после создания работы М. В. Ломоносова о нефти. Он писал: «Увериться можем о происхождении сих горючих подземных материй из растущих вещей их легкостью». Сторонники органической концепции также спорили о том, что явилось исходным веществом для нефти: растения или животные? Победили те, кто утверждал: и растения, и животные. Другим предметом спора было место залегания нефти. Одни ученые считали, что нефть залегает там же, где и образовалась, другие, что нефть образовалась в одном месте, а скопилась в другом. Победила вторая точка зрения.Органическая концепция в своем развитии опирается на геологические наблюдения. Так, 99,9% известных скоплений нефти приурочено к осадочным толщам. Поэтому ученые считают, что нефть является продуктом процесса осадонакопления. Было установлено, что залежи нефти находятся в линзах проницаемых пород, окруженных непроницаемыми породами.Интересными оказались результаты исследования осадочных пород. Так, в глине в 2–4 раза больше органического вещества, чем в песке. Данное органическое вещество (ОВ) подразделяется на три фракции: битумоиды, гуминовые кислоты и кероген. Битумоиды сходны по составу с нефтями в залежах. Они составляют до 10–15 % ОВ. Битумоиды на 5–55 % состоят из углеводородов. Поэтому чем больше углеводородов в осадке, тем богаче эти породы битумоидами. ОВ состоит на 15–20 % из гуминовых кислот. Нерастворимое осадочное органическое вещество называется керогеном. Кероген сходен по составу с бурым углем. ОВ состоит на 70–80 % из него.Битумоиды рассеянного ОВ подобны липоидам – жирам, состоящим из длинным углеродных цепей. Отсюда сделан вывод: липоиды, синтезируемые организмами, являются источником битумоидов в осадках. В настоящее время можно считать доказанной возможность образования углеводородов из липоидов, белков и углеводов. Липоиды по своему химическому составу стоят ближе всего к соединениям, входящим в состав нефти. Некоторые ученые полагают, что уже само механическое накопление углеводородов, попадающих из живого вещества в осадок, может привести к образованию нефти. На процесс происхождения нефти также влияют горные породы. Так, алюмосиликаты, из которых состоит глина, являются катализаторами в процессе образования нефти. И именно в глинистых породах происходит преобразование рассеянного ОВ.С позиций современной органической позиции нефть образуется следующим образом.Моря и озера населены планктоном. После его отмирания остатки растений и животных организмов падают на дно, образуя толстый слой ила. После этого начинается биохимическая стадия образования нефти. Микроорганизмы при ограниченном доступе кислорода перерабатывают белки, углеводы и т.д. При ютом образуются метан, углекислый газ, вода и немного углеводородов. Данная стадия происходит в нескольких метрах от дна моря. Затем осадок уплотняется: происходит диагенез. Начинаются химические реакции между веществами под действием температуры и давления. Сложные вещества разлагаются на более простые. Биохимические процессы затухают. С увеличением глубины растет содержание рассеянной нефти. Так, на глубине до 1,5 км идет газообразование, на интервале 1,5–8,5 км идет образование жидких углеводородов – микронефти – при температуре от 60 до 160°С. А на больших глубинах при температуре 150 –200°С образуется метан. По мере уплотнения илов микронефть выжимается в вышележащие песчаники. Это процесс первичной миграции. Затем под влиянием различных сил микронефть перемещается вверх по наклону. Это вторичная миграция, которая является периодом формирования самого месторождения.

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ

Существует несколько вариантов концепции неорганического происхождения нефти.Наиболее последовательной является минеральная (карбидная) гипотеза Менделеева. Менделеев доказывает, что при образовании нефти главным остатком разложения является уголь, а в Пенсильвании и Канаде нефть встречается в девонских и силурийских пластах, угля не заключающих. Из животного жира нефть также не могла произойти, так как они бы дали много азотистых соединений, которых мало в нефти. Причем запасы нефти огромны, и для их образования потребовалось бы много жиров. Менделеев полагает, что вода, проникая глубоко в землю и встречая там углеродистое железо, реагирует с ним и дает окислы и углеводороды (пары нефти). Они поднимались до холодных слоев и давали нефть и, если не было бы препятствий, поднимались бы на поверхность. Сторонники органической концепции признают, что Менделеевым «впервые серьезно и научно был поставлен вопрос о генезисе нефти».В 1950 г. профессор Кудрявцев выдвинул магматическую гипотезу образования нефти. Кудрявцев считает, что в мантии Земли при высокой температуре образуются углеводородные радикалы СН, СН2 и СН3. Вследствие перепада давления они перемещаются ближе к земной поверхности. В результате понижения температуры радикалы реагируют между собой и с водородом, образуя большое количество простых и сложных углеводородов. К ним примешиваются углеводороды, полученные из окиси углерода и водорода. Дальнейшее движение углеводородов, обусловленное огромным перепадом давлений и разностью давлений нефти и воды, происходит по заполненным водой трещинам и приводит их на поверхность или в ловушки (часть природного резервуара, в которой может установиться равновесие между газом, нефтью и водой).Существует и космическая гипотеза неорганического происхождения нефти. Согласно данной гипотезе, Земля при остывании и формировании ее как планеты захватила водород из первичной газовой материи. Этот водород, перемещаясь по глубинным разломам на поверхность, вступает в реакцию с углеродом жидкой магмы и образует нефтяные углеводороды.Неорганическая концепция, так же как и органическая, опирается на наблюдения. Так, известно около 30 залежей нефти, приуроченных к изверженным и метаморфическим породам. Подсчитано, что ежегодно вулканы выбрасывают около 3,3?105 т углеводородов.Для доказательства карбидной теории на чугун действовали соляной и серной кислотами, и был получен водород и смесь углеводородов, имеющих запах нефти.

* * *

В настоящее время господствующей является органическая концепция. Она отличается большей стройностью, зрелостью и завершенностью суждений. В рамках неорганической концепции существует несколько гипотез, подчас взаимоисключающих друг друга.

ПЕРЕРАБОТКА НЕФТИ

Нефть, получаемая непосредственно из скважин, называется сырой. В различных отраслях народного хозяйства применяются как сырая нефть, так и различные продукты, получаемые из нее в результате переработки.В настоящее время из нефти путем сложной многоступенчатой переработки извлекается много составных частей.В процессе первичной переработки из нефти удаляют пластовую воду и неорганические вещества. Перед перегонкой в ректификационной колонне нефть нагревают до 350°С, перед этим отогнав из нефти летучие углеводороды. Первыми переходят в парообразное состояние и отгоняются углеводороды с небольшим количеством атомов углерода. С повышением температуры смеси перегоняются углеводороды с более высокой температурой кипения. При такой перегонке получают следующие фракции (смесь жидкостей с близкими температурами кипения, полученная в результате первичной перегонки).1. Газолиновая фракция, собираемая от 40 до 200°С, содержит углеводороды от до ; при дальнейшей перегонке получают газолин, бензин и т.д.2. Лигроиновая фракция, собираемая в пределах от 150 до 250°С, содержит углеводороды от до ; лигроин применяется как горючее для тракторов.3. Керосиновая фракция, собираемая от 180 до 300°С, содержит углеводороды от до ; керосин после очистки используется как горючее для тракторов, реактивных самолетов и ракет.4. Газойлевая фракция, собираемая свыше 275°С; газойль – дизельное топливо – используется в дизельных двигателях.5. Остаток после перегонки нефти – мазут. Мазут – это масло, состоящее из углеводородов, содержащих до сорока атомов углерода. Температура кипения мазута – свыше 350°С. При его повторной перегонке получают смазочные масла, парафиновый воск и асфальт (битум). Смазочные масла – смесь нелетучих жидкостей, полученных при перегонке мазута в вакууме. Парафиновый воск – мягкое твердое вещество, которое отделяют от смазочного масла после перегонки мазута в вакууме. Битум – жидкость, которая остается после перегонки мазута в вакууме. Это деготь, черное, полутвердое при температуре 20°С вещество.Главный недостаток перегонки нефти – малый выход бензина (не более 20%). Его выход можно увеличить с помощью крекинга и риформинга. Крекинг – это реакция, при которой разрываются длинные цепи алканов и образуются более легкие алканы и алкены. Риформингом называется процесс облагораживания бензина, в котором бензин получается из легких фракций путем разрыва прямой цепи молекул алканов и преобразования их в молекулы с разветвленными цепями. Крекинг проводится при высокой температуре (термический крекинг) или в присутствии катализатора (каталитический крекинг). Бензин, полученный с помощью каталитического крекинга, обладает большей детонационной стойкостью, потому что в нем содержится большое количество разветвленных углеводородов. Такой бензин более устойчив при хранении. Качество бензина определяется по его октановому числу. Оно изменяется от 0 до 100 и увеличивается при использовании антидетонаторов, например, тетраэтилсвинец .При температуре 700°С и выше происходит пиролиз нефти – разложение органических веществ без доступа воздуха. Главными продуктами пиролиза являются непредельные газообразные (этилен, ацетилен) и ароматические (толуол, бензол и др.) углеводороды.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОДУКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ

В настоящее время из нефти получают тысячи продуктов. Основными группами являются жидкое топливо, газообразное топливо, твердое топливо (нефтяной кокс), смазочные и специальные масла, парафины и церезины, битумы, ароматические соединения, сажа, ацетилен, этилен, нефтяные кислоты и их соли, высшие спирты и т.д.Наибольшее применение продукты переработки нефти находят в топливно-энергетической отрасли. Например, мазут обладает почти в полтора раза более высокой теплотой сгорания по сравнению с лучшими углями. Он занимает мало места при сгорании и не дает твердых остатков при горении. Замена твердых видов топлива мазутом на ТЭС, заводах и на железнодорожном и водном транспорте дает огромную экономию средств, способствует быстрому развитию основных отраслей промышленности и транспорта.Энергетическое направление в использовании нефти до сих пор остается главным во всем мире. Доля нефти в мировом энергобалансе составляет более 46%.Однако в последние годы продукты переработки нефти все шире используются как сырье для химической промышленности. Около 8% добываемой нефти потребляются в качестве сырья для современной химии. Например, этиловый спирт применяется примерно в 150 отраслях производства. В химической промышленности применяются формальдегид (HCHO), пластмассы, синтетические волокна, синтетический каучук, аммиак, этиловый спирт и т.д.Продукты переработки нефти применяются и в сельском хозяйстве. Здесь используются стимуляторы роста, протравители семян, ядохимикаты, азотные удобрения, мочевина, пленки для парников и т.д. В машиностроении и металлургии применяются универсальные клеи, детали и части аппаратов из пластмасс, смазочные масла и др. Широкое применение нашел нефтяной кокс, как анодная масса при электровыплавке. Прессованная сажа идет на огнестойкие обкладки в печах. В пищевой промышленности применяются полиэтиленовые упаковки, пищевые кислоты, консервирующие средства, парафин, производятся белково-витаминные концентраты, исходным сырьем для которых служат метиловый и этиловый спирты и метан. В фармацевтической и парфюрмерной промышленности из производных переработки нефти изготовляют нашатырный спирт, хлороформ, формалин, аспирин, вазелин и др. Производные нефтесинтеза находят широкое применение и в деревообрабатывающей, текстильной, кожевенно-обувной и строительной промышленности.Химизация нефти позволила сократить расходы пищевых продуктов на технические цели.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Нефть (и газ) останутся в ближайшем будущем основой обеспечения энергией народного хозяйства и сырьем нефтегазохимической промышленности. Здесь будет многое зависеть от успехов в области поисков, разведки и разработки нефтяных (и газовых) месторождений. Но ресурсы нефти (и газа) в природе ограничены. Бурное наращивание в течение последних десятилетий их добычи привело к относительному истощению наиболее крупных и благоприятно расположенных месторождений.В проблеме рационального использования нефти (и газа) большое значение имеет повышение коэффициента их полезного использования. Одно из основных направлений здесь предполагает углубление уровня переработки нефти в целях обеспечения потребности страны в светлых нефтепродуктах и нефтехимическом сырье. Другим эффективным направлением является снижение удельного расхода топлива на производство тепловой и электрической энергии, а также повсеместное снижение удельного расхода электрической и тепловой энергии во всех звеньях народного хозяйства.

Использованная литература:1) Судо М. М. Нефть и горючие газы в современном мире. – М.: Недра, 1984.2) Химия. Школьный иллюстрированный справочник. – М.: Росмэн, 1995.3) Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Органическая химия: учебник для 10 кл. сред. шк. – М.: Просвещение, 1991.

10

7

2dip.su

Роль нефти, газа и органических веществ в современном мире.

Стр 1 из 22Следующая ⇒

ЛЕКЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС

Модуль 1 Введение

Лекция 1

Роль нефти, газа и органических веществ в современном мире.

Лекция № 2

Фракционный и химический состав нефти.

Модуль 2 Свойства нефти и нефтепродуктов.

Лекция № 3

Молекулярная масса

Молекулярная масса – одна из важных характеристик нефти и нефтепродукта. Для них определяют среднюю молекулярную массу соединений, входящих в их состав. Значение молекулярной массы используют в технологических и тепловых расчетах аппаратуры НПЗ, при определении структурно-группового состава нефтяных фракций. Молекулярная масса нефтей изменяется в широких пределах, но в основном от 220 до 300. У смолистых веществ нефти молекулярная масса может достигать величины 1500-2000.

По мере увеличения пределов кипения нефтяных фракций их молекулярная масса плавно увеличивается от 90 (для бензиновых фракций) до 500 (для масляных дистиллятов).

Для расчетной оценки молекулярных масс нефтепродуктов предложены различные зависимости, из них наиболее распространенной эмпирической формулой является формула Воинова:

М ср = а + вtср + сt2ср,

где: а, в, с – постоянные, различные для каждого класса УВ-дов;

tср - средняя температура кипения нефтепродуктов, 0С, определяемая по данным стандартной разгонки.

Формула Воинова имеет вид:

Для алканов: М ср = 60 + 0,3tср + 0,001t2ср,

Для циклоалканов:

М ср =(7К – 21,5) + (0,76 – 0,04К)tср + (0,0003К – 0,00245)t2ср,

где: К – характеристический фактор, который колеблется в пределах 10,0-12,5 и вычисляется по формуле:

К = 1,216 √ tср + 273/ρ15,56

Молекулярная масса связана с температурой кипения и показателем преломления:

lg М = 1,939436 + 0,0019764 tкип + lg(2,1500 – nD),

где: tкип – средняя температура кипения фракции.

Расчет по этому уравнению дает довольно точные результаты.

Для более точного определения молекулярной массы применяют экспериментальные методы, например, метод криоскопии. Он основан на снижении температуры застывания растворителя (бензола, нафталина) при добавлении к нему испытуемого нефтепродукта.

Молекулярные массы отдельных нефтяных фракций обладают свойством аддитивности. Это означает, что средняя масса смеси нефтепродуктов равна сумме масс, входящих в нее отдельных компонентов. Поэтому для смесей нефтепродуктов можно рассчитать среднюю молекулярную массу, зная молекулярные массы отдельных компонентов:

где: m – масса фракций;

М – молекулярная масса фракций

Контрольные вопросы:

1. Что называют относительной плотностью нефти? Как ее обозначают?

2. Как выражается зависимость плотности нефти (нефтепродукта) от температуры?

3. Какими экспериментальными методами определяют плотность нефти?

4. Как рассчитывается молекулярная масса нефтепродуктов?

 

Литература:

 

1. Химия нефти и газа. Под ред. Проскурякова В.А., Драбкина А.Е. -Л., Химия, 1989.

 

Лекция № 4

Вязкость. Оптические свойства.

План лекции:

1. Вязкость. Виды вязкости.

2. Показатель преломления и его производные.

 

Вязкость

Вязкость является важнейшей характеристикой нефтяных масел, котельных и дизельных топлив и ряда других нефтепродуктов.

Вязкость является мерой способности жидкости сопротивляться течению.

Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость.

Динамическая вязкость η – это отношение действующего касательного напряжения к градиенту скорости при заданной температуре. Единица измерения динамической вязкости паскаль-секунда – Па.с, на практике используют обычно мПа.с.

Величина, обратная динамической вязкости, называется текучестью.

В основе определения динамической вязкости путем измерения времени истечения жидкости через капиллярные трубки лежит формула Пуазейля:

η = π Р r4 τ / 8VL,

где: Р – давление, при котором происходит истечение жидкости из капилляра;

V – объем жидкости, протекающей через капилляр;

τ - время истечения жидкости в объеме;

L – длина капилляра;

r – радиус капилляра.

Наибольшее распространение при различных расчетах, а также при контроле качества нефтепродуктов получила кинематическая вязкость.

Кинематическая вязкость ν – это отношение динамической вязкости жидкости к плотности при той же температуре

ν = η / ρ

Единица кинематической вязкости м2/с, на практике используют обычно мм2/с. В среднем кинематическая вязкость большинства нефтей не превышает 40-60 мм2/с.

Для определения динамической и кинематической вязкости требуется источник постоянного давления (постоянно приложенного напряжения) на жидкость. Это условие предопределяет дополнительные технические трудности, сложность воспроизведения и трудоемкость анализа.

Сущность метода определения кинематической вязкости заключается в замене постоянного давления (внешней силы) давлением столба жидкости, равным произведению высоты столба жидкости, плотности жидкости и ускорения силы тяжести. Эта замена привела к значительному упрощению и распространению метода определения кинематической вязкости в стеклянных капиллярных вискозиметрах.

Определение кинематической вязкости

Сущность метода заключается в измерении времени истечения определенного объема испытуемой жидкости под влиянием силы тяжести

ν = С.τ,

где: С – постоянная вискозиметра, мм2/с;

τ – среднее время истечения нефти (нефтепродукта) в вискозиметре, с

Динамическую вязкость η, мПа.с, исследуемой нефти (нефтепродукта) вычисляют по формуле:

η = ν . ρ,

где ν - кинематическая вязкость, мм2/с;

ρ – плотность при той же температуре, при которой определялась вязкость, г/см3.

 

В существующих ГОСТах не нефтепродукты кинематическая вязкость нормируется в стоксах (1 Ст = 10-4 м2/с).

Для высоковязких нефтепродуктов (мазутов) определяют условную вязкость. Определение условной вязкости также основано на истечении жидкости (через трубку с диаметром отверстия 5 мм) под влиянием силы тяжести.

Условная вязкость – отношение времени истечения нефтепродукта при заданной температуре ко времени истечения дистиллированной воды при 200С. Единица измерения – условные градусы (0ВУ).

Между условной и кинематической вязкостью установлена зависимость

ν t =7,31ВУt – 6,31/ ВУt

Так как величина вязкости в очень сильной степени зависит от температуры, то необходимо всегда указывать, при какой температуре она определена. С ее понижением вязкость увеличивается.

В технических требованиях на нефтепродукты вязкость чаще всего нормируется при 50 и 1000С, реже при 200С для маловязких масел.

Зависимость вязкости от температуры выражается формулой Вальтера:

lg lg( ν t + а) = А – В lgТ,

где: а = 0,8; А и В – константы; Т- температура, К

Графически эта зависимость в логарифмических координатах представляет собой прямую.

Для оценки вязкостно-температурных свойств смазочных масел в соответствии с ГОСТами применяются следующие показатели: индекс вязкости ИВ, температурный коэффициент вязкости ТКВ; вязкостно-температурный коэффициент ВТК (используется очень редко).

Индекс вязкости (ИВ) – это отношение кинематической вязкости нефтепродукта при 50 и 1000С. Практическое значение этого отношения не очень велико, т.к. оно характеризует пологость температурной кривой вязкости только в интервале сравнительно высоких температур, когда вязкость изменяется уже относительно мало.

Наиболее пологую вязкостно-температурную кривую имеют н-алканы, а наиболее крутую – арены.

Индекс вязкости определяется по таблицам Комитета стандартов и измерительных приборов.

В мировой практике для оценки вязкостно-температурных свойств масел широко используется индекс вязкости Дина и Девиса.

Индекс вязкости – это сравнительная характеристика, в основе которой лежит сравнение вязкостно-температурной характеристики испытуемого масла с соответствующими характеристиками эталонных масел. Условно принято, что ИВ эталонного масла с пологой кривой вязкости равен 100, а ИВ эталонного масла с крутой температурной кривой равен 0. Для определения ИВ по методике Дина и Девиса необходимо определить вязкость испытуемого масла (в единицах условной вязкости – секундах Сейболта) при 37,80С (1000F) и 98,90С (2100 F) и подобрать для сравнения из двух наборов (серий) эталонных масел (с ИВ=0 - пенсильванская парафинистая нефть и ИВ=100 - смолистая нефть мексиканского побережья) образцы эталонных масел, у которых вязкость при 98,90С равна вязкости испытуемого масла при этой же температуре. Затем по таблицам следует найти, чему равна вязкость этих эталонных масел при 37,80С, и вычислить индекс вязкости Дина и Девиса по формуле:

где: L – вязкость при 37,80С эталонного масла с ИВ=0;

Н – то же для эталонного масла с ИВ=100;

Х – то же для испытуемого масла.

В дальнейшем Доксей и сотрудники на основе накопившегося экспериментального материала разработали номограмму, по которой, зная кинематическую вязкость испытуемого масла в сантистоксах при 50 и 1000С, можно легко определить индекс вязкости по системе Дина и

Девиса. По этой номограмме составлены таблицы, которыми теперь и пользуются при определении индекса вязкости.

Следовательно, для определения индекса вязкости надо экспериментально определить кинематическую вязкость испытуемого масла при 500С и 1000С и воспользоваться таблицей или номограммой.

Многие нефти, а также некоторые масла, природные битумы с понижением температуры могут проявлять аномалию вязкости, так называемую структурную вязкость. При этом их течение перестает быть пропорциональным приложенному напряжению, т.е. они становятся неньютоновскими жидкостями. Причиной структурной вязкости является содержание в нефти и нефтепродукте смолисто-асфальтеновых веществ, парафинов и церезинов (образуются кристаллизованные частицы). Для разрушения структуры требуется особое усилие, называемое пределом упругости. После разрушения структуры жидкость приобретает ньютоновские свойства и ее течение становится пропорциональным усилию.

Иногда образование пространственной структуры в нефтепродуктах может быть желательным, например, в битумах для придания им большей твердости или в консистентных смазках для уменьшения их текучести при эксплуатационных температурах.

Температурный коэффициент вязкости (ТКВ) представляет собой отношение градиента вязкости в пределах температур (от 0 до 1000С или от 20 до 1000С), принятых для оценки вязкостных свойств смазочных масел к абсолютному значению кинематической вязкости при 500С ν50, умноженному на 100.

ν0 – ν100 ν0 – ν100

ТКВ0-100 = ______________ . 100 = _____________

ν50 (100-0) ν50

ν20 – ν100 ν20 – ν100

ТКВ20-100 = ______________ . 100 = 1,25 _____________

ν50 (100-20) ν50

 

Следовательно, для подсчета ТКВ необходимо определить кинематическую вязкость испытуемого масла при трех указанных температурах (0, 50 и 1000С).

Лекция № 5

Лекция № 6

 

Алканы нефти

План лекции:

1. Газообразные алканы

2. Жидкие алканы

3. Твердые алканы

4. Физические и химические свойства алканов

 

Алканы присутствуют во всех нефтях и являются одной из основных составных частей нефти. По фракциям алканы распределяются неравномерно, концентрируясь главным образом в нефтяных газах и бензиново-керосиновых фракциях. В масляных дистиллятах их содержание резко падает. Для некоторых нефтей характерно полное отсутствие алканов в высококипящих фракциях. Алканы бывают газообразные (СН4 – С4Н10), жидкие (С5Н12 – С16Н34) и твердые (С17Н36 и выше).

Газообразные алканы. Представление о нефти будет неполным, если мы не упомянем ее ближайших «родственников», и прежде всего, углеводородные газы. Вообще все газы Земли делятся на углеводородные, углекислые и азотистые. Нас интересует углеводородный газ, который может образовывать самостоятельные скопления в земной коре или же встречаться вместе с нефтью. УВ-ый газ (или просто газ) представляет собой смесь нескольких газов. До 95% и более этой смеси составляет метан (СН4), присутствуют этан (С2Н6), пропан (С3Н8), бутан (С4Н10) и т.д.

В составе УВ-ых газов могут быть также углекислота, азот, аргон, криптон, гелий, сероводород, аммиак и даже свободный водород. Самая ценная примесь – гелий. Даже 0,1% его содержании достаточно, чтобы организовать промышленную разработку. А в газах некоторых месторождений содержание гелия достигает 2% (например, месторождение Панхэндл-Хьюготон, США). Иногда УВ-ый газ включает значительное количество сероводорода (15%, месторождение Лак, Франция). Разработка таких залежей требует особого оборудования, поскольку обычные металлические трубы быстро разрушаются под действием сероводорода. В то же время можно извлечь из газов серу, которая является ценным химическим сырьем. В зависимости от месторождений УВ-ые газы бывают трех видов: природные (чисто газовые), попутные (газы нефтяных месторождений) и газоконденсатные ( конденсат – смесь УВ-ов – пентан и более высоких гомологов метана).

Жидкие алканы.Углеводороды С5 – С15 - представляют собой жидкие вещества. Они неравномерно распределены по фракциям нефти. При разгонке нефти алканы, начиная от пентана и кончая деканом, а также все их изомеры попадают в бензиновую фракцию (до 1800С). Проведенные исследования показывают, что жидкие алканы состава С5 – С9 имеют в основном нормальное или слабо разветвленное строение. В настоящее время в бензинах различных нефтей найдены все возможные изомеры С5, С6 и С7, 17 октанов, 24 нонана и некоторые деканы. Исследовать углеводородный состав средних фракций нефти (180-3500С) оказалось значительно труднее. Они отличаются высоким содержанием серосодержащих соединений, смолистых веществ, парафинов. Поэтому фракцию 180-3500С разделили на дробные фракции: 180-200, 200-300 и 300-3500С и исследовали каждую фракцию отдельно. На основании анализа керосиновых фракций 77 отечественных и зарубежных нефтей показано, что в них присутствуют десять изомеров декана. Из УВ-ов С11 и С16 в этих фракциях найдены ундекан, додекан, три- и тетрадекан, пентадекан и гексадекан (цетан). В 60-х годах в нефти были обнаружены УВ-ы изопреноидного строения (алканы разветвленного строения).

К ним можно отнести: 2,6-диметилалканы (С5-С13), 3,7-диметилалканы (С11, С12, С14), пристан, фитан, ликопан и др. Их содержание в нефтях колеблется в пределах 3-4% на нефть, а иногда и выше. Содержание жидких алканов в различных нефтях изменяется в широких пределах – от 10 до 70%. Среди казахстанских нефтей наиболее богаты жидкими алканами нефти Жылыойского района (месторождение Кемерколь, Котыртас), а также нефти месторождений междуречья Урала-Волги (Камышитовое Юго-Восточное, Мартыши, Жанаталап Вост.). В нефтях перечисленных месторождений содержание жидких УВ-ов (алканов) составляет 60-70%.

Твердые алканы. Начиная с гексадекана С16Н34 алканы являются твердыми веществами, входящими в состав нефтяных парафинов и церезинов. Деление твердых УВ-ов на парафины и церезины было сделано на основании различия кристаллической структуры этих УВ-ов, их физических и химических свойств. Твердые парафины присутствуют во всех нефтях, но чаще в небольших количествах (от десятых долей до 5%). В типично парафинистых нефтях их содержание повышается до 7-12%. Исключительными по высокому содержанию твердых парафинов (15-25%) являются нефти месторождений Жетыбай и Узень (полуостров Мангышлак). Твердые парафины находятся в нефтях в растворенном или взвешенном кристаллическом состоянии. Нефтяные парафины представляют собой смесь преимущественно алканов разной молекулярной массы. При перегонке мазута в масляные фракции попадают парафины, имеющие состав С16-С35. В гудронах концентрируются более высокоплавкие УВ-ы С36-С53. Количество возможных изомеров для этих УВ-ов огромно. Так, уже гексадекан имеет 10359 изомеров. Как показали многочисленные исследования, около половины всех твердых парафинов имеет нормальное строение, а остальные представлены малоразветвленными структурами с небольшим числом боковых цепей (в основном, метильные и этильные группы). Церезины – это твердые органические вещества с циклической структурой, более высокомолекулярные и высокоплавкие, чем парафины. Основным компонентом церезинов являются нафтеновые УВ-ы, содержащие в молекулах боковые цепи как нормального, так и изостроения с преобладанием последних. Церезины выделяют либо из остаточных нефтепродуктов, либо из горючего материала – озокерита.

Свойства алканов. Физические свойства. Т. к. алканы насыщены водородом, то они имеют минимальные значения плотности и показателя преломления по сравнению с углеводородами других классов. Нормальные углеводороды имеют наивысшие температуры кипения и наибольшую плотность, а наиболее разветвленные – низшие значения температуры кипения и плотности. Например, твердые алканы имеют высокие температуры плавления, температуры кипения, большой молекулярный вес. Плотность парафинов в твердом состоянии лежит в пределах от 865 до 940, в расплавленном – от 777 до 790 кг/м3. Молекулярные массы парафинов лежат в пределах от 300 до 450, а церезинов – от 500 до 750. Физические свойства церезинов во многом сходны со свойствами нормальных УВ-ов. Показатель преломления для церезинов значительно выше, чем для парафинов. Химические свойства. В химическом отношении алканы характеризуются отно-сительно высокой устойчивостью к воздействию большинства сильнодействующих реагентов. В нефтепереработке наибольший интерес представляют реакции окисления, термического и термокаталитического превращения и галогенирования. Вырабатываемые на НПЗ парафины и церезины бывают жидкие и твердые. Жидкие парафины получают карбамидной или адсорбционной депарафинизацией дизельных фракций. Используют их для получения белково-витаминных концентратов, синтетических жирных кислот и ПАВ. Твердые парафины вырабатывают при депарафинизации дистиллятных масляных фракций. Используются для пропитки бумаги, в производстве спичек, свечей, моющих средств, ПАВ и пластичных смазок. Подразделяют на технические, высокоочищенные и парафины для пищевой промышленности. Церезины получают депарафинизацией остаточных масляных фракций или обработкой природных озокеритов. Применяют их в производстве смазок, вазелинов, мастик, копировальной бумаги, в качестве изоляционных материалов в электротехнике.

 

Контрольные вопросы:

1. Каково содержание алканов в нефтях и попутных газах?

2. Расскажите об углеводородных газах (природные, попутные и газы газоконденсатных месторождений).

3. Назовите алканы легких и средних фракций нефти.

4. Что вы знаете о парафинах и церезинах?

5. Каковы физические и химические свойства алканов?

 

Литература:

 

1. Химия нефти и газа. Под ред. Проскурякова В.А., Драбкина А.Е. -Л., Химия, 1989.

 

Лекция № 7

Циклоалканы нефти

План лекции:

1. Моно- и полициклические циклоалканы.

2. Физические и химические свойства циклоалканов

3. Методы получения циклоалканов

 

Термин «циклоалканы» (нафтены, цикланы) ввел Марковников в 80-х годах прошлого столетия. Они преобладают по своему содержанию во многих нефтях над остальными классами УВ-ов (их массовое содержание в нефтях колеблется от 25 до 75%). Циклоалканы входят в состав всех нефтей и присутствуют во всех фракциях. Их содержание растет по мере утяжеления фракций. Только в высококипящих масляных фракциях их количество уменьшается за счет увеличения ароматических структур.

Циклоалканы подразделяются на моноциклические (с одним циклом) и полициклические (с несколькими циклами). Простейшие цикланы – циклопропан и циклобутан и их гомологи в нефтях не обнаружены. Моноциклические циклоалканы ряда СnН2n широко представлены в нефтях циклопентановыми и циклогексановыми структурами. В бензиновых фракциях различных нефтей обнаружено более 50 индивидуальных представителей этого класса УВ-ов с числом углеродных атомов С5-С10. В значительных количествах в нефтях присутствуют: циклогексан, метилциклогексан, диметильные гомологи циклопентана. В нефтях также присутствуют циклоалканы с числом углеродных атомов в цикле более 6. Обнаружены циклогептан, метилциклогептан и различные бициклические структуры с внутренними углеродными мостиками. В керосиновых и дизельных фракциях наряду с гомологами циклогексана присутствуют бициклические циклоалканы (общая формула СnН2n-2) и полициклические циклоалканы с числом циклов максимально до 6 (общая формула СnН2n-4 (6,8,10).. Во многих нефтях найден декалин, первый представитель ряда бициклических циклоалканов с конденсированными шестичленными кольцами, а также его ближайшие гомологи. Неконденсированные циклоалканы представлены следующими соединениями: гомологами дициклопентила, циклопентилциклогексида, дициклогексида. Количество углеродных атомов в боковых цепях циклоалканов может быть от 3-10 в средних и до 20-28 в высококипящих фракциях нефти. В некоторых нефтях обнаружен твердый полициклический циклоалкан – адамантан. Он имеет кристаллическую решетку алмаза и плотность выше 1 (1,07г/см3).

Свойства циклоалканов. Температуры кипения циклоалканов выше температуры кипения алкенов или алканов с тем же числом атомов углерода в молекуле. Плотность соединений этой группы выше плотности соответствующих н-алканов, но ниже плотности аренов. По физическим и химическим свойствам циклоалканы можно условно разделить на следующие группы: с малыми (С2-С4), обычными (С5, С6, С7), средними (С8-С12) и большими циклами (>С12). Многие химические свойства циклоалканов напоминают свойства алканов. Основные реакции циклоалканов: действие азотной кислоты, окисление, пербромирование, замещение, термическое воздействие, каталитическое превращение циклоалканов. Циклоалканы С5 и С6 достаточно устойчивы, однако под влиянием хлорида и бромида алюминия подобно алканам претерпевают изомеризацию. Так, циклогексан превращается при 30-800С в метилциклопентан. Окислением циклогексана кислородом получают смесь циклогексанола и циклогексанона, а окислением этой смеси – адипиновую кислоту.

Циклоалканы находят широкое применение в промышленности. Процесс выделения индивидуальных соединений этой группы из нефти сложный и дорогой, поэтому их получают синтетическими методами. Циклогексан получают гидрированием бензола на никелевом катализаторе при 140-2000С и давлении 1-5 МПа. Циклогептан синтезируют из циклопентадиена и ацетилена пиролизом первичного аддукта и последующим гидрированием циклогептадиена. Тетралин и декалин получают гидрированием нафталина с никелевым катализатором соответственно в паровой и жидкой фазах.

 

Контрольные вопросы:

1. Каково содержание циклоалканов в нефтях?

2. Назовите представителей моно- и полициклических циклоалканов нефти.

3. Каковы физико-химические свойства циклоалканов?

4. Какими методами получают циклоалканы?

 

Лекция № 8

Арены и их свойства

Лекция № 9

Лекция № 10

Перегонка и ректификация

Перегонка(дистилляция) – старейший метод разделения нефти на фракции, которые отличаются друг от друга по температурам кипения и содержат компоненты с близкими молекулярными массами. Термин «дистилляция» означает «разделение по каплям» или «стекание по каплям». Перегонка применяется только для глубокого разделения жидкостей на широкие фракции. При атмосферном давлении (простая перегонка) отбирают фракции, выкипающие до 3500С без ректификации. Перегонка при температуре выше 3000С проводится под вакуумом во избежание термического разложения высокомолекулярных УВ-ов. Для понижения температуры кипения также применяют перегонку с водяным паром или инертным газом (азот, углеродистый газ).

Для точного фракционирования по температурам кипения применяется перегонка с ректификацией. Ректификация– это процесс разделения смеси жидкостей, различающихся по температурам кипения, за счет многократного, противоточного контактирования паров и жидкости. При этом паровая фаза обогащается низкокипящим компонентом, а жидкая – высококипящим. Обезвоженную нефть разгоняют ректификацией при атмосферном давлении на унифицированных аппаратах (АРН – 2, автоматизированный аппарат для разгонки нефти AutoMaxx 9100) на стандартные фракции: н.к. – 60, 60 – 95, 95 – 122, 122 – 150, 15 – 2000С. Затем под вакуумом при остаточном давлении (5 – 1 мм рт. ст.) отбирают средние фракции: 200 – 250, 250 – 300 и 300 – 3500С.

Для выделения высококипящих масляных фракций используют молекулярную перегонку (перегонка в глубоком вакууме), она проводится при очень низком давлении (<0,1 Па). При молекулярной перегонке разделение высокомолекулярных нефтяных соединений фракции происходит не по температурам кипения, а по величине молекулярного веса.

Для выделения индивидуальных УВ-ов (н-алканов, циклоалканов и др.) применяют ректификацию при различных давлениях.

Для разделения смесей УВ-ов с близкими температурами кипения используют сверхчеткую ректификацию.

Для газоразделения применяется низкотемпературная ректификация с использованием хладагентов (аммиак или пропан).

Разделение нефтяных фракций на группы компонентов по химическому строению, выделение из продуктов нефтепереработки аренов, алкенов, алкадиенов и алкинов ректификацией, как правило, малоэффективно и часто практически невозможно из-за близких температур кипения компонентов и образования азеотропов. (Азеотроп – жидкая смесь двух или более материалов, которая кипит при постоянной температуре). Например, бензол образует образует азеотропы с циклогексаном, циклогексеном, алканами С7 изостроения. При разделении подобных смесей широкое применение находят экстракция, абсорбция, экстрактивная и азеотропная ректификация, экстрактивная кристаллизация. Общим для всех этих методов является использование селективных растворителей (разделяющих агентов), обладающих избирательным действием.

Селективность S, или избирательность растворителя, характеризует изменение коэффициента относительной летучести компонентов:

S = άр/ά,

где: άр – коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов в присутствии растворителя;

ά – коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов.

Селективность увеличивается при снижении температуры и при увеличении концентрации растворителя в системе.

Селективные растворители избирательно растворяют ароматические или непредельные УВ-ы в процессах экстракции и абсорбции, увеличивают коэффициенты относительной летучести насыщенных УВ-ов в процессах азеотропной и экстрактивной ректификации.

При азеотропной ректификации разделяющий агент (селективный растворитель) образует азеотропную смесь с одним или несколькими компонентами исходной смеси, в виде которой он отгоняется в качестве дистиллята. При экстрактивной ректификации разделяющий агент должен обладать значительно меньшей летучестью, чем компоненты исходной смеси, и не образовывать с ними азеотропных смесей. Он остается в колбе вместе с остатком.

В процессе азеотропной ректификации низкокипящие растворители (метанол, ацетон) применяют для выделения аренов (бензола, толуола, ксилолов) из смесей с насыщенными УВ-ми, а также для очистки аренов. А высококипящие растворители (бутилцеллозольв, монометиловый эфир, диэтиленгликоль и др.) – для выделения аренов С9 - С10 из узкокипящих нефтяных фракций, а также для разделения аренов – производных бензола, тетралина и нафталина. В настоящее время азеотропная ректификация находит ограниченное применение при выделении УВ-ов вследствие присущих ей недостатков – узкого выбора растворителей, сравнительно низкой селективности растворителей, дополнительного расхода теплоты на испарение растворителя и достаточно сложного технологического оформления процесса.

Экстрактивная ректификация отличается использованием сравнительно высококипящих растворителей, которые не образуют азеотропов с разделяемыми компонентами. Для этого температура кипения растворителей должна на 500С и более превышать температуры кипения компонентов смеси. Экстрактивная ректификация применяется в промышленности для выделения и очистки алкенов, алкадиенов, для выделения аренов из продуктов пиролиза и каталитического риформинга нефтяных фракций.

Для разделения УВ-ов используют и процесс экстрактивно-азеотропной ректификации, который проводят в присутствии двух селективных растворителей – азеотропобразующего компонента и экстрактивного агента или одного селективного растворителя, который может выполнять эти две функции.

Экстракция(извлекаю) – процесс извлечения вещества из смеси с помощью избирательных (селективных) растворителей (экстрагентов). Физическая сущность экстракции состоит в переходе извлекаемого (экстрагируемого) вещества из одной фазы (жидкой или твердой) в фазу жидкого экстрагента при их взаимном соприкосновении. В экстрагенте хорошо растворяются только извлекаемые компоненты и значительно слабее или практически совсем не растворяются остальные компоненты исходной смеси. Метод экстракции применяют для выделения и разделения аренов (полярные растворители), селективной очистки масляных фракций (фенол, фурфурол), ароматизации реактивных топлив (диметилсульфоксид). Двухступенчатой экстракцией 86 и 91%-ой серной кислотой выделяют серосодержащие соединения (сульфиды) из нефтяных фракций.

Экстракция включает следующие основные операции: 1) приведение в контакт (смешение) исходной смеси веществ и экстрагента; 2) механическое разделение образующихся двух фаз; 3) удаление и регенерацию экстрагента из каждой фазы. Достоинства процесса экстракции: 1) низкие рабочие температуры; 2) рентабельность извлечения ценных компонентов и вредных примесей из разбавленных растворов; 3) возможность разделения смесей, состоящих из близкокипящих компонентов, а также азеотропных смесей; 4)относительная простота аппаратуры и доступность ее автоматизации.

Таким образом, экстракцию применяют и для разделения и для анализа нефтяных фракций.

Абсорбция(поглощать) – это избирательный процесс поглощения паров или газов из паро-газовых смесей жидким поглотителем, называемым абсорбентом. Абсорбция – частный случай сорбции.

Различают физическую и химическую (хемосорбция) абсорбцию. При физической абсорбции поглощаемый газ (абсорбтив) не взаимодействует химически с абсорбентом (процесс поглощения не сопровождается химической реакцией). При хемосорбции абсорбтив образует с абсорбентом химическое соединение (абсорбтив вступает в химическую реакцию с веществом абсорбента).

Объем газа, который при 00С и 760 мм рт. ст. поглощается единицею объема жидкости, называется коэффициентом поглощения газа для этой жидкости. Коэффициент этот для различных газов и различных жидкостей – различен. Причина абсорбции состоит во взаимном притяжении молекул тел абсорбирующего и абсорбируемого.

Абсорбция используется в промышленности для выделения ацетилена из продуктов окислительного пиролиза природного газа (N-метилпирролидон, диметилформамид). При переработке газов для удаления сероводорода и двуокиси углерода используют водный раствор моноэтаноламина, смеси аминов с метанолом. Для отбензинивания нефтяного попутного и природного газов применяют абсорбцию углеводородными фракциями.

Кристаллизация –процесс образования кристаллов из паров, растворов, расплавов, из вещества в другом кристаллическом и аморфном состоянии. Метод кристаллизации основан на различии составов жидкой (паровой) и твердой фаз, образующихся при частичной кристаллизации раствора расплава, газовой фазы. Кристаллизация начинается при достижении некоторого предельного условия, например, переохлаждения жидкости или пересыщения пара, когда практически мгновенно возникает множество мелких кристалликов. Метод кристаллизации применяется для выделения из нефтяных фракций индивидуальных УВ-ов или групп УВ-ов, имеющих высокие температуры кристаллизации (твердые УВ-ы, растворенные в нефти). Кристаллизацию проводят путем вымораживания из растворов в подходящем растворителе, который по возможности должен также являться осадителем. Применение растворителя снижает вязкость продукта. В качестве растворителей применяют этиловый эфир, смесь спирта и эфира, жидкий пропан и многие другие. С помощью многократной перекристаллизации удается получить твердые вещества высокой степени чистоты.Преимущества метода: низкие рабочие температуры, малые энергетические затраты, более высокая эффективность.

Экстрактивная кристаллизация – метод кристаллизации с использованием селективных растворителей. Сущность метода заключается в изменении фазового равновесия в разделяемой системе при введении в нее вспомогательных веществ. Применяемый растворитель должен выполнять несколько функций: экстрагировать (селективно растворять) низкоплавкие компоненты смеси, обеспечивать существование жидкой фазы при температуре ниже температуры кристаллизации и снижать вязкость раствора. Растворитель должен быть селективным, т.е. иметь низкую растворяющую способность по отношению к н-алканам и высокую – к остальным компонентам масляной фракции. В качестве растворителей применяют смеси кетонов (метилэтилкетона, ацетона) с аренами, например, толуолом, добавление которого повышает растворимость масляных компонентов и выход масла.

Экстрактивная кристаллизация используется для выделения высокоплавких циклоалканов, аренов, н-алканов, для депарафинизации масляных фракций.

Выделение некоторых классов соединений, присутствующих в нефтях и нефтепродуктах, осуществляется с большей избирательностью на адсорбентах, чем с помощью селективных растворителей.

Читайте также:

lektsia.com

Роль нефти и газа в современном мире

из "Химия нефти и газа"

Энергетические ресурсы играют ведущую роль в современной-экономике. Уровень развития производительных сил каждого государства определяется в значительной степени масштабам потребления энергоресурсов. О важной роли энергоресурсов свидетельствует то обстоятельство, что более 70 % добываемых в мире полезных ископаемых относится к источникам энергии. [c.6] Как следует из приведенных данных, нефть и природный газ с середины 60-х годов нашего столетия начинают играть ведущую роль в мировой энергетике. В таких странах, как ФРГ Великобритания, на долю нефти и природного газа приходится 55—60 % от общего потребления энергоресурсов, в США и Японии 75—80 %. [c.6] С распадом СССР добыча нефти и угля в России существенно сократилась, а квоты на вывоз нефти и газа за рубеж возросли. В 1993 г. добыча нефти в России составила 350 млн т, в 1994 г. — 332 млн т, а в 1995 г. составит 325 млн т. [c.7] Высокий уровень потребления нефти в мире служит основанием для высказываемого.рядом ученых и специалистов предположения о неизбежности скорого истощения нефтяных запасов. Наиболее часто высказывается точка зрения об исчерпании мировых нефтяных запасов к концу XXI века. [c.7] В условиях, когда нефть стала основным видом энергетического сырья, возросло ее экономическое и политическое значение в мире. Наличие собственных ресурсов нефти, возможность организовать экспорт нефти и нефтепродуктов позволяют различным государствам добиваться значительных успехов в экономическом и социальном развитии. Вместе с тем колебание мировых цен на нефть, конъюнктура на нефтяном рынке приводят к серьезным изменениям в экономической политике как нефтедобывающих стран, так и государств, промышленность которых базируется на привозной нефти. [c.7] Учитывая резкое повышение спроса на энергетическое сырье на мировом капиталистическом рынке, страны ОПЕК в 972—1973 гг. увеличили нажим на нефтяные монополии и подняли цены на нефть в четыре раза. Рост цен на нефть привел к перебоям в снабжении нефтью ряда капиталистических, государств, а в дальнейшем к ее острой нехватке. Эти события получили название энергетического или нефтяного кризиса. [c.8] Западные государства приняли ряд мер по ослаблению их зависимости от импорта нефти за счет расширения добычи собственного сырья (угля, нефти), экономии нефтепродуктов, использования различных других видов энергии (солнечной ядерной, геотермальной). Под действием этих факторов цена на нефть на мировом рынке снизилась. В 1980 г. средний уровень мировых цен на нефть составлял 190 долларов за 1 м , а в 1987 г. 113 долларов. На начало 1995 г. мировая цена на нефть колеблется в интервале ПО—120 долларов на 1 м . [c.8] Россия не только полностью обеспечивает свою потребность, в нефти, но и является экспортером нефти и нефтепродуктов. Российская нефть поставляется в страны ближнего и дальнего зарубежья. Благодаря продаже нефти и природного газа на мировом рынке Россия получает значительное количество валюты, которая расходуется на закупку различных промышленных и продовольственных товаров. [c.8]

Вернуться к основной статье

chem21.info

Нефть И Углеводородные Газы В Современном Мире

Лучшие книги о нефти и нефтедобыче, рекомендации нефтяного гуру. Нефть и углеводородные газы в современном мире: В.

  • Liquefied petroleum gas (LPG)) — смесь. В 2006 году в мире насчитывалось 934 танкера-газовоза с суммарной. Современный танкер-газовоз представляет собой огромное судно, по размеру.
  • В книге показано значение нефти в современном мире, приведены сведения о.
  • Эффективность извлечения нефти из нефтеносных пластов. Двуокись углерода растворяется в воде гораздо лучше углеводородных газов.
  • Газы нефтяные попутные — углеводородные газы, сопутствующие нефти и.
  • Химия, Нефть, ее свойства, Рефераты. Углеводородные соединения В состав нефти входит около 425 углеводородных соединений. Использованная литература: 1) Судо М. Нефть и горючие газы в современном мире.
  • Функционирование энергетики в современном мире. Характерной особенностью состава нефтяных попутных газов является наличие в них.
  • Для разведки и добычи нефти и газа в России. В том числе, введен запрет. Источник: Нефть и углеводородные газы в современном мире//М.М.

Место нефтепродуктов в современном мире. Реферат По «Экологии» Место нефтепродуктов в современном мире     Введение   На сегодняшний день нефть занимает ведущее место в мировом топливно- энергетическом балансе. На протяжении многих тысяч лет, начиная примерно с 6. В далеком прошлом нефть могла использоваться, например, в качестве вяжущего материала при строительстве или в качестве топлива для печей. В Темные Века интерес к нефти, очевидно, основывался на ее способности гореть. Однако по- настоящему большое внимание на эту маслянистую горючую жидкость обратили лишь после того, как в Америке, химиком Б.

Силлиманом в 1. 85. Программа Слава Петуху V1 Скачать Бесплатно Без Регистрации далее. Сложная смесь углеводородов различной молекулярной массы составляет основу нефти.

В нефти присутствуют летучие ароматические углеводороды, нафталин и ряд других фракций нефти, и именно это делает нефть токсичным веществом. Токсичные вещества способны при воздействии на живые организмы приводить их к гибели, поэтому существует ряд серьезных проблем, связанных с отрицательным влиянием нефти и нефтепродуктов на окружающую среду.

Нефти; XXI – доминирование природного газа и возобновляемых. Нефть и углеводородные газы в современном мире.

На объектах нефтяной отрасли в последнее время часто случаются чрезвычайные ситуации, в результате которых происходит разлив нефти. Загрязнение нефтью нарушает важнейшие звенья, естественные процессы и взаимосвязи в экологических системах, что является причиной сокращения их продуктивности. Не менее важным аспектом является загрязнение нефтью и нефтепродуктами подземных вод, в результате чего площади и объемы загрязнения в десятки и сотни раз увеличиваются.

Важно отметить, что ликвидация последствий аварий на нефтяных станциях влечет за собой дополнительные экономические потери. Также серьезна и актуальна проблема загрязнения нефтью почв сельскохозяйственных угодий, в результате чего они теряют свою народнохозяйственную ценность. Загрязнение нефтью является неизбежным последствием технологических процессов ее добычи, переработки и транспортировки. Поэтому исследование токсичных свойств этого вещества, знакомство с мерами предосторожности при обращении с нефтью и нефтепродуктами, а так же изучение влияния нефти на растения, почву, живые организмы являются очень важными задачами на сегодняшний день. Цель работы — изучение токсичности нефти и нефтепродуктов и опасности в обращении с ними.

В рамках цели были поставлены следующие задачи: 1. Нефть и ее токсичность   . Физические свойства нефти и ее химический состав   Нефть представляет собой природную маслянистую горючую жидкость со специфическим запахом, состоящую в основном из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы и некоторых других химических соединений. Нефть может быть и коричневой, и вишневой, зеленой, желтой, и даже прозрачной.

С химической точки зрения нефть — это сложная смесь углеводородов с примесью различных соединений, например, серы, азота и других. Ее запах также может быть различным, так как зависит от присутствия в ее составе ароматических углеводородов, сернистых соединений. Углеводороды, из которых состоит нефть, — это химические соединения состоящие из атомов углерода (C) и водорода (H). Программа Для Создания Аниме Персонажей Онлайн.

В общем виде формула углеводорода — Cx. Hy. Простейший углеводород, метан, имеет один атом углерода и четыре атома водорода, его формула — Ch5.

Метан — легкий углеводород, всегда присутствует в нефти. В зависимости от количественного соотношения различных углеводородов, составляющих нефть, ее свойства также различаются. Нефть бывает прозрачной и текучей как вода. А бывает черной и настолько вязкой и малоподвижной, что не вытекает из сосуда, даже если его перевернуть. Нефть является экологически опасным веществом, которое при попадании в окружающую среду (в почву, в водоемы) нарушает, угнетает и заставляет протекать иначе все жизненные процессы. Степень воздействия зависит от ее количественного и качественного состава. С химической точки зрения обычная (традиционная) нефть состоит из следующих элементов: углерод — 8.

Нефть (и сопутствующий ей углеводородный газ) залегает на глубинах от нескольких десятков метров до 5- 6 километров. При этом на глубинах 6 км и ниже встречается только газ, а на глубинах 1 км и выше — только нефть. Большинство продуктивных пластов находятся на глубине между 1 и 6 км, где нефть и газ встречаются в различных сочетаниях. Залегает нефть в горных породах называемых коллекторами. Пласт- коллектор — это горная порода способная вмещать в себе флюиды, т. Упрощенно коллектор можно представить как очень твердую и плотную губку, в порах которой и содержится нефть. Плотность нефти, как и других углеводородов, сильно зависит от температуры и давления.

Она содержит большое число разных органических веществ и поэтому характеризуется не температурой кипения, а температурой начала кипения жидких углеводородов (обычно > 2. Так же нефть — это легковоспламеняющаяся жидкость, растворяемая в органических растворителях, в обычных условиях не растворяемая в воде, но образующая с ней стойкие эмульсии. В технологии для отделения от нефти воды и растворённой в ней соли проводят обезвоживание и обессоливание. При попадании в водоемы маслянистые фракции покрывают воду устойчивой поверхностной пленкой, растворимые и эмульгирующиеся соединения распределяются в толще воды, а твердые частицы оседают на дно водоема и водную растительность.

Кроме того, нефть способна захватывать и концентрировать другие загрязнения, например пестициды и тяжелые металлы. Токсичность нефтей и нефтепродуктов заключается в том, что их пары оказывают отравляющее действие на организм человека. При этом наблюдается повышенная заболеваемость органов дыхания, функциональные изменения со стороны нервной системы, изменение кровяного давления и замедление пульса. Токсичность нефти и нефтепродуктов проявляется при вдыхании их паров.

Иногда отравление может произойти в результате попадания жидкого продукта на кожу или слизистые оболочки. Токсичность нефти и нефтяного газа зависит от их состава: чем больше углеводородов, тем сильнее наркотическое действие. Токсическое свойство усиливается при содержании в них сернистых соединений. Также токсичность нефти и ее составных компонентов повышается за счет присутствия серы. Для токсикологической характеристики нефти важно то, что она сама, её пары, газы и продукты переработки обладают порой весьма высокой токсичностью. Нефти, содержащие мало ароматических углеводородов, действуют подобно смесям парафинов и нафтенов — их пары обладают наркотическим действием, часто вызывают судорожный эффект. Сернистые же соединения нефти могут быть причиной острых и хронических отравлений.

downloadfreemetro.netlify.com