РАЗДЕЛ I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НЕФТИ
ВВЕДЕНИЕ
Значение нефти и газа для энергетики, транспорта, обороны страны, для разнообразных отраслей промышленности и для удовлетворения бытовых нужд населения в наш век исключительно велико. Нефть и газ играют решающую роль в развитии экономики любой страны. Природный газ, очень удобный для транспортировки по трубопроводам и сжигания, является дешевым энергетическим и бытовым топливом. Из нефти вырабатываются все виды жидкого топлива: бензины, керосины, реактивные и дизельные сорта горючего – для двигателей внутреннего сгорания, мазуты – для газовых турбин и котельных установок. Из нее получают огромный ассортимент смазочных и специальных масел и консистентных смазок. Из нефти вырабатывают также парафин, сажу для резиновой промышленности, нефтяной кокс, многочисленные марки битумов для дорожного строительства и многие другие товарные продукты.
Вторичная переработка нефтяного и газового сырья получила название нефтехимического синтеза. В настоящее время 25 % мировой химической продукции выпускается на основе нефти и углеводородных газов. Ближайшие перспективы развития нефтехимической промышленности благоприятны как по масштабам производства, так и по безграничному разнообразию промежуточных и конечных продуктов синтеза.
К нефтехимической продукции относятся пластические массы, синтетические каучуки и смолы, синтетические волокна, синтетические моющие средства и поверхностно-активные вещества, некоторые химические удобрения, присадки к топливам и маслам, синтетические смазочные масла, белково-витаминные концентраты, многочисленные индивидуальные вещества: спирты, кислоты и альдегиды, кетоны, хлорпроизводные эфиры, гликоли, полигликоли, глицерин и другие, применяющиеся в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и в быту.
|
|
|
Материал учебного пособия «Химия нефти и газа: теория и практика» изложен в соответствии с Федеральным Государственным образовательным стандартом подготовки бакалавров по направлению 131000.62 «Нефтегазовое дело», профилю «Эксплуатация и обслуживание объектов транспорта и хранения нефти, газа и продуктов переработки», а также с рабочей программой данной дисциплины.
Курс «Химия нефти и газа» является весьма важным в подготовке бакалавров данного направления. С одной стороны, этой дисциплиной завершается общехимический цикл, с другой – дается база для освоения физико-химической сущности процессов, происходящих при очистке и переработке нефти и нефтепродуктов, а также приводятся методы определения и контроля физико-химических свойств нефтепродуктов, в том числе топлив и масел.
|
|
|
В разделе «Химия нефти» дается характеристика органических соединений, входящих в состав нефти и нефтепродуктов, их строение, физические и химические свойства, способы получения и основные области применения. Кроме того, приводится классификация органических реакций, которые используются в нефтехимических производствах.
Химические и физико-химические аспекты разделения составных частей нефти, ее очистки от присутствующих в ней солей, воды и других примесей, дальнейшей переработки нефтепродуктов с целью получения качественных топлив и масел описаны в разделе «Промышленная переработка нефти».
Важным является раздел «Физико-химические методы исследования нефтепродуктов», так как в нем приводятся методы испытания и контроля основных физико-химических свойств топлив и масел.
Практическую значимость имеет раздел «Эксплуатационные свойства топлив», который подтверждает необходимость предъявления высоких требований к показателям качества топлив.
Раздел «Нефтехимия» показывает конкретные направления использования в химической промышленности органических веществ, содержащихся в нефти и горючих газах.
Последний раздел «Нефтегазовый комплекс и экология» дает представление об экологических проблемах, существующих при нефте- и газодобыче, их переработке, транспортировке, а также эксплуатации.
|
|
|
Данное учебное пособие предназначено для студентов заочного обучения, поэтому важной представляется практическая часть пособия, в которой даны описания лабораторных работ по основным разделам курса. В них акцентируется внимание на важных практических аспектах, в том числе на методах физико-химического исследования нефтепродуктов с использованием стандартных методик.
РАЗДЕЛ I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НЕФТИ
И ГОРЮЧИХ ГАЗАХ
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ
ПРОИСХОЖДЕНИЯ НЕФТИ
Существует 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 образовалась в мантии земли неорганическим путем.
Органическая концепция
Органическая концепция начала 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 спорили о том, что явилось исходным веществом для нефти: растения или животные? 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 распространение месторождений нефти в осадочных толщах позволяет считать, что источником нефти может быть только широко распространенное в осадочных породах рассеянное органическое вещество (ОВ) смешанного растительно-животного происхождения. Последняя теория, детально разработанная И.М. Губкиным, носит название сапропелитовой (от слова «сапропель» - глинистый ил) и является господствующей. В природе широко распространены различные виды сапропелитов.
|
|
|
В СССР были проведены исследования, в результате которых удалось установить роль микроорганизмов в образовании нефти. Т.Л. Гинзбург-Карагичева, открывшая присутствие в нефти разнообразнейших микроорганизмов, привела в своих исследованиях много новых интересных сведений. Она установила, что в нефтях, ранее считавшихся ядом для бактерий, на больших глубинах идет кипучая жизнь, не прекращавшаяся миллионы лет подряд. Целый ряд бактерий живет в нефти и питается ею, меняя, таким образом, химический состав нефти. Академик И.М. Губкин в своей теории нефтеобразования придавал этому открытию большое значение. Гинзбург-Карагичевой установлено, что бактерии нефтяных пластов превращают различные органические продукты в битуминозные. Под действием ряда бактерий происходит разложение органических веществ и выделяется водород, необходимый для превращения органического материала в нефть.
Академиком Н.Д. Зелинским, профессором В.А. Соколовым и рядом других исследователей большое значение в процессе нефтеобразования придавалось радиоактивным элементам. Действительно, доказано, что органические вещества под действием альфа-лучей распадаются быстрее и при этом образуются метан и ряд нефтяных углеводородов.
Академик Н.Д. Зелинский и его ученики установили, что большую роль в процессе нефтеобразования играют катализаторы. В более поздних работах академик Зелинский доказал, что входящие в состав животных и растительных остатков пальмитиновая, стеариновая и другие кислоты при воздействии хлорида алюминия в условиях сравнительно невысоких температур (150-400 °С) образуют продукты, по химическому составу, физическим свойствам и внешнему виду похожие на нефть.
Профессор А.В. Фрост показал, что вместо хлорида алюминия катализатора, отсутствующего в природе, его роль в процессе нефтеобразования играют обыкновенные глины, глинистые известняки и другие породы, содержащие глинистые минералы. Из результатов вышеприведенных исследований становится ясным, что исходным веществом для нефти стали растения и животные.
С позиций современной органической концепции 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 этом 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, в 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. Эта вторичная миграция является причиной формирования самого месторождения.
Неорганическая концепция
Существует несколько вариантов концепции неорганического происхождения нефти. Наиболее последовательной является минеральная (карбидная) гипотеза Д.И. Менделеева. Он полагал, что вода, проникая глубоко в землю и встречая там карбиды железа, реагирует с ними с образованием оксидов и углеводородов (пары нефти) по схеме
2FeC + 3H2O → Fe2O3 + C2H6,
или в общем виде
MeCm + mH2O → MeOm + (CH2)m.
Они поднимались до холодных слоев и давали нефть. Сторонники органической концепции признают, что Менделеевым «впервые серьезно и научно был поставлен вопрос о генезисе нефти».
В настоящее время предположение Д.И. Менделеева подтвердилось: в глубинных породах найдены карбиды ряда элементов (Fe3C, TiC, Cr2C3, 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 то, что вода с поверхности по трещинам на большие глубины поступать не может. Но это и не существенно, флюидная фаза глубинных пород в определенных условиях содержит воду, поэтому в принципе ее взаимодействие с карбидами возможно. Вполне вероятно и образование простейших углеводородов, однако вряд ли это возможно в больших количествах.
В 1950 г. профессор Н.А. 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 оксида углерода и водорода по схеме
СО + 3Н2 →Н2О + СН4.
Дальнейшее движение углеводородов, обусловленное огромным перепадом давлений, 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).
В настоящее время господствующей является органическая концепция происхождения нефти. Она отличается большей стройностью, зрелостью и завершенностью суждений. Хотя имеются ученые, которые до сих пор отдают предпочтение минеральной гипотезе образования нефти.
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 475; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!