Основные понятия о нефти
Общие сведения о запасах и потреблении нефти. Химический состав нефти. Методы переработки нефти для получения топлив и масел. Селективная очистка полярными растворителями. Удаление из нефтепродуктов парафиновых углеводородов с большой молекулярной массой.
Рубрика | Химия |
Вид | реферат |
Язык | русский |
Дата добавления | 21.10.2012 |
Размер файла | 709,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О НЕФТИ
1. Общие сведения о запасах и потреблении нефти
Нефть - горючая маслянистая жидкость, относящаяся к группе горных осадочных пород наряду с песками, глинами и известняками; отличается исключительно высокой теплотворностью: при горении выделяет значительно больше тепловой энергии, чем другие горючие смеси. Нефть добывают и используют с 6-го тысячелетия до н.э. Наиболее древние промыслы известны на берегах Евфрата, в Керчи, в китайской провинции Сычуань Доказанные запасы сырой нефти в млн. баррелей - объемы нефти, которые по данным геологоразведочных работ с большой степенью вероятности пригодны для добычи на коммерческой основе (1 баррель нефти = 159 л = 0, 159 м3):
Страна |
Доказанные запасы нефти |
Страна |
Доказанные запасы нефти |
Страна |
Доказанные запасы нефти |
|
Весь мир |
1 025 000.00 |
Алжир |
11 870.00 |
Румыния |
1 055.00 |
|
Саудовская Аравия |
261 700.00 |
Норвегия |
9 859.00 |
Тринидад и Тобаго |
990.00 |
|
Канада |
178 900.00 |
Индия |
5 700.00 |
Вьетнам |
650.00 |
|
Иран |
130 800.00 |
Оман |
5 500.00 |
Таиланд |
600.00 |
|
Ирак |
112 500.00 |
Индонезия |
4 900.00 |
Азербайджан |
589.00 |
|
Объединенные Арабские Эмираты |
97 800.00 |
Эквадор |
4 408.00 |
Италия |
586.60 |
|
Кувейт |
96 500.00 |
Йемен |
4 000.00 |
Экваториальная Гвинея |
563.50 |
|
Венесуэла |
78 000.00 |
Австралия |
3 664.00 |
Куба |
532.00 |
|
Россия |
69 000.00 |
Малайзия |
3 200.00 |
Боливия |
458.80 |
|
Ливия |
38 000.00 |
Бирма |
3 200.00 |
Перу |
408.80 |
|
Нигерия |
34 000.00 |
Аргентина |
2 900.00 |
Германия |
395.80 |
|
Европейский Союз |
28 210.00 |
Египет |
2 700.00 |
Украина |
395.00 |
|
Казахстан |
26 000.00 |
Сирия |
2 500.00 |
Пакистан |
325.50 |
|
Великобритания |
25 410.00 |
Габон |
2 022.00 |
Марокко |
300.00 |
|
Ангола |
22 880.00 |
Колумбия |
1 700.00 |
Узбекистан |
297.00 |
|
США |
22 450.00 |
Тунис |
1 700.00 |
Турция |
288.40 |
|
Мексика |
18 000.00 |
Судан |
1 600.00 |
Туркменистан |
273.00 |
|
Китай |
17 740.00 |
Демократическая Республика Конго |
1 538.00 |
Гватемала |
263.00 |
|
Катар |
16 000.00 |
Бруней |
1 255.00 |
Кот-д'Ивуар |
220.00 |
|
Бразилия |
13 900.00 |
Дания |
1 230.00 |
Албания |
185.50 |
|
Страна |
Доказанные запасы нефти |
|||||
Папуа Новая Гвинея |
170.00 |
|||||
Филиппины |
152.00 |
|||||
Чили |
150.00 |
|||||
Франция |
144.30 |
|||||
Бахрейн |
126.00 |
|||||
Польша |
116.40 |
|||||
Венгрия |
110.70 |
|||||
Суринам |
99.00 |
|||||
Хорватия |
93.60 |
|||||
Конго |
93.50 |
|||||
Новая Зеландия |
89.62 |
|||||
Нидерланды |
88.06 |
|||||
Австрия |
85.69 |
|||||
Камерун |
80.00 |
|||||
Сербия и Черногория |
38.75 |
Страна |
Доказанные запасы нефти |
|
Япония |
29.29 |
|
Бангладеш |
28.45 |
|
Чешская Республика |
17.25 |
|
Испания |
10.50 |
|
Гана |
8.26 |
|
Греция |
4.50 |
|
Словакия |
4.50 |
|
Бенин |
4.11 |
|
Тайвань |
2.90 |
|
Израиль |
1.92 |
|
Барбадос |
1.25 |
|
Иордания |
0.45 |
|
Эфиопия |
0.21 |
Для мира в целом распределение потребления энергоресурсов выглядит так:
Нефть - 38.2%
Уголь - 23.4%
Природный газ - 25.5%
Атомная энергия - 6.4%
Энергия воды - 6.4%
Солнце, ветер и проч. - 0.8%
На нефть и газ приходится менее четверти мировых запасов (нефть примерно 11%), но они обеспечивают свыше 80% энергопотребления. Уголь и природный уран при 76% запасов дают лишь 13% поставок энергии. Эта диспропорция вызывает необходимость экономии нефтепродуктов и замещения нефти как первичного энергоносителя другими источниками энергии.
Нефть получила свое название от мидийского слова нафта - просачивание, так как вначале использовали нефть, просачиваюшуюся на поверхность земли.
Нефть - это биржевой товар, поэтому ее качество необходимо стандартизировать. Всего на мировых рынках торгуется свыше 10 общепризнанных марок нефти, из которых наиболее известными являются WTI (Западно-техасская средняя), котируемая на Нью-Йоркской бирже NYMEX (New York Merchandise Exchange), и Brent, котируемая на Лондонской бирже IPE (International Petroleum Exchange).
В настоящее время нефть является основным источником получения автомобильных топлив и смазочных материалов.
2. Химический состав нефти
Нефть - жидкость сложного химического состава. Основными компонентами нефти являются:84ч87% - углерод (С), 12ч14% - водород(Н), 1ч3% - кислород(О), 1ч5% - сера(S), 0ч1% - азот(N).Соединения углерода и водорода называются углеводородами CmHn. Углеводороды подразделяются на две группы: алифатические и циклические. К группе алифатических относятся насыщенные парафиновые (алкановые, метановые) и ненасыщенные (непредельные). Непредельные в свою очередь подразделяются на алкеновые (олефиновые, этиленовые), алкадиеновые (диолефиновые, диеновые) и алкиновые (ацетиленовые). К группе циклических углеводородов относятся ароматические (ареновые) и циклановые. Циклановые в свою очередь подразделяются на циклоалкановые (нафтеновые), циклоалкеновые и циклоалкиновые .
Нефтепродукты содержат тысячи видов углеводородов. Бензины содержат углеводороды с содержанием от 5 до 11 атомов углерода, дизтоплива - от 12 до 20 атомов углерода, масла - от 20 до 50 атомов углерода.
Парафиновые углеводороды могут быть нормального строения (нормальные парафины) и изомерного строения (изопарафины).
Для нормальных парафинов характерна общая эмпирическая формула СnH2n+2 и строение в виде цепи с одинарными связями между молекулами СН3 - (СН2)n-2 - СН3, например нормальный октан С8Н18 : СН3 - СН2 - СН2 - СН2 - СН2 - СН2 - СН2 . Для изопарафинов характерна общая эмпирическая формула СnH2n+2 и наличие боковых связей между молекулами, например изооктан С8Н18:, используемый как эталонное топливо при определении октанового числа бензинов.
Нормальные парафины обладают наиболее высокой самовоспламеняемостью и химической стабильностью, что делает их необходимыми в дизтопливах, а низкая детонационная стойкость делает их нежелательными в бензинах. При низких температурах нормальные парафины способствуют помутнению и застыванию нефтепродуктов, поэтому ограничиваются в летних дизтопливах. Кроме того они обладают низкими смазывающими свойствами. Изопарафины обладают высокой детонационной стойкостью, что делает их необходимыми в современных бензинах и низкой самовоспламеняемостью, что делает их нежелательными в дизтопливах.
Для непредельных углеводородов характерна линейная и разветвленная структура и наличие двойных и тройных связей между молекулами. Для олефинов характерна общая эмпирическая формула СnH2n и наличие одной двойной связи между молекулами. Для диенов характерна общая эмпирическая формула СnH2n-2 и наличие как минимум двух двойных связей между молекулами. Для алкинов характерна общая эмпирическая формула СnH2n-2 и наличие тройной связи между молекулами. Наличие двойных и тройных связей между молекулами повышает детонационную стойкость топлив, однако все непредельные углеводороды обладают очень низкой химической стабильностью, что значительно сокращает срок хранения нефтепродуктов и интенсифицирует процессы образования отложений в агрегатах.
Непредельные углеводороды используются и для получения синтетических топлив и масел (алкилаты, поли-б-олефины)
Для ароматических углеводородов характерна общая эмпирическая формула СnH2n-6к и наличие одного или нескольких бензольных колец (к -количество колец), например:
Ароматические углеводороды обладают высокой детонационной стойкостью, необходимой для бензинов и низкой самовоспламеняемостью, что делает их нежелательными в дизтопливах. Повышенное их содержание в бензинах увеличивает нагарообразование в камере сгорания и выброс несгоревших углеводородов с отработавшими газами. Их наличие в маслах ухудшает вязкостно-температурную характеристику.
Для нафтеновых углеводородов характерна общая эмпирическая формула СnH2n и наличие одного кольца с одинарными связями между молекулами, например:
Для циклоалкеновых углеводородов характерна общая эмпирическая формула СnH2n-2 и наличие двух колец с с одинарными связями между молекулами, например:
Для циклоалкиновых углеводородов характерна общая эмпирическая формула СnH2n-4 и наличие трех колец с одинарными связями между молекулами. В целом для цикланов характерна общая эмпирическая формула СnH2n-2(к-1) и наличие нескольких колец с одинарными связями между молекулами (к -количество колец).
В циклановых углеводородах могут присутствовать и боковые связи, например:
По своим свойствам цикланы занимают промежуточное положение между парафиновыми и ароматическими. Наиболее часто они присутствуют в маслах.
Сернистые соединения могут быть активными (элементарная сера S, сероводород H2S, меркаптаны R- SH) и неактивными (сульфиды R- S -R, дисульфиды R- S- S- R, полисульфиды R-(S)n- R и т.д.), где R -углеводородный радикал, например CH3 - S - S - CH3.
Активные сернистые соединения непосредственно вызывают коррозию металлов, поэтому должны быть удалены из нефтепродуктов. Неактивные сернистые соединения непосредственной коррозии не вызывают, однако при сгорании серы образуются серный и сернистый ангидриды: S + O2 > SO2 ? 2S +3O2 > 2SO3, которые загрязняют атмосферу и вызывают газовую коррозию выпускных клапанов. При сгорании водорода образуется вода, которая при взаимодействии с SO2 и SO3 образует минеральные кислоты: H2O + SO2 > H2SO3 и H2O + SO3 > H2SO4, которые вызывают жидкостную коррозию, в первую очередь цилиндров двигателя. Наличие некоторых неактивных сернистых соединений в маслах улучшает их противоизносные и противозадирные свойства. (R -углеводородный радикал).
Кислородсодержащие соединения могут быть в виде органических кислот, оксикислот, фенолов, смол, асфальтенов, карбенов и карбоидов
Органические кислоты R- COOH и оксикислоты R- ОН -COOH вызывают коррозию в первую очередь цветных металлов, способствуют образованию отложений в механизмах. Вместе с тем, присутствуя в маслах, высокомолекулярные кислоты улучшают их смазочные свойства. Фенолы R- OH (R- для фенола ароматический углеводородный радикал) являются очень ядовитыми. Смолы способствуют образованию отложений в механизмах (осадков, лаков, нагара). Вместе с тем, присутствуя в маслах, они улучшают их смазочные свойства. Смолы нестойки и в результате процессов окисления и полимеризации образуют асфальтены, карбены и карбоиды.
Асфальтены являются твердыми соединениями, которые растворяются в маслах и не растворяются в топливах. Они способствуют образованию отложений в механизмах. Вместе с тем, присутствуя в трансмиссионных маслах, они улучшают их смазочные свойства.
Карбены и карбоиды являются твердыми и нерастворимыми соединениями, которые вызывают абразивный износ деталей и способствуют образованию отложений в механизмах.
Азотистые соединения могут быть в виде пиридина C5H5N, хинолина C7H7N, аммиака NH3 и др. Они обладают неприятным запахом, а также разрушающе действуют на катализаторы в процессе переработки нефти.
Неорганические соединения в нефти могут быть в виде солей и воды, вызывая коррозию металлов и разрушая катализаторы в процессе переработки нефти.
3. Методы переработки нефти
Существуют две группы методов переработки нефти для получения топлив и масел: физические и химические. К физическим методам относятся прямая атмосферная перегонка для получения топлив и прямая вакуумная перегонка для получения масел. Сущность прямой перегонки нефти заключается в ее разделении на различные фракции по температурам их выкипания (дистилляции). Структура углеводородов при этом не изменяется. При атмосферной перегонке обессоленная и обезвоженная нефть нагревается до 360ОС и подается в нижнюю часть так называемой ректификационной колонны, которая по своей высоте разделена тарельчатыми перегородками на которых конденсируются соответствующие фракции - в верхней части наиболее легкие бензиновые, ниже керосиновые и на нижней перегородке дизельное топливо. В нижней части ректификационной колонны остается мазут, используемый в дальнейшем как сырье для вакуумной перегонки, а также как печное топливо и сырье для битума.
Температура нагрева нефти свыше 360ОС приведет к химическому разложению углеводородов. Для того чтобы этого не произошло, при получении масел мазут нагревается и перегоняется в ректификационной колонне в вакууме. В результате вакуумной перегонки получают легкие, средние и тяжелые масляные дистилляты и остаток- гудрон (полугудрон), используемый как сырье для химической переработки и для получения битума. Бензин, полученный прямой перегонкой обладает высокой химической стабильностью, однако очень низкой детонационной стойкостью, поэтому используется в дальнейшем как сырье для химической переработки и как компонент при производстве товарных сортов бензинов. При прямой перегонке в верхней части колонны образуются также газы.
К химическим методам относятся крекинг-процессы, риформинг, изомеризация, алкилирование и полимеризация. При использовании химических методов структура углеводородов получаемых нефтепродуктов значительно изменяется, а соответственно изменяются и их химические свойства.
Крекинг заключается в разложении более сложных и тяжелых углеводородов на более простые и легкие, которые формируют, как правило, светлые нефтепродукты. Схема крекинг-процесса может быть продемонстрирована на примере:
Крекинг-процессы подразделяются на термический, каталитический и гидрокрекинг. При термическом крекинге основным фактором, способствующим расщеплению углеводородов является высокая температура. Топлива, получаемые термическим крекингом обладают низкой химической стабильностью в связи с присутствием непредельных углеводородов. Сырьем является гудрон (полугудрон). При каталитическом крекинге основными факторами, способствующими расщеплению углеводородов являются высокая температура и присутствие катализаторов- алюмосиликатов и цеолитов.
В качестве сырья используется гудрон (полугудрон) и масляные дистилляты. Гидрокрекинг проводится при температуре 350 - 400ОС, давлении 3 - 14 Мра в присутствии катализаторов-алюмосиликатов и цеолитов, а также в присутствии водорода. В зависимости от сырья (гудрон, полугудрон, вакуумные дистилляты), режима и типа катализатора получают высококачественные топлива и масла.
Риформинг представляет собой процесс реформирования нормальных парафиновых и нафтеновых углеводородов в изопарафиновые и ароматические с высокой детонационной стойкостью. Сырьем являются бензиновые фракции прямой перегонки.
Изомеризация представляет собой процесс структурной перестройки нормальных парафиновых углеводородов в их изомеры, обладающие высокой детонационной стойкостью. Сырьем являются легкие бензиновые фракции прямой перегонки.
Алкилирование представляет собой процесс присоединения непредельного углеводорода к ароматическому или парафиновому с образованием более тяжелого углеводорода с высокой детонационной стойкостью, например:
Исходным сырьем для процесса алкилирования служат газы, образуемые при прямой перегонке нефти.
В результате полимеризации олефиновых углеводородов с 3-4 атомами углерода получают бензины с высокой детонационной стойкостью. Сырьем служат газы, образуемые при прямой перегонке нефти. Полимеризация (олигомеризация) олефинов используется также для получения синтетических масел (полиальфаолефинов).
Схема производства одного из современных нефтеперерабатывающих заводов:
4. Очистка нефтепродуктов
В результате кислотной (сернокислой) очистки удаляются непредельные углеводороды, смолы, соединения с азотом и серой за исключением сероводорода и элементарной серы. Непредельные углеводороды полимеризуются под действием H2SO4. Смолы также полимеризуются с образованием асфальтенов, часть из которых растворяются в H2SO4, а большая часть уплотняется с образованием кислого гудрона. Серная кислота также является сильнейшим оксидантом:
В результате щелочной очистки удаляются органические кислоты и активные сернистые соединения:
RCOOH + NaOH > RCOONa + H2O ?
H2S + 2 NaOH > Na2S + 2 H2O ?
RSH + NaOH > RSNa + H2O
нефть состав растворитель переработка
Образуемые продукты осаждаются и удаляются из очищаемого нефтепродукта. Затем нефтепродукт промывается водой для удаления непрореагировавшей щелочи NaOH.
Селективная очистка полярными растворителями заключается в использовании растворителей (нитробензол, фурфурол, фенол), которые растворяют сернистые, азотистые, соединения и полициклические ароматические углеводороды, переводя их в осадок, не растворяя другие соединения.
Селективная очистка неполярными растворителями (жидкий пропан и бутан) предназначена для удаления остатков переработки нефти - гудрона, асфальтенов и получила название деасфальтизация.
Процесс адсорбционной очистки заключается в селективной (избирательной) адсорбции порами адсорбентов (поглотителей) органических кислот, смол, непредельных углеводородов, остатков H2SO4, кислого гудрона, нитробензола, фурфурола и фенола. В качестве адсорбентов используются отбеливающие глины - Гумбрин, Нальчикин, Трепел и др.
Могут использоваться и синтетические адсорбенты, например алюмосиликаты.
Процесс депарафинизации предназначен для удаления из нефтепродуктов парафиновых углеводородов с большой молекулярной массой и состоит в смешении нефтепродукта с ацетоном CH3COOH3 c последующим охлаждением смеси до минус 40 - минус 50 ОС и фильтрацией образовавшихся кристаллов парафиновых углеводородов.
Гидроочистка - один из современных методов очистки, который заключается в трансформации соединений, содержащих серу, азот и кислород под действием водорода, повышенной температуры (300 - 400ОС) и давления (2 - 5 Мра), а также в присутствии катализаторов (алюмокобальтмолибденовых или алюмоникельмолибденовых) в легко удаляемые газообразные продукты:
RCOOH + H2 > RCOH + H2O ?
C2H5N + H2 > NH3 + C2H4 ?
RSH + H2 > RH + H2S ?
RSR +2 H2 > 2RH + H2S
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Задачи и цели переработки нефти. Топливный, топливно-масляный и нефтехимический варианты переработки нефти. Подготовка нефти к переработке, ее первичная перегонка. Методы вторичной переработки нефти. Очистка нефтепродуктов. Продукты переработки нефти.
курсовая работа [809,2 K], добавлен 10.05.2012Общие сведения о нефти: физические свойства, элементный и химический состав, добыча и транспортировка. Применение и экономическое значение нефти. Происхождение углеводородов нефти. Биогенное и абиогенное происхождение. Основные процессы нефтеобразования.
реферат [37,8 K], добавлен 25.02.2016Химический состав нефти, влияние каждого из компонентов на ее качество. Строение нафтеновых углеводородов и их отличие от парафиновых. Химическая активность алкенов и алкaдиенов. Детонационная стойкость бензина, октановое число и методы его повышения.
контрольная работа [27,6 K], добавлен 22.09.2011Характеристика физических и химических свойств нефти, ее добыча, состав и виды фракций при перегонке. Особенности переработки нефти, сущность каталитического крекинга и коксования. Применение нефти и экологические проблемы нефтеперерабатывающих заводов.
презентация [329,5 K], добавлен 16.05.2013Сущность нефтеперерабатывающего производства. Разделение нефтяного сырья на фракции. Переработка фракций путем химических превращений содержащихся в них углеводородов и выработка компонентов товарных нефтепродуктов. Атмосферно-вакуумная перегонка нефти.
презентация [157,1 K], добавлен 29.04.2014Состав и структура нефти. Ее физические и химические свойства. Характеристика неуглеводороднных соединений. Расчет удельной теплоёмкости нефти. Порфирины как особые органические соединения, имеющие в своем составе азот. Методы классификация нефти.
презентация [1,5 M], добавлен 04.05.2014Индексация нефтей для выбора технологической схемы и варианта ее переработки. Физические основы дистилляции нефти на фракции. Установки первичной перегонки нефти. Технологические расчеты процесса и аппаратов. Характеристика качества нефтепродуктов.
курсовая работа [684,7 K], добавлен 25.04.2013Цель дисциплины "Химия нефти". История и основные направления развития химии и физики органических веществ. Характеристика групп углеводородов нефти. Гипотеза органического происхождения нефти из органического вещества, рассеянного в осадочных породах.
реферат [1,1 M], добавлен 06.10.2011Сущность экологических проблем, вызванных аварийными разливами нефти и нефтепродуктов, увеличением продуктов полимерных отходов. Способы получения полиолефиновых порошков, их особенные свойства. Разработка технологии получения сорбентов нефти из отходов.
статья [464,4 K], добавлен 22.02.2010Понятие, состав и ключевые методы добычи нефти. Основные источники солей в нефти. Кондуктометрический метод определение количества солей в топливе. Спектральный метод анализа. Диэлькометрический и радиоизотопный методы измерения солесодержания в нефти.
презентация [873,3 K], добавлен 19.02.2016