Тема.Нафта. способи переробки нафти

Мета лекції: Дати поняття про склад нафти, способи переробки нафти (перегонка, крекінг), продукти переробки нафти, їх характеристика.

Матеріал лекції сприяє формуванню наступних компетенцій: загально-наукові компетентності КЗН-4 (Базові знання фундаментальних наук в обсязі, необхідному для освоєння загально-професійних дисциплін); Інструментальні компетентності КІ-5 (Усне і письмове спілкування рідною мовою); Системні компетентності (застосувати свої знання на практиці) КС-1

В процесі вивчення теми: «Нафта. способи переробки нафти» курсант повинен отримати:

Знання про:

- склад нафти;

- способи переробки нафти;

- фракції, які утворюються в результаті перегонки нафти;

- очищення нафтопродуктів;

- детонаційна стійкість бензину

План лекції.

1. Нафта як сировина рідких палив і масел.

2. Способи переробки нафти:

- перегонка нафти;

- крекінг нафти.

3. Характеристика фракцій, які утворюються в результаті перегонки нафти.

4. Детонаційна стійкість бензинів.

 

Нафта – це пальна масляниста рідина зі специфічним запахом, розповсюджена в осадовій оболонці Землі і яка є найважливішою корисною копалиною. [8] Це горюча рідка корисна копалина, складна суміш, головним чином складається з вуглеводнів, з домішкою органічних сірчистих, азотних та смолистих речовин. Нафта являє собою маслянисту рідину червоно-коричневого, іноді майже чорного кольору; зустрічається слабозафарбована у жовто-зелений колір та іноді зовсім безкольорова нафта.

Найголовнішою властивістю нафти, які принесли їй світову славу виняткових енергоносіїв, є її здатність виділяти при згорянні значну кількість тепла.

Сира нафта звичайно не застосовується. Для одержання з нафти технічно цінних продуктів її піддають переробці.

Існує ряд думок як про вихідні для нафти речовини, так і про причини і процеси, що обумовлюють її утворення. Більшість дослідників в прихильниками гі­потези органічного походження нафти. За цією гіпотезою, нафта — продукт складних перетворень у земній корі рослинних і тваринних залишків, похованих в осадках давніх морів. Припуска­ють, що в процесі ущільнення донних морських осадів розсіяні в материнських породах нафто­ві вуглеводні видавлюються разом з водою і переміщуються у пористі породи — колекто­ри. Різниця в матеріалі, з якого утворюва­лась нафта, надалі могла бути однією з причин утворення різних видів нафти. Існують також припущення, що нафта — продукт реакцій неор­ганічного синтезу, які відбуваються в глибо­ких зонах земної кори та у верхній частині мантії Землі. За іншими гіпотезами, наф­тові вуглеводні належать до первинної кос­мічної субстанції (поряд з залізом, силікатами і водою), яка ввійшла до складу земної кулі під час формування планет сонячної системи.

Т.Л. Гинзбург-Карагічева, що відкрила присутність у нафті різноманітних мікроорганізмів, привела у своїх дослідженнях багато нових, цікавих зведень. Вона установила, що в нафтах, що раніше вважалися отрутою для бактерій, на великих глибинах йде кипуче життя, що не припинялося мільйони років підряд. Цілий ряд бактерій живе в нафті і харчується нею, змінюючи, таким чином, хімічний склад нафти.

Академік И.М.Губкін у своїй теорії нафтоутворення додавав цьому відкриттю велике значення. Т.Л. Гинзбург-Карагічевой установлено, що бактерії нафтових шарів перетворюють різні органічні продукти в бітумінозні. Під дією ряду бактерій відбувається розкладання органічних речовин і виділяється водень, необхідний для перетворення органічного матеріалу в нафту.

Академіком Н.Д.Зелінським, професором В.А.Соколовим поруч з іншими дослідниками велике значення в процесі нафтоутворення надавалось радіоактивним елементам. Дійсно, доведено, що органічні речовини під дією альфа-променів розпадаються швидше і при цьому утворюється метан і ряд нафтових вуглеводнів. Академік Н.Д.Зелінський і його учні установили, що велику роль у процесі нафтоутворення грають каталізатори.

У більш пізніх роботах академік Н.Д. Зелінський довів, що вхідні до складу тваринних і рослинних залишків пальмитова, стеаринова й інша кислоти при впливі хлористого алюмінію в умовах порівняно невисоких температур (150-400о) утворять продукти, по хімічному складі, фізичним властивостям і зовнішньому вигляду схожі на нафту. Професор А.В. Фрост установив, що замість хлористого алюмінію - каталізатора, відсутнього в природі, - його роль у процесі нафтоутворення грають звичайні глини, глинисті вапняки й інші породи, що містять глинисті мінерали.

Нафта здатна переміщуватися разом із своїми супутниками (вуглеводневими газами і водою) по тріщинах, розривах і пористих породах. Потрапляючи в природні пастки (перегини складок, виклинювання пористої верстви тощо), нафта скупчуєть­ся в них, тобто утворюються її родовища, що можуть бути об'єктом промислової експлуатації. Родовища нафти звичайно містяться в пісках, пісковиках і пористих або кавернозних вап­няках (в поровому просторі осадових порід), а також у порожнинах і тріщинах щільних кристалічних та метаморфічних порід. Обов’язковими супутниками нафти є газ і мінералізо­вані води.

 

СКЛАД НАФТИ ТА ЇЇ КЛАСИФІКАЦІЯ

До складу нафти входять насичені вуглеводні (парафіни), ароматичні вуглеводні, нафтени, а також органічні сполуки, що містять азот, кисень, сірку, деякі метали (залізо, ванадій, кобальт, мідь тощо).

Парафінові вуглеводні:

Представлені вуглеводнями від пентану до гексадекану (С₁₆). Містяться в нафті у вигляді ізомерів. Парафінові вуглеводні з великою кількістю відгалужень надають високу якість бензину, тоді як парафіни нормальної будови знижують якість моторного палива. Температура плавлення коливається від 40 до 70 ^оС.

Нафтенові вуглеводні - насичені вуглеводні циклічної будови. Характерними для нафти є п’яти- та шестичленні цикли, хоча в високо кип’ячих фракціях зустрічаються сполуки більш складної будови. Використовуються для отримання адипінової кислоти НООС(СН₂)₄СООН – вихідної речовини для отримання синтетичних волокон.

Ароматичні вуглеводні – представлені головним чином бензеном та його гомологами – толуеном та оксигеном.

Інші сполуки нафти. Вміст оксигену в нафті складає близько 1% - феноли, ароматичні кислоти.

Сульфурвмісні речовини – меркаптан RSH, сульфіди, дисульфіди.

Класифікація нафти – розподілення її за групами на основі певних ознак для вибору оптимальної системи переробки.

Залежно від переважного вмісту вуглеводнів того чи іншого кла­су розріз­няють такі основні види нафти:

1) метанова нафта, яка складається переважно з нерозгалужених алканів;

2) нафтенова нафта, яка складається в основному з циклічних неароматичних вуглеводнів – циклоалканів, або нафтенів;

3) змішана нафта, яка включає суміш алканів, нафтенів і ароматич­них вуглеводнів. Змішана нафта зустрічається найчастіше.

Також існують класифікації нафти, в основу якої покладено інші ознаки: щільність, вміст окремих компонентів (сульфуру), температура кипіння фракцій і ін.

 

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

При переробці нафти протікають складні процеси, для керування якими потрібно знати хімічні та фізичні властивості нафти. До основних фізико-хімічних показників нафти відносяться:

Густина – використовують показник відносної густини – відношення густини нафтопродуктів при температурі 20 ^оС до густини води при 4 ^оС. Густина нафти залежить від вмісту в ній легких фракцій.

Молекулярна маса – розраховується як середнє значення, так як нафта – це суміш нафтопродуктів.

М=60 + 0, 3t + 0, 01t

t – температура кипіння фракції.

В’язкість – опір, який здійснює один шар рідини переміщенню іншого під впливом зовнішніх сил. Залежить від температури. Зі зменшенням температури в’язкість збільшується.

Температура спалаху – температура, при якій пари нафтопродукту спалахують від відкритого полум’я.

Температура загоряння – температура, при якій нафтопродукт загоряється і продовжує горіти в присутності джерела вогню. Температура, при якій нафтопродукт при контакті з повітрям загоряється без використання полум’я, називається температурою самозагоряння.

 

ВИДОБУТОК НАФТИ ТА ЇЇ ТРАНСПОРТУВАННЯ

Видобуток нафти –сукупність технологічних прийомів видобування з земних надр нафти та супутніх їй газів, збирання цих продуктів і попереднього очищення їх від води та твердих домішок.

Нафта залягає у нафтовмісних пластах (пе­реважно піщаних), які часто містять ще й наф­тові води та нафтовий газ. Газ заповнює верх­ню частину пласта, утворюючи так звану газову шапку, нафта підстеляє газ, вода — нафту. В більшості нафтоносних пластів нафта пере­буває під так званим пластовим тиском, який зумовлюється:

а) тиском води, що оточує нафту;

б) тиском газу у газовій шапці;

в) тис­ком газу, розчиненого у нафті;

г) вагою нафти.