Реферат: Нефть
ПроисхождениенефтиВопросы об исходномвеществе, из которого образовалась нефть, о процессах нефтеобразования иформирования нефти в концентрированную залежь, а отдельных залежей вместорождения до сего времени ещё не являются окончательно решёнными. Существуетряд мнений как об исходных для нефти веществах, так и о причинах и процессах,обусловливающих её образование. В последние годы благодаря трудам главнымобразом советских геологов, химиков, биологов, физиков и исследователей другихспециальностей удалось выяснить основные закономерности в процессахнефтеобразования. В настоящее время установили, что нефть органическогопроисхождения, т.е. она, как и уголь, возникла в результате преобразованияорганических веществ.
Ранее выдвигались и другиетеории образования нефти.
В конце XIX в.,когда в астрономии и физике получило развитие применение спектральных методовисследования и в спектрах различных космических тел были обнаружены не толькоуглерод и водород, но и углеводороды, русский геолог Н. А. Соколов выдвинулкосмическую гипотезу образования нефти. Он предполагал, что когда земля была вогненно-жидком состоянии, то углеводороды из газовой оболочки проникли в массуземного шара, а впоследствии при остывании выделились на его поверхности. Этагипотеза не объясняет ни географического, ни геологического распределениянефтяных месторождений…
В конце XIXв. Д. И. Менделеевым, обратившим внимание на приуроченность известных тогдаместорождений нефти к краевым частям гор, была выдвинута теория неорганическогопроисхождения нефти. Предполагалось, что углеводороды, образующиеся придействии воды на раскалённые карбиды металлов, проходили по трещинам изглубоких слоёв в зону осадочной оболочки земного шара, где путём их конденсациии гидрогенизации образовались нефтяные месторождения.
Эта теория образованиянефти не получила признания среди геологов и химиков. Трудно представить себеобразование нефти путём действия на карбиды металлов воды океанов,просочившейся в глубину земли по трещинам земной коры, так как эти трещины немогут идти так глубоко.
Кроме того, наличие вземной коре больших залежей карбидов железа, до которых может проникнуть водаокеанов, очень сомнительно.
Количество металлическогожелеза (а не его окислов), которое может попасть из очень глубоких зон наповерхность твёрдой коры, ничтожно. Окислы железа содержать карбиды металлов немогут. Вероятность же наличия карбидов металлов в самом металлическом железетакже крайне незначительна.
Все приведённые вышесоображения говорят о том, что в наружной оболочке космического типа приналичии окислительной обстановки не приходится ожидать образования и сохранениякарбидов железа и других металлов в сколько-нибудь значительных количествах…
М. В. Ломоносов первыйуказал на связь между горючими полезными ископаемыми — углём и нефтью ивыдвинул впервые в мире в середине XVIII в. гипотезу о происхождениинефти из растительных остатков.
Академик В. И. Вернадскийобратил внимание на наличие в нефти азотистых соединений, встречающихся ворганическом мире.
Предшественники академикаИ. М. Губкина, русские геологи Андрусов и Михайловский также считали, что наКавказе нефть образовалась из органического материала. По мнению И. М.Губкина, родина нефти находится в области древних мелководных морей, лагун и заливов.Он считал, что уголь и нефть – члены одного и того же генетического рядагорючих ископаемых.
Уголь образуется в болотахи пресноводных водоёмах, как правило, из высших растений. Нефть получаетсяглавным образом из низших растений и животных, но в других условиях.
Нефть постепеннообразовывалась в толще различных по возрасту осадочных пород, начиная отнаиболее древних осадочных пород – кембрийских, возникших 600 млн. лет назад,до сравнительно молодых – третичных слоёв, сложившихся 50 млн. лет назад.
Накопление органического материала для будущегообразования нефти происходило в прибрежной полосе, в зоне борьбы между сушей иморем…
По вопросу об исходномматериале существовали разные мнения. Некоторые учёные полагали, что нефтьвозникла из жиров погибших животных (рыбы, планктон и др.), другие считали, чтоглавную роль играли белки, третьи придавали большое значение углеводам. Теперьдоказано, что нефть может образоваться из жиров, белков и углеводов, т.е. извсей суммы органических веществ.
И. М. Губкин дал критический анализ проблемыпроисхождения нефти и разделил органические теории на три группы: теории, гдепреобладающая роль в образовании нефти отводится погибшим животным; теории, гдепреобладающая роль отводится погибшим растениям, и, наконец, теории смешанногоживотно-растительного происхождения нефти.
Последняя теория, детальноразработанная И. М. Губкиным, носит название сапропелитовой от слова “сапропель” –глинистый ил – и является господствующей. В природе широко распространены различныевиды сапропелитов.
Различие в исходноморганическом веществе является одной из причин существующего разнообразиянефтей. Другими причинами являются различие температурных условий вмещающихпород, присутствие катализаторов и др., а также последующие преобразованияпород, в которых заключена нефть…
В СССР были проведеныисследования, в результате которых удалось установить роль микроорганизмов вобразовании нефти. Т. Л. Гинзбург-Карагичева, открывшая присутствие в нефтиразнообразнейших микроорганизмов, привела в своих исследованиях много новых,интересных сведений.
Она установила, что внефтях, ранее считавшихся ядом для бактерий, на больших глубинах идёт кипучаяжизнь, не прекращавшаяся миллионы лет подряд.
Целый ряд бактерий живёт внефти и питается ею, меняя, таким образом, химический состав нефти. Академик И.М. Губкин в своей теории нефтеобразования придавал этому открытию большоезначение. Гинзбург-Карагичевой установлено, что бактерии нефтяных пластовпревращают различные органические продукты в битуминозные.
Под действием рядабактерий 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 большоезначение в процессе нефтеобразования придавалось радиоактивным элементам.Действительно, доказано, что органические вещества под действием альфа-лучейраспадаются быстрее и при этом образуются метан и ряд нефтяных углеводородов.
Академик Н. Д. Зелинский иего ученики установили, что большую роль в процессе нефтеобразования играюткатализаторы.
В более поздних работахакадемик Зелинский доказал, что входящие в состав животных и растительныхостатков пальмитовая, стеариновая и другие кислоты при воздействии хлористогоалюминия в условиях сравнительно невысоких температур (150-400о)образуют продукты, по химическому составу, физическим свойствам и внешнемувиду похожие на нефть. Профессор А. В. Фрост установил, что вместо хлористогоалюминия – катализатора, отсутствующего в природе, — его роль в процессенефтеобразования играют обыкновенные глины, глинистые известняки и другиепороды, содержащие глинистые минералы.
Переработка нефти
Перегонка нефти
Как только вода в чайникезакипит, из чайника со свистом начнёт вылетать пар. Если теперь подставитьчайник к окну, то пар тотчас же начнёт конденсироваться на стекле и со стекластанут падать капли дистиллированной, или перегнанной воды. Перегонка нефти основанана том же принципе – сначала нефть испаряется, а затем пары её конденсируют сразделением на погоны – бензиновые, керосиновые и т.д.
Секрет получения светлыхпродуктов из чёрной нефти человек разгадал очень давно. Ещё при Петре Первомпользовались очищенной нефтью.
Первый завод для очистки нефти был построен в Россиина Ухтинском нефтяном промысле. Это было в 1745г., в период царствованияЕлизаветы Петровны. В Петербурге и в Москве тогда для освещения пользовалисьсвечами, а в малых городах и деревнях – лучинами. Но уже и тогда во многихцерквях горели “неугасимые” лампады. В лампады наливалосьгарное масло, которое было не чем иным, как смесью очищенной нефти срастительным маслом.
Купец Набатов былединственным поставщиком очищенной нефти для соборов и монастырей.
В конце XVIIIстолетия была изобретена лампа.
С появлением лампувеличился спрос на керосин.
Когда братья Дубиныпостроили в Моздоке нефтеперегонный завод, свой керосин, называющийся тогдафотогеном, они отправляли в Россию.
И первый, и второй, и всепоследующие нефтеперегонные заводы получали бензин, керосин и другие продуктывыпариванием нефти.
Завод Дубининых был оченьпрост. Котёл в печке, из котла идёт труба через бочку с водой в пустую бочку.Бочка с водой – холодильник, пустая бочка – приёмник для керосина.
На современном заводевместо котла устраивается ложная трубчатая печь. Вместо трубки для конденсациии разделения паров сооружаются огромные ректификационные колонны. А для приёмапродуктов перегонки выстраиваются целые городки резервуаров.
Нефть состоит из смесиразличных веществ (главным образом углеводородов) и потому не имеетопределённой точки кипения. На трубчатках нефть подогревают до 300-325о.При такой температуре более летучие вещества нефти превращаются в пар.
Печи на нефтеперегонныхзаводах особые. С виду они похожи на дома без окон. Выкладываются печи излучшего огнеупорного кирпича. Внутри, вдоль и поперёк, тянутся трубы. Длинатруб в печах достигает километра.
Когда завод работает, по этим трубам с большой скоростью – до двух метров в секунду – движется нефть. Вэто время из мощной форсунки в печь устремляется пламя. Длина языков пламенидостигает нескольких метров.
При температуре 300-325онефть перегоняется не полностью. Если температуру перегонки увеличить,углеводороды начинают разлагаться.
Нефтяники нашли способперегонки нефти без разложения углеводородов.
Вода кипит при 100отогда, когда давление равно атмосфере, или 760 мм. рт. ст. Но она может кипеть,например, и при 60о. Для этого надо лишь понизить давление. Придавлении в 150 мм термометр покажет всего 60о.
Чем меньше давление, темскорее закипает вода. То же самое происходит с нефтью. Многие углеводороды вусловиях атмосферного давления кипят только при 500о. Следовательно,при 325о эти углеводороды не кипят.
А если снизить давление,то они закипят и при более низкой температуре.
На этом законе основанаперегонка в вакууме, т. е. при пониженном давлении. На современных заводахнефть перегоняется или под атмосферным давлением, или под вакуумом, чаще всегозаводы состоят из двух частей – атмосферной и вакуумной. Такие заводы так иназываются атмосферно-вакуумные. На этих заводах получаются одновременно всепродукты: бензин, лигроин, керосин, газойль, смазочные масла и нефтяной битум.Неиспарившихся частей при такой перегонки остаётся гораздо меньше, чем приатмосферной.
Дружнее происходитиспарение нефти, когда в установку вводится пар.
Сложна и интересна работаректификационной колонны. В этой колонне происходит не только разделениевеществ по их температурам кипения, но одновременно производитсядополнительное многократное кипячение конденсирующейся жидкости.
Колонны делаются оченьвысокими – до 40 м. Внутри они разделяются горизонтальными перегородками– тарелками – с отверстиями. Над отверстиямиустанавливаются колпачки.
Смесь углеводородных паровиз печи поступает в нижнюю часть колонны.
Навстречу неиспарившемусяостатку нефти снизу колонны подаётся перегретый пар. Этот пар прогреваетнеиспарившийся остаток и увлекает с собой все лёгкие углеводороды вверхколонны. В нижнюю часть колонны стекает освобождённый от лёгких углеводородовтяжёлый остаток – мазут, а пары одолевают тарелку за тарелкой, стремясь к верхуколонны.
Сначала превращаются вжидкость пары с высокими температурами кипения. Это будет соляровая фракция,которая кипит при температуре выше 300о. Жидкий соляр заливаеттарелку до отверстий. Парам, идущим из печи, теперь приходится пробулькиватьчерез слой соляра.
Температура паров вышетемпературы соляра, и соляр снова кипит.
Углеводороды, кипящие притемпературе ниже 300о, отрываются от него и летят вверх колонны, насекцию керосиновых тарелок.
В соляре, выходящем изколонны, поэтому нет бензина или керосина.
В колоннах бывает 30-40тарелок, разделённых на секции. Через все тарелки проходят пары, на каждой онипробулькивают через слой сконденсировавшихся паров и в промежутках между нимивстречают падающие с верхней тарелки капли лишнего, не убравшегося на верхнюютарелку конденсата.
В колонне непрерывно идётсложная, кропотливая работа. Углеводороды собираются в секциях по температурамкипения. Для каждой группы углеводородов в колонне имеются свои секции и свойвыход.
Углеводороды сгруппируютсяв своей секции только тогда, когда в них не будет углеводородов других температуркипения.
Когда они соберутся вместе,они из колонны выходят в холодильник, а из холодильника – в приёмник.
Из самых верхних секцийколонны идёт не бензин, а пары бензина, так как температура вверху колонны вышетемпературы легко кипящих частей бензина. Пары бензина идут сначала вконденсатор.
Здесь они превращаются вбензин, который направляется также в холодильник, а затем в приёмник.
Крекинг
Крекинг изобрёл русскийинженер Шухов в 1891 г. В 1913 г. изобретение Шухова начали применять вАмерике. В настоящее время в США 65% всех бензинов получается накрекинг-заводах.
Наши нефтяники часторассказывают о судебной тяжбе двух американских фирм.
Около двадцати пяти летназад американская фирма Кросса обратилась в суд с жалобой на то, что фирмаДаббса присвоила её изобретение – крекинг. Фирма Кросса требовала с фирмыДаббса большую сумму денег за “незаконное” использование изобретения.
Суд встал на сторонуКросса. Даббсу приходилось совсем плохо.
Выручил Даббса адвокат. Насуде адвокат заявил:
- Крекинг изобретён не Кроссом, арусским инженером Шуховым.
Шухов тогда был жив.Приехали к нему в Москву американцы и спрашивают:
- Чем вы докажете, что крекингизобретён вами?
Шухов вынул из столадокументы и предъявил американцам. Из документов было ясно, что Шухов свойкрекинг запатентовал за тридцать лет до тяжбы Кросса с Даббсом.
Аппаратура крекинг-заводовв основном та же, что и заводов для перегонки нефти. Это – печи, колонны. Норежим переработки другой. Другое и сырё.
Слово “крекинг” означает расщепление. На крекинг-заводах углеводородыне перегоняются, а расщепляются. Процесс ведётся при более высоких температурах(до 600о), часто при повышенном давлении.
При таких температурахкрупные молекулы углеводородов раздробляются на более мелкие.
Мазут густ и тяжёл, егоудельный вес близок к единице. Это потому, что он состоит из сложных и крупныхмолекул углеводородов.
Когда мазут подвергаетсякрекингу, часть составляющих его углеводородов раздробляется на более мелкие. Аиз мелких углеводородов как раз и составляются лёгкие нефтяные продукты — бензин, керосин.
Мазут – остаток первичнойперегонки. На крекинг-заводе он снова подвергается переработке, и из него, также как из нефти на заводе первичной перегонки, получают бензин, лигроинкеросин.
При первичной перегонкинефть подвергается только физическим изменениям. От неё отгоняются лёгкиефракции, т. е. отбираются части её, кипящие при низких температурах и состоящиеиз разных по величине углеводородов. Сами углеводороды остаются при этомнеизменёнными.
При крекинге нефтьподвергается химическим изменениям. Меняется строение углеводородов. Ваппаратах крекинг-заводов происходят сложные химические реакции. Эти реакцииусиливаются, когда в аппаратуру вводят катализаторы.
Одним из такихкатализаторов является специально обработанная глина. Эта глина в мелкомраздробленном состоянии – в виде пыли – вводится в аппаратуру завода.Углеводороды, находящиеся в парообразном и газообразном состоянии, соединяютсяс пылинками глины и раздробляются на их поверхности. Такой крекинг называетсякрекингом с пылевидным катализатором. Этот вид крекинга теперь широкораспространяется.
Катализатор потомотделяется от углеводородов. Углеводороды идут своим путём на ректификацию и вхолодильники, а катализатор – в свои резервуары, где его свойствавосстанавливаются.
Катализаторы – крупнейшеедостижение нефтепереработки.
На крекинг-установках всехсистем получают бензин, лигроин, керосин, соляр и мазут.
Главное внимание уделяютбензину. Его стараются получить больше и обязательно лучшего качества.Каталитический крекинг появился именно в результате долголетней, упорной борьбынефтяников за повышение качества бензина.