Реферат: Нефть

Важнейшим источником полученияразличных углеводородов в промышленности является нефть.

Физические свойства нефти и нахождение её вприроде. Нефть представляет собой маслянистую жидкость обычно тёмного цветасо своеобразным запахом. Она немного легче воды и в воде не растворяется.

/>

Рисунок 1. Геологический разрезнефтеносной местности.

Нефть залегает в земле,заполняя пустоты между частицами различных горных пород (рис. 1). Для добыванияеё бурят сква­жины (рис. 2). Если нефть богата газами, она под давлением ихсама поднимается на поверхность, если же давление газов для этого недостаточно,в нефтяном пласту создают искусственное давление путём нагнетания туда газа,воздуха или воды (рис. 3).

В царской России нефть добывалась почтиисключительно на Кавказе (Баку, Грозный). За годы советской власти разведано ивведено в эксплуатацию много новых месторождений. Между Вол­гой и Ураломоткрыто «Второе Баку» — громадный нефтеносный район, значительно превосходящийпо площади бакинское месторождение.   Богаты    нефтью   также  месторождения:    Эмбенское, Дагестанское, Западноукраинское,  Сахалинское,Ухтинское и др. За   годы   советской власти  произошёл   грандиозный рост до­бычи   нефти   в   стране.

/>

Рисунок 2.Наклонное бурениескважин позволяет добывать нефть из-под водоёмов и капитальных сооружений.

Состав нефти. Если нефть нагревать в приборе,изображённом на рисунке 4, то можно заметить, что она кипит и перегоняется непри постоянной температуре, что характерно для чистых веществ, а в широкоминтервале температур. Это значит, что нефть пред­ставляет собой неиндивидуальное вещество, а смесь веществ. При нагревании нефти сначалаперегоняются вещества с меньшим молекулярным весом, обладающие более низкойтемпературой ки­пения, затем температура смеси постепенно повышается, и начи­наютперегоняться вещества с большим молекулярным весом, имею­щие более высокуютемпературу кипения, и т. д.

/>

Рисунок 3.Нефтьподнимается под давлением нагнетаемой в пласт

В состав нефти входят главнымобразом углеводороды. Основ­ную массу её составляют жидкие углеводороды, в нихрастворены газообразные и твёрдые углеводороды.

/>

Рисунок 4. Перегонка   нефти в лаборатории.

Состав нефти различныхместорождений неодинаков. Грознен­ская и западноукраинская нефть состоятглавным образом из пре­дельных углеводородов. Бакинская нефть состоитпреимущест­венно из циклических углеводородов — цикланов. Цикланы — этоуглеводороды, отличающиеся по своему строению от предельных тем, что содержатзамкнутые цепи (циклы) углеродных атомов, например:

/>

Цикланы были открыты в нефти и изученывыдающимся учени­ком А. М. Бутлерова, профессором Московского университета В.В. Map ков пиковым.

Нефтепродукты и ихприменение. Так ках нефть— это смесь углеводородов различного молекулярного веса, имеющих разныетемпературы кипения, то перегонкой её разделяют на отдельные нефтепродукты(рис. 5): бензин, содержащий наиболее лёгкие углеводороды, кипящие от 40до 200°, с числом атомов углерода в молекулах от 5 до 11; лигроин, содержащийуглеводороды с большим числом атомов углерода, с темп, кипения от 120 до 240°; керосинс темп, кипения от 150 до 310° и, далее, соляровое масло. Послеотгонки из нефти этих продуктов остаётся вязкая чёрная жидкость — мазут.

/>

Рисунок 5. Температура кипения     различных видовтоплива,  получаемых из нефти.

/>

Рисунок 6. Важнейшие продукты, получаемые из нефти.

Бензин применяется в качествегорючего для двигателей внут­реннего сгорания. В зависимости от назначения онподразделяется на два основных сорта: авиационный и автомобильный. Бензин ис­пользуетсятакже в качестве растворителя масел, каучука, для очистки тканей от жирныхпятен и т. п. Керосин применяется как горючее для тракторов. Он используетсятакже для освещения. Соляровое масло применяется в качестве горючего длядизелей.

Из мазута путём дополнительнойперегонки получают смазоч­ные масла для смазки различных механизмов. Перегонкуведут под уменьшенным давлением, чтобы снизить температуру кипенияуглеводородов и избежать разложения их при нагревании.

После перегонки мазутаостаётся нелетучая тёмная масса — гудрон, идущая на асфальтированиеулиц. Важнейшие продукты, получаемые из нефти, указаны в таблице (рис. 6).

Из некоторых сортов нефтивыделяют твёрдые углеводороды — так называемый парафин (идущий,например, на изготовление све­чей) и смесь жидких углеводородов с твёрдыми — вазелин.

Кроме переработки на смазочныемасла, мазут применяется в качестве топлива в заводских и паровозных топках, вкоторые ом подаётся при помощи форсунок. Большие количества мазута подвергаютсяхимической переработке в бензин и другие виды топлива.

Перегонка нефти. Сначалаперегонку нефти в промышленности производили по тому же принципу, что и вописанном выше лабо­раторном опыте. Нефть нагревали в особых резервуарах — «ку­бах»,выделяющиеся пары отбирали в определённых интервалах температур иконденсировали, получая таким образом бензин, керосин и другие нефтепродукты.Но когда сильно возросла по­требность в жидком топливе, такой способ оказалсяневыгодным, та к как он требовал много времени и большого расхода топлива на на­греваниенефти, не обеспечивал высокой производительности и до­статочно хорошегоразделения нефти на отдельные нефтепродукты.

В настоящее время перегонкунефти в промышленности произ­водят на непрерывно действующих так называемыхтрубчатых установках (рис. 7), отвечающих требованиям современного про­изводства.Установка состоит из двух сооружений — трубчатой печи для нагрева нефти иректификационной колонны для разде­ления нефти на отдельные продукты.

Трубчатая печь представляетсобой помещение, выложенное внутри огнеупорным кирпичом. Внутри печи расположенмного­кратно изогнутый стальной трубопровод. Печь обогревается горя­щиммазутом, подаваемым в неё при помощи форсунок. По трубо­проводу непрерывно, спомощью насоса, подаётся нефть. В нём она быстро нагревается до 300—325° и ввиде смеси жидкости и пара поступает далее в ректификационную колонну.

Ректификационная колонна имеетвнутри ряд горизонтальных перегородок с отверстиями — так называемых тарелок.Пары нефти, поступая вколонну, поднимаются вверх и проходят через отверстия в тарелках. Постепенноохлаждаясь, они сжижаются на тех или иных тарелках в зависимости от температуркипения. Углеводороды, менее летучие, сжижаются уже на первых тарелках, образуясоляровое масло; более летучие углеводороды собираются выше и образуют керосин;ещё выше собирается лигроин; наиболее летучие углеводороды выходят в виде паровиз колонны и образуют бензин. Часть бензина подаётся в колонну в виде орошениядля охлаждения и конденсации поднимающихся паров. Жидкая часть нефти,поступающей в колонну, стекает по тарелкам вниз, обра­зуя мазут. Чтобыоблегчить испарение летучих углеводородов, задерживающихся в мазуте, снизунавстречу стекающему мазуту подают перегретый пар.

/>

Рисунок 7. Схема трубчатой установки для непрерывнойперегонки нефти.

Устройство тарелоксхематически изображено на рисунке 8. Отверстия в тарелках, через которыепроходят поднимающиеся кверху пары, имеют небольшие патрубки, покрытые сверхукол­пачками с зубчатыми краями. Через зазоры, образующиеся в местесоприкосновения колпачка с тарелкой, и проходят вверх пары углеводородов.Пробулькивая через жидкость на тарелке, пары охлаждаются, вследствие чегонаименее летучие составные части их сжижаются, а более летучие увлекаются на следующиетарелки. Жидкость, находящаяся на тарелке, нагревается проходящими парами,вследствие чего летучие углеводороды из неё испаряются и поднимаются кверху.Избыток жидкости, собирающейся на та­релке, стекает по переточной трубке нанижерасположенную тарелку, где проходят аналогичные явления. Процессы испаренияи конденсации, многократно повторяясь на ряде тарелок, приво­дят к разделениюнефти на нужные продукты.

Крекинг нефти. При перегонкенефти выход бензина составляет лишь 10—15%. Такое количество бензина не можетудовлетворить всё возрастающий спрос на него со стороны авиации и автомобиль­ноготранспорта. Источником получения из нефти дополнительного количества бензинаявляется крекинг-процесс.

Если в нагреваемую на силь­номпламени трубку (заполнен­ную железными стружками для улучшения теплопередачи)пус­кать из воронки по каплям керосин или смазочное масло, очищенные отнепредельных уг­леводородов (рис. 9), то в U-образной трубке вскоре будет собираться жидкость, а в цилин­дренад водой — газ. Получен­ная жидкость, в отличие от взя­той для реакции,обесцвечивает бромную воду, т. е. содержит непредельные соединения. Соб­ранныйгаз хорошо горит и так­же обесцвечивает бромную воду.

Результаты опыта объясня­ютсятем, что при нагревании произошёл распад углеводородов, например:

/>

Рисунок 8. Схемаустройства тарелок ректификационной колонны.

/>

Образовалась смесь предельныхи непредельных углеводородов с меньшими молекулярными весами, аналогичнаябензину.

Получившиеся жидкие веществачастично могут разлагаться далее, например:

/>

Эти реакции приводят кобразованию   газообразных веществ.

Процесс химического разложенияуглеводородов нефти на более, летучие вещества называется крекингом (крекинг — расщепление). Крекинг даётвозможность повысить выход бензина из нефти до 50% и более.

Крекинг-процесс был изобретёнрусским инженером В. Г. Шу­ховым в 1891 г. Сначала этим изобретениемвоспользовались американские фирмы. В России крекинг-процесс получил промыш­ленноеприменение после Великой Октябрьской социалистиче­ской революции (рис. 10).

/>

Рисунок 9. Крекингкеросина (лабораторный опыт).

Существуют два вида крекинга —термический, когда расщеп­ление углеводородов производится при высокойтемпературе, и каталитический, идущий при повышенной температуре с приме­нениемкатализаторов.

/>

Рисунок 10. Общий вид крекинг-завода.

Термический крекингосуществляют, пропуская иефшпродукгы, например мазут, через трубчатую печь (см.выше), где они нагре­ваются примерно до 500° под давлением в несколько десятковатмосфер. Чтобы разделить образующуюся смесь жидких и газо­образныхуглеводородов, продукты крекинга направляют в ректи­фикационную колонну, спринципом действия которой мы уже знакомы.

Бензин термического крекингасущественно отличается от бен­зина прямой гонки тем, что со держит в своёмсоставе непредельные углеводороды.

Каталитический крекингосуществляют, пропуская пары тяжё­лых углеводородов в реакторы, заполненныекатализатором (зёрна алюмосиликатов). Продукты крекинга из реактора поступаютна ректификацию. Применение ката­лизаторов позволяет проводить крекинг приболее низких темпе­ратурах и давлении, направлять его в сторону образованиянаибо­лее ценных продуктов и получать бензин высокого качества.

Газы крекинга содержат разно­образныепредельные и непредель­ные углеводороды (рис. 11), что делает их ценным сырьёмдля орга­нического синтеза. По решению XX съезда Коммунистической пар­тии одной из важнейших задачхимической и нефтяной промыш­ленности в шестой пятилетке яв­ляется резкоеповышение использо; вания нефтяных, природных газов и нефтепродуктов для произ­водствасинтетического каучука, спирта, моющих средств и других химических продуктов.

/>

Рисунок 11. Примерный  составгазов термического крекинга   нефти.