НЕФТЬ И ГАЗ
Нефть (из тур. neft, от персидск. нефт) — природная маслянистая горючая жидкость со специфическим запахом, состоящая в основном из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы и некоторых других химических соединений. Относится к каустобиолитам (ископаемое топливо). Подавляющая часть месторождений нефти приурочена к осадочным породам. Цвет нефти варьирует в буро-коричневых тонах (от грязно-жёлтого до тёмно-коричневого, почти чёрного), иногда она бывает чисто чёрного цвета, изредка встречается нефть окрашенная в светлый жёлто-зелёный цвет и даже бесцветная, а также насыщенно-зелёная нефть.
Состав нефти
Геология нефти Заключающие нефть породы обладают сравнительно высокой пористостью и достаточной для её извлечения проницаемостью. Породы, допускающие свободное перемещение и накопление в них жидкостей и газов, называются коллекторами. Пористость коллекторов зависит от степени отсортированности зёрен, их формы и укладки, а также и от наличия цемента. Проницаемость определяется размером пор и их сообщаемостью. Главнейшими коллекторами нефти являются пески, песчаники, конгломераты, доломиты, известняки и другие хорошо проницаемые горные породы, заключённые среди таких слабопроницаемых пород, как глины или гипсы. При благоприятных условиях коллекторами могут быть трещиноватые метаморфические и изверженные породы, находящиеся в соседстве с осадочными нефтеносными породами. Весьма продолжительное время (со 2 -й половины XIX в. ) геологи полагали, что нефтяные залежи приурочиваются почти исключительно к антиклинальным складкам, и только в 1911 И. М. Губкиным был открыт в Майкопском районе новый тип залежи, приуроченной к аллювиальным пескам и получившей название «рукавообразной» . Спустя более 10 лет подобные залежи были обнаружены в США. Дальнейшее развитие разведочных работ в СССР и в США завершилось открытием залежей, связанных с соляными куполами, приподнимающими, а иногда и протыкающими осадочные толщи. Изучение нефтяных месторождений показало, что образование нефтяных залежей обусловлено различными структурными формами изгибов пластов, стратиграфическими соотношениями свит и литологическими особенностями пород. Предложено несколько классификаций месторождений и залежей нефти как в России, так и за рубежом. Нефтяные месторождения различаются друг от друга по типу структурных форм и условиям их образования. Залежи нефти и газа различаются друг от друга по формам ловушек-коллекторов и по условиям образования в них скоплений нефти.
Химический состав нефти Нефть представляет собой смесь около 1000 индивидуальных веществ, из которых большая часть — жидкие углеводороды (> 500 веществ или обычно 80— 90 % по массе) и гетероатомные органические соединения (4— 5 %), преимущественно сернистые (около 250 веществ), азотистые (> 30 веществ) и кислородные (около 85 веществ), а также металлоорганические соединения (в основном ванадиевые и никелевые); остальные компоненты — растворённые углеводородные газы (C 1 -C 4, от десятых долей до 4 %), вода (от следов до 10 %), минеральные соли (главным образом хлориды, 0, 1— 4000 мг/л и более), растворы солей органических кислот и др. , механические примеси.
Переработка нефти Первый завод по очистке нефти был построен в России в 1745 году, в период правления Елизаветы Петровны, на Ухтинском нефтяном промысле. В Санкт. Петербурге и в. Москве тогда пользовались свечами, а в малых городах — лучинами. Но уже тогда во многих церквях горели неугасаемые лампады. В них наливалось горное масло, которое было не чем иным, как смесью очищенной нефти с растительным маслом. Купец Набатов был единственным поставщиком очищенной нефти для соборов и монастырей. В конце XVIII столетия была изобретена лампа. С появлением ламп возрос спрос на керосин. Очистка нефти — удаление из нефтепродуктов нежелательных компонентов, отрицательно влияющих на эксплуатационные свойства топлив и масел. Химическая очистка производится путём воздействия различных реагентов на удаляемые компоненты очищаемых продуктов. Наиболее простым способом является очистка 92 -96 % серной кислотой или олеумом, применяемая для удаления непредельных и ароматических углеводородов. Физико-химическая очистка производится с помощью растворителей, избирательно удаляющих нежелательные компоненты из очищаемого продукта. Неполярные растворители (пропан и бутан) используются для удаления из остатков переработки нефти (гудронов) ароматических углеводородов (процесс деасфальтации). Полярные растворители (фенол и др. ) применяются для удаления полициклических ароматических углеродов с короткими боковыми цепями, сернистых и азотистых соединений из масляных дистиллятов. При адсорбционной очистке из нефтепродуктов удаляются непредельные углеводороды, смолы, кислоты и др. Адсорбционную очистку осуществляют при контактировании нагретого воздуха с адсорбентами или фильтрацией продукта через зерна адсорбента. Каталитическая очистка — гидрогенизация в мягких условиях, применяемая для удаления сернистых и азотистых соединений.
Продукты нефтепереработки
Газ Газ (газообразное состояние) (от нидерл. gas, восходит к др. -греч. χάος) — одно из четырех агрегатных состояний вещества, характеризующееся очень слабыми связями между составляющими его частицами (молекулами, атомами или ионами), а также их большой подвижностью. Частицы газа почти свободно и хаотически движутся в промежутках между столкновениями, во время которых происходит резкое изменение характера их движения. Так же термин «газ» можно определить как вещество, температура которого равна или превышает критическую точку, при такой температуре сжатие газа не приводит к образованию жидкости. В этом и заключается отличие газа от пара. При повышении давления насыщенный пар частично превращается в жидкость, газ нет. Газообразное состояние вещества в условиях, когда возможно существование устойчивой жидкой или твёрдой фазы этого же вещества, обычно называется паром. Подобно жидкостям, газы обладают текучестью и сопротивляются деформации. В отличие от жидкостей, газы не имеют фиксированного объёма[1] и не образуют свободной поверхности, а стремятся заполнить весь доступный объём (например, сосуда).
ОСНОВНЫЕ ПРОДУКТЫ ПО СЕКТОРАМ ГАЗОХИМИИ ПРИРОДНЫЙ ГАЗ ЭТАН, ПРОПАН, БУТАНЫ МЕТАНОЛ И ДИМЕТИЛОВЫЙ ЭФИР ОЛЕФИНЫ (ЭТИЛЕН, ПРОПИЛЕН, БУТИЛЕНЫ) АММИАК КАРБАМИД АЦЕТИЛЕН ПРОДУКЦИЯ ПРОЦЕССОВ «ГАЗ В ЖИДКОСТЬ» ЭТИЛЕН, ПРОПИЛЕН ПОЛИЭТИЛЕН, ПОЛИПРОПИЛЕН ЖИРНЫЕ СПИРТЫ ПЛАСТИКИ (ПС, ПЭТФ)
Природные горючие и нефтяные попутные газы
Сосуществование с жидкостью В определенном диапазоне температур и давления газовая и жидкая фаза одного и того же вещества могут сосуществовать. Часть молекул газа переходит в жидкость, которая имеет большую плотность, следовательно плотность газа над поверхностью жидкости может оставаться ниже. Газ над поверхностью жидкости называют паром.
Закон Авогадро — одинаковые объёмы любых газов при одинаковом давлении и температуре содержат одинаковое число молекул. Этот закон был открыт на основе опытов по химии итальянским ученым Амедео Авогадро в 1811 году. Закон касается слабо сжатых газов (например, газов под атмосферным давлением). В случае сильно сжатых газов считать его справедливым нельзя. Закон Авогадро означает, что давление газа при определенной температуре зависит только от числа молекул в единице объёма газа, но не зависит от того, какие это молекулы. Количество вещества, содержащее число граммов, равное его молекулярной массе, называется грамм-молекулой или молем. Из сказанного следует, что моли разных веществ содержат одинаковое число молекул. Число молекул в одном моле вещества, получившее название «число Авогадро» , является важной физической величиной. По ГОСТ 3651. 2 -97 значение постоянной Авогадро принимается: NA = 6, 0221367 · 10 23 ± 0, 0000036 · 10 23 моль− 1 число Авогадро по данным CODATA− 2010 равна NA = 6, 02214129 · 10 23 ± 0, 00000027 · 10 23 моль− 1 Для определения постоянной Авогадро были сделаны многочисленные и разнообразные исследования (броуновского движения, явлений электролиза и др. ). , которые привели к достаточно согласованным результатам и является ярким свидетельством реальности молекулярного строения вещества.
Кинетическая теория дает представление о макроскопических свойствах газов, рассматривая их молекулярное строение и движение молекул. Начиная с определения импульса и кинетической энергии, можно используя закон сохранения импульса и геометрические зависимости связать макроскопические свойства системы (температуру и давление) с микроскопическими свойствами (кинетической энергии одной молекулы). Кинетическая теория объясняет термодинамические явления, исходя из атомистических представлений. Теория постулирует, что тепло является следствием хаотического движения чрезвычайно большого количества микроскопических частиц (атомов и молекул). Теория объясняет, как газовая система реагирует на внешние воздействия. Например, когда газ нагревается от абсолютного нуля, когда его (классические) частицы абсолютно неподвижны, скорость частиц возрастает с ростом его температуры. Это приводит к большему числу столкновений со стенками емкости каждую секунду за счет более высокой скорости частиц, связанной с повышенными температурами. По мере роста числа столкновений (за единицу времени) возрастает воздействие на поверхность стенки емкости, давление возрастает пропорционально. Успешное объяснение многих законов термодинамики, исходя из положений кинетической теории, стало одним из факторов подтверждения атомарного строения веществ в природе. В современной физике молекулярно-кинетическая теория рассматривается как составная часть статистической механики.
Нефть — сложная многокомпонентная взаиморастворимая смесь газообразных, жидких и твердых углеводородов различного химичского строения с числом углеродных атомов до 100 и более с примесью гетероорганических соединений серы, азота, кислорода и некоторых металлов.
Главную часть нефти составляют три группы углеводородов – алканы, арены и нафтены. В химическом отношении нефть – сложнейшая смесь углеводородов, подразделяющаяся на две группы – тяжелую и легкую нефть. Легкая нефть содержит примерно на два процента меньше углерода, чем тяжелая, зато соответственно, большее количество водорода и кислорода.
Алканы (углеводороды, насыщенные углеводороды, парафины) химически наиболее устойчивы. Их общая формула Сn. H(2 n+2).
К нафтенам относят алициклические углеводороды состава Cn. H 2 n, Cn. H (2 n-2) и Cn. H (2 n-4). В нефти содердится преимущественно циклопентан С 5 Н 10, циклогексан С 6 Н 10 и их гомологи. Арены (ароматические углеводороды). Они значительно беднее водородом, соотношение углерод/водород в аренах самое высокое, намного выше, чем в нефти в целом.
Ресурсы и месторождения нефти Мировые извлекаемые запасы нефти оцениваются в 141, 3 миллиарда тонн. Этих запасов при нынешних объемах добычи нефти хватит на 42 года. Из них 66, 4 % расположено в странах Ближнего и Среднего Востока.
Кроме углеродной части в нефти имеются асфальто-смолистая составляющая, порфирины, сера и зольная часть. К неуглеводородным компонентам нефти относятся смолы и асфальтены, играющие очень важную роль в химической активности нефти
Можно добавить, что геологический сосед нефти – природный газ – тоже непростое по своему составу вещество. Больше всего – до 95% по объему – в этой смеси метана. Присутствуют также этан, пропан, бутаны и другие алканы. Более тщательный анализ позволил обнаружить в природном газе и небольшие количества гелия.
Использование природного газа началось давно, но осуществлялось поначалу лишь в местах его естественных выходов на поверхность. В Дагестане, Азербайджане, Иране и других восточных районах.
В течение многих столетий человек использовал такие подарки природы, но промышленным освоением эти случаи не назовешь. Лишь в середине 19 века природный газ становится технологическим топливом, и одним из первых примеров можно привести стекольное производство, организованное на базе месторождения Дагестанские огни.
Приминение Нефть и газ — уникальные и исключительно полезные ископаемые. Продукты их переработки применяют практически во всех отраслях промышленности, на всех видах транспорта, в военном и гражданском строительстве, сельском хозяйстве, энергетике, в быту и т. д. Из нефти и газа вырабатывают разнообразные химические материалы, такие как пластмассы, синтетические волокна, каучуки, лаки, краски, дорожные и строительные битумы, моющие средства и мн. др.