Проект по химии нефть Выполнила Ученица 10 В класса

Проект по химии нефть Выполнила: Ученица 10”В” класса Гимназии № 2 Сербина Алёна

Введение Все слышали такое слово – нефть, но мало кто знает что это на самом деле. В этом проекте можно найти ответы на такие вопросы, как : что такое нефть, её свойства, состав, методы исследования нефти, применение, также узнать исторические сведения о нефти и многое другое.

Содержание: • • • 1 Общие сведения 2 Физические свойства нефти 3 Химический состав нефти – 3. 1 Общий состав – 3. 2 Углеводородный состав – 3. 3 Элементный состав нефти и гетероатомные компоненты – 3. 4 Классификация нефти по углеводородному составу 4 Методы исследований нефти 5 Применение 6 Исторические сведения о нефти 7 Развитие учения о нефти и нефтепереработке в России 8 Разведка новых месторождений 9 Запасы 10 Экономическое значение

Общие сведения • • Нефть образуется вместе с газообразными углеводородами обычно на глубине более 1, 2— 2 км; залегает на глубинах от десятков метров до 5— 6 км. Однако на глубинах св. 4, 5— 5 км преобладают газовые и газоконденсатные залежи с незначительным количеством лёгких фракций. Максимальное число залежей нефти располагается на глубине 1— 3 км. Вблизи земной поверхности нефть преобразуется в густую мальту, полутвёрдый асфальт и др. — например, битуминозные пески и битумы. По химической природе и происхождению нефть близка к естественным горючим газам, озокериту, а также асфальту. Иногда все эти горючие ископаемые объединяют под общим названием петролитов и относят к ещё более обширной группе так называемых каустобиолитов — горючих минералов биогенного происхождения, которые включают также ископаемые твёрдые топлива — торф, бурые и каменные угли, антрацит, сланцы. По способности растворяться в органических жидкостях (сероуглероде, хлороформе, спиртобензольной смеси) нефть, как и другие петролиты, а также вещества, извлекаемые этими растворителями из торфа, ископаемых углей или продуктов их переработки, принято относить к группе битумов.

Физические свойства нефти • • • Нефть — жидкость от светло-коричневого (почти бесцветная) до тёмно-бурого (почти черного) цвета (хотя бывают экземпляры даже изумрудно-зелёной нефти). Средняя молекулярная масса 220— 300 г/моль (редко 450— 470). Плотность 0, 65 — 1, 05 (обычно 0, 82— 0, 95) г/см³; нефть, плотность которой ниже 0, 83, называется лёгкой, 0, 831— 0, 860 — средней, выше 0, 860 — тяжёлой. Она содержит большое число разных органических веществ и поэтому характеризуется не температурой кипения, а температурой начала кипения жидких углеводородов (обычно >28 °C, реже ≥ 100 °С в случае тяжелых не фтей) и фракционным составом — выходом отдельных фракций, перегоняющихся сначала при атмосферном давлении, а затем под вакуумом в определённых температурных пределах, как правило до 450— 500 °С, реже 560— 580 °С. Температура застывания от − 60 до + 30 °C; зависит преимущественно от содержания в нефти парафина и лёгких фракций. Вязкость изменяется в широких пределах, определяется фракционным составом нефти и ее температурой (чем она выше и больше количество лёгких фракций, тем ниже вязкость), а также содержанием смолисто-асфальтеновых веществ (чем их больше, тем вязкость выше). Удельная теплоёмкость 1, 7— 2, 1 к. Дж/(кг∙К); удельная теплота сгорания (низшая) 43, 7— 46, 2 МДж/кг; диэлектрическая проницаемость 2, 0— 2, 5; электрическая проводимость от 2∙ 10 -10 до 0, 3∙ 10− 18 Ом− 1∙см− 1.

Химический состав нефти • Общий состав • Углеводородный состав • Элементный состав нефти и гетероатомные компоненты

Общий состав • Нефть представляет собой смесь около 1000 индивидуальных веществ, из которых большая часть — жидкие углеводороды (> 500 или обычно 80— 90 % по массе) и гетероатомные органические соединения (4— 5 %), преимущественно сернистые (около 250), азотистые (> 30) и кислородные (около 85), 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 (частицы глины, песка, известняка).

Углеводородный состав • В основном в нефти представлены парафиновые (обычно 30— 35, реже 40— 50 % по объему) и нафтеновые (25— 75 %), в меньшей — степени соединения ароматического ряда (10— 20, реже 35 %) и смешанного, или гибридного, строения (например, парафино-нафтеновые, нафтено-ароматич. ).

Элементный состав нефти и гетероатомные компоненты • • Наряду с углеводородами в состав нефти входят вещества, содержащие примесные атомы. Серосодержащие — H 2 S, меркаптаны, моно- и дисульфиды, тиофены и тиофаны, а также полициклические и т. п. (70— 90 % концентрируется в остаточных продуктах — мазуте и гудроне); азотсодержащие — преимущественно гомологи пиридина, хинолина, индола, карбазола, пиррола, а также порфирины (большей частью концентрируется в тяжелых фракциях и остатках); кислородсодержащие — нафтеновые кислоты, фенолы, смолистоасфальтеновые и др. вещества (сосредоточены обычно в высококипящих фракциях). Элементный состав (%): С — 82— 87, Н — 11— 14, 5, S — 0, 01— 6 (редко до 8), N — 0, 001— 1, 8, O — 0, 005— 0, 35 (редко до 1, 2) и др. Всего в нефти обнаружено более 50 элементов. Так, наряду с упомянутыми в нефти присутствуют V(10 -5 — 10 -2%), Ni(10 -4 -10 -3%), Cl (от следов до 2 • 10 -2%) и т. д. Содержание указанных соединений и примесей в сырье разных месторождений колеблется в широких пределах, поэтому говорить

Методы исследований нефти • Дистилляция • Схема детализированного анализа

Дистилляция • • Дистилляцию проводят (до 450 °C и выше) на стандартных перегонных аппаратах, снабженных ректификационными колонками (погоноразделительная способность соответствует 20— 22 теоретическим тарелкам). Отбор фракций, выкипающих до 200 °C, осуществляется при атмосферном давлении, до 320 °C — при 1, 33 к. Па, выше 320 °C — при 0, 133 к. Па. Остаток перегоняют в колбе с цилиндрическим кубом при давлении около 0, 03 к. Па, что позволяет отбирать фракции, выкипающие до 540— 580°С. Выделенные в результате дистилляции фракции подвергают дальнейшему разделению на компоненты, после чего различными методами устанавливают их содержание и определяют свойства.

Схема детализированного анализа • • • За рубежом наиболее распространена схема детализированного анализа нефтяных смесей, разработанная Американским горным бюро и Американским нефтяным институтом (метод ISBM-API). По этой схеме, наряду с адсорбционным разделением нефтяной смеси на углеводороды, от них также отделяют с применением соответствующей ионообменной и так называемой лигандообменной хроматографии нафтеновые кислоты и азотсодержащие вещества в виде комплексов с различными соединениями. Результаты исследований закладываются в банки данных информационнопоисковых систем, с помощью которых можно быстро устанавливать типы изучаемых нефтей (по физико-химческим характеристикам и сравнению с аналогами), оценивать выходы и свойства любых заданных (по темепературам кипениям) фракций и др.

Применение • • • Нефть занимает ведущее место в мировом топливно-энергетическом балансе: доля ее в общем потреблении энергоресурсов составляет 48 %. В перспективе эта доля будет уменьшаться вследствие возрастания применения атомной и иных видов энергии, а также увеличения стоимости добычи. В связи с быстрым развитием в мире химической и нефтехимической промышленности потребность в нефти увеличивается не только с целью повышения выработки топлив и масел, но и как источника ценного сырья для производства синтетических каучуков и волокон, пластмасс, ПАВ, моющих средств, пластификаторов, присадок, красителей и др. (более 8 % от объема мировой добычи). Среди получаемых из нефти исходных веществ для этих производств наибольшее применение нашли: парафиновые углеводороды — метан, этан, пропан, бутаны, пентаны, гексаны, а также высокомолекулярные (10— 20 атомов углерода в молекуле); нафтеновые — циклогексан; ароматические углеводороды — бензол, толуол, ксилолы, этилбензол; олефиновые и диолефиновые — этилен, пропилен, бутадиен; ацетилен. Истощение ресурсов нефти, рост цен на нее и др причины вызвали интенсивный поиск заменителей жидких топлив.

Исторические сведения о нефти • • • Нефть известна человечеству с древнейших времён. Раскопками на берегу Евфрата установлено существование нефтяного промысла за 6000— 4000 лет до н. э. В то время её применяли в качестве топлива, а нефтяные битумы — в строительном и дорожном деле. Нефть известна была и Древнему Египту, где она использовалась для бальзамирования покойников. Плутарх и Диоскорид упоминают о нефти, как о топливе, применявшемся в Древней Греции. Около 2000 лет назад было известно о её залежах в Сураханах около Баку. К 16 в. относится сообщение о «горючей воде — густе» , привезённой с Ухты в Москву при Борисе Годунове. Несмотря на то, что начиная с 18 в. , предпринимались отдельные попытки очищать нефть, всё же она использовалась почти до 2 -й половины 19 в. в основном в натуральном виде. На нефть было обращено большое внимание только после того, как было доказано в России заводской практикой братьев Дубининых (с 1823), а в Америке химиком Б. Силлиманом (1855), что из неё можно выделить керосин — осветительное масло, подобное фотогену, получившему уже широкое распространение и вырабатывавшемуся из некоторых видов каменных углей и сланцев. Этому способствовал возникший в середине 19 в. способ добычи нефть с помощью буровых скважин вместо колодцев.

• • • Основы учения о нефти были заложены русскими и продолжены далее советскими учёными. Так Д. И. Менделеев впервые обратил внимание на то, что нефть является важнейшим источником химического сырья, а не только топливом; он посвятил ряд работ происхождению и рациональной переработке нефти. Ему принадлежит известное высказывание: «Сжигать нефть — всё равно, что топить ассигнациями» . Большое значение имели работы В. В. Марковникова (80 -е гг. 19 в. ), посвящённые изучению состава нефти; им был открыт в нефти новый класс углеводородов, названный им нафтенами, и изучено строение многих углеводородов. Л. Г. Гурвич на основании своих исследований, разработал физико-химическую основу очистки нефти и нефтепродуктов и значительно усовершенствовал методы ее переработки. Продолжая работы Марковникова, Н. Д. Зелинский разработал в 1918 каталитический способ получения бензина из тяжёлых остатков нефти. Многие годы в области химии нефти работал С. С. Намёткин; им разработаны методы определения содержания в нефти углеводородов разных классов (определение группового состава) и указаны способы повышения выхода нефтепродуктов. В. Г. Шухов изобрел первую в мире промышленную установку термического крекинга нефти, был автором проекта и главным инженером строительства первого нефтепровода построенного в России (1878), и заложил основы конструирования нефтепроводов, нефтехранилищ и оборудования нефтепереработки.

• • • Цель нефтеразведки — выявление, геолого-экономическая оценка и подготовка к разработке промышленных залежей нефти и газа. Нефтеразведка производится с помощью геологических, геофизических, геохимических и буровых работ, выполняемых в рациональном сочетании и последовательности. Процесс геологоразведочных работ на нефть и газ в СССР подразделяется на два этапа: Поисковый Разведочный

• • • Поисковый этап включает три стадии: региональные геолого-геофизические работы, подготовка площадей к глубокому поисковому бурению и поиски месторождений. На первой стадии поискового этапа в бассейнах с неустановленной нефтегазоносностью либо для изучения ещё слабо исследованных тектонических зон или нижних структурных этажей в бассейнах с установленной нефтегазоносностью проводятся региональные работы. Для этого осуществляются геологическая, аэромагнитная и гравиметрическая съёмки (1: 1 000 — 1 200 000), геохимические исследования вод и пород, профильное пересечение территории электро- и сейсморазведкой, бурение опорных и параметрических скважин. В результате выявляются возможные продуктивные комплексы отложений и нефтегазоносные зоны, даётся количественная оценка прогноза нефтегазоносности, и устанавливаются первоочередные районы для дальнейших поисковых работ. На второй стадии поисков производится более детальное изучение нефтегазоносных зон путём структурно-геологической съёмки, детальной гравиразведки, электроразведки, сейсморазведки и структурного бурения. На третьей стадии поисков производится бурение поисковых скважин с целью открытия месторождений.

• Разведочный этап — завершающий в геологоразведочном процессе. Основная цель этого этапа — подготовка месторождения к разработке. В процессе разведки должны быть оконтурены залежи, определены литологии, состав, мощность, нефтегазонасыщенность, коллекторные свойства продуктивных горизонтов, изучены изменения этих параметров по площади, исследованы физико-химические свойства нефти, газа и воды, установлены продуктивности будущих скважин.

• • • Нефть относится к невозобновляемым ресурсам. Разведанные запасы нефти составляют (на 2004) 210 млрд. т. /1200 миллиардов баррелей, неразведанные — оцениваются в 52— 260 млрд. т. /300— 1500 млрд. баррелей. До середины 1970 -х мировая добыча нефти удваивалась примерно каждое десятилетие, потом темпы её роста замедлились. Нефть занимает ведущее место в мировом топливно-энергетическом хозяйстве. Её доля в общем потреблении энергоресурсов непрерывно растет: 3 % в 1900, 5 % перед 1 -й мировой войной 1914— 1918, 17, 5 % накануне 2 -й мировой войны 1939— 45, 24 % в 1950, 41, 5 % в 1972, 48 % в 2004. Таким образом, при нынешних темпах потребления, разведанной нефти хватит примерно на 40 лет, неразведанной — ещё на 10— 50 лет. Имеются также большие запасы нефти (3400 млрд. баррелей) в нефтяных песках Канады и Венесуэлы. Этой нефти при нынешних темпах потребления хватит на 110 лет. В настоящее время компании ещё не могут производить много нефти из нефтяных песков, но ими ведутся разработки в этом направлении.

• • • Цены на нефть, как и на любой другой товар, определяются соотношением спроса и предложения. даже небольшое падение предложения нефти приводит к резкому росту цен. В XX веке рост спроса на нефти уравновешивался нахождением новых месторождений, позволявшим увеличить и добычу нефти. Однако многие считают, что в XXI веке нефтяные месторождения исчерпают себя, и диспропорция между спросом на нефть и её предложением приведёт к резкому росту цен — наступит нефтяной кризис. Некоторые считают, что нефтяной кризис уже начался, и рост цен в 2003 -2005 годах является его признаком. С конца 2003 до 2005 включительно произошёл новый резкий скачок цен, в августе 2005 была достигнута цена $70, и удерживается на уровне выше $55. Некоторые считают причиной этого скачка цен вторжение США в Ирак, по мнению других, он знаменует начало давно ожидаемого нефтяного кризиса, когда истощающимся месторождениям всё труднее удовлетворить растущий спрос на нефть. По данным Oil and Gas Journal, в 2005 мировая добыча нефти составила 3, 6 млрд. тонн (без учёта газового конденсата), причём Россия вышла на первое место, добыв 461 млн. тонн (Саудовская Аравия - 458 млн. тонн, США - 256 млн. тонн). Нефть является главной статьёй российского экспорта. По данным Федеральной таможенной службы в 2005 из России было вывезено 233, 1 млн. тонн нефти на 79, 2 млрд. долл. , что составляет около 32 % российского экспорта. Даже если бы Россия вообще не поставляла нефть на экспорт в 2005 году, торговый баланс России был бы в профиците на 46 млрд. долл. (36, 8% импорта России).

• Нефть относится к невозобновляемым ресурсам страны и если мы и дальше будем добывать её так много, то это может привести к кризису…Я считаю, что в своём проекте я смогла раскрыть много актуальных тем, касающихся нефти.