Углеводороды нефти

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева

Реферат

Углеводороды

Выполнил магистрант

Жалмагамбетов Б.

Проверил к.т.н. доцент

Шертаев Е.Т.

Астана 2014

Содержание

1. Углеводороды

2. Природный, попутный нефтяной газ. Их состав

3. Нефть. Состав, физические свойства

Использованная литература

1. Углеводороды

В природе углеводороды встречаются преимущественно в виде природного газа, нефти, каменного угля. Есть два способа использования этих горючих ископаемых: один -- в виде топлива, то есть в качестве источника энергии, другой -- в виде сырья для дальнейшей переработки. Первый способ означает обычное сжигание, второй -- это органический синтез. С углеводородов, выделенных из нефти, природного газа и угля. Можно добыть много различных веществ, а из них произвести еще больше полезных материалов. Природный газ, нефть, уголь относятся к не возобновляемой природных ресурсов. Это обстоятельство заставляет разведывательные новые месторождения и вместе с тем эксплуатировать уже открыты таким образом, чтобы максимально извлекать из них ископаемых и рационально, с наибольшей пользой использовать их.

Не трудно понять, что целесообразнее подвергнуть нефть, уголь и газ химической переработке, чем сжечь их в котельных, двигателях, промышленных и бытовых печах и т.д. Существуют различные взгляды на происхождение горючих ископаемых. Как считают сторонники теории органического происхождения, залежи образовались из остатков вымерших растительных и животных организмов, образовавшихся на смеси углеводородов в толще Земли под действием бактерий, высоких давлений и температур. Согласно теории минерального (вулканического) происхождения нефти, природного газа и каменного угля, на первоначальной стадии формирования планеты Земля металла сочетались с углеродом, образуя карбиды. В результате реакции карбидов с водой (водным паром) в глубинах планеты образовывались газообразные углеводороды, в частности метан и ацетилен, а под воздействием нагревания, радиации и катализаторов из них образовывались другие соединения, содержащиеся в нефти. В верхних слоях литосферы жидкие нефтяные компоненты испарялись, жидкость загасала, превращалась в асфальт и дальше на уголь. Теорию минерального происхождения нефти впервые высказал Д. Менделеев. В начале ХХ в. французский ученый П. Сабатье смоделировал описан процесс в лаборатории и добыл смесь углеводородов, подобную нефти.

Природный газ. Газообразные при нормальных условиях являются углеводороды с низкими относительными молекулярными массами, именно они и содержатся в природном газе. Преобладает в этой смеси метан -- его содержание там от 80 до 90 %, остальное -- гомологи метана: этан, пропан, бутан и другие газы. Природные горючие газы, выделяемые в некоторых местностях из трещин земной коры, были известны человеку с давних времен. Кое-где эти газы занимались, например, во время грозы. Некоторые народы считали священным огонь в местах постоянного выхода природных газов. В толщине земной коры природный газ находится в сжатом состоянии. Если просверлить скважину, газ под давлением выходит на поверхность. Направив газ в газопровод, можно транспортировать его на большие расстояния. С газопроводов газ попадает на заводы и в жилые помещения, где используется, как правило. Использование в быту газа вместо дров и угля является шагом, хотя при этом сгорает много ценных веществ.

Природный газ широко используется в промышленности. В доменных печах метан сгорает до углекислого газа, реагируя с коксом, образует восстановитель оксид углерода (II). При производстве стали мартеновским способом природный газ используется в качестве источника теплоты. С этой же целью применяют метан и в стекловаренных печах.

2. Природный, попутный нефтяной газ. Их состав

Все попутные газы относятся к жирным газам, так как в их составе, кроме метана, содержится значительное количество этана, пропана, бутана и др. Состав попутных газов зависит от природы нефти, в которой они заключены в естественных подземных резервуарах, а также от принятой схемы отделения газа от нефти при выходе из скважины. Применение четыре ступенчатой системы сепарации позволяет в значительной степени освободиться от более тяжелых газообразных гомологов метана и получить попутный газ, близкий по составу к естественному. Применение менее проработанных схем сепарации и плохой режим их работы приводит к получению жирных попутным газом, то есть газов, богатых гомологами метана -- пропаном, бутаном.

Тип нефти и природа растворенных в ней или газов залегают вместе с ней, также влияет на состав получаемых попутных газов.

Попутные газы, полученные из газовых шапок нефтяной залежи, как правило, будут содержать меньше тяжелых углеводородных газов, чем газы, полученные из чисто нефтяных месторождений, они были полностью растворены в нефти.

Многие попутных газов является ценным сырьем для получения сжиженных газов для химической переработки. Плотность попутных газов, как и всех углеводородных газов, уменьшается с повышением содержания метана. Теплота сгорания попутных газов значительно выше газов с чисто газовых месторождений и колеблется от 39 до 58 МДж/м3 .Наибольшую ценность для получения жидких углеводородных газов должны попутные нефтяные газы. Нефть на выходе сепараторов, в зависимости от режима сепарации, также содержит значительное количество растворенных в ней тяжелых углеводородных газов. Газы, выделяемые из нефти, после сепараторов, содержат около 30 % пропана, 30 -35 % бутана и около 30 % газового бензина. Эти газ, т.е. газы, полученные в результате стабилизации нефти, являются ценными для производства сжиженных газов, обычно и изымаются на газобензиновых заводах.

Искусственные, заводские нефтяные газы, т.е. газы, полученные при деструктивной, термической и термокаталитический переработке нефти, резко отличаются по своему составу от природных газов, как от попутных, так и от природных.

Это различие состоит в том, что искусственные нефтяные газы содержат значительное количество ненасыщенных олефиновых углеводородов, очень ценным сырьем для множества разнообразных реакций органического синтеза.

Итак, основными источниками для получения топливных жидких углеводородных газов (пропан, бутан) должны служить попутные газы, газы газоконденсатных месторождений, искусственные нефтяные газы и газы деструктивной гидрогенизации твердого и жидкого топлива. Однако следует указать, что газы термической и термокаталитический переработки нефти и нефтепродуктов содержащие значительное количество реакционно -- способных непредельных углеводородов, прежде всего, должны подвергаться соответствующей переработке для их фракционирования с последующим использованием в различных синтезах. В связи с изложенным, процессы получения жидких углеводородных газов будут ниже рассмотрены применительно к попутных и других аналогичных газов.

Одним из наиболее важных процессов переработки попутных и аналогичных газов является процесс извлечения из них компонентов газового бензина и компонентов жидких горючих газов. Этот процесс называется отбензиниванием нефтяных газов. Он состоит из двух последовательных операций: получение сырого нестабильного бензина и изъятия из сырого бензина стабильного, освобожденного от легких компонентов газового бензина.

Первая операция, т.е. получение сырого нестабильного бензина, осуществляется методом компрессии, или адсорбции. Вторая операция, т.е. получение стабильного бензина, совсем свободного от пропана и более легких углеводородов и содержащего бутан в ограниченных количествах, осуществляется методом четкой ректификации.

Для бесперебойной и надежной работы установок отбензинивание нефтяных газов необходимо, чтобы газ -- сырье не содержал механических примесей и воды. Поэтому получение жидких газов начинается с очистки исходного продукта от механических примесей и воды.

Природный газ не только сжигают, но и перерабатывают на различные ценные химические продукты. Он является сырьем для получения ацетилена, водорода, используемого в химическом синтезе, например аммиака. Сажа, добытая из метана, используется для изготовления печатной краски, резиновых изделий (как наполнитель). Применение природного газа -- это, по сути, применение метана.

Сопутствующие нефтяные газы. Существуют залежи природного газа, залегающего вместе с нефтью и вместе с ней выходит на поверхность из скважины. Это так называемые сопутствующие нефтяные газы. Они смесью легких углеводородов, хотя, в отличие от природного газа, в них меньше содержание метана -- до 40 %, а больше его гомологов и других газов.

Смесь газов разделяют и используют как топливо и как химическое сырье. Смесь пропана и бутана сжижают и хранят под давлением в баллонах. Это позволяет транспортировать газ в места, не подключены к сети газопроводов.

3. Нефть. Состав, физические свойства

Нефть -- горючая маслянистая жидкость со специфическим запахом, распространенная в осадочной оболочке Земли и являющаяся важнейшим полезным ископаемым.

Главной свойством нефти, которые принесли ей мировую славу исключительных энергоносителей, является ее способность выделять при сгорании значительное количество тепла. Нефть и ее производные обладают наивысшей среди всех видов топлив теплотой сгорания. Теплота сгорания нефти -- 41 МДж / кг, бензина -- 42 МДж / кг. Важным показателем для нефти является температура кипения, зависит от строения входящих в состав нефти углеводородов и колеблется от 50 до 550°С.

Нефть, как и любая жидкость, при определенной температуре закипает и переходит в газообразное состояние. Различные компоненты нефти переходят в газообразное состояние при различной температуре. Так, температура кипения метана -161,5 °С, этана -88°С, бутана 0,5 С, пентана 36,1 °С. Легкие нефти кипят при 50-100 °С, тяжелые -- при температуре более 100 °С.

Различие температур кипения углеводородов используется для разделения нефти на температурные фракции. При нагревании нефти до 180-200 °С выкипают углеводороды бензиновой фракции, при 200-250 °С -- лигроина, при 250-315°С -- керосиново -- газойлевые и при 315-350 °С -- масляной. Остаток представлен гудроном. В состав бензиновой и лигроиновой фракций входят углеводороды, содержащие 6-10 атомов углерода. Керосиновая фракция состоит из углеводородов с, газойлевая -- и т.д.

Важно свойство нефти растворять углеводородные газы. В 1 м3 нефти может раствориться в 400 м3 горючих газов. Большое значение имеет выяснение условий растворения нефти и природных газов в воде. Нефтяные углеводороды растворяются в воде крайне незначительно. Нефти различаются по плотности. Плотность нефти, измеренной при 20 °С, отнесенной к плотности воды, измеренной при 4 °С, называется относительной. Нефти с относительной плотностью 0,85 называются легкими, с относительной плотностью от 0,85 до 0,90 -- средними, а с относительной плотностью свыше 0,90 -- тяжелыми. В тяжелых нефтях содержатся в основном циклические углеводороды. Цвет нефти зависит от ее плотности: светлые нефти обладают меньшей плотностью, чем темные. А чем больше в нефти смол и асфальтенов, тем выше ее плотность. При добыче нефти важно знать ее вязкость. Различают динамическую и кинематическую вязкость. Динамической вязкостью называется внутреннее сопротивление отдельных частиц жидкости движению общего потока. В легкой нефти вязкость меньше, чем в тяжелой. При добыче и дальнейшей транспортировке тяжелые нефти подогревают. Кинематической вязкостью называется отношение динамической вязкости к плотности среды. Большое значение имеет знание поверхностного натяжения нефти. При соприкосновении нефти и воды между ними возникает поверхность типа упругой мембраны. Капиллярные явления используются при добыче нефти. Силы взаимодействия воды с горной породой больше, чем у нефти. Поэтому вода способна вытеснить нефть из мелких трещин в более крупные. Для увеличения нефтеотдачи пластов используются специальные поверхностно - активные вещества (ПАВ). Нефть имеет неодинаковые оптические свойства. Под действием ультрафиолетовых лучей нефть способна светиться. При этом легкие нефти светятся голубым светом, тяжелые -- бурым и желто-бурым. Это используется при поиске нефти. Нефть является диэлектриком и имеет высокое удельное сопротивление. На этом основаны электрометрические методы установления в разрезе, раскрытом скважиной, нефтеносных слоев.

Нефть состоит главным образом из углерода -- 79,5--87,5 % и водорода -- 11,0--14,5 % от массы нефти. Кроме них в нефти присутствуют еще три элемента -- сера, кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5--8 %. В незначительных концентрациях в нефти встречаются элементы: ванадий, никель, железо, алюминий, медь, магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт, молибден, бор, мышьяк, калий и др. Их общий смысл не превышает 0,02--0,03 % от массы нефти. Указанные элементы образуют органические и неорганические соединения, из которых состоит нефть. Кислород и азот находятся в нефти только в связанном состоянии. Сера может встречаться в свободном состоянии или входить в состав сероводорода.

Определение химического состава нефти и их фракций трудоемкое, и до конца невыполнимая на сегодня задача. Даже состав бензинов известен лишь на 80 %. Поэтому сейчас используются методы анализа, позволяющие определить групповой химический или структурно--групповой состав нефти и ее фракций. Наименее изучены компоненты высококипящих фракций нефти. При составлении материального баланса группового состава учитываются только три класса углеводородов: насыщенные алифатические (алканы), нафтеновые (цикланы) и ароматические (арены). Кроме того, иногда приводят детализированный групповой состав, отражающий также содержимое различных индивидуальных углеводородов, входящих в состав каждой из групп. Гибридные углеводороды сконцентрированы преимущественно в высококипящих фракциях нефти, что затрудняет определение их группового химического состава.

Алканы и изоалканы у всей нефти в количествах от 3-5 до 50-60 % и более. Алканы при комнатной температуре инертные к действию многих химических реагентов и способны только к реакциям замещения. В группу жидких при обычных температурах алканов входят гомологи метана от пентана (С5Н12) в гексадекана (С16Н3) как нормальной, так и изоструктуры. Многие из них, кипящие от 28 (изопентан) до 300 °С, входят в состав основной массы нефтей, однако максимальное их количество содержится во фракциях, выкипающих от 200 до 300°С. Жидкие алканы входят в состав почти всех нефти, однако их содержание в различных нефти колеблется от 40 до 0%.

Сегодня разработан карбамидный метод определения и выделения, нормальных алканов, основанный на способности карбамида СО (NH2) 2 образовывать при обычной температуре твердые комплексные соединения с алканами, т.е. кларатни соединения или аддукты. Изоалканы можно выделить из их смеси с нормальными алканами хлорсульфоновой кислотой, с которой они взаимодействуют при комнатной температуре.

Жидкие алканы является основным компонентом товарных нефтепродуктов и сырьем для химической переработки. Наиболее легкокипящих жидкие алканы широко применяют как растворители. Это прежде петролейный эфир, выкипающая при 36-75 °С, а также обычные бензины и лигроина, в составе которых есть редкие алканы. В двигателях внутреннего сгорания наиболее нежелательными компонентами бензина есть нормальные, высокомолекулярные алканы, а самые необходимые широкорозголуженни изоалканы, имеющих низкую способность к детонации.

К твердым алканов относят как нормальные, так и изоалканы от гексадекана С16Н34, имеющий температуру плавления 18,1 °С до гептоконтану С70Н142 с температурой плавления более 100 °С. Смеси твердых алканов входят в состав нефтяных парафинов (технический, медицинский, спичечный) и церезинов, которые выделяют из нефти и озокерита («земляной воск»).

Использованная литература

углерод нефтяной газ алкан

1. Дж. Теддер, А. Джубба «Промышленная органическая химия».

2. Б. Брукс, С. Бурд, С. Куртц, Л. Шмерлинга «Химия углеводородов нефти» (2 и 3 том).

3. Л. Физер, М. Физер «Органическая химия».

Размещено на Allbest.ru