Нефть и природный газ — ценнейшее сырье, основа благополучия и процветания многих государств, в том числе и России, относятся к невозобновляемым природным ресурсам. Почему органическое вещество в природе накапливалось в виде нефти, природного газа именно в таком сочетании отдельных компонентов, где следует искать нефть, природный газ? Ответы на эти вопросы во многом связаны с происхождением нефти.
Происхождение нефти
Отметим две основные концепции происхождения нефти. Неорганические гипотезы разного типа — космические, вулканические, магматогенные, карбидная Д.И. Менделеева (1877), согласно которой возникновение нефти связано с взаимодействием карбидов металлов, в частности железа, с водой, проникающей вглубь Земли по разломам, — не получили широкого признания.
В настоящее время общепризнано органическое происхождение нефти. Основным исходным веществом нефти считают планктон, обеспечивающий наибольшую биопродукцию в водоемах и накопление органического вещества сапропелевого типа в осадках. Главными факторами нефтеобразования являются длительное воздействие повышенных температур (выше 50 °С) и восстановительная среда. Источником водорода может служить вода, которая при взаимодействии с жидкой магмой, содержащей металлы, разлагается до водорода.
Восстановление органических веществ до алканов — наиболее инертных органических соединений, устойчивых к воздействию кислот, оснований, кислорода, — объясняет состав нефти.
Таким образом, нефть образуется и накапливается в пустотах, ловушках осадочных бассейнов. Извлеченная на поверхность нефть содержит воду, соли, попутный нефтяной газ, состоящий из низших летучих алканов, и подлежит разделению. Вода после очистки, обессоливания при необходимости обычно закачивается обратно в скважины для создания внутрипластового давления, увеличивающего извлечение нефти.
Попутный газ идет на переработку или сжигается в факелах. Утилизация ценнейшего сырья — попутного нефтяного газа — является важной экономической задачей комплексного, рационального использования природных ресурсов, экологически безопасной организации производства.
Первичная переработка нефти. Продукты перегонки нефти
Нефть после разделения транспортируют на заводы первичной переработки, которая заключается в фракционировании — разделении ее на фракции по температурам кипения. Обычно при прямой перегонке нефти выделяют следующие фракции:
- газовая фракция (т. кип. до 40 °С) содержит С1-С5 алканы нормального и разветвленного типа;
- бензин (т. кип. 40-180 °С) содержит углеводороды С6-С10 разного строения: нормальные и изоалканы, циклоалканы, алкилбензолы. Используют бензин главным образом в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания и в авиации, растворителя;
- керосин (т. кип. 180-230 °С) содержит углеводороды С10-С12, используется в основном в качестве авиационного, реактивного топлива [62];
- легкий газойль (соляровое масло) (т. кип. 230-305 °С) содержит углеводороды С13-С17, используется в качестве дизельного топлива, а также для получения бензина путем крекинга;
- мазут (т. кип. выше 305 °С) — остаток после прямой перегонки (при атмосферном или пониженном давлении) нефти, используют далее в качестве котельного топлива, для получения смазочных масел, более легких фракций путем крекинга. Обычно мазут составляет 40-50% от количества исходной нефти;
- смазочные масла (т. кип. 305-515 °С) содержат углеводороды C18-С38, получают их вакуумной перегонкой мазута. Разделение по фракциям позволяет получить различные типы масел: моторные, реактивные, трансмиссионные, индустриальные, цилиндровые и др.
- гудрон — остаток после вакуумной перегонки мазута — используют для деструктивных процессов, а после окисления — в качестве строительного и дорожного битума или как компонент котельного топлива.
Моторное топливо. Октановое число
Повышение мощности двигателя при малых габаритах и весе достигается увеличением степени сжатия горючей смеси в цилиндре. Однако в четырехтактовых двигателях с принудительным зажиганием при увеличении степени сжатия происходит детонация — чрезмерно быстрое воспламенение смеси. Это снижает мощность и приводит к преждевременному износу мотора.
Мотор «стучит». На практике это происходит при использовании бензина более низкого качества по сравнению с предписанным по техническим условиям эксплуатации мотора.
Октановое число
Строение углеводорода оказывает самое существенное влияние на качество моторного топлива: чем более разветвлена углеродная цепь, тем большую степень сжатия можно получить без детонации. За меру антидетонационных свойств (качества) моторного топлива принято «октановое число». В качестве стандарта хорошего моторного топлива используют 2,2,4-триметилпентан (изооктан), октановое число которого принято за 100, худшего — н-гептан с октановым числом, равным нулю. Например, октановое число 93 моторного топлива (бензин А-93) соответствует свойствам смеси изооктана и н-гептана, в которой содержится 93% изооктана….
Читайте подробнее: Моторное топливо. Октановое число
Вторичная переработка нефти. Крекинг
Значительный рост потребления легких фракций нефти, особенно бензина, все более жесткие требования к их качеству, потребности органического синтеза вызвали необходимость вторичной переработки нефти. Она связана, во-первых, с получением более легких углеводородов из тяжелых, во-вторых, с изменением структуры углеродного скелета. К вторичным процессам переработки нефти относятся различные типы крекинга, алкилирование, изомеризация, пиролиз, коксование и др.
В результате вторичных процессов переработки нефти наряду с моторными топливами получают исходные вещества для производства важнейших продуктов:
- синтетических каучуков;
- синтетических волокон;
- пластических масс;
- синтетических моющих средств;
- поверхностно-активных веществ;
- пластификаторов;
- красителей;
- присадок и др
Крекинг (от англ, crack — растрескивать, ломать) осуществляют в бескислородной среде при нагревании до температуры выше 450 °С без или в присутствии катализатора, в атмосфере или без водорода. В зависимости от условий проведения крекинга образуются различные продукты (табл. 9-6).
Читайте подробнее: Вторичная переработка нефти. Крекинг
Синтетическое моторное топливо
Нефть и природный газ, как невозобновляемые природные ресурсы, по прогнозам могут быть исчерпаны уже в первой половине XX I века. Альтернативным источником получения органического жидкого моторного топлива, сырьевой базой органического синтеза должен стать уголь. Способы получения синтетического моторного топлива на основе угля развивались интенсивно в первой половине XX века в Германии, богатой углем, но не имевшей собственной нефти и газа и вынужденной заниматься этой проблемой. После некоторого затишья разработка, анализ и внедрение оптимальных методов получения углеводородов из угля станут, несомненно, одной из важнейших, актуальных и стратегических задач XXI века в области химии.
Читайте подробнее: Синтетическое моторное топливо. Гидрогенизация угля (процесс Бергиуса). Синтез алканов на основе метанола
Экологическое послесловие
Загрязнение алканами атмосферы, почвы, водоемов, подземных вод в значительных масштабах происходит при добыче нефти, газа, транспортировке жидких и газообразных углеводородов, переработке, производстве, применении углеводородов. Рассмотрим кратко некоторые аспекты данной проблемы
Экология почвы.
Наиболее крупными источниками загрязнения почвы углеводородами являются нефтеразведка, нефтедобыча, транспортировка нефти и нефтепродуктов, утечка при их применении и хранении. Вредное влияние нефтепродуктов на состояние и продуктивность почв связано с образованием на поверхности газонепроницаемой пленки, губительной для растительного и животного мира. Особую опасность представляют загрязнение и нарушение верхнего слоя почв северных территорий, что обусловлено очень медленной скоростью их естественного восстановления. Поскольку сейчас основными районами добычи нефти и газа в России стали северные территории, именно проблема экологии почв для России наиболее актуальна.
Профилактика и борьба с загрязнением почв связана, в первую очередь, с жестким контролем организационно-технических мероприятий: предварительное устройство территорий скважин, нефте-, газопроводов, организация хранения и уничтожения загрязненных масс, контроль технического состояния нефте-, газопроводов во избежание повреждений (печальным примером является катастрофа, связанная с повреждением нефтепровода в районе Усинска), нормативный контроль эксплуатации скважин, установок переработки, розлива нефти, применения нефти и нефтепродуктов.
Экология водоемов, подземных вод.
Основные источники загрязнения — добыча нефти (морские промыслы), транспортировка нефти и нефтепродуктов (примеры экологических катастроф — загрязнение моря и морских побережий Персидского залива во время войны Ирака с Кувейтом и СШ А, гибель танкеров у побережья Аляски и в Ла-Манше), промышленные стоки (промывка танкеров, емкостей), технологии очистки промышленных стоков, связанные с закачкой их в подземные горизонты.
Профилактика и борьба с загрязнениями водоемов и подземных вод включает следующие организационно-технические мероприятия: устройство очистки промышленных стоков механическими, химическими, биологическими методами, отведение специальных мест хранения и очистки промстоков, ужесточение контроля за соблюдением промышленных технологий и правил эксплуатации транспортных средств и установок.
Экология атмосферы.
Проблема загрязнения атмосферы в отличие от проблемы загрязнения почв, водоемов, подземных вод носит глобальный характер и в настоящее время представляется наиболее сложной.
Основными источниками загрязнения атмосферы являются выделение углекислого газа в результате сжигания углеводородов, что ведет к появлению парникового эффекта на Земле, то есть общему потеплению климата, а также поступление газообразных углеводородов в атмосферу при газо-, нефтедобыче (природный и попутный газы), разрывах газопроводов, промышленных газообразных выбросах, испарениях при переработке, транспортировке, хранении, заполнении различных емкостей нефтью и нефтепродуктами, сушке лакокрасочных покрытий.
Результатом появления легких углеводородов в верхних слоях атмосферы являются как парниковый эффект, так и, видимо, уменьшение озонового слоя, что может иметь отрицательные последствия для жизни на Земле.
Если проблема озонового слоя поддается решению путем применения комплекса организационно-технических и технологических (утилизация выбросов, попутных газов) мер, то проблема увеличения содержания диоксида углерода за счет процессов окисления, горения при одновременном уменьшении лесного покрова Земли требует глобального подхода и начинает тревожить человечество в масштабах всей планеты.
Читайте также:
Источник: Органическая химия, А.М. Ким
Дата в источнике: 2002г
Для отправки комментария необходимо войти на сайт.