Нефть и продукты ее преобразования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Нефти и газа институт

Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений кафедра

Реферат

по Физика пласта наименование дисциплины Нефть

Преподаватель Н.Г. Квеско

Студент Я.В. Бойко Студент А.А. РеппСтудент С.А. Семенов

Студент В.В. Сильванович Студент Д.А. Стародубова

Студент Т.А. Стерхова Студент Ф.И. Хайитова

Студент А.М. Чебодаева

Красноярск 2020



Содержание

Введение

1. История нефтяной промышленности России

1.1 Начало добычи нефти в России

2. Происхождение нефти

2.1 Биогенное происхождение нефти

2.2 Абиогенное происхождение нефти

2.3 Космическое происхождение нефти

3. Состав нефти

3.1 Углеводороды

3.2 Серосодержащие соединения

3.3 Азотсодержащие соединения

3.4 Смолоасфальтеновые вещества

4. Физические свойства нефти

4.1 Растворимость газов в нефти

4.2 Вязкость нефти

4.3 Давление насыщения нефти

4.4 Коэффициент сжимаемости

4.5 Структурно-механические свойства

4.6 Нефтепродукты и их применение

4.7 Общая классификация нефтепродуктов

4.8 Топлива

5. Нефтяные масла

6. Методы переработки нефти

6.1 Первичная переработка нефти

6.2 Разделение нефти на фракции

6.3 Каталитический крекинг

6.4 Нефтегазоносные провинции Красноярского края

6.5 Западно- Сибирская провинция

6.6 Лено-Тунгусская провинция

6.7 Хатангско-Вилюйская провинция

6.8 Экологические проблемы

Заключение

Список используемых источников



Введение

Нефть и продукты ее преобразования были известны еще в далеком прошлом, их использовали для освещения или в лечебных целях. Потребность в нефти и нефтепродуктах резко возросла в начале XX в. в связи с появлением двигателей внутреннего сгорания и быстрым развитием промышленности.

В настоящее время нефть и газ, а также получаемые из них продукты применяются во всех отраслях мирового хозяйства. Нефть и газ используются не только в качестве топлива, но и в качестве ценного сырья для химической промышленности. Великий русский ученый Д. И. Менделеев говорил, что сжигать нефть в топках - преступление, так как она является ценным сырьем для получения множества химических продуктов. Из нефти и газа в настоящее время вырабатывается огромное число продуктов, которые используются в промышленности, сельском хозяйстве, в быту (минеральные удобрения, синтетические волокна, пластмассы, каучук и т. д.). В последние годы во многих странах мира ведутся исследования с целью переработки нефти и нефтепродуктов при помощи микроорганизмов в белки, которые могут быть использованы как корм для скота. Экономика государств зависит от нефти больше, чем от любого другого продукта. Поэтому нефть с начала ее промышленной добычи и до настоящего времени является предметом острой конкурентной борьбы, причиной многих международных конфликтов и войн. Зависимость государства от нефти как сырья или способа экономического влияния, определяет её уровень развития и положение на мировой арене.

Итак, нефть играет очень значимую роль в современном мире. Это не только одно из важнейших полезных ископаемых, которое является сырьем для получения невероятного множества веществ и мощным энергетическим ресурсом, но и крупнейший объект международной торговли, и неотъемлемое звено экономических отношений.

1. История нефтяной промышленности России

1.1 Начало добычи нефти в России

Коммерческая добыча нефти впервые началась во второй половине XIX века. На протяжении веков нефть добывалась людьми, которые жили в разных уголках мира, где нефть просачивалась на поверхность. В России первое письменное упоминание о получении нефти появилось в XVI веке.

Путешественники описывали, как племена, жившие у берегов реки Ухта на севере Тимано-Печорского района, собирали нефть с поверхности реки и использовали её в медицинских целях и в качестве масел и смазок. Нефть, собранная с реки Ухта, впервые была доставлена в Москву в 1597 году.

В 1702 году царь Пётр Первый издал указ об учреждении первой регулярной российской газеты Ведомости. В первом выпуске газеты была опубликована статья о том, как была обнаружена нефть на реке Сок в Поволжье, а в более поздних выпусках была информация о нефтепроявлениях в других районах России [1].

В 1745 году Фёдор Прядунов получил разрешение начать добычу нефти со дна реки Ухта. Прядунов также построил примитивный нефтеперегонный завод и поставлял некоторые продукты в Москву и Санкт-Петербург. Нефтепроявления также наблюдались многочисленными путешественниками на Северном Кавказе. Местные жители даже собирали нефть с помощью вёдер, вычерпывая её из скважин глубиной до полутора метров. В 1823 году братья Дубинины открыли нефтеперерабатывающий завод в Моздоке для переработки нефти, собираемой с близлежащего Вознесенского нефтяного месторождения.

Нефте- и газопроявления были зафиксированы в Баку, на западном склоне Каспийского моря арабским путешественником и историком ещё в X веке. Марко Поло позднее описывал, как люди в Баку использовали нефть в медицинских целях и для проведения богослужений.

В Бакинском регионе находилось много больших месторождений с относительно легко извлекаемыми запасами, но транспортировка нефти до рынков сбыта была трудной и дорогой [2].

Братья Нобель и семейство Ротшильдов сыграли ключевую роль в развитии нефтяной промышленности в Баку, бывшего в то время частью Российской империи. Промышленность стремительно развивалась, и на рубеже веков на долю России приходилось более 30 % мировой нефтедобычи. Компания «Shell Transport and Trading», которая позже стала частью «Royal Dutch / Shell», начала свой бизнес с перевозок нефти, добываемой Ротшильдами, в Западную Европу.

Четырьмя годами позже первая нефтяная скважина была пробурена на берегу реки Ухта, а в 1876 году началась коммерческая добыча на Челекенском полуострове на территории современной Туркмении. Быстрый рост добычи нефти сопровождался строительством различных заводов по переработке сырой нефти, открытием завода по производству масел в районе Ярославля в 1879 году и аналогичного производства в том же году в Нижнем Новгороде.

Революция 1917 года негативно сказалась на добыче нефти в России, ситуация ещё более ухудшилась с национализацией нефтяных месторождений в 1920 году. Братья Нобель продали значительную часть своих российских активов компании «Standart Oil» из Нью-Джерси, которая позже превратилась в компанию «Exxon».

«Standart Oil» выступала против решений о национализации нефтяных месторождений и отказывалась сотрудничать с новым Советским правительством. Но другие компании, включая «Vakuum» и «Standart Oil» из Нью-Йорка, которые позже превратились в компанию «Mobil», вкладывали деньги в Россию. Продолжающийся приток западного капитала помог восстановлению нефтедобычи в России, и с 1923 года экспорт нефти вернулся на дореволюционный уровень.

2. Происхождение нефти

Нефтеобразование (происхождение нефти) -- стадийный, длительный процесс образования и накопления нефти в земной коре.

Происхождение нефти имеет несколько теорий, каждая из которых имеет право на существование. У каждой есть множество известных приверженцев и достаточное число научных трудов и обоснований.

Современная мировая экономика не может обойтись без нефти. Именно поэтому ее все чаще сравнивается с золотом. Спрос на этот энергоресурс возрастает с каждым днем, позволяя компаниям, занимающимся добычей углеводородов, получать солидные прибыли. Каково же происхождение нефти?

Откуда взялась нефть на нашей планете? У ученых до сих пор нет единого мнения о том, как образовалась нефть. Проанализировав состав этого вещества ученые разработали несколько теорий происхождения нефти. Причем каждая из них имеет многочисленное число сторонников и ярых противников остальных теорий. Наиболее популярные гипотезы происхождения нефти:

Биогенная (органическая, биологическая)

Абиогенная (карбидная, неорганическая, минеральная)

Космическая

Современные теории происхождения нефти появились в начале XIX века и лишь в XX столетии приобрели более научный вид. Но, о том, как образуются углеводороды в недрах земли, спорят и по сей день. На данный момент ученые не пришли к единому мнению на этот счет. Поэтому точного ответа на вопрос, откуда берется это вещество под землей, вам никто не даст [11].



2.1 Биогенное происхождение нефти

Биогенное происхождение нефти является одной из самых популярных гипотез образования «черного золота» в недрах нашей планеты. На сегодняшний день, эта гипотеза более популярна в кругу академических ученых. Согласно ей, эта жидкость возникла из останков древних организмов и растений, которые на протяжении миллионов лет осаждались на дне морей или захоронялись в континентальных условиях. Затем перерабатывались сообществами микроорганизмов и преобразовывались под действием температуры и давлений в результате тектонического опускания вглубь недр, формируя богатые органическим веществом нефтематеринские породы.

Необходимые условия для превращения органики в нефть возникают на глубине 1,5-6 км в так называемом нефтяном окне -- при температуре от 70 до 190 C. В верхней его части температура недостаточно высока -- и нефть получается «тяжелой»: вязкой, густой, с высоким содержанием смол и асфальтенов. Внизу же температура пластов поднимается настолько, что молекулы органического вещества дробятся на самые простые углеводороды -- образуется природный газ. Затем под воздействием различных сил, в том числе градиента давления, углеводороды мигрируют из нефтематеринского пласта в выше- или нижележащие породы.

Природный процесс образования нефти из органических останков занимает в среднем от 10 до 60 млн лет, но если для органического вещества искусственно создать соответствующий температурный режим, то на его переход в растворимое состояние с образованием всех основных классов углеводородов достаточно часа. Подобные опыты сторонники органической гипотезы толкуют в свою пользу: преобразование органики в нефть налицо. В пользу биогенного происхождения нефти есть и другие аргументы. Так, большинство промышленных скоплений нефти связано с осадочными породами. Мало того -- живая материя и нефть сходны по элементному и изотопному составу. В частности, в большинстве нефтяных месторождений обнаруживаются биомаркеры, такие как порфирины -- пигменты хлорофилла, широко распространенные в живой природе. Еще более убедительным можно считать совпадение изотопного состава углерода биомаркеров и других углеводородов нефти [12].

Выделяют следующие стадии нефтеобразования:

осадконакопление -- остатки живых организмов выпадают на дно водных бассейнов;

биохимическая фаза нефтеобразования (диагенез) -- процессы уплотнения, обезвоживания и биохимические процессы в условиях ограниченного доступа кислорода;

протокатагенез -- опускание пласта органических остатков на глубины до 1,5 -- 2 км при медленном подъёме температуры и давления;

мезокатагенез (главная фаза нефтеобразования (ГФН)) -- опускание пласта органических остатков на глубину до 3 -- 4 км при подъёме температуры до 150 °C. При этом органические вещества подвергаются термокаталитической деструкции, в результате чего образуются битуминозные вещества, составляющие основную массу микронефти. Далее происходит отгонка нефти за счёт перепада давления и эмиграционный вынос микронефти в песчаные пласты-коллекторы, а по ним в ловушки;

апокатагенез керогена (главная фаза газообразования (ГФГ)) -- опускание пласта органических остатков на глубину более 4,5 км при подъёме температуры до 180--250 °C. При этом органическое вещество теряет нефтегенерирующий потенциал и реализует метаногенерирующий потенциал.

Биогенную теорию происхождения «черного золота» впервые в России сформулировал М. В. Ломоносов. Известные ученые того времени были практически единодушными в природе образования этого ресурса. Единственным камнем преткновения был исходный материал. Некоторые считали его доисторическими растениями, другие - животными.



2.2 Абиогенное происхождение нефти

Не прошел мимо этого вопроса и Д. И. Менделеев. Видный ученый считал, что нефть образовалась в результате реакции воды, попадающей в разломы горных пород и встречающейся с карбидами железа. В лабораторных условиях ученый смог подтвердить свою теорию, но многие геологи ее опровергли, посчитав невозможным «стерильный» результат в природных условиях.

Абиогенная теория происхождения нефти является второй по популярности. Кроме Д. И. Менделеева ее сторонниками являются такие видные ученые своего времени как А. Гумбольд, Н. А. Кудрявцев, Т. М. Голд и другие. Успех этой теории связан с удачными экспериментами по выявлению этого вещества из минерального сырья в лабораториях. Неорганическое происхождение нефти в конце XIX века стала одной из главных гипотез происхождения этого маслянистого вещества.

Д. И. Менделеев называл свою абиогенную теорию - карбидной. И хоть многие геологи не соглашались с его доводами, эксперимент по доказательству этой версии подтвердил ее право на существование. Известный химик считал, что земля состоит из расплавленного железа. Карбиды, которые являются спутниками этого металла, являются исходным материалом для образования самого значимого полезного ископаемого в истории человечества.

После реакции воды с карбидами, образуемые при такой реакции вещества, поднимались выше и окончательно формировались за счет более низких температур. Этот процесс, по мнению сторонников гипотезы, происходит постоянно. Поэтому, уменьшение запасов «черного золота» не грозит человечеству.

А вот основатель советской нефтяной геологии Иван Михайлович Губкин был главным противником теории Менделеева и всегда выступал с критикой в ее адрес. Он считал, что базальтовый пояс не даст воде проникнуть к ядру земли и встретится с карбидами железа.

Многое сделал для понимания образования углеводородов в недрах земли знаменитый американский геолог Арвилл Леворсен. Он придерживается осадочно-миграционной теории происхождения.

2.3 Космическое происхождение нефти

Главной альтернативой вышеописанных гипотез является космическая теория происхождения нефти. Ее основоположник, В. Д. Соколов считал, что образование этого ресурса стало возможным благодаря попаданию на землю неорганических компонентов из космоса. Теория стала возможным, после подтверждения наличия углеводородных радикалов на звездах и метеоритах.

Нефтяная космическая теория находит новых последователей каждый день. Современные исследовательские орбитальные станции, телескопы для проведения спектрального анализа далеких объектов и другие технические возможности науки доказывают право этой гипотезы на существование.

Последние исследования показали наличие метана и аммиака в атмосферах близких планет: Юпитера, Нептуна, Урана и Сатурна. Это позволяет сделать вывод, что углеводород может содержаться на любом космическом теле.

По сути, образование жидких углеводородов по этой версии можно отнести как к органической, так и неорганической теории. Уже доказано, что метеориты могут принести на землю не только минералы, но и различные бактерии и микроорганизмы, которые могут стать сырьем для нефти [12].



3. Состав нефти

Нефтяные системы отличаются многообразием компонентов, способных находиться в молекулярном или дисперсном состоянии в зависимости от внешних условий.

Основными элементами состава нефти являются углерод (83,5-87%) и водород (11,5-14 %). Кроме того, в нефти присутствуют:

* сера в количестве от 0,1 до 1-2 % (иногда ее содержание может доходить до 5-7 %, во многих нефтях серы практически нет);

* азот в количестве от 0,001 до 1 (иногда до 1,7 %);

* кислород (встречается не в чистом виде, а в различных соединениях) в количестве от 0,01 до 1 % и более, но не превышает 3,6 %.

Из других элементов в нефти присутствуют - железо, магний, алюминий, медь, олово, натрий, кобальт, хром, германий, ванадий, никель, ртуть, золото и другие. Однако, содержание их менее 1 %.

3.1 Углеводороды

Углеводороды (УВ) - это органические соединения углерода и водорода. В нефти в основном содержатся следующие классы углеводородов:

Алканы или парафиновые углеводороды - насыщенные (предельные) УВ с общей формулой CnH2n+2. Содержание их в нефти составляет 30-70 %. В нефти присутствуют газообразные алканы от С1 до С4 (в виде растворённого газа), жидкие алканы С5 - С16, составляют основную массу жидких фракций нефти и твёрдые алканы состава С17 - С53 и более, которые входят в тяжёлые нефтяные фракции и известны как твёдые парафины.

Очищенный парафин представляет собой бесцветную или белую кристаллическую массу, не растворимую в воде. Хорошо растворяется парафин в эфире, хлороформе, бензоле, минеральных маслах.

Циклоалканы или нафтеновые углеводороды - насыщенные алициклические УВ. По суммарному содержанию циклоалканы во многих нефтях преобладают над другими классами УВ: их содержание колеблется от 25 до 75 % (масс.). Они присутствуют во всех нефтяных фракциях.

Арены или ароматические углеводороды - соединения, в молекулах которых присутствуют циклические углеводороды с р-сопряжёнными системами. Содержание их в нефти изменяется от 10-15 до 50 %(масс.). К ним относятся бензол, нафталин, фенантрен, антрацен.

Гибридные углеводороды (церезины) - углеводороды смешанного строения: парафино-нафтенового, парафино-ароматического, нафтено-ароматического. В основном, это твёрдые алканы с примесью длинноцепочечных УВ, содержащих циклановое или ароматическое ядро. Они являются основной составной частью парафиновых отложений в процессах добычи и подготовки нефтей.

3.2 Серосодержащие соединения

Они относятся к наиболее представительной группе гетероатомных компонентов газоконденсатных и нефтяных систем. Общее содержание серы в нефтегазовых системах колеблется в широких пределах: от сотых долей процента до 6-8 % (масс.) и более. Среди серосодержащих соединений, найденных в нефти, различают следующие:

Меркаптаны (R-SН) имеют строение, аналогичное спиртам. Метилмеркаптан (СН3SН) - газообразное вещество (температура кипения 7,6° С). Этилмеркаптан и высшие гомологи при нормальных условиях - жидкости. Со щелочами и окислами тяжелых металлов меркаптаны образуют меркаптиды.

Меркаптаны и сероводород - наиболее активные сернистые соединения нефти кислого характера. Они вызывают сильную коррозию оборудования.

Сульфиды и дисульфиды представляют собой нейтральные жидкие вещества, не реагирующие со щелочами. Считается, что из сернистых соединений известного строения сульфиды наиболее распространены в нефти, а дисульфиды имеют вторичное происхождение и образуются в результате окисления воздухом меркаптанов.

Кислородсодержащие соединения

Кислород содержится в смолистых и кислых веществах нефти (нафтеновые и жирные кислоты, фенолы).

Нафтеновые кислоты представляют собой производные полиметиленовых углеводородов, содержащие карбоксильную группу с общей эмпирической формулой СnН2n+202.

Нафтеновые кислоты - либо жидкие, либо кристаллические вещества, мало растворимые в воде, имеющие высокую плотность.

По химическим свойствам эти кислоты сходны с обычными карбоновыми.

Со щелочами они образуют соли (нафтенаты), хорошо растворимые в воде, вступают в реакцию с окислами металлов, также образуя соли.

При наличии воды и повышенной температуры нафтеновые кислоты непосредственно реагируют со многими металлами, коррозируя оборудование.

Нафтеновые кислоты содержатся во всех нефтях, но содержание их незначительно - от сотых долей процента до 2%.

Содержание фенолов, жирных кислот и их производных в нефти не превышает 4-10% от содержания нафтеновых кислот, но состав их очень разнообразен. Так, например, в ряде нефтей были найдены жирные кислоты от муравьиной до высших (уксусная, пальмитиновая, стеариновая и др.).

3.3 Азотсодержащие соединения

Эти содержатся в нефтях в пределах от 0,02-0,40 % (масс.). Они делятся на основные и нейтральные. Основные представляют собой гетероциклические вещества, содержащие в кольце атом азота, например, производные пиридина. Нейтральные соединения - это производные пиррола, индола и карбазола.

Азотсодержащие соединения и их являются природными нефтерастворимыми ПАВ, обладающими ингибирующими свойствами при коррозии металлов в процессе добычи, транспортировки и переработки нефти.

3.4 Смолоасфальтеновые вещества

Содержание асфальто-смолистых веществ в нефтях РФ колеблется в пределах 1 -40%. Наибольшее количество смол содержится в тяжелых темных нефтях, богатых ароматическими углеводородами.

Асфальто-смолистые вещества делятся на:

1) нейтральные смолы, растворимые в легком бензине (петролейном эфире);

2) асфальтены, не растворимые в петролейном эфире, но растворимые в бензоле;

3) асфальтогеновые кислоты и их ангидриды - вещества кислого характера, не растворимые в петролейном эфире, но растворимые в бензоле.

К особенностям нейтральных смол относится их способность превращаться в асфальтены. Этот процесс может протекать самопроизвольно просто на свету, а наиболее интенсивно протекает при нагревании с одновременным продуванием воздуха.

Асфальтены по химическим свойствам близки к смолам и являются также нейтральными веществами. Они представляют собой кислородные полициклические соединения, содержащие, кроме углерода и водорода, также серу и азот. При растворении (например, в бензоле) в отличие от нейтральных смол асфальтены набухают с увеличением объема и дают коллоидные растворы. Из этого следует, что в нефтях асфальтены находятся, в виде коллоидных систем.

Асфальтогеновые кислоты - смолистые вещества кислого характера. В их состав входят углерод, водород, кислород и сера (до 3%). Содержатся они в нефти в небольших количествах. По внешнему виду асфальтогеновые кислоты - вязкие смолообразные вещества темного цвета плотностью больше единицы. Натровые соли асфальтогеновых кислот, которые могут образоваться при контакте щелочных вод с нефтью, плохо растворимы в воде. биогенный нефть каталитический крекинг



4. Физические свойства нефти

Нефть - жидкость от светло-коричневого (почти бесцветная) до тёмно-бурого (почти чёрного) цвета (хотя бывают образцы даже изумрудно-зелёной нефти). Она характеризуется следующими свойствами:

1) плотность нефти;

2) растворимость газов в нефти;

3) вязкость нефти;

4) давление насыщения нефти газом (при пластовой температуре);

5) объемный коэффициент;

6) газосодержание (газовый фактор);

7) коэффициент сжимаемости;

8) структурно-механические свойства (для аномально вязких нефтей).

Плотность нефти

Плотность характеризует количество массы вещества в единице объёма:

(1)

Обычно плотность сепарированной нефти колеблется в пределах 800-940 кг/м3. По величине плотности нефти условно разделяют на три группы:

лёгкие (800-860 кг/м3)

средние (860-900 кг/м3)

тяжелые с плотностью (900-940 кг/м3)

Не все газы, растворяясь в нефти, одинаково влияют на ее плотность. При повышении давления плотность нефти значительно уменьшается при насыщении ее углеводородными газами (метаном, пропаном, этиленом). Плотность нефтей, насыщенных азотом или углекислотой, несколько возрастает с ростом давления.

4.1 Растворимость газов в нефти

Способность газа растворяться в нефти и воде имеет большое значение на всех этапах разработки месторождений от добычи нефти до процессов подготовки и транспортировки. Процесс растворения для идеального газа при небольших давлениях и температурах описывается законом Генри:

(2)

4.2 Вязкость нефти

Вязкость - важнейшее свойство жидкости сопротивляться взаимному перемещению её частиц при движении. Различают динамическую и кинематическую вязкость.

Зависимость вязкости нефти от количества, растворенного газа и температуры для некоторых нефтей показана на рис. 1

Рисунок 1 - Зависимость вязкости нефти от количества, растворенного вещества.



При этом все нефти подчиняются следующим общим закономерноcтям: вязкость их уменьшается с повышением количества газа в растворе, с увеличением температуры; повышение давления вызывает некоторое увеличение вязкости.

4.3 Давление насыщения нефти

Давлением насыщения нефти называют максимальное давление, при котором растворённый газ начинает выделяться из нефти при изотермическом её расширении в условиях термодинамического равновесия.

Нефти и пластовые воды с давлением насыщения, равным пластовому давлению, называются насыщенными. Если залежь имеет газовую шапку, то нефти, как правило, насыщенные.

Объемный коэффициент

С количеством растворённого газа в нефти связана величина объёмного коэффициента (b).

(3)

Vпл - объём нефти и растворённого в ней газа в пластовых условиях.

Vдег - объём нефти при стандартных условиях после дегазации.

Объёмный коэффициент определяется по результатам исследования глубинных проб. Для большинства месторождений величина b изменяется от 1,07 до 1,3.

Газовый фактор



Vг - объём газа, выделившегося из объема Vн нефти в процессе её изотермического контактного разгазирования.

Vн - объём дегазированной нефти, полученный из пластовой в процессе её разгазирования.

По статистическим данным Г. Ф. Требина из 1200 залежей около 50 % имеют газовый фактор от 25 до 82 м3/м3, то есть в 1 м3 нефти в пластовых условиях растворено от 25 до 82 м3 газа.

4.4 Коэффициент сжимаемости

Уменьшение объёма нефти при увеличении давления характеризуется коэффициентом сжимаемости (вн) или объёмной упругости:

?V - уменьшение объёма нефти;

V - исходный объём нефти;

?Р - увеличение давления.

Из выражения следует, что коэффициент сжимаемости (вн) характеризует относительное изменение единицы объёма нефти при изменении давления на единицу.

Коэффициент сжимаемости нефти зависит от температуры (рис. 2). Возрастание пластовой температуры вызывает увеличение коэффициента сжимаемости (рис. 2).



Рисунок 2 - Зависимость коэффициента сжимаемости от температуры и давления.

С увеличением плотности нефти коэффициент сжимаемости уменьшается, а с увеличением количества растворенного углеводородного газа в ней коэффициент сжимаемости нефти возрастает.

4.5 Структурно-механические свойства

Структурно-механические свойства движущихся неньютоновских жидкостей изучает наука - реология.

У ньютоновских жидкостей скорость сдвига пропорциональна касательному напряжению и обратно пропорциональна вязкости жидкости (реологическое уравнение):

(6)

Вязкость неньютоновской жидкости зависит не только от давления и температуры, но и от скорости деформации сдвига и предыстории состояния жидкости. Свойства этих жидкостей описываются реологическим уравнением другого вида:



(7)

В зависимости от вида функции эти жидкости разделяются на три вида:

бингамовские пластики;

псевдопластики;

дилатантные жидкости.

Движение псевдопластиков и дилатантной жидкости аппроксимируется степенным законом зависимости касательного напряжения и модуля скорости деформации.

4.6 Нефтепродукты и их применение

Бурный научно-технический прогресс и высокие темпы развития различных отраслей науки и мирового хозяйства в XIX - XX вв. привели к резкому увеличению потребления различных полезных ископаемых, особое место среди которых заняла нефть.

Нефть начали добывать на берегу Евфрата за 6 - 4 тыс. лет до нашей эры. Использовалась она и в качестве лекарства. Древние египтяне использовали асфальт (окисленную нефть) для бальзамирования. Нефтяные битумы использовались для приготовления строительных растворов. В средние века нефть использовалась для освещения в ряде городов на Ближнем Востоке, Южной Италии и др. В начале XIX в. в России, а в середине XIX в. в Америке из нефти путем возгонки был получен керосин. Он использовался в лампах. До середины XIX в. нефть добывалась в небольших количествах из глубоких колодцев вблизи естественных выходов ее на поверхность. Изобретение парового, а затем дизельного и бензинового двигателя привело к бурному развитию нефтедобывающей промышленности [6].

4.7 Общая классификация нефтепродуктов

Нефтепродукты - это смеси углеводородов, а также индивидуальные химические соединения, получаемые из нефти и нефтяных газов. К основным нефтепродуктам можно отнести различные виды топлива, смазочные вещества, нефтехимическое сырье и растворители. Виды топлива - это бензин, дизельное топливо, керосин и другие. Нефтепродукты создаются при перегонке нефти. Это происходит путем отделения отгонов в парообразном состоянии нефти.

Вырабатываемые на нефтеперерабатывающих заводах продукты подразделяют на группы, различающиеся по составу, свойствам и областям применения [7].

Основную группу нефтепродуктов представляют различные виды топлива. Моторное топливо, применяемое в двигателях внутреннего сгорания, составляет около 60 % объема всех нефтепродуктов.

Моторное топливо - это светлые нефтепродукты, применяемые для сжигания в двигателях. В зависимости от типа двигателя используется топливо карбюраторное (бензин различных марок и сортов), дизельное или реактивное. Для эксплуатации транспортных и стационарных тепловых установок, а также промышленных печей используют котельное топливо. К нему относят мазут различных марок, сланцевое масло, топливо печное бытовое. Все нефтяное топливо, кроме котельного, подвергается очистке.

Вторую по объему производства ассортиментную группу нефтепродуктов составляют нефтяные масла. Смазочные масла применяются для уменьшения силы трения и снижения износа трущихся поверхностей узлов механизмов и машин. Не смазочные материалы выполняют функцию антикоррозионных средств.

Описание, способы получения и применение нефтепродуктов



4.8 Топлива

Бензин - горючая жидкость, является смесью лёгких углеводородных веществ, имеющих температуры кипения в пределах 30 - 200 ?. Плотность бензина примерно 0,7 г/см3, теплотворная способность около 10,500 ккал/кг.

Бензин в промышленных масштабах производится на нефтехимических предприятиях комплексом процессов: перегонкой, гидрокрекингом, каталитическим крекингом, риформингом. Для производства бензинов специального назначения дополнительно используется процесс очистки от нежелательных включений и компонентов, смешение с присадками.

Самый простой способ получения автобензина заключается в отборе легких фракций в процессе перегонке нефтяного сырья кустарным способом - в так называемых самоварах, с дальнейшим увеличением октанового числа топлива с помощью присадок [8].

Бензин применяется как топливо для карбюраторных и инжекторных двигателей, высокоимпульсное ракетное топливо, при производстве парафина, как растворитель, как горючий материал.

Керосин - горючая прозрачная углеводородная жидкость, вырабатываемая методом перегонки или ректификации нефтяного сырья. Керосин является смесью веществ-углеводородов.

Промышленное и бытовое применение керосина очень широко: его используют в качестве топлива для реактивных самолётных двигателей, в качестве горючего компонента ракетного топлива, в качестве топлива при обжиге фарфоровых и стеклянных изделий, для осветительных и нагревательных приборов в быту, керосин используется в оборудовании для резки металла, в качестве растворителя для различных материалов, в том числе в быту, как сырьё в процессе нефтепереработки. Ещё одна область применения керосина - в качестве заменителя зимнего дизельного топлива и в качестве основы горючего для мультитопливных двигателей. Авиационный керосин служит топливом, хладагентом и в качестве смазки в авиационных двигателях различных типах -турбовинтовых и турбореактивных [7].

Керосин начал цениться, начиная с 50-х годов прошлого века в связи с активным развитием авиационной техники - керосин для авиационных двигателей (и турбовинтовой, и реактивной) стал идеальным горючим.

Дизельное топливо (дизтопливо, солярка) - органическая жидкость, получаемая при переработке нефти и используемая в качестве топливной смеси в дизельных двигателях. Обычно под термином дизтопливо понимают продукт, получаемый из керосино-газойлевых фракций в процессе прямой перегонки нефтяного сырья.

Основным потребителем дизтоплива является транспортный сектор экономики - железнодорожники, автотранспортники, производители сельхозпродукции. Кроме этого, дизтопливо часто используется как котельное топливо, топливо для стационарных и передвижных электрогенераторов, в кожевенной промышленности, как смазочно-охлаждающая среда в машинах и агрегатах, как средство для закалки изделий при термообработке металла.

Дизтопливо делят на:

дистиллятное -- малой вязкости для высокооборотных двигателей;

остаточное -- высоковязкое для низкооборотистых двигателей (сельхозтрактора, судовые дизельные агрегаты, стационарные двигатели электрогенераторов, насосов и т.д).

Дистиллятное дизтопливо получают смешением керосино-газойлевых фракций, получаемых при прямой перегонке нефтяного сырья и газойлей от каткрекинга. Вязкое дизтопливо для малооборотистых дизельных агрегатов получается смешением мазутов с веществами керосиново-газойлевых фракций.

Ещё одна градация дизтоплива основана на сезонности - летнее и зимнее дизтопливо.

Мазут - жидкий нефтепродукт темно-коричневого цвета, остаток после выделения из нефти или продуктов ее вторичной переработки бензиновых, керосиновых и газойлевых фракций, выкипающих до 350 - 360°С. Он представляет собой смесь большого количества компонентов, в частности карбенов, органических соединений, асфальтенов, нефтяных смол, а также углеводородов с молекулярной массой 400-1000 г/моль.

В зависимости от состава и физико-химических свойств исходного материала получают мазут с различными свойствами. Качество мазута определяется в зависимости от содержания в нем серы, а также его плотности и вязкости [9].

Мазут широко применяется в ряде отраслей. Однако основными потребителями по-прежнему остаются жилищно-коммунальные хозяйства, а также промышленные предприятия. Его используют в качестве топлива для котельных установок, паровых котлов, а также промышленных печей. Кроме того, мазут широко применяется в двигателях тепловозов и морских судов. В настоящее время достаточно большое количество мазута подвергается дальнейшей переработке. В результате получаются дистиллятные смазочные материалы, а также моторные топлива.



5. Нефтяные масла

Нефтяные масла - продукты переработки высококипящих (300-600 °С) нефтяных фракций, представляют собой жидкие смеси парафиновых, нафтеновых, ароматических и нефтено-ароматических углеводородов, а также их гетеропроизводных, содержащих S, N, О и некоторые металлы (V, Ni, Fe, Сu и др.). Сложность смесей исключает возможность разделения нефтяных масел на индивидуальные углеводороды. Поэтому о химическом составе нефтяных масел судят по содержанию в них отдельных групп углеводородов [8].

По способу производства делятся на дистиллятные, остаточные и компаундированные, получаемые соответственно дистилляцией нефти, удалением нежелательных компонентов из гудронов, депарафинизации, гидрочисткой или смешением дистиллятных и остаточных. В последнее время получил распространение метод преобразования исходного нефтяного сырья в более ценные продукты гидрокрекингом -- получаемые в таком производстве масла, при значительно более низкой себестоимости, приближаются по свойствам к синтетическим.

Смазочные масла - жидкие смазочные материалы, предназначенные для уменьшения трения и износа узлов и деталей машин, и механизмов.

Смазочные свойства характеризуют способность масел уменьшать трение, снижать или предотвращать износ, заедание и задир поверхностей трения, ослаблять либо замедлять контактную усталость взаимодействующих металлических поверхностей, обеспечивать более прочный контакт смыкающихся поверхностей во фрикционных механизмах и др.

Смазочные материалы в большинстве горючи, легко воспламеняются, поэтому при их хранении и использовании должны строго соблюдаться правила противопожарной безопасности. Такие материалы хранят в наземных или подземных маслохранилищах в резервуарах, а небольшие количества - в специальных помещениях в бочках, бидонах, канистрах.

Пластичные смазки в классификации смазочных веществ находятся между твердыми и жидкими смазками. Они представляют из себя двухкомпонентную систему: жидкое масло (обычно до 90 %), загустители и добавки. Эти загустители, называемые металлическим мылом, имеют специфический молекулярный каркас-решетку, хорошо впитывающую и удерживающую масло.

Свое применение пластичные смазки нашли в тех узлах трения, в которых нельзя создать принудительную циркуляцию масла или сделать это затруднительно. Благодаря загустителям они надежно удерживаются на поверхностях пар трения и, в некоторых случаях, обеспечивают дополнительную герметизацию [9].



6. Методы переработки нефти

Основные цели и задачи переработки нефти

Нефть подвергают первичной очистке еще в процессе добычи. Дело в том, что в добываемой нефти содержится большое количество воды, различных газов, минеральных солей и механических примесей. Транспортировать такую нефть невыгодно, да и невозможно. Поэтому прямо на промыслах нефть сначала очищают от газов, потом удаляют воду, соли и механические примеси.

Полностью очистить нефть от нежелательных примесей в условиях промысла очень сложно, поэтому окончательную очистку проводят на нефтеперерабатывающих заводах, куда нефть доставляют по магистральным нефтепроводам.

6.1 Первичная переработка нефти

Обезвоживание и обессоливание нефти

Нефть, поступающая на НПЗ по системе магистральных нефтепроводов, может содержать до 3600 мг/л солей, до 1,0% масс воды и до 0,05% масс механических примесей. Если при транспортировке такое количество примесей не очень опасно, при переработке нефти на НПЗ могут произойти необратимые последствия.

Вся поступающая на НПЗ нефть закачивается в сырьевые резервуары. В них происходит частичное отстаивание нефти с выпадением в осадок воды, солей и механических примесей. Но этого недостаточно. Высокое содержание в нефти солей может привести к ускоренной коррозии стальной аппаратуры, и уже через сто дней придется осуществлять ее замену, а для этого останавливать технологический процесс (который на НПЗ не прекращается на протяжении как минимум двух лет).

В нефти, поступающей на переработку, содержание солей не должно превышать 5 мг/л, содержание воды - не более 0,1% масс, а механических примесей вообще быть не должно. Поэтому первой стадией переработки нефти на НПЗ всегда является обезвоживание и обессоливание. Поскольку нефть и вода нерастворимы друг в друге, при их смешении образуются эмульсии [13].

6.2 Разделение нефти на фракции

Разделение нефти на фракции проводится по температуре их выкипания. Для этого нефть необходимо нагреть до температуры не выше 360 °С. Если нефть нагревать до более высоких температур, при атмосферном давлении начинается процесс термического крекинга - разложения нефти на газообразные и твердые (коксообразные) продукты. Это категорически недопустимо - может привести к выходу из строя теплообменной аппаратуры, а самое главное - снижает объем выхода из нефти самых дорогостоящих светлых углеводородов - компонентов бензинов.

Нефть разделяется на фракции: бензиновую, керосиновую, дизельную и прямогонный мазут.

Методы и способы переработки нефти

Термический крекинг

Переработка нефти методом крекинга расщепляет тяжелые молекулы на более легкие и превращает их в легко кипящие углеводороды с образованием бензиновых, керосиновых и дизельных фракций.

Термический крекинг разделяют на парофазный и жидкофазный:

Парофазный крекинг - нефть нагревают до 520…550°С при давлении 2…6 атм. Сейчас он не применяется по причине низкой производительности и большого содержания (40%) непредельных углеводородов в конечном продукте, которые легко окисляются и образуют смолы;

Жидкофазный крекинг - температура нагрева нефти 480…500°С при давлении 20…50 атм. Увеличивается производительность, снижается количество (25…30%) непредельных углеводородов [13].

6.3 Каталитический крекинг

Переработка нефти каталитическим крекингом - более совершенный технологический процесс. При каталитическом крекинге имеет место расщепление тяжелых молекул углеводородов нефти при температуре 430…530°С при давлении близком к атмосферному в присутствии катализаторов. Катализатор направляет процесс и способствует изомерации предельных углеводородов и превращению из непредельных в предельные. Бензин каталитического крекинга имеет высокую детонационную стойкость и химическую стабильность. Выход бензина до 78% из нефти и качество значительно выше, чем при термическом крекинге. В качестве катализаторов применяют алюмосиликаты, содержащие окиси Si и Al, катализаторы, содержащие окиси меди, марганца, Со, Ni, и платиновый катализатор.

Каталитический риформинг

Переработка нефти каталитическим риформингом заключается в ароматизации бензиновых фракций в результате каталитического преобразования нафтеновых и парафиновых углеводородов в ароматические. Кроме ароматизации молекулы парафиновых углеводородов могут подвергаться изомерации, наиболее тяжелые углеводороды могут расщепляться на более мелкие. В качестве сырья для переработки используются бензиновые фракции прямой перегонки нефти пары которых при температуре 540°С и давлении 30 атм. в присутствии водорода пропускают через реакционную камеру, заполненную катализатором (двуокись молибдена и окись алюминия). В результате получают бензин с содержанием ароматических углеводородов 40…50%. При изменении технологического процесса количество ароматических углеводородов можно увеличить до 80%. Присутствие водорода увеличивает срок службы катализатора.

Пиролиз

Переработка нефти пиролизом - это термическое разложение углеводородов нефти в специальных аппаратах или газогенераторах при температуре 650 °С. Применяется для получения ароматических углеводородов и газа. В качестве сырья можно применять как нефть так и мазут, но наибольший выход ароматических углеводородов наблюдается при пиролизе легких фракций нефти. Выход: 50% газа, 45% смолы, 5% сажи. Из смолы получают ароматические углеводороды путем ректификации.

6.4 Нефтегазоносные провинции Красноярского края

Нефтегазогеологическое районирование недр имеет большое научное и практическое значение. От того, на каких принципах и критериях оно базируется, во многом зависит прогнозирование нефтегазоносности, выбор направлений, методики поисково-разведочных работ, перспективы освоения нефтяных и газовых ресурсов на отдельных территориях.

Нефтегазоносная провинция (НГП) - это значительная по размерам и осадочному выполнению обособленная территория, приуроченная к одному или группе смежных крупнейших или крупных тектонических элементов (плита, синеклиза, антеклиза, авлакоген, краевой прогиб и т.д.). НГП обладает сходными чертами геологического строения и развития, характерным единым стратиграфическим диапазоном нефтегазоносности, определенными геохимическими, литологическими и гидрогеологическими условиями, а также большими возможностями генерации и аккумуляции углеводородов [4].

В основу рекомендуемого нефтегазогеологического районирования территории России положен фациально - тектонический принцип, предопределяющий различные масштабы нефтегазообразования и нефтегазонакопления. Это районирование уточнялось по мере получения новых достаточно обосновывающих материалов по результатам геологоразведочных и научных работ. Мы же рассмотрим районирование территорий Красноярского края. На основе этого районирования составлена карта нефтегазоносных провинций территории Сибири (рис. 3).

Рисунок 3 - Схема расположения нефтегазоносных провинций Сибири

В пределах территории Красноярского края, полностью или частично, располагаются 12 нефтегазоносных областей трех нефтегазоносных провинций - Западно-Сибирской, Хатангско-Вилюйской, и Лено-Тунгусской. Установленные извлекаемые ресурсы нефти составляют 8,3 млрд. т, природного газа - 24,2 трлн. м3 и конденсата - 1,6 млрд. т.

6.5 Западно- Сибирская провинция

Западно-Сибирская - это основная провинция РФ. Крупнейший нефтегазоносный бассейн в мире. Расположен он в пределах Западно-Сибирской равнины на территории Тюменской, Омской, Курганской, Томской и частично Свердловской, Челябинской, Новосибирской областей, Красноярского и Алтайского краев, площадью около 3,5 млн км2. В пределах Западно-Сибирской провинции на территории региона открыто пять нефтяных и газовых месторождения - Сузунское, Лодочное, Тагульское, Ванкорское.

6.6 Лено-Тунгусская провинция

Лено-Тунгусская провинция -- расположена в западной части Якутской ACCP, в северном и центральном районах Красноярского края, в западном и северном районах Иркутской области. Площадь 2,8 млн. км2. Включает Северо-Тунгусскую, Анабарскую, Южно-Тунгусскую, Катангскую, Непско-Ботуобинскую, Западно-Вилюйскую, Северо-Алданскую, Ангаро-Ленскую, Присаяно-Енисейскую и Байкитскую нефтегазоносные области. Слабо изучена. Наиболее значительны выявленные месторождения: Среднеботуобинское, Верхневилючанское. Даниловское, Верхнечонское, Марковское, Ярактинское газоконденсатные и нефтегазоконденсатные.

Рисунок 4 - Карта Лено-Тунгусской провинции



6.7 Хатангско-Вилюйская провинция

В пределах Хатангско-Вилюйской провинции выявлены газовые Джангодское, Зимнее, Мессояхское, Нижнехетское, Хабейское, Балахнинское и газоконденсатные - Дерябинское, Казанцевское, Нанадянское, Озерное, Пеляткинское, Северо-Соленинское, Ушаковское месторождения. Здесь же установлены Пайяхское, Илимское, Кожевниковское и Нордвикское нефтяные месторождения.

6.8 Экологические проблемы

Экологические проблемы, связанные с нефтью значительны и многообразны. Утечка даже небольшого количества нефти наносит часто непоправимый ущерб окружающей среде, а также экономике. Разработка безопасных способов нахождения месторождений нефти, её добычи и переработки является одной из наиболее приоритетных мировых задач. От этого зависит не только состояние природы сегодня, но и её состояние в будущем.

Экологические последствия разливов нефти носят разрушительный характер, поскольку нефтяное загрязнение нарушает многие естественные процессы и взаимосвязи, существенно изменяет условия обитания всех видов живых организмов и накапливается в биомассе.

Нефть является продуктом длительного распада и очень быстро покрывает поверхность вод плотным слоем нефтяной пленки, которая препятствует доступу воздуха и света. Через 10 минут после того, как в воде оказалась одна тонна нефти, образуется нефтяное пятно, толщина которого составляет 10 мм. С течением времени толщина пленки уменьшается до менее 1 миллиметра, в то время как пятно расширяется. Одна тонна нефти способна покрыть площадь до 12 квадратных километров. Дальнейшие изменения происходят под воздействием ветра, волн и погоды. Обычно пятно дрейфует по воле ветра, постепенно распадаясь на более мелкие пятна, которые способны удаляться на значительные расстояния от места разлива. Сильные ветры и штормы ускоряют процесс дисперсии пленки. Во время катастроф не происходит одномоментной массовой гибели рыб, пресмыкающихся, животных и растений.

Если авария произошла неподалеку от города или иного населенного пункта, то отравляющий эффект усиливается, потому что нефть образуют опасные "коктейли" с иными загрязнителями человеческого происхождения.
Разливы нефти приводят к гибели морских млекопитающих. Морские выдры, полярные медведи, тюлени, новорожденные морские котики погибают наиболее часто. Загрязненный нефтью мех начинает спутываться и теряет способность удерживать тепло и воду. Нефть, влияя на жировой слой тюлений и китообразных, усиливает расход тепла. Кроме того, нефть может вызвать раздражение кожи, глаз и препятствовать нормальной способности к плаванию.

Попавшая в организм нефть может вызвать желудочно-кишечные кровотечения, почечную недостаточность, интоксикацию печени, нарушение кровяного давления. Пары от испарений нефти ведут к проблемам органов дыхания у млекопитающих, которые находятся около или в непосредственной близости с большими разливами нефти.

Рыбы подвергаются воздействию разливов нефти в воде при употреблении загрязненной пищи и воды, а также при соприкосновении с нефтью во время движения икры. Гибель рыбы, исключая молодь, происходит обычно при серьезных разливах нефти. Однако сырая нефть и нефтепродукты отличаются разнообразием токсичного воздействия на разные виды рыб. Концентрация 0,5 миллионной доли или менее нефти в воде способна привести к гибели форели. Почти летальный эффект нефть оказывает на сердце, изменяет дыхание, увеличивает печень, замедляет рост, разрушает плавники, приводит к различным биологическим и клеточным изменениям, влияет на поведение.

Личинки и молодь рыб наиболее чувствительны к воздействию нефти, разливы которой могут погубить икру рыб и личинки, находящиеся на поверхности воды, а молодь - в мелких водах.

Влияние разливов нефти на беспозвоночные организмы может длиться от недели до 10 лет. Это зависит от вида нефти; обстоятельств, при которых произошел разлив и его влияния на организмы. Беспозвоночные чаще всего гибнут в прибрежной зоне, в отложениях или же в толще воды. Колонии беспозвоночных (зоопланктон) в больших объемах воды возвращаются к прежнему (до разлива) состоянию быстрее, чем те, которые находятся в небольших объемах воды. Следует отметить тот факт, что производные нефтепродуктов имеют свойство накапливаться в организме и вызывают мутацию. Мутация генов у микроорганизмов может передаваться по пищевой цепи к рыбам и другим представителям морской фауны.



Заключение

В последние годы (наряду с увеличением выработки топлива и масел) углеводороды нефти широко используют как источник химического сырья. Различными способами из них получают вещества, необходимые для производства пластмасс, синтетического текстильного волокна, синтетического каучука, спиртов, кислот, синтетических моющих средств, взрывчатых веществ, ядохимикатов, синтетических жиров и т.д.

Нефть останется в ближайшем будущем основой обеспечения энергией народного хозяйства и сырьем нефтехимической промышленности. Здесь будет многое зависеть от успехов в области поисков, разведки и разработки месторождений. Но ресурсы нефти в природе ограничены. Бурное наращивание в течение последних десятилетий их добычи привело к относительному истощению наиболее крупных и благоприятно расположенных месторождений.



Список используемых источников

1. Булатов А.И. Страницы истории. - Краснодар : ООО «Просвещение-Юг», 2006. - 32 с.

2. Мартынов В.Н. В нефтегазовом образовании - кризис перепроизводства // Журнал «Нефть России». - 2004. - № 8 - С. 20-24.

3. Каламкаров Л.В. Нефтегазоносные провинции и области России и сопредельных стран. - М., Изд-во Нефть и газ, 2005.

4. Коржубаев А.Г., Анализ тенденций в нефтяном комплексе России // Всероссийский экономический журнал «Экономика и организация», Соколова И.А., Эдер Л.В. - 2009. - № 9. - С. 65-76.

5. Стадников Г.Л. Происхождение углей и нефти // М.: -- третье переработанное и дополненное издание АН СССР, - 1937 - 184-217 с.

6. Нефтепродукты. Справочник, под ред. Б. В. Лосикова, М., 1966.

7. Товарные нефтепродукты, их свойства и применение. Справочник, под ред. Н. Г. Пучкова, М., 1971;

...