Добыча природных газов

Газ, как и нефть, извлекают из недр бурением скважин. Обычно разработку газовой скважины ведут 15 – 20 лет при коэффициенте извлечения 80 – 90 %. Как и в случае с нефтью, перед транспортировкой из газа удаляют механические примеси, воду, а также тяжелые углеводороды и сернистые соединения. Некоторые месторождения природных газов содер­жат значительные количества благородного газа аргона,который также извлекают из природного газа передтранспортировкой.Транспортируют газ исключительно трубопроводным транспортом под большим давлением.

Контрольные вопросы

1. Изложите историю нефтепереработки.

2. Какие гипотезы происхождения нефти Вам известны? Изложите их суть.

3. Назовите главные нефтедобывающие страны и месторождения нефти.

4. Назовите основные газодобывающие страны мира и месторождения газа.

5. Изложите методы добычи нефти и природного газа.

ТЕМА 2.

Состав нефти и нефтепродуктов

Элементный состав нефти

Поскольку основными соединениями, которые входят в состав нефти, являются углеводороды, то главные химические элементы нефти – это углерод и водород. На долю первого приходится 83–87 % массы нефти, второго – 11,5–14 %. Кроме того, в небольших количествах нефть содержит серу (до 8 % и более), азот (до 1,7 %), кислород (0,1–3,6 %), а также мышьяк и другие неметаллы и ряд металлов, среди которых наиболее представлены в нефти ванадий и никель.

Следует отметить, что среди других горючих ископаемых нефть содержит наибольшее количество углерода. Сравнительные данные об элементном составе горючих ископаемых приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Элементный состав горючих ископаемых

Наименование	Содержание элементов, % масс.
углерод	водород	другие элементы
Нефть Балаханская (Баку) Усть-Балыкская (Западная Сибирь)	87,4	12,5	0,1
84,95	12,5	2,55
Уголь каменный (Донбасс) бурый (Подмосковье)
81,3	5,2	13,5
74,8	5,1	20,1
Горючие сланцы (Эстония)	76,6	9,2	14,2
Торф сухой (Подмосковье)	57,7	6,1	36,1

Соотношение углерода и водорода (С/Н) может характеризовать структурно-групповой состав органической массы топлива. Для различных нефтей это соотношение колеблется в пределах 6–8. Чем выше значение С/Н, тем больше в нефти ароматических углеводородов. Другие элементы представлены в нефтях в основном в виде гетероциклических и металло­органических соединений.

Химический состав нефти

2.2.1. Углеводороды, как известно, составляют основу нефти. В нефтях они представлены алканами, циклоалканами, аренами и гибридными углеводородами (циклоалканоаренами). В редких случаях в малых количествах в нефти могут находиться алкены (Пенсильванская нефть, некоторые нефти бакинских месторождений). При этом соотношение этих углеводородов в нефтях различных месторождений может меняться в широких пределах.

2.2.2. Сернистые соединениявстречаются практически во всех нефтях. 70 – 90 % этих веществ концентрируются в остатках – в мазутах и гудронах. Сера содержится в меркаптанах, алифатических сульфидах, моноцикли­ческих сульфидах, производных тиофена, полициклических сернистых соединениях.

2.2.3. Кислородные соединения представлены в нефтях кислотами, фенолами, спиртами, кетонами и эфирами. Они сосредоточены практически полностью в высококипящих фракциях. Нефтяные кислоты – это в основном циклопентан- и циклогексанкарбоновые нафтеновые кислоты. Отмечено также присутствие алифатических кислот с числом углеродных атомов до 21. Доля нефтяных кислот в бакинских и эмбенских нефтях составляет 0,8–1,7 %. Фенолы в нефти содержатся в количествах от 0,01 до 0,05 %.

2.2.4. Азотистые соединения 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. По массе азотистые соединения в нефтях могут составлять до 3 % и больше.

Кроме перечисленных соединений, в нефтях могут содержаться вещества, включающие одновременно два или более гетероатомов.

Отдельной группой представлены в нефтях металлорганические соединения. Их доля в нефти не превышает тысячных долей процента.

Классификация нефтей

2.3.1. Классификация по структурно-групповому составу.Одной из общепринятых классификаций, отражающих структурно-групповой состав нефти, является классификация, предложенная Грозненским научно-иссле­довательским институтом нефти (ГрозНИИ). В ее основу положено преимущественное содержание в нефти одного или нескольких классов углеводородов. Поскольку из всего многообразия различных классов угле­водородов, известных в химии, в нефти практически присутствуют лишь ее насыщенные представители – алканы (парафины), циклоалканы (наф­тены) и арены (ароматические), – то представленные в этой классификации типы нефтей имеют названия, образованные различными сочетаниями названий перечисленных углеводородов.

Парафиновые нефти.Онисодержат значительные количества алканов во всех фракциях нефти. При этом их доля в бензиновых фракциях составляет не менее 50 %, а в масляных – не менее 20 %. Типичные представители – нефти полуострова Мангышлак в Казахстане (Узеньскоеи Жетыбайское месторождения).

Парафино-нафтеновые нефти.Такие нефти наряду с алканами включают значительное количество циклоалканов. Содержание аренов в них невелико. Следует отметить, что парафино-нафтеновые, так и парафиновые нефти, содержат смолы и асфальтены в небольших количествах.Второй тип нефтей представляет основные месторождения России – Западную Сибирь(Самотлорское, Советское, Шаимское, Усть-Балыкскоеи др.) и меж­дуречье Волги и Урала(Ромашкинское, Туймазинское, Ставрополь­ское,Арланское) и др.

Нафтеновые нефти.Для них характерно содержание циклоалканов во всех фракциях нефти до 60 % и более. Остальные углеводороды, а также смолы и асфальтены находятся в них в небольших количествах. Эти нефти содержат месторождения районов Баку (Балаханскоеи Сураханское), реки Эмбы(Доссорскоеи Маскатское) и Майкопа.

Парафино-нафтено-ароматические нефти. Такие нефти содержат перечисленные нефти в соизмеримых количествах. Доля твердых парафинов в них составляет до 1,5 %, смол и асфальтенов до 10 %.

Нафтено-ароматические нефтисостоят в основном из циклоалканов и аренов, причем в более тяжелых фракциях концентрация последних выше. Алканы в таких нефтях присутствуют в незначительных количествах и прак­тически только в легких фракциях. Доля твердых парафинов здесь не пре­вышает 0,3 %. Доля смол и асфальтенов в этих нефтях достигает 15 – 20 %.

Ароматические нефтисодержат много аренов во всех фракциях. Эти нефти имеют самую большую плотность. К ароматическим нефтям отно­сятся Прорвинскаяв Казахстане и Бугурусланскаяв Поволжье.

2.3.2. Классификация по плотности представляет собой первую попытку как-то различать нефти разных месторождений. Согласно этой классификации, выделяют следующие нефти:

легкие–с плотностью ₁₅ ¹⁵ < 828 кг/м³ (Яринское месторождение);

утяжеленные–с плотностью 828 < < 884 кг/м³ (Ромашкинское, Самотлорское, Арланское и другие месторождения);

тяжелые–с плотностью ₁₅ ¹⁵ > 884 кг/м³ (Ярегское месторождение).

Другие авторы делят все нефти по плотности на пять типов:

0 – очень легкие, с плотностью ₄²⁰ 800кг/м³;

1 – легкие, с плотностью 800 < ₄²⁰ < 840 кг/м³;

2 – нефти со средней плотностью 840 < ₄²⁰ < 880 кг/м³;

3 – тяжелые, с плотностью 880 < ₄²⁰ < 920 кг/м³;

4 – очень тяжелые, с плотностью ₄²⁰ > 920 кг/м³.

В легких нефтях, как правило, больше бензиновых фракций, мало смол, асфальтенов и серы. Из них получают высококачественные смазочные масла. Тяжелые же нефти содержат большое количество смол и асфальтенов и являются отличным сырьем для производства битумов.

2.3.3. Классификация по содержанию серы. Такая классификация разделяет все нефти на четыре вида:

0 – малосернистые нефти (с содержанием серы < 0,5 %);

1 – нефти средней сернистости (0,5 < S < 1%);

2 – сернистые нефти (1< S < 3 %);

3 – высокосернистые нефти (S > 3 %).

В мире известны месторождения нефти с содержанием серы 9,6 и даже 14 % масс. Такие нефти состоят почти исключительно из сернистых соединений.

2.3.4. Технологическая классификация. В настоящее время во всем мире, в т.ч. и России принята универсальная классификация, которую называют технологической. По ней все нефти делят на классы (по содержанию серы в самой нефти и в получаемых из нее при разгонке бензине, реактивном и дизельном топливе). Второе деление осуществляется по типам (характеризует выход светлых фракций из нефти, выкипающих до 350 ^оС). Отнесение нефти к той или иной группепроизводится по потенциальному содержанию в ней базовых масел, подгруппе – по индексу вязкости этих базовых масел. Наконец, рубрика вид определяет содержание твердых парафинов в нефти. В обобщенном виде данная классификация приведена в табл. 2.1

Анализируя данные табл. 2.1, можно сделать ряд выводов.

Малосернистая нефть содержит не более 0,5 % серы при ограничении ее количества в бензиновой и реактивно-топливной фракции 0,1 %, а в дизельной – 0,2 %. Это нефть 1-го класса. Если доля серы превышает указанные ограничения хотя бы в одном виде дистиллятного топлива, нефть не может считаться малосернистой.

Сернистая нефть содержит 0,5 – 2 % серы, при ограничении ее количества в бензине не более 0,1 %, РТ – 0,25 %, ДТ –1 %. Если превышен хотя бы один показатель, нефть следует отнести к высокосернистой.

Высокосернистая нефть содержит более 2 % серы при ее концентрации в бензине более 0,1 %, РТ – более 0,25 %, в ДТ – более 1 %. Если все

Таблица 2.2

дистиллятные фракции нефти содержат серы меньше, то ее относят к сернистой.

Данная классификация учитывает соотношение фракций в нефтях. По выходу светлых фракций нефти делятся на три типа, а по суммарному содержанию дистиллятных базовых масел – на четыре группы, в зависимости от значения индекса вязкости этих масел – на четыре подгруппы.

При доле твердых парафинов в нефтях < 1,5 % из этой нефти без депарафинизации можно получить РТ, зимнее ДТ с пределами кипения
200–350 ^оС и температурой застывания < –45 ^оC, а также индустриальные базовые масла. Такую нефть называют малопарафинистой.Если в нефти имеется 1,5–6 % твердых парафинов и из нее без депарафинизации получают РТ и летнее ДТ с пределами кипения 240–350 ^оС и температуре застывания ниже –10 ^оС, то эту нефть называют парафинистой.Остальная нефть является высокопарафинистой.

Контрольные вопросы

1. Назовите элементный состав нефти и содержание этих элементов в нефти.

2. В каких соединениях встречается сера в нефтях? Назовите примеры.

3. В каких соединениях встречается кислород в нефтях? Назовите примеры.

4. В каких соединениях встречается азот в нефтях? Назовите примеры.

5. Расскажите о классификации нефтей по структурно-групповому составу. Приведите примеры.

6. Изложите классификации нефтей по плотности и содержанию серы.

7. Приведите основные положения технологической классификации нефтей.

ТЕМА 3.

Физические свойства нефти и нефтепродуктов

Как уже отмечалось, нефть и продукты ее переработки представляют собой сложные смеси углеводородов и гетероорганических соединений. Анализ таких смесей с выделением индивидуальных соединений имеет ограниченные возможности и в практике далеко не всегда необходим. В технологических расчетах при оценке качества нефти и нефтепродуктов используют данные технического анализа, задачей которого является определение ряда физических, химических и эксплуатационных свойств нефтепродуктов.

Химические методы основаны на базе аналитической химии.

Физические методывключают определение плотности, вязкости, температур плавления, замерзания и кипения, оптической плотности,молекулярной массы, теплоты сгорания и некоторых условных показателей (пенетрация, дуктильность и др.).

Физико-химические методы используют, нефелометрию, рН-метрию, спектроскопию, хроматографию, колориметрию, потенциометриюи т.д.

Специальные методы позволяют определить октановое и цетановое числа моторных топлив,химическую стабильностьтоплив и масел, темпе-ратуры вспышки, воспламенения, самовоспламененияи др.