Аналитический и коллоидно-химический подход к изучению нефтяных систем.
Элементный анализ нефтей и газов. К какому классу минералов по геохимической классификации относятся газ и нефть и почему?
Геохимики нефть относят к минералам (лат. слово «minera» означает руда), а нефть и газ - к числу горючих полезных ископаемых. Нефть вместе с газом независимо от их агрегатного состояния относят к тому же классу горных пород, что и уголь (антрацит, каменный и бурый), а именно к классу . каустобиолитов, по причине близости их элементного состава.
| Вид у – в сырья | С, % | Н, % |
| Нефть и газ | 82-87 | 10-12 |
| Кам.уголь | 84-85 | 5-6 |
| Антрацит |
Развитию каких альтернативных источников энергии способствуют нефтяные кризисы? Какие страны входят в организацию ОПЭК?
Альтернативные источники энергии - атомная энергетика, гидроэнергетика, использование возобновляемых энергоресурсов, а также развитие энергосберегающих технологий.
ОПЭК – Средний и Ближний Восток (Саудовская Аравия, Кувейт, Иран, Ирак, Абу-Даби), Северная Африка (Египет, Алжир, Ливия, Нигерия), Индокитай (Индонезия), Латинская Америка (Мексика, Венесуэла, Бразилия, Аргентина).
Показатель “глубина переработки нефти”.
Показатель «глубина переработки нефти» был разработан отечественным отраслевым институтом ВНИИНП и характеризуется относительным количеством дистиллятных нефтепродуктов, которые можно получить из нефти в результате первичных и вторичных процессов нефтепереработки за вычетом котельного топлива и безвозвратных потерь. По подсчетам глубина переработки нефти в странах Западной Европы, США, Японии составляет более 90 % за счет получивших большое развитие вторичных процессов нефтепереработки.
Химическая классификация нефтей по Петрову.
Нефти типа А1 парафинового и нафтено-парафинового основания характеризуются высоким содержанием суммы алканов до 15-60%, а н-алканов - до 5-25 %.
Нефти типа А2 относятся к парафино-нафтеновым и нафтено-парафиновым. Содержание алканов в них несколько ниже, чем в нефтях типа А1. Отличительная черта нефтей типа А2 - преобладание разветвленных алканов над нормальными.
В составе нафтеновых нефтей типа Б2 преобладают циклоалканы, а алканы представлены разветвленными структурами. Четвертая группа нефтей типа Б1 характеризуется по групповому составу как нафтеновая или нафтено-ароматическая. В этих нефтях практически полностью отсутствуют н-алканы и изопреноидные алканы и относительно мало содержание других разветвленных алканов (от 4 до 10 %).
Различия в химическом составе газов, газоконденсатов и нефтей.
Элементный анализ нефтей и газов. К какому классу минералов по геохимической классификации относятся газ и нефть и почему?
Геохимики нефть относят к минералам (лат. слово «minera» означает руда), а нефть и газ - к числу горючих полезных ископаемых. Нефть вместе с газом независимо от их агрегатного состояния относят к тому же классу горных пород, что и уголь (антрацит, каменный и бурый), а именно к классу . каустобиолитов, по причине близости их элементного состава.
| Вид у – в сырья | С, % | Н, % |
| Нефть и газ | 82-87 | 10-12 |
| Кам.уголь | 84-85 | 5-6 |
| Антрацит |
Развитию каких альтернативных источников энергии способствуют нефтяные кризисы? Какие страны входят в организацию ОПЭК?
Альтернативные источники энергии - атомная энергетика, гидроэнергетика, использование возобновляемых энергоресурсов, а также развитие энергосберегающих технологий.
ОПЭК – Средний и Ближний Восток (Саудовская Аравия, Кувейт, Иран, Ирак, Абу-Даби), Северная Африка (Египет, Алжир, Ливия, Нигерия), Индокитай (Индонезия), Латинская Америка (Мексика, Венесуэла, Бразилия, Аргентина).
Аналитический и коллоидно-химический подход к изучению нефтяных систем.
С одной стороны, нефтяные системы - это многокомпонентная смесь углеводородных и неуглеводородных соединений. Традиционная задача качественного и количественного анализа многокомпонентной системы решается с позиций аналитического подхода – разделения смеси на компоненты и их идентификации (лат. слово «identifico» - отождествлять), т.е. установления структурной формулы отдельных компонентов. Для этого используют разнообразные постоянно совершенствующиеся приемы разделения этих смесей и идентификации выделенных соединений (хроматографические, спектральные, экстракционные и др.). С помощью аналитического подхода в нефтях идентифицировано несколько десятков тысяч соединений, кроме того, в нефтях обнаружены новые ранее неизвестные соединения. Например, в 1933 году был открыт полициклический циклоалкан – адамантан (см. раздел 2.2.). Открытие в нефти изопренанов способствовало развитию работ в области генезиса нефти. Другим примером может быть обнаружение в 1952 г. в нефтях алкенов (см. раздел 2.3.). Знание химического состава нефтей необходимо для решения большого круга задач, являясь отправной точкой при выборе технологической схемы переработки нефти; оказывая помощь геохимикам в решении вопросов генезиса нефти (по наличию реликтовых углеводородов) и при изучении миграции нефти в пласте и т.д. С другой стороны, по своему изначальному составу нефтяные системы являются дисперсными, т.е. содержат в качестве дисперсной фазы газ, воду или асфальтены. В рамках коллоидно-химического подхода при изучении нефтяных дисперсных систем (НДС) рассматриваются следующие вопросы: классификация НДС по основным признакам дисперсного состояния; коллоидно-химические свойства НДС – устойчивость, структурно-механические и электрофизические; межфазные явления на границах раздела фаз; фазовые и структурные превращения в нефтяных системах при различных условиях пребывания в пласте, на дневной поверхности, в технологическом аппарате. Дисперсное состояние является характерным для нефтяных систем как при нахождении их в пласте, так и в процессах добычи, транспортировки, переработки и других технологических операций с ними. К нефтяным дисперсным системам относятся практически все виды природного углеводородного сырья (газовые гидраты, газоконденсаты, нефти, мальты, битумы); разные типы нефтепродуктов. от моторных топлив до коксов; химические реагенты на углеводородной основе и технологические жидкости, применяющиеся в нефтепромысловой химии и т.д. При этом объекты исследования постоянно меняются: в общем балансе углеводородного сырья увеличивается доля высоковязкого и тяжелого, а ассортимент химических реагентов и нефтепродуктов, содержащих компоненты в дисперсном состоянии, постоянно расширяется. В нефтепромысловой химии для интенсификации добычи нефти и газа и увеличения нефтеотдачи пласта широко используются различные типы НДС техногенного происхождения (эмульсии, пены, гели), знание физико-химических
характеристик которых необходимо для успешного проведения соответствующих обработок. Нефтетехнологические процессы на различных этапах производственной цепочки: разработки нефте- и газоносных пластов, промысловой подготовки, транспортировки и переработки нефти и газа сопровождаются изменением P,V,T- условий. При этом в углеводородных системах могут происходить фазовые переходы (испарение - конденсация, кристаллизация - плавление), приводящие к образованию полигетерогенных дисперсных систем. Знание физико-химических свойств НДС позволяет регулировать интенсивность диффузионных, адсорбционных и массообменных нефтетехнологических процессов. Межфазные явления на границах раздела фаз в нефтяных системах, протекающие в присутствии природных и привнесенных в составе химических реагентов поверхностно-активных веществ, влияют на эффективность нефтетехнологических процессов. Такие практически важные свойства НДС как устойчивость, структурно-механические и реологические характеристики определяются коллоидно-дисперсным строением нефтяных систем. Поэтому отдельное место в рамках коллоидно-химического подхода занимает физико-химическая механика и реология НДС. Дальнейшее становление химии нефти связано именно с ее трансформацией в физикохимию нефти. Таким образом, предметом исследования физикохимии нефти являются нефтяные дисперсные системы во всем многообразии своих физических и химических свойств.
4. Краткие схемы переработки нефти по топливному, масляному и нефтехимическому вариантам.
Исходной стадией во всех трех вариантах является удаление из сырой нефти воды (до уровня менее 0,1 %) и солей (до уровня менее 2-4 мг/л) на электрообессоливающей установке ЭЛОУ и перегонка подготовленной (обезвоженной и обессоленной) нефти на атмосферно-вакуумной установке с трубчатой печью - АВТ. В основе всех современных нефтеперегонных установок лежит гениальное изобретение (авторы В.Г.Шухов, С.П.Гаврилов, 1890 г.) нефтеперегонной установки нового типа – трубчатой, в которой непрерывный нагрев нефти осуществляется в трубчатом змеевике печи. Разделение испарившейся нефти происходит в специальных тарельчатых колоннах. Обычно на НПЗ имеются совмещенные установки ЭЛОУ-АВТ мощностью 3, 6, 9 млн тонн/год, на которых получают прямогонные фракции (рис.2).Прямогонные фракции после процессов облагораживания (например, гидроочистки от серо- и азотсодержащих соединений) поступают на компаундирование с соответствующими фракциями вторичных процессов для получения товарных нефтепродуктов. Мазут перерабатывается на вакуумном блоке АВТ. Температура термической стабильности компонентов нефти составляет 350 - 360 °С. Поэтому разделение мазута на фракции проводят в вакууме для понижения температуры кипения входящих в его состав компонентов и предупреждения их термического крекинга (от англ. слова «cracking» - расщепление).
Топливный вариант предполагает получение из мазута широкой фракции вакуумного газойля 350-490 °С, которая служит сырьем процесса каталитического крекинга. При этом получают в качестве целевого продукта высокооктановый компонент товарного бензина.
Масляный вариант нефтепереработки заключается в получении из мазута вакуумной перегонкой узких масляных фракций различной вязкости: дистиллятных с пределами выкипания 300-400. °С, 350-420 °С, 420-500 °С и остаточной >500 °С.
Из этих фракций в последующих процессах селективной очистки и низкотемпературной депарафинизации удаляют нежелательные компоненты, соответственно, смолы, полициклические арены и высокозастывающие парафины, в результате получаются базовые масляные основы. Введением в последние соответствующих присадок (антиокислительных, противоизносных, повышающих индекс вязкости, депрессорных и др.), обеспечивающих работоспособность масла в условиях применения, получают широкий ассортимент товарных масел. По области применения товарные масла делятся на моторные, трансмиссионные, индустриальные, энергетические, гидравлические, вакуумные и специального назначения.
Нефтехимический вариант переработки нефти реализуется при переходе от нефте- и газопереработки к нефтехимии. Сырье для нефтехимического варианта переработки нефти. это углеводородное сырье в виде газообразных и жидких углеводородных фракций нефте- и газопереработки или индивидуальных продуктов (например, этана для процесса пиролиза или бутана для процесса дегидрирования). На установках нефтехимических комбинатов получают алкены. от этилена до пентена, арены . от бензола до ксилолов. Гидратацией этилена получают этиловый спирт, а при его окислении получают ацетальдегид; окислением изопропилбензола получают ацетон и фенол; окислением бензола и оксилола получают соответственно малеиновый и фталевый ангидриды и т.д. (см. главу 2). Сегодня в ассортименте продукции органического синтеза числится около 15 000 продуктов, каждый из которых является сырьем для последующих синтезов. Далее весь громадный ассортимент органических продуктов превращают в пластмассы, синтетические продукты: волокна, каучуки, моющие средства и растворители, каждая из названных групп конечных химических продуктов включает десятки и сотни наименований.