Перегонка нефти
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
"Средняя общеобразовательная школа № 3"
Реферат
на тему: "Нефть"
Выполнила: Рыбалкина Дарья
Ученица 10 Б класса
Проверила: Мухамадиева А.З.
Стерлитамак
2008 г.
Метаморфозы
Привычно называя нефть "чёрным золотом", мы не
всегда задумываемся над тем, насколько верно это ставшее уже штампом
определение. А между тем нефть и в самом деле важнейшее полезное ископаемое. Это
настоящая кладовая природы, главная "стратегическая жидкость" наших
дней, на протяжении всего ХХ в. нередко ссорившая и мирившая целые государства.
Знакомство человека с ней состоялось несколько тысячелетий назад.
Упоминания о сочащейся из горных пород коричневой либо тёмно-бурой
маслянистой жидкости со специфическим запахом встречаются в трудах древних
историков и географов - Геродота, Плутарха, Страбона, Плиния Старшего.
Асфальт издавна использовали при мощении дорог, для
промазывания стенок водных резервуаров и днищ кораблей. Вавилоняне смешивали
его с песком и волокнистыми материалами и приняли при сооружении зданий.
Жидкая нефть в Египте и Вавилоне употреблялась в качестве
дезинфицирующей мази, а также как бальзамирующее вещество. Народы Ближнего
Востока использовали её в светильниках вместо масла. А византийцы обстреливали
вражеские корабли горшками, наполненными смесью нефти и серы, как
зажигательными снарядами. Это грозное оружие вошло в историю под названием
"греческий огонь".
Однако лишь в ХХ столетии нефть стала основным сырьём для
производства топлива и множества органических соединений.
Под действием ряда бактерий происходит разложение органических
веществ и выделяется водород, необходимый для превращения органического
материала в нефть…
Академиком Н.Д. Зелинским, профессором В.А. Соколовым и
рядом других исследователей большое значение в процессе нефтеобразования
придавалось радиоактивным элементам. Действительно, доказано, что органические
вещества под действием альфа-лучей распадаются быстрее и при этом образуются
метан и ряд нефтяных углеводородов.
Академик Н.Д. Зелинский и его ученики установили, что
большую роль в процессе нефтеобразования играют катализаторы.
В более поздних работах академик Зелинский доказал, что
входящие в состав животных и растительных остатков пальмитовая, стеариновая и
другие кислоты при воздействии хлористого алюминия в условиях сравнительно
невысоких температур (150-4000) образуют продукты, по химическому
составу, физическим свойствам и внешнему виду похожие на нефть. Профессор А.В. Фрост
установил, что вместо хлористого алюминия - катализатора, отсутствующего в
природе, - его роль в процессе нефтеобразования играют обыкновенные глины,
глинистые известняки и другие породы, содержащие глинистые минералы.
Перегонка нефти
При постепенном нагревании нефти можно последовательно
выделять продукты, у которых температура кипения будет все выше и выше. Соединения,
кипящие в определенных интервалах температур, объединяются в группы - фракции.
Перегонкой нефти занимались уже в Средние века в Закавказье,
на Западной Украине, в Малой Азии. А пионерами тут были, по-видимому, древние
арабы, которые использовали получаемые таким образом нефтепродукты в качестве
осветительного "масла". Первую в мире заводскую нефтеперегонную
установку соорудил в начале ХVIII в., когда появилась
необходимость в горючем для бытовых керосиновых ламп. Первое время в них просто
заливали нефть, Больше всего ценились так называемые легкие нефти, содержащие в
основном углеводороды с низкой температурой кипения. Но их не хватало, и с
каждым годом все острее становилась потребность в других нефтепродуктах с
аналогичными свойствами.
В 1823 г. на Северном Кавказе, в районе города Моздока, была
сооружена промышленная установка для перегонки нефти. В Англии подобный процесс
начали осваивать лишь с 1848 г. по технологии, предложенной инженером Джеймсон
Янгом. А в 1853 г. канадский химик и геолог Абрахам Геснер получил патент на
производство из нефти топлива, которое он назвал керосином.
Первое подробное исследование перегонки нефти было
произведено американским химиком Бенджамином Саллиманом, а первую в США
промышленную установку построили в 1859 г. в городе Титусвилл (штат
Пенсильвания).
Сначала в таких установках использовали перегонный куб, а в
середине 80-х гг. ХIХ в. на смену ему пришли кубовые
батареи, Если в куб после завершения цикла перегонки нужно было заливать новую
порцию нефти, то батареи действовали непрерывно подача нефти в них шла
постоянно.
Первый завод для очистки нефти был построен в России на
Ухтинском нефтяном промысле. В период царствования Елизаветы Петровны. В
Петербурге и в Москве тогда для освещения пользовались свечами, а в малых
городах и в деревнях - лучинами. Но уже и тогда во многих церквях горели "неугасимые"
лампады. В лампады наливалось гарное масло, которое было не чем иным, как
смесью очищенной нефти с растительным маслом.
С появлением ламп увеличился спрос на керосин.
Шаг первый. Термический крекинг.
С появлением в конце 19 века двигателей внутреннего
сгорания, топливом для которых служил бензин, начался настоящий нефтяной бум. Стремительно
расширяющийся парк автомобилей, самолетов требовал все больше и больше
горючего, представляющего собой низкокипящие легкие углеводороды нефти. Между
тем бензин тогда получали путем простой перегонки сырой нефти (он так и
назывался - прямогонный), и его не хватало, да и качества он был невысокого.
Начался поиск новых процессов превращения фракций прямой перегонки
нефти в бензин. В конце концов исследования показали, что при нагревании нефти
до 450 - 550 С под давлением в несколько атмосфер часть тяжелых углеводородов
расщепляется, превращаясь в более легкие, как правило неопределенного строения,
При этом ароматические и насыщенные циклические углеводороды, имеющие длинные
боковые цепи, теряют их. В результате продуктом перегонки оказывается широкий
спектр углеводородов, из которых основную часть составляет бензиновая фракция.
В 1913 году американец Уильям Бертон разработал технологию
термического крекинга. Первая промышленная установка, основанная на этом
методе, была создана компанией "Стэндард Ойл" в 1916 г. Так дешевые
тяжелые фракции стали источником бензина, и эффективность использования "черного
золота" возросла, Если в 1909 г. из 100 литров перерабатываемой нефти
получали только 11 л бензина, то 1929 г. - уже 44 л.
Шаг второй. Каталитический крекинг.
Совершенствование двигателей внутреннего сгорания требовало
бензина, который обладал бы надежной детонационной стойкостью - не взрывался
при сжатии внутри камеры. Такой показатель характеризуется октановым числом: чем
оно выше, тем лучше детонационная стойкость, при термическом же крекинге
октановое число: чем оно выше, тем лучше детонационная стойкость, При
термическом же крекинге октановое число получающегося бензина было невысоким,
да и выход горючего оставлял желать лучшего.
Несмотря на то что основу как термического, так и
каталитического крекинга составляет разрушение сложных органических молекул до
более простых, происходящие при этом реакции и получаемые продукты существенно
различаются. При каталитическом крекинге большие углеводородные молекулы
распадаются на части под действием не только температуры, но и катализатора,
благодаря которому процесс идет при более низкой температуре (450 - 500 С). При
этом, в отличие от термического крекинга, образуется больше изомерных разветвленных
углеводородов, а значит, повышается октановое число бензина; алициклические
углеводороды превращаются в ароматические (происходит так называемая
ароматизация нефти). Качество, в том числе детонационная стойкость, бензина,
полученного методом каталитического крекинга, значительно повышается.
Первые установки каталитического крекинга были созданы
компаниями "Сан Ойл" и "Сокони - Вккум"
К концу 30 - х гг. в Соединенных Штатах, а после Второй
мировой войны - в нашей стране и в Европе этот процесс стал одним из основных.
Сначала катализаторами крекинга служили обыкновенные
природные глины, Затем они были заменены синтетическими аморфными
алюмосиликатами, которые использовались вплоть до начала 70 -х гг. А позднее на
смену им пришли катализаторы на основе цеолитов - кристаллических, не аморфных
силикатов. Ныне известно более 100 модификаций таких промышленных катализаторов.
Шаг третий. Риформинг.
Потребность в высококачественным топливе для транспорта
стимулировала разработку еще одного процесса "облагораживания" бензиновых
фракций. Было установлено, что октановое число бензина тем выше, чем больше в
нем содержится ароматических углеводородов.
В основе нового технологического процесса, ставшего мощным
рывком вперед, лежит открытая и исследованная в 20 -х годов Н.Д. Зелинским
реакция ароматизации насыщенных углеводородов в присутствии катализаторов на
основе благородных металлов. Металлы платиновой группы совершают настоящие
чудеса: в их присутствии насыщенные углеводороды при повышенных температурах
превышаются в изоалкены и циклические алканы (нафтены), а последние - в
соответствующие ароматические соединения.
Благодаря катализатором доля ароматических соединений в
смеси улеводородов возрастает с 10 до 60% Такой каталитический процесс
переработки фракций перегонки нефти получил название риформинга.
Первые промышленные установки каталитического риформинга
появились в конце 40 - х гг. в США. В них использовали катализаторы, состоящие
из оксидов молибдена и алюминия. Сейчас применяются катализаторы, содержащие
платину, а процесс получил название платформинга. Хотя платина стоит недёшево,
все расходы компенсируются высоким выходом ароматических соединений; кроме
того, платиновый катализатор стабильнее прочих.