|
Страна
<#"584796.files/image001.gif">
Для мира в целом распределение потребления
энергоресурсов выглядит так:
Нефть - 38.2%
Уголь - 23.4%
Природный газ - 25.5%
Атомная энергия - 6.4%
Энергия воды - 6.4%
Солнце, ветер и проч. - 0.8%
На нефть и газ приходится менее четверти мировых
запасов (нефть примерно 11%), но они обеспечивают свыше 80% энергопотребления.
Уголь и природный уран при 76% запасов дают лишь 13% поставок энергии. Эта
диспропорция вызывает необходимость экономии нефтепродуктов и замещения нефти
как первичного энергоносителя другими источниками энергии.
Нефть получила свое название от мидийского слова
нафта - просачивание, так как вначале использовали нефть, просачиваюшуюся на
поверхность земли.
Нефть - это биржевой товар, поэтому ее качество
необходимо стандартизировать. Всего на мировых рынках торгуется свыше 10
общепризнанных марок нефти, из которых наиболее известными являются WTI
(Западно-техасская средняя), котируемая на Нью-Йоркской бирже NYMEX (New York
Merchandise Exchange), и Brent, котируемая на Лондонской бирже IPE
(International Petroleum Exchange).
В настоящее время нефть является основным
источником получения автомобильных топлив и смазочных материалов.
. Химический состав нефти
Нефть - жидкость сложного химического состава.
Основными компонентами нефти являются:84÷87% - углерод
(С), 12÷14%
- водород(Н),
1÷3%
- кислород(О),
1÷5%
- сера(S),
0÷1%
- азот(N).Соединения
углерода и водорода называются углеводородами CmHn. Углеводороды подразделяются
на две группы: алифатические и циклические. К группе алифатических относятся
насыщенные парафиновые (алкановые, метановые) и ненасыщенные (непредельные).
Непредельные в свою очередь подразделяются на алкеновые (олефиновые,
этиленовые), алкадиеновые (диолефиновые, диеновые) и алкиновые (ацетиленовые).
К группе циклических углеводородов относятся ароматические (ареновые) и
циклановые. Циклановые в свою очередь подразделяются на циклоалкановые
(нафтеновые), циклоалкеновые и циклоалкиновые .
Нефтепродукты содержат тысячи видов
углеводородов. Бензины содержат углеводороды с содержанием от 5 до 11 атомов
углерода, дизтоплива - от 12 до 20 атомов углерода, масла - от 20 до 50 атомов
углерода.
Парафиновые углеводороды могут быть нормального
строения (нормальные парафины) и изомерного строения (изопарафины).
Нормальные парафины обладают наиболее высокой
самовоспламеняемостью и химической стабильностью, что делает их необходимыми в
дизтопливах, а низкая детонационная стойкость делает их нежелательными в
бензинах. При низких температурах нормальные парафины способствуют помутнению и
застыванию нефтепродуктов, поэтому ограничиваются в летних дизтопливах. Кроме
того они обладают низкими смазывающими свойствами. Изопарафины обладают высокой
детонационной стойкостью, что делает их необходимыми в современных бензинах и
низкой самовоспламеняемостью, что делает их нежелательными в дизтопливах.
Для непредельных углеводородов характерна
линейная и разветвленная структура и наличие двойных и тройных связей между
молекулами. Для олефинов характерна общая эмпирическая формула СnH2n и наличие
одной двойной связи между молекулами. Для диенов характерна общая эмпирическая
формула СnH2n-2 и наличие как минимум двух двойных связей между молекулами. Для
алкинов характерна общая эмпирическая формула СnH2n-2 и наличие тройной связи
между молекулами. Наличие двойных и тройных связей между молекулами повышает
детонационную стойкость топлив, однако все непредельные углеводороды обладают
очень низкой химической стабильностью, что значительно сокращает срок хранения
нефтепродуктов и интенсифицирует процессы образования отложений в агрегатах.
Непредельные углеводороды используются и для
получения синтетических топлив и масел (алкилаты, поли-α-олефины)
Для ароматических углеводородов характерна общая
эмпирическая формула СnH2n-6к и наличие одного или нескольких бензольных колец
(к -количество колец), например:
Ароматические углеводороды обладают высокой
детонационной стойкостью, необходимой для бензинов и низкой
самовоспламеняемостью, что делает их нежелательными в дизтопливах. Повышенное
их содержание в бензинах увеличивает нагарообразование в камере сгорания и
выброс несгоревших углеводородов с отработавшими газами. Их наличие в маслах
ухудшает вязкостно-температурную характеристику.
Для нафтеновых углеводородов характерна общая
эмпирическая формула СnH2n и наличие одного кольца с одинарными связями между
молекулами, например:
Для циклоалкеновых углеводородов характерна
общая эмпирическая формула СnH2n-2 и наличие двух колец с с одинарными связями
между молекулами, например:
Для циклоалкиновых углеводородов характерна
общая эмпирическая формула СnH2n-4 и наличие трех колец с одинарными связями
между молекулами. В целом для цикланов характерна общая эмпирическая формула
СnH2n-2(к-1) и наличие нескольких колец с одинарными связями между молекулами
(к -количество колец).
В циклановых углеводородах могут присутствовать
и боковые связи, например:
По своим свойствам цикланы занимают
промежуточное положение между парафиновыми и ароматическими. Наиболее часто они
присутствуют в маслах.
Сернистые соединения могут быть активными
(элементарная сера S, сероводород H2S, меркаптаны R- SH) и неактивными
(сульфиды R- S -R, дисульфиды R- S- S- R, полисульфиды R-(S)n- R и т.д.), где R
-углеводородный радикал, например CH3 - S - S - CH3.
Активные сернистые соединения непосредственно
вызывают коррозию металлов, поэтому должны быть удалены из нефтепродуктов.
Неактивные сернистые соединения непосредственной коррозии не вызывают, однако
при сгорании серы образуются серный и сернистый ангидриды: S + O2 → SO2 ;
2S +3O2 → 2SO3, которые загрязняют атмосферу и вызывают газовую коррозию выпускных
клапанов. При сгорании водорода образуется вода, которая при взаимодействии с
SO2 и SO3 образует минеральные кислоты: H2O + SO2 → H2SO3 и H2O + SO3 →
H2SO4, которые вызывают жидкостную коррозию, в первую очередь цилиндров
двигателя. Наличие некоторых неактивных сернистых соединений в маслах улучшает
их противоизносные и противозадирные свойства. (R -углеводородный радикал).
Кислородсодержащие соединения могут быть в виде
органических кислот, оксикислот, фенолов, смол, асфальтенов, карбенов и карбоидов
Органические кислоты R- COOH и оксикислоты R- ОН
-COOH вызывают коррозию в первую очередь цветных металлов, способствуют
образованию отложений в механизмах. Вместе с тем, присутствуя в маслах,
высокомолекулярные кислоты улучшают их смазочные свойства. Фенолы R- OH (R- для
фенола ароматический углеводородный радикал) являются очень ядовитыми. Смолы
способствуют образованию отложений в механизмах (осадков, лаков, нагара).
Вместе с тем, присутствуя в маслах, они улучшают их смазочные свойства. Смолы
нестойки и в результате процессов окисления и полимеризации образуют
асфальтены, карбены и карбоиды.
Асфальтены являются твердыми соединениями,
которые растворяются в маслах и не растворяются в топливах. Они способствуют
образованию отложений в механизмах. Вместе с тем, присутствуя в трансмиссионных
маслах, они улучшают их смазочные свойства.
Азотистые соединения могут быть в виде пиридина
C5H5N, хинолина C7H7N, аммиака NH3 и др. Они обладают неприятным запахом, а
также разрушающе действуют на катализаторы в процессе переработки нефти.
Неорганические соединения в нефти могут быть в
виде солей и воды, вызывая коррозию металлов и разрушая катализаторы в процессе
переработки нефти.
. Методы переработки нефти
Существуют две группы методов переработки нефти
для получения топлив и масел: физические и химические. К физическим методам
относятся прямая атмосферная перегонка для получения топлив и прямая вакуумная
перегонка для получения масел. Сущность прямой перегонки нефти заключается в ее
разделении на различные фракции по температурам их выкипания (дистилляции).
Структура углеводородов при этом не изменяется. При атмосферной перегонке
обессоленная и обезвоженная нефть нагревается до 360ОС и подается в нижнюю
часть так называемой ректификационной колонны, которая по своей высоте
разделена тарельчатыми перегородками на которых конденсируются соответствующие
фракции - в верхней части наиболее легкие бензиновые, ниже керосиновые и на
нижней перегородке дизельное топливо. В нижней части ректификационной колонны
остается мазут, используемый в дальнейшем как сырье для вакуумной перегонки, а
также как печное топливо и сырье для битума.
 
Температура нагрева нефти свыше 360ОС приведет к
химическому разложению углеводородов. Для того чтобы этого не произошло, при получении
масел мазут нагревается и перегоняется в ректификационной колонне в вакууме. В
результате вакуумной перегонки получают легкие, средние и тяжелые масляные
дистилляты и остаток- гудрон (полугудрон), используемый как сырье для
химической переработки и для получения битума. Бензин, полученный прямой
перегонкой обладает высокой химической стабильностью, однако очень низкой
детонационной стойкостью, поэтому используется в дальнейшем как сырье для
химической переработки и как компонент при производстве товарных сортов
бензинов. При прямой перегонке в верхней части колонны образуются также газы.
К химическим методам относятся крекинг-процессы,
риформинг, изомеризация, алкилирование и полимеризация. При использовании
химических методов структура углеводородов получаемых нефтепродуктов
значительно изменяется, а соответственно изменяются и их химические свойства.
Крекинг заключается в разложении более сложных и
тяжелых углеводородов на более простые и легкие, которые формируют, как
правило, светлые нефтепродукты. Схема крекинг-процесса может быть
продемонстрирована на примере:
Крекинг-процессы подразделяются на термический,
каталитический и гидрокрекинг. При термическом крекинге основным фактором,
способствующим расщеплению углеводородов является высокая температура. Топлива,
получаемые термическим крекингом обладают низкой химической стабильностью в
связи с присутствием непредельных углеводородов. Сырьем является гудрон
(полугудрон). При каталитическом крекинге основными факторами, способствующими
расщеплению углеводородов являются высокая температура и присутствие
катализаторов- алюмосиликатов и цеолитов.
В качестве сырья используется гудрон
(полугудрон) и масляные дистилляты. Гидрокрекинг проводится при температуре 350
- 400ОС, давлении 3 - 14 Мра в присутствии катализаторов-алюмосиликатов и
цеолитов, а также в присутствии водорода. В зависимости от сырья (гудрон,
полугудрон, вакуумные дистилляты), режима и типа катализатора получают
высококачественные топлива и масла.
Риформинг представляет собой процесс
реформирования нормальных парафиновых и нафтеновых углеводородов в
изопарафиновые и ароматические с высокой детонационной стойкостью. Сырьем
являются бензиновые фракции прямой перегонки.
Изомеризация представляет собой процесс
структурной перестройки нормальных парафиновых углеводородов в их изомеры,
обладающие высокой детонационной стойкостью. Сырьем являются легкие бензиновые
фракции прямой перегонки.
Алкилирование представляет собой процесс
присоединения непредельного углеводорода к ароматическому или парафиновому с
образованием более тяжелого углеводорода с высокой детонационной стойкостью,
например:
Исходным сырьем для процесса алкилирования
служат газы, образуемые при прямой перегонке нефти.
В результате полимеризации олефиновых
углеводородов с 3-4 атомами углерода получают бензины с высокой детонационной
стойкостью. Сырьем служат газы, образуемые при прямой перегонке нефти.
Полимеризация (олигомеризация) олефинов используется также для получения
синтетических масел (полиальфаолефинов).
Схема производства одного из современных
нефтеперерабатывающих заводов:
В результате кислотной (сернокислой) очистки
удаляются непредельные углеводороды, смолы, соединения с азотом и серой за
исключением сероводорода и элементарной серы. Непредельные углеводороды
полимеризуются под действием H2SO4. Смолы также полимеризуются с образованием
асфальтенов, часть из которых растворяются в H2SO4, а большая часть уплотняется
с образованием кислого гудрона. Серная кислота также является сильнейшим
оксидантом:
В результате щелочной очистки удаляются
органические кислоты и активные сернистые соединения:
RCOOH + NaOH → RCOONa + H2O ;S
+ 2 NaOH → Na2S + 2 H2O ;
RSH + NaOH → RSNa + H2O
нефть состав растворитель
переработка
Образуемые продукты осаждаются и удаляются из
очищаемого нефтепродукта. Затем нефтепродукт промывается водой для удаления
непрореагировавшей щелочи NaOH.
Селективная очистка полярными растворителями
заключается в использовании растворителей (нитробензол, фурфурол, фенол),
которые растворяют сернистые, азотистые, соединения и полициклические
ароматические углеводороды, переводя их в осадок, не растворяя другие
соединения.
Селективная очистка неполярными растворителями
(жидкий пропан и бутан) предназначена для удаления остатков переработки нефти -
гудрона, асфальтенов и получила название деасфальтизация.
Процесс адсорбционной очистки заключается в
селективной (избирательной) адсорбции порами адсорбентов (поглотителей)
органических кислот, смол, непредельных углеводородов, остатков H2SO4, кислого
гудрона, нитробензола, фурфурола и фенола. В качестве адсорбентов используются
отбеливающие глины - Гумбрин, Нальчикин, Трепел и др.
Могут использоваться и синтетические адсорбенты,
например алюмосиликаты.
Процесс депарафинизации предназначен для
удаления из нефтепродуктов парафиновых углеводородов с большой молекулярной массой
и состоит в смешении нефтепродукта с ацетоном CH3COOH3 c последующим
охлаждением смеси до минус 40 - минус 50 ОС и фильтрацией образовавшихся
кристаллов парафиновых углеводородов.
Гидроочистка - один из современных методов
очистки, который заключается в трансформации соединений, содержащих серу, азот
и кислород под действием водорода, повышенной температуры (300 - 400ОС) и
давления (2 - 5 Мра), а также в присутствии катализаторов
(алюмокобальтмолибденовых или алюмоникельмолибденовых) в легко удаляемые
газообразные продукты:
+ H2 → RCOH + H2O ;H5N + H2 →
NH3 + C2H4 ;
RSH + H2 → RH + H2S ;+2
H2 → 2RH + H2S
Похожие работы на - Основные понятия о нефти
|