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.