Статьи

XuMuK.ru - НАФТА - Хімічна енциклопедія


НАФТА (через тур. Neft, від перс. Нафт; сходить до аккадскому напатум - спалахувати, запалювати), горюча масляниста рідина зі специфічний. запахом, розповсюджена в осадової оболонці Землі; найважливіше корисна копалина . Нафта утворюється разом з газоподібними вуглеводнями (Див. Гази природні горючі ) Зазвичай на глибині понад 1,2-2 км; залягає на глибинах від десятків метрів до 5-6 км. Однак на глибинах св. 4,5-5 км переважають газові і газоконденсатні поклади з незначит. кол-вом легких фракцій нафти (див. газові конденсати , Гази нафтові попутні ). Макс. число покладів нафти розташовується на глибині 1-3 км. Поблизу земної пов-сті нафту перетворюється в густу мальту , напівтвердий асфальт і ін. (див., напр., бітумінозні піски , бітуми ).

Загальні відомості. Світові запаси нафти, за прогнозом, досягають 250-270 млрд. Т (1985), розвідані запаси приведені в табл. 1. Родовища нафти виявлені на всіх континентах (крім Антарктиди) і на означає. площі прилеглих акваторій (всього бл. 30 тис., з яких брало 15-20% газонафтових). Однак ці скупчення нафти розподілені по країнах і регіонах вкрай нерівномірно. Практичний. значення мають поклади з запасами від сотень тис. т і більше; зазвичай запаси родовищ-млн. т, дуже рідко-млрд. т. Приблизно 85% нафти видобувається на найбільших родовищах, що становлять 5% від загального їх числа. Суч. методами можна витягти до 70% укладеної в пласті нафти при середньому коеф. вилучення 0,3-0,4, тобто запаси становлять тільки 30-40% від загального кол-ва нафти на даному родовищі.

Табл. 1.-СВІТОВІ ЗАПАСИ І ВИДОБУТОК НАФТИ І газового конденсату *


* "Petroleum Economist", 1990, vol. 57, № 1, p. 27.

** Без СРСР, Китаю і Румунії.

В СРСР нафту добувають в традиційних нафтоносних районах (Баку, Грозний, Емба, Ухта), Волго-Уральському регіоні (Башкирія і Татарстан, Пермська, Самарська і ін. Області) і нових районах (Зап. Сибіру, ​​півострів Мангишлак, Білорусія, Прибалтика і ін.). Наїб. відомі батьківщин. нафтові родовища наведені в табл. 2, а родовища в зарубіжних країнах-в табл. 3.

Практично всю видобуту в світі нафта витягають із земних надр за допомогою бурових свердловин. З початку пром. видобутку нафти (кін. 1850-х рр.) до кін. 1985 світі було вилучено бл. 76 млрд. Т (включаючи газовий конденсат ), З яких брало понад 50% припадає на 1965-85. Динаміка світового видобутку нафти (млрд. Т): 1900-0,02; 1950-ок. 0,55; 1960-св. 1; 1970-св. 2; 1985-90-ок. 3 (в рік). Динаміка видобутку нафти і газового конденсату в СРСР (млн.т): 1940-31,1; 1950-39,2; 1960-148,5; 1970-352,5; 1975-491; 1985-595; 1986-634; 1987-624; 1988-624; 1989-608.

В останні десятиліття пошук, розвідку та розробку скупчень нафти ведуть в Світовому океані, на шельфах окраїнних і внутр. морів, де відкрито ок. 1700 родовищ. Запаси нафти на шельфах океанів складають 55 млрд. Т, видобуток нафти-ок. 30% від її світового видобутку (1986).

Походження. Висунуто багато теорій, що пояснюють походження нафти, з них основні-органічна (біогенна) і неорганічна (абіогенний). Більшість вчених в СРСР і за кордоном є прихильниками концепції біогенного освіти нафти. Ще М. В. Ломоносов ( "Про шарах земних", 1763) висловив ідею про дистиляції. походження нафти під дією теплоти з орг. в-ва, до-рої дає початок і кам'яним вугіллям . Теорію освіти нафти з сапропелю (орг. Мули) вперше запропонував Г. Потонье (1904-05). Наїб. внесок в розвиток орг. теорії належить І. М. Губкіна ( "Вчення про нафту", 1932).

Згідно орг. теорії, нафта-рідка гідрофобна фаза продуктів фоссилизации (поховання) орг. в-ва (керогена) в водно-осадових відкладеннях. Нефтеобразованіе є багатостадійний, досить тривалий (зазвичай багато млн. Років) процес, що починається ще в живому в-ве. Обов'язкове його вимога-існування великих областей занурення земної кори (осадових басейнів), в ході розвитку яких брало породи , Що містять орг. в-во, могли досягти зони зі сприятливими термобарич. умовами для освіти нафти. Осн. вихідне в-во нафти-планктон, що забезпечує наиб. біопродукції в водоймах і накопичення в опадах орг. в-ва сапропелевого типу, що характеризується високим вмістом водню . Генерує нафту також гумусовий в-во, що утворюється гл. обр. з ростить. залишків.

До неорг. теоріям походження нафти відносяться мінеральна, або карбідна (Д. І. Менделєєв, 1877), космічна (В. Д. Соколов, 1889), вулканічна (Ю. Кост, 1905). Загальна для цих і менш поширених неорг. теорій-синтез вуглеводнів шляхом взаємодій. карбідів металів з водою і к-тами (ідея Менделєєва), а також за схемою Фішера-Троп-ша з водню і оксидів вуглецю .

Фізичні властивості. Нафта-рідина від світло-коричневого (майже безбарвні.) До темно-бурого (майже чорного) кольору. Середня мовляв. м. 220-300 (рідко 450-470). Плоту. 0,65-1,05 (зазвичай 0,82-0,95) г / см3; нафту, щільність до-рій нижче 0,83, наз. легкої, 0,831-0,860-середньої, вище 0,860-важкою. нафту містить велику кількість різних орг. в-в і тому характеризується не т-рій кипіння , А т-рій початку кипіння рідких вуглеводнів (Зазвичай> 28 ° С, рідше> = 100 ° С в разі важких нафт) і фракційним складом-виходом окремих фракцій, переганяють спочатку при атм. тиску , А потім під вакуумом (Див. Нижче) в певних температурних межах, як правило до 450-500 ° С (википає ~ 80% обсягу проби ), Рідше 560-580 ° С (90-95%). Т. заст. від - 60 до + 30 ° С; залежить переважно. від змісту в нафти парафіну (Чим його більше, тим т. Заст. Вище) і легких фракцій (чим їх більше, тим ця т-ра нижче). в'язкість змінюється в широких межах (див., напр., табл. 2); визначається фракційним складом П. і її т-рій (чим вона вище і більше кількість легких фракцій, тим нижче в'язкість ), А також вмістом смолисто-асфальтенових в-в (чим їх більше, тим в'язкість вище). Уд. теплоємність 1,7-2,1 кДж / (кг.К); уд. теплота спалювання (Нижча) 43,7-46,2 МДж / кг; діелектричної. пpоніца-емость 2,0-2,5; елект. провідність 2.10-10-0,3 х х 10-18 Ом-1.см-1. Нафта-легкозаймиста рідина ; т. доп. від -35 до + 120 ° С (залежить від фракційного складу і вмісту в нафти розчинених газів ). Нафта розчин. в орг. р-телеглядачам, в звичайних умовах не розчин. в воді , Але може утворювати з нею стійкі емульсії (Див. Зневоднення і знесилення нафти).

Хімічний склад. Нафта являє собою суміш ок. 1000 індивідуальних в-в, з яких брало велика частина-рідкі вуглеводні (> 500 або звичайно 80-90% по масі) і гетеро-атомні орг. соед. (4-5%), переважно. сірчисті (бл. 250), азотисті (> 30) і кисневі (бл. 85), а також метало-орг. соед. (В осн. Ванадієві і нікелеві); інші компоненти-розчинені вуглеводневі гази (С1-С4, від десятих часток до 4%), вода (Від слідів до 10%), мінер. солі (Гл. Обр. хлориди , 0,1-4000 мг / л і більше), р-ри солей орг. к-т та ін., хутро. домішки (частинки глини , Піску, вапняку ).

Вуглеводневий склад: в осн. парафінові (зазвичай 30-35, рідше 40-50% за обсягом) і нафтенові (25-75%), в меншій мірі-з'єднання ароматич. ряду (10-20, рідше 35%) і змішаного, або гібридного, будови (напр., пара-фіно-нафтенові, нафтено-ароматичних.). Гетероатомних компоненти: сірковмісні-Н2S, меркаптани , Моно- і дисульфіди, тіофен і тіофани, а також поліцікліч. і т.д. (70-90% концентрується в залишкових продуктах-мазуті і гудроні ); азотсодержащие-переважно. гомологи піридину , хіноліну , індолу , карбазолу , пиррола , а також порфірини (Б.ч. концентрується у важких фракціях і залишках); кислородсодержащие-нафтенові к-ти, феноли , Смолисто-асфальтеновие в-ва і ін. (Зосереджені зазвичай в висококиплячих фракціях). Елементний склад (%): С-82-87, H-11-14,5, S-0,01-6 (рідко до 8), N-0,001-1,8, О-0,005-0,35 (рідко до 1,2) і ін. Всього в нафти виявлено понад 50 елементів. Так, поряд зі згаданими в нафті присутні V (10-5-10-2%), Ni (10-4-10-3%), Cl (від слідів до 2 х х 10-2%) і т.д. Зміст зазначених соед. і домішок в сировині різних родовищ коливається в широких межах, тому говорити про повну загальну середню хім. складі нафти можна тільки умовно.

Методи досліджень. Для оцінки якості нафти з метою правильного вибору наиб. раціональної схеми її переробки застосовують комплекс методів (фіз., хім., фіз.-хім. і спец.), що реалізуються по разл. програмами. В СРСР прийнята (1980) т. Зв. Е д і н а я у н і ф і ц і р. п р о г р а м м а досліджень, що передбачає последоват. визначення загальних характеристик сирої нафти, її фракційного і хім. складу, а також товарних св-в окремих фракцій.

До загальних характеристик нафти, що визначається за стандартними методиками, відносять щільність, в'язкість , Т-ру застигання і інші фіз.-хім. показники, склад розчинених газів і кількостей. зміст смол, смолисто-асфальтенових в-в і твердих парафінів (Табл. 2 і 3).

Осн. принцип послід. дослідження нафти зводиться до комбінування методів її поділу на компоненти з поступовим спрощенням складу окремих фракцій, к-які потім аналізують різноманітними фіз.-хім. методами. Наїб. поширені методи визначення первинного фракційного складу нафти-разл. види дистиляції ( перегонки ) і ректифікації . За результатами відбору вузьких "(википають в межах 10-20 ° С) і широких (50-100 ° С) фракцій будують т. Зв. криві справжніх т-р кипіння (ІТК) нафти, встановлюють потенц. зміст в них окремих фракцій, нафтопродуктів або їх компонентів (бензинових, керосино-газойльових, дизельних, масляних дистилятів, а також мазутів і гудронів ), Вуглеводневий склад, ін. Фіз.-хім. і товарні характеристики. дистиляцію проводять (до 450 ° С і вище) на стандартних перегінних апаратах , Забезпечених ректифікації. колонками (погоноразделіт. здатність відповідає 20-22 теоретич. тарілках ). Відбір фракцій, що википають до 200 ° С, здійснюється при атм. тиску , До 320 ° С-прі 1,33 кПа, вище 320 ° С при 0,133 кПа. Залишок переганяють в колбі з цилиндрич. кубом при тиску ок. 0,03 кПа, що дозволяє відбирати фракції, що википають до 540-580 ° С.

Виділені в результаті дистиляції фракції піддають подальшому поділу на компоненти, після чого разл. методами встановлюють їх зміст і визначають св-ва. У відповідності зі способами вираження складу нафти і її фракцій розрізняють груповий, структурно-груповий, індивідуальний і елементний аналіз . При груповому аналізі визначають окремо зміст парафінових, нафтенових, ароматичних. і змішаних вуглеводнів (Табл. 4-6). При структурно-груповому аналізі вуглеводневий склад нафтових фракції висловлюють у вигляді середнього відносить. змісту в них ароматичних., нафтенових і ін. циклич. структур, а також парафінових ланцюгів і інших структурних елементів; крім того, розраховують відносить. кол-во вуглецю в парафінах , нафтенами і аренах . Індивідуальний вуглеводневий склад повністю визначається тільки для газових і бензинових фракцій. при елементному аналізі склад нафти або її фракцій висловлюють кол-вами (в%) С, Н, S, N, О, а також мікроелементів .

Табл. 4.-ГРУПОВОЇ вуглеводневих СКЛАД БЕНЗИНОВИХ І гасо-газойлевой ФРАКЦІЙ НЕФТЕЙ ОСНОВНИХ РОДОВИЩ СРСР


* Сума парафінів і нафтенов .

Осн. метод відділення ароматич. вуглеводнів від парафінових і нафтенових і поділу аренов на моно- і поліциклічні-рідинна адсорбції. хроматографія (Поглиначем зазвичай служить т. Зв. Подвійний сорбент , Що містить в співвідношенні 1: 1 Аl2О3 і активують. великопористий силікагель ). Вуглеводневий склад багатокомпонентних нафтових сумішей як вузького, так і широкого діапазону розшифровують поєднанням хроматографіч. (В газовій або рідкій фазі), адсорбційних (див. адсорбційна очистка )та ін. методів поділу зі спектральними (комбінації. розсіювання, ІК і УФ спектроскопія , ЯМР ) І мас-спектрометріч. методами досліджень.

Для виділення з нафти і її фракцій гетероатомних соед. і мікроелементів застосовують рідинну екстракцію , Комп-лексообразованіе їх з солями металів , А також абсорбція, адсорбційні і хроматографіч. методи. Для аналізу цих соед. використовують потенціометріч. титрування , електронну мікроскопію , ІК спектроскопію , ЕПР , ЯМР і мас-спектрометрії .

На закінчення Єдиної уніфікує. програми стандартними методами визначають товарні характеристики нафтових фракцій як палив і базових мастил і сировини для вторинних процесів нафтопереробки .

У зв'язку з намітилася в світі тенденцією подальшого поглиблення переробки нафти все зростаюче значення набуває її д е т а л і з і р. а н а л і з, особливо висококиплячих фракцій і залишкових продуктів ( мазутів і гудронів ). За схемою поглибленого дослідження (табл. 7), прийнятої в СРСР, суміш важких вуглеводнів і залишків, передуватиме. очищену від асфальтенов , Піддають адсорбції. поділу за допомогою подвійного сорбенту на парафино-нафтенові і ароматичних. улеводороди (з останніми видаляються також сірковмісні сполуки.). Виділені групи сполуки. аналізуються потім згаданими вище методами, з яких брало найефективніший-газова хромато-мас-спектро-метрія.

За кордоном наиб. поширена схема деталізується. аналізу нафтових сумішей, розроблена Амер. гірським бюро і Амер. нафтовим ін-том (метод ISBM-API). За цією схемою, поряд з адсорбції. поділом нафтової суміші на вуглеводні , Від них також відокремлюють із застосуванням соотв. ионообменной і т. зв. лігандообменной хроматографії нафтенові к-ти і азотсодержащие в-ва у вигляді комплексів з разл. сполуками.

Табл. 5.-ГРУПОВОЇ вуглеводневих СКЛАД ОЛІЙНИХ ФРАКЦІЙ НЕФТЕЙ ОСНОВНИХ РОДОВИЩ СРСР


Результати досліджень закладаються в банки даних інформаційно-пошукових систем , За допомогою яких брало можна швидко встановлювати типи досліджуваних нафт (по фіз.-хім. Характеристикам і порівняно з аналогами), оцінювати виходи і св-ва будь-яких заданих (по т-рам кипіння ) Фракцій і ін.

Табл. 6.-ГРУПОВОЇ вуглеводневих СКЛАД БЕНЗИНОВИХ І гасо-газойлевой ФРАКЦІЙ НЕФТЕЙ ДЕЯКИХ ЗАРУБІЖНИХ РОДОВИЩ


Класифікація . Дані, отримані в результаті досліджень нафт, лежать в основі їх разл. класифікацій . В СРСР прийнята (1981) т. Зв. технол. класифікація , Або індексація (за якістю вироблених нафтопродуктів ), Відповідно до до-рій кожної нафти присвоюється індекс з п'яти цифр. Нафти ділять на класи (за змістом S): 1-не більше 0,5%, 2-0,51-2,0%, 3> 2,0%; типи (за змістом фракцій, що википають до 350 ° С): 1-не менше 55%, 2-45,0-54,9%, 3 <45%; групи (за сумарним вмістом базових масел в розрахунку на нафту): 1-не менше 25%, 2-15,0-24,9%, 3-15,0-24,9%, 4 <15,0%; підгрупи (по індексу в'язкості базових масел ): 1-95, 2-90-95, 3-85,0-89,9, 4 <85; види (за змістом твердих парафінів ): 1-не більше 1,5%, 2-1,51-6,00, 3> 6,00. використовуючи класифікацію , Можна скласти індекс для будь-якої промислової нафти. Приклади: Туймазинское -2.2.3.3.2, узенская-1.3.3.1.3. цю класифікацію застосовують для сортування нафти при направленні її на переробку за відповідною схемою (паливної або олійною), обліку якості при плануванні видобутку, транспорту, зберігання і переробки, а також при проектуванні нових нефтеперераб. підприємств (НПЗ). За кордоном нафти класифікують в осн. по щільності і змістом сірки .

Підготовка і переробка. Перед надходженням сирої нафти з нафтопромислів на НПЗ від неї відокремлюють пластову воду і мінер. солі . Крім того, для зниження втрат цінних вуглеводнів при транспортуванні і зберіганні, а також забезпечення постійного тиску парів нафти при подачі на НПЗ її піддають стабілізації, тобто відганяють про-пан-бутановую, а іноді частково і пентанових фракцію вуглеводнів (Див., Напр., гази нафтопереробки ).

Первинна переробка нафти полягає в її перегонці (Див. дистиляція нафти ), В результаті до-рій, в залежності від профілю підприємства (див. нафтопереробка ), Відбирають т. Зв. світлі ( бензини , гас , Реактивні і дизельні палива ) І темні ( мазут , Вакуумні дистиляти, гудрон ) нафтопродукти . Для збільшення виходів і підвищення якості світлих нафтопродуктів , А також отримання нефтехим. сировини нафту направляють на вторинну переробку, пов'язану зі зміною структури входять до її складу вуглеводнів (Див., Напр., Алкилирование , гідрокрекінг , каталітичний крекінг , Каталітичний риформинг , коксування ). Видалення нежелат. компонентів (сірчистих, смолистих і кисневмісних соед., металів , А також поліцікліч. ароматич. вуглеводнів ) досягається очищенням нафтопродуктів (Див., Напр., гидроочистка , Деметалліза-іія). Для подальшого підвищення якості отриманих нафтопродуктів до них додають спец. в-ва (див. Присадки до мастильних матеріалів , присадки до топлівaм).

Вплив групового вуглеводневого складу нафтопродуктів на їх властивості. Переважання окремих груп вуглеводнів в разл. фракціях нафти неоднаково позначається на їх товарних св-вах (див. також нафтопродукти ). Так, бензинові фракції, що містять значить. кол-ва ізопарафінових і ароматичних. вуглеводнів , Мають високу, а при по-виш. кол-ве парафінів нормального будови-низьким октановим числом ; Останнім збільшується для ізопарафі-нів зі зростанням розгалуженості ланцюга при одному і тому ж числі атомів вуглецю (Табл. 8).

дизельні палива , В яких брало переважають нормальні парафінові вуглеводні , Відрізняються легкої воспламеняемостью (характеризується цетановим числом ), Що погіршується зі збільшенням в них числа бічних ланцюгів. При однаковій розгалуженості моноцікліч. нафтени мають, як правило, більш високі цетанові числа , Ніж ароматич. вуглеводні ; зі зростанням змісту циклів в молекулах цетанове число знижується (табл. 9). Наїб. важко спалахують ароматич. біцікліч. вуглеводні . Однак присутність означає. кол-в н-парафінів різко погіршує низькотемпературні св-ва дизельних і реактивних палив . В останніх бажано наявність нафтенов , Що володіють високою щільністю і низькою т-рій початку кристалізації . Зміст в реактивних і дизельних паливах ароматич. вуглеводнів необхідно обмежувати, тому що вони погіршують фотометріч. св-ва і збільшують нагарообразование в порівнянні з ін. групами вуглеводнів , Особливо парафінові.

високими індексами в'язкості мають базові масляні фракції, до складу яких брало входять переважно. нафтени з невеликим вмістом циклів в молекулах і довгими малоразветвленнимі парафінові ланцюгами. Нафтенові і ароматичних. вуглеводні з відносно високим вмістом циклів мають більш високі щільність і в'язкість (Значно зростаючу при зниженні т-ри), ніж циклич. вуглеводні , К-які киплять в тих же температурних межах, але з малим числом циклів (табл. 10).

Застосування. Нафта займає провідне місце в світовому топ-ливно-енергетичних. балансі: частка її в загальному споживанні енергоресурсів становить 48% (1985). Однак в перспективі ця частка буде зменшуватися внаслідок зростання застосування атомної та інших видів енергії.

У зв'язку з швидких розвитку в мире хім. и Нафтохім. пром-сти потреба в нафті збільшується не тільки з метою підвищення вироблення палів и масел , Але і як джерела цінної сировини для вироб-ва синтетичні. каучуків і волокон, пластмас , ПАР, миючих ср-в, пластіфікаторів , присадок , барвніків і ін. (більше 8% від обсягу світового видобутку). Серед одержуваних з нафти вихідних в-в для цих вироб-в наиб. застосування знайшли: парафінові вуглеводні-метан, етан , пропан , бутан , Пентал , гексани , А також високомолекулярні (10-20 атомів вуглецю в молекулі ); нафтенові -ціклогексан; ароматич. вуглеводні - бензол, толуол , ксилоли , етилбензол ; олефінових і діолефіновие-етилен, пропілен , бутадієн ; ацетилен (Див. також нафтохімія , Основний органічний синтез ).

Виснаження ресурсів нафти, зростання цін на неї та ін. Причини викликали інтенсивний пошук замінників рідких палів (Див. альтернативні палива ).

Літ .: Наметкин С. С., хімія нафти, М., 1955; Нафти СРСР. Довідник, під ред. 3. В. Дріацкой, М.А. Мхчіян, Н. М. макухове, т. 1-4, М., 1971-74; Губкін І. М., Вчення про нафту, 3 вид., М., 1975; нафти і гази родовищ зарубіжних країн. Довідник, під ред. В. І. Висоцького і А.Н. Гусєвої, М., 1977; Хант Д., геохімія і геологія нафти і газу , Пров. з англ., М., 1982; Кам'яне В. Ф., Аксьонов В. С, Титов В. І., Гетеро-атомні компоненти нафт, Новосиб., 1983; Полякова А. А., Молекулярний мас-спектралишй аналіз органічних з'єднань, М., 1983; Петров А. А., вуглеводні нафти, М., 1984; хімія нафти, під ред. 3. І. Сюняева, Л., 1984; Геодекян А. А., Забанбарк А., Геологія і розміщення нафтогазових ресурсів в Світовому океані, М., 1985; Еріх В. Н., Расіна М. Г.Рудін М.Г., хімія і технологія нафти і газу , 3 вид., Л., 1985; Довідник нефтепе-реработчіка, під ред. Г. А. Ластовкіна, Е. Д. Радченко і М.Г. Рудіна, Л., 1986; Гірнича енциклопедія, т. 3, М., 1987, 452-484; Нафта СРСР (1917-1987), під ред. В. А. Динково, М., 1987; хімія нафти і газу , Під ред. В.А.Проскурякова, А. Е. Драбкіна, Л., 1989

Е. Ф. Камінський, Н. М. макухове, М. А. Мхчіян.

Ще по темі:

Новости

Электромонтажные работы
Электрическая сеть является одной из самых главных составляющих любого жилища. Без нее сегодня трудно представить нашу жизнь, будь то в загородном доме, офисе или квартире. С другой стороны, все мы настолько

Белое домашнее вино
Вопросом, как правильно крутить руль авто, должен быть озабочен каждый начинающий автомобилист. Именно первые уроки, которые получает автомобилист в процессе обучения являются самыми важными, определяющими

Объемные расходомеры
Собрав букет нужно его хорошенько оформить. Как красиво упаковать цветы для дорого вам человека покажут специалисты. Завернуть букет в гофрированную бумагу или другой подручный материал сразу преобразит