Презентация - Нефть

НЕФТЬ учитель химии МКОУ СОШ с. Ивановка Смыслова Елена Николаевна

Что такое нефть?
Нефть (греч. ναφθα, или через тур.neft, от персидск. нефт; восходит к аккадск. напатум — вспыхивать, воспламеняться) — горючая маслянистая жидкость, красно-коричневого, иногда почти чёрного цвета, хотя иногда встречается и слабо окрашенная в жёлто-зелёный цвет и даже бесцветная нефть, имеет специфический запах, распространена в садочной оболочке Земли; на сегодня — одно из важнейших для человечества полезных ископаемых.
Нефть- природная смесь углеводородов, в основном алканов линейного и разветвлённого строения содержащих в молекулах от 5 и более атомов углерода, с другими органическими соединениями, прежде всего полиароматическими углеводородами (т.е. углеводородами, в молекулах аоторых содерхится несаолько соединённых между бензольных колец.

Нефть обнаруживается вместе с газообразными углеводородами на глубинах от десятков метров до 5—6 км. Однако на глубинах свыше 4,5—5 км преобладают газовые и газоконденсатные залежи с незначительным количеством лёгких фракций. Максимальное число залежей нефти располагается на глубине 1—3 км. На малых глубинах и при естественных выходах на земную поверхность нефть преобразуется в густую мальту, полутвёрдый асфальт и др. образования — например, битуминозные пески и битумы. По химической природе и происхождению нефть близка к естественным горючим газам, озокериту, а также асфальту. Иногда все эти горючие ископаемые объединяют под общим названием петролитов и относят к ещё более обширной группе так называемых каустобиолитов — горючих минералов биогенного происхождения, которые включают также ископаемые твёрдые топлива — торф, бурые и каменные угли, антрацит, сланцы. По способности растворяться в органических жидкостях (сероуглероде, хлороформе, спиртобензольной смеси) нефть, как и другие петролиты, а также вещества, извлекаемые этими растворителями из торфа, ископаемых углей или продуктов их переработки, принято относить к группе битумов.

Химический состав нефти
Общий состав. Нефть представляет собой смесь около 1000 индивидуальных веществ, из которых большая часть — жидкие углеводороды (> 500 веществ или обычно 80—90 % по массе) и гетероатомные органические соединения (4—5 %), преимущественно сернистые (около 250 веществ), азотистые (> 30 веществ) и кислородные (около 85 веществ), а также металлоорганические соединения (в основном ванадиевые и никелевые); остальные компоненты — растворённые углеводородные газы (C1-C4, от десятых долей до 4 %), вода (от следов до 10 %), минеральные соли (главным образом хлориды, 0,1—4000 мг/л и более), растворы солей органических кислот и др., механические примеси (частицы глины, песка, известняка). Углеводородный состав. В основном в нефти представлены парафиновые (обычно 30—35, реже 40—50 % по объёму) и нафтеновые (25—75 %). В меньшей степени — соединения ароматического ряда (10—20, реже 35 %) и смешанного, или гибридного, строения (например, парафино-нафтеновые, нафтено-ароматические).

Элементный состав нефти и гетероатомные компоненты. Наряду с углеводородами в состав нефти входят вещества, содержащие примесные атомы. Серосодержащие — H2S, меркаптаны, моно- и дисульфиды, тиофены и тиофаны, а также полициклические и т. п. (70—90 % концентрируется в остаточных продуктах — мазуте и гудроне); азотсодержащие — преимущественно гомологи пиридина, хинолина, индола, карбазола, пиррола, а также порфи- рины (большей частью концентри- руется в тяжелых фракциях и остатках); кислородо- содержащие — нафтеновые кислоты, фенолы, смолисто-асфальтеновые и др. вещества (сосредоточены обычно в высококипящих фракциях). Элементный состав (%): 82-87 С; 11-14,5 Н; 0,01-6 S (редко до 8); 0,001-1,8 N; 0,005—0,35 O (редко до 1,2) и др. Всего в нефти обнаружено более 50 элементов. Так, наряду с упомянутыми, в нефти присутствуют V(10-5 — 10-2%), Ni(10-4-10-3%), Cl (от следов до 2•10-2%) и т. д. Содержание указанных соединений и примесей в сырье разных месторождений колеблется в широких пределах, поэтому говорить о среднем химическом составе нефти можно только условно.

Таблица 1. Элементный состав нефти различных месторождений (в %) Таблица 1. Элементный состав нефти различных месторождений (в %) Таблица 1. Элементный состав нефти различных месторождений (в %) Таблица 1. Элементный состав нефти различных месторождений (в %) Таблица 1. Элементный состав нефти различных месторождений (в %) Таблица 1. Элементный состав нефти различных месторождений (в %) Таблица 1. Элементный состав нефти различных месторождений (в %) Таблица 1. Элементный состав нефти различных месторождений (в %)
Месторождение Плотность, г/см³ С Н S N O Зола
Ухтинское (РФ) 0,897 85,30 12,46 0,88 0,14 - 0,01
Грозненское (РФ) 0,850 85,95 13,00 0,14 0,07 0,74 0,10
Сураханское (Азербайджан) 0,793 85,34 14,14 0,03 - 0,49 -
Калифорнийское (США) 0,912 84,00 12,70 0,40 1,70 1,20 -

Классификация нефти по углеводородному составу. Класс углеводородов, по которому нефти даётся наименование, должны присутствовать в количестве более 50 %. Если присутствуют углеводороды также и других классов и один из классов составляет не менее 25 %, выделяют смешанные типы нефти: метано-нафтеновые, нафтено-метановые, ароматическо-нафтеновые, нафтено-ароматические, ароматическо-метановые и метано-ароматические; в них первого компонента содержится более 25 %, второго — более 50 %.
Таблица 2. Содержание основных классов углеводородов в различной нефти (во фракциях, выкипающих до 300°С в % на всю нефть) Таблица 2. Содержание основных классов углеводородов в различной нефти (во фракциях, выкипающих до 300°С в % на всю нефть) Таблица 2. Содержание основных классов углеводородов в различной нефти (во фракциях, выкипающих до 300°С в % на всю нефть) Таблица 2. Содержание основных классов углеводородов в различной нефти (во фракциях, выкипающих до 300°С в % на всю нефть) Таблица 2. Содержание основных классов углеводородов в различной нефти (во фракциях, выкипающих до 300°С в % на всю нефть)
Месторождение Плотность, г/см³ Парафины Нафтены Ароматические
Пермское (РФ) 0,941 8,1 6,7 15,3
Грозненское (РФ) 0,844 22,2 10,5 5,5
Сураханское (Азербайджан) 0,848 13,2 21,3 5,2
Калифорнийское (США) 0,897 9,8 14,9 5,1
Техасское (США) 0,845 26,4 9,7 6,4

Применение нефти
Сырая нефть непосредственно почти не применяется. Для получения из неё технически ценных продуктов, главным образом моторных топлив, растворителей, сырья для химической промышленности, её подвергают переработке. Нефть занимает ведущее место в мировом топливно- энерге-
тическом балансе: доля её в общем потреблении
энергоресурсов составляет 48 %. В перспективе эта
доля будет уменьшаться вследствие возрастания применения атомной и иных видов энергии, а также увеличения стоимости и уменьшения добычи.
В связи с быстрым развитием в мире химической и нефтехимической промышленности, потребность в нефти увеличивается не только с целью повышения выработки топлив и масел, но и как источника ценного сырья для производства синтетических каучуков и волокон, пластмасс, ПАВ, моющих средств, пластификаторов, присадок, красителей и др. (более 8 % от объёма мировой добычи). Среди получаемых из нефти исходных веществ для этих производств наибольшее применение нашли: парафиновые углеводороды , а также высокомолекулярные (10—20 атомов углерода в молекуле); нафтеновые; ароматические углеводороды, олефиновые и диолефиновые — этилен, пропилен, бутадиен; ацетилен. Нефть уникальна именно комбинацией качеств: высокая плотность энергии (на тридцать процентов выше, чем у самых качественных углей), нефть легко транспортировать (по сравнению с газом или углём, например), наконец, из нефти легко получить массу вышеупомянутых продуктов. Истощение ресурсов нефти, рост цен на неё и др. причины вызвали интенсивный поиск заменителей жидких топлив.

Очистка нефти
Первый завод по очистке нефти был построен в России в 1745 году, в период правления Елизаветы Петровны, на Ухтинском нефтяном промысле. В Санкт-Петербурге и в Москве тогда пользовались свечами, а в малых городах — лучинами. Но уже тогда во многих церквях горели неугасаемые лампады. В них наливалось гарное масло, которое было не чем иным, как смесью очищенной нефти с растительным маслом. Купец Набатов был единственным поставщиком очищенной нефти для соборов и монастырей. В конце XVIII столетия была изобретена лампа. С появлением ламп возрос спрос на керосин. Очистка нефти — удаление из нефтепродуктов нежелательных компонентов, отрицательно влияющих на эксплуатационные свойства топлив и масел. Химическая очистка производится путем воздействия различных реагентов на удаляемые компоненты очищаемых продуктов. Наиболее простым способом является очистка 92-96 % серной кислотой или олеумом, применяемая для удаления непредельных и ароматических углеводородов. Физико-химическая очистка производится с помощью растворителей, избирательно удаляющих нежелательные компоненты из очищаемого продукта. Неполярные растворители (пропан и бутан) используются для удаления из остатков переработки нефти (гудронов), ароматических углеводородов (процесс деасфальтации). Полярные растворители (фенол и др.) применяются для удаления полициклических ароматических углеродов с короткими боковыми цепями, сернистых и азотистых соединений из масляных дистиллятов. При адсорбционной очистке из нефтепродуктов удаляются непредельные углеводороды, смолы, кислоты и др. Адсорбционную очистку осуществляют при контактировании нагретого воздуха с адсорбентами или фильтрацией продукта через зерна адсорбента. Каталитическая очистка — гидрогенизация в мягких условиях, применяемая для удаления сернистых и азотистых соединений.

Переработка нефти
Представляя собой смесь различных веществ, нефть не имеет постоянной температуры кипения. Каждый её компонент сохраняет в смеси свои индивидуальные свойства, что и позволяет разделить смесь на составляющие. Для этого нефть очищают от механических примесей, серосодержащих органических соединений и подвергают фракционной перегонке, или ректификации. Фракционная перегонка, или ректификация, - это физический способ разделения смеси компонентов, основанный на различии их температур кипения. Фракционную перегонку осуществляют на нефтеперегонных заводах в специальных установках – ректификационных колоннах , в которых повторяются циклы испарения и конденсации жидких веществ, содержащихся в нефти.

Ректификационная колонна
Сырая нефть
Схема установки (ректификацион-ной колонны) для непрерывной перегонки нефти и области применения нефтепродуктов

Устройство тарелок ректификационной колонны
В ректификационную колонну поступает очищенная нефть, нагретая в трубчатой печи до температуры 320-350°С Ректификационная колонна имеет горизонтальные перегородки с отверстиями- тарелки, на которых происходит конденсация фракций нефти. На высоких тарелках скапливаются более легкокипящие фракции, на нижних- высококипящие. В таком промышленном процессе нефть разделяют на следующие фракции:
газолиновую фракцию (бензин) – углеводороды состава С5Н12 до С11Н24 (tкип = 40-200 °С); при более тонком разделении этой фракции получают газолин ( петролейный эфир, tкип = 40-70°С ) и бензин (tкип = 70-120°С ); лигроиновую фракцию – углеводороды состава от С8Н18 до С14Н30 (tкип = =150- 250°С ); керосиновую фракцию (керосин ) – углеводороды состава от С12Н26 до С18Н38 (tкип = 180-300°С ); дизельное топливо – углеводороды состава от С13Н28 до С14Н30 (tкип = =200-360°С );
ректификационные газы- смесь низкомолекулярных углеводородов, преимущественно пропана и бутана (tкип< 40°С).

Последствия катастроф, связанных с разливом нефти
Последствия аварий при добычи и транспортировки нефти очень опасны для окружающей среды.
Страдают морские обитатели, водоплавающие птицы, страдает человек.
Существуют бактерии, способные использовать компоненты нефти в качестве пищи, преобразуя её в безвредные продукты жизнедеятельности.
Применение таких культур бактерий является наиболее экологически безопасным и перспективным путём борьбы с нефтяными загрязнениями.