Нефть

например:

Цикланы были открыты  в нефти и изучены выдающимся учеником А. М. Бутлерова, профессором Московского университета В. В. Map ков пиковым.

    

1.4. Нефтепродукты и их применение

 Так как нефть —  это смесь углеводородов различного молекулярного веса, имеющих разные температуры кипения, то перегонкой её разделяют на отдельные нефтепродукты (рис. 5): бензин, содержащий наиболее лёгкие углеводороды, кипящие от 40 до 200°, с числом атомов углерода в молекулах от 5 до 11; лигроин, содержащий углеводороды с большим числом атомов углерода, с темп, кипения от 120 до 240°; керосин с темп, кипения от 150 до 310° и, далее, соляровое масло. После отгонки из нефти этих продуктов остаётся вязкая чёрная жидкость — мазут.

Рисунок 5. Температура  кипения     различных видов  топлива,  получаемых из нефти.

Рисунок 6. Важнейшие  продукты, получаемые из нефти.

 

Бензин применяется  в качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания.

В зависимости  от назначения он подразделяется на два основных сорта: авиационный и автомобильный. Бензин используется также в качестве растворителя масел, каучука, для очистки тканей от жирных пятен и т. п.

Керосин применяется  как горючее для тракторов. Он используется также для освещения. Соляровое масло применяется в качестве горючего для дизелей.

Из мазута путём  дополнительной перегонки получают смазочные масла для смазки различных механизмов. Перегонку ведут под уменьшенным давлением, чтобы снизить температуру кипения углеводородов и избежать разложения их при нагревании.

После перегонки  мазута остаётся нелетучая тёмная масса  — гудрон, идущая на асфальтирование улиц. Важнейшие продукты, получаемые из нефти, указаны в таблице (рис. 6).

Из некоторых  сортов нефти выделяют твёрдые углеводороды — так называемый парафин (идущий, например, на изготовление свечей) и смесь жидких углеводородов с твёрдыми — вазелин.

Кроме переработки  на смазочные масла, мазут применяется  в качестве топлива в заводских и паровозных топках, в которые ом подаётся при помощи форсунок.

Большие количества мазута подвергаются химической переработке  в бензин и другие виды топлива.

    

1.5. Промышленная переработка нефти

Как только вода в чайнике  закипит, из чайника со свистом начнёт вылетать пар. Если теперь подставить чайник к окну, то пар тотчас же начнёт конденсироваться на стекле и со стекла станут падать капли дистиллированной, или перегнанной воды. Перегонка нефти основана на том же принципе – сначала нефть испаряется, а затем пары её конденсируют с разделением на погоны – бензиновые, керосиновые и т.д.

 Секрет получения  светлых продуктов из чёрной  нефти человек разгадал очень  давно. Ещё при Петре Первом  пользовались очищенной нефтью.

 Первый завод для  очистки нефти был построен  в России на Ухтинском нефтяном  промысле. Это было в 1745г., в период царствования Елизаветы Петровны. В Петербурге и в Москве тогда для освещения пользовались свечами, а в малых городах и 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.

 Купец Набатов был  единственным поставщиком очищенной  нефти для соборов и монастырей.

 В конце XVIII столетия была изобретена лампа. С появлением ламп увеличился спрос на керосин. Когда братья Дубины построили в Моздоке нефтеперегонный завод, свой керосин, называющийся тогда фотогеном, они отправляли в Россию. И первый, и второй, и все последующие нефтеперегонные заводы получали бензин, керосин и другие продукты выпариванием нефти.

 Завод Дубининых  был очень прост. Котёл в  печке, из котла идёт труба  через бочку с водой в пустую  бочку. Бочка с водой – холодильник,  пустая бочка – приёмник для  керосина.

 

1.6.Перегонка нефти

 Сначала  перегонку нефти в промышленности  производили по тому же принципу, что и в описанном выше лабораторном опыте. Нефть нагревали в особых резервуарах — «кубах», а выделяющиеся пары отбирали в определённых интервалах температур и конденсировали, получая таким образом бензин, керосин и другие нефтепродукты. Но когда сильно возросла потребность в жидком топливе, такой способ оказался невыгодным, та к как он требовал много времени и большого расхода топлива на нагревание нефти, не обеспечивал высокой производительности и достаточно хорошего разделения нефти на отдельные нефтепродукты.

В настоящее  время перегонку нефти в промышленности производят на непрерывно действующих так называемых трубчатых установках (рис. 7), отвечающих требованиям современного производства. Установка состоит из двух сооружений— трубчатой печи для нагрева нефти и ректификационной колонны для разделения нефти на отдельные продукты.

Трубчатая печь представляет собой помещение, выложенное внутри огнеупорным кирпичом. Внутри печи расположен многократно изогнутый стальной трубопровод.

Печь обогревается горящим мазутом, подаваемым в неё при помощи форсунок. По трубопроводу непрерывно, с помощью насоса, подаётся нефть. В нём она быстро нагревается до 300—325° и в виде смеси жидкости и пара поступает далее в ректификационную колонну.

Ректификационная колонна имеет внутри ряд горизонтальных перегородок с отверстиями — так называемых тарелок. Пары нефти, поступая в колонну, поднимаются вверх и проходят через отверстия в тарелках. Постепенно охлаждаясь, они сжижаются на тех или иных тарелках в зависимости от температур кипения. Углеводороды, менее летучие, сжижаются уже на первых тарелках, образуя соляровое масло; более летучие углеводороды собираются выше и образуют керосин; ещё выше собирается лигроин; наиболее летучие углеводороды выходят в виде паров из колонны и образуют бензин. Часть бензина подаётся в колонну в виде орошения для охлаждения и конденсации поднимающихся паров. Жидкая часть нефти, поступающей в колонну, стекает по тарелкам вниз, образуя мазут. Чтобы облегчить испарение летучих углеводородов, задерживающихся в мазуте, снизу навстречу стекающему мазуту подают перегретый пар.

Рисунок 7. Схема  трубчатой установки для непрерывной  перегонки нефти.

Устройство  тарелок схематически изображено на рисунке 8. Отверстия в тарелках, через которые проходят поднимающиеся кверху пары, имеют небольшие патрубки, покрытые сверху колпачками с зубчатыми краями. Через зазоры, образующиеся в месте соприкосновения колпачка с тарелкой, и проходят вверх пары углеводородов. Пробулькивая через жидкость на тарелке, пары охлаждаются, вследствие чего наименее летучие составные части их сжижаются, а более летучие увлекаются на следующие тарелки. Жидкость, находящаяся на тарелке, нагревается проходящими парами, вследствие чего летучие углеводороды из неё испаряются и поднимаются кверху. Избыток жидкости, собирающейся на тарелке, стекает по переточной трубке на нижерасположенную тарелку, где проходят аналогичные явления. Процессы испарения и конденсации, многократно повторяясь на ряде тарелок, приводят к разделению нефти на нужные продукты.

 

1.7.Крекинг нефти

При перегонке  нефти выход бензина составляет лишь 10—15%. Такое количество бензина не может удовлетворить всё возрастающий спрос на него со стороны авиации и автомобильного транспорта. Источником получения из нефти дополнительного количества бензина является крекинг-процесс.

Если в нагреваемую  на сильном пламени трубку (заполненную железными стружками для улучшения теплопередачи) пускать из воронки по каплям керосин или смазочное масло, очищенные от непредельных углеводородов (рис. 9), то в U-образной трубке вскоре будет собираться жидкость, а в цилиндре над водой —газ. Полученная жидкость, в отличие от взятой для реакции, обесцвечивает бромную воду, т. е. содержит непредельные соединения. Собранный газ хорошо горит и также обесцвечивает бромную воду.

Результаты  опыта объясняются тем, что при нагревании произошёл распад углеводородов, например:

          Рисунок 8. Схема устройства тарелок  ректификационной колонны.         

   

Образовалась смесь предельных и непредельных углеводородов с меньшими молекулярными весами, аналогичная бензину.

Получившиеся  жидкие вещества частично могут разлагаться  далее, например:

Эти реакции  приводят к образованию   газообразных веществ.

Процесс химического разложения углеводородов нефти на более, летучие вещества называется крекингом (крекинг — расщепление). Крекинг изобрёл русский инженер Шухов в 1891 г. В 1913 г. изобретение Шухова начали применять в Америке. В настоящее время в США 65% всех бензинов получается на крекинг - заводах.

 Наши нефтяники  часто рассказывают о судебной  тяжбе двух американских фирм.

 Около двадцати  пяти лет назад американская  фирма Кросса обратилась в  суд с жалобой на то, что  фирма Даббса присвоила её  изобретение – крекинг. Фирма  Кросса требовала с фирмы Даббса большую сумму денег за “незаконное” использование изобретения.

 Суд встал на  сторону Кросса. Даббсу приходилось  совсем плохо.

 Выручил Даббса  адвокат. На суде адвокат заявил:

• Крекинг изобретён не Кроссом, а русским инженером Шуховым.

Шухов тогда был жив. Приехали к нему в Москву американцы и спрашивают:

• Чем вы докажете, что крекинг изобретён вами?

Шухов вынул из стола  документы и предъявил американцам. Из документов было ясно, что Шухов  свой крекинг запатентовал за тридцать лет до тяжбы Кросса с Даббсом.

 Крекинг  даёт возможность повысить выход бензина из нефти до 50% и более.

В России крекинг-процесс получил промышленное применение после Великой Октябрьской социалистической революции (рис. 10).

                Рисунок 9. Крекинг керосина (лабораторный  опыт).               

 

Существуют  два вида крекинга — термический, когда расщепление углеводородов производится при высокой температуре, и каталитический, идущий при повышенной температуре с применением катализаторов.

Рисунок 10. Общий  вид крекинг-завода.

Термический крекинг  осуществляют, пропуская нефтепродукты, например мазут, через трубчатую печь (см. выше), где они нагреваются примерно до 500° под давлением в несколько десятков атмосфер. Чтобы разделить образующуюся смесь жидких и газообразных углеводородов, продукты крекинга направляют в ректификационную колонну, с принципом действия которой мы уже знакомы.

Бензин термического крекинга существенно отличается от бензина прямой гонки тем, что со держит в своём составе непредельные углеводороды.

Каталитический  крекинг осуществляют, пропуская  пары тяжёлых углеводородов в реакторы, заполненные катализатором (зёрна алюмосиликатов). Продукты крекинга из реактора поступают на ректификацию. Применение катализаторов позволяет проводить крекинг при более низких температурах и давлении, направлять его в сторону образования наиболее ценных продуктов и получать бензин высокого качества.

Газы крекинга содержат разнообразные предельные и непредельные углеводороды (рис. 11), что делает их ценным сырьём для органического синтеза. По решению XX съезда Коммунистической партии одной из важнейших задач химической и нефтяной промышленности в шестой пятилетке является резкое повышение использования нефтяных, природных газов и нефтепродуктов для производства синтетического каучука, спирта, моющих средств и других химических продуктов.

Рисунок 11. Примерный  состав газов термического крекинга   нефти.

    

 

                                 

Заключение

Нефть занимает ведущее  место в мировом топливно-энергетическом хозяйстве. Её доля в общем потреблении  энергоресурсов непрерывно растет. Мировая добыча нефти в настоящее время составляет около 3,8 млрд т в год, или 30 млрд. баррелей в год. Таким образом, при нынешних темпах потребления, разведанной нефти хватит примерно на 40 лет, неразведанной — ещё на 10-50 лет. Также растёт и потребление нефти — за последние 35 лет оно выросло с 20 до 30 млрд. баррелей в год.

Детальное изучение состава  нефти позволяет не только утверждать органическое происхождение нефти, но даже определять для конкретных залежей, из каких именно отложений в них поступали нефтяные углеводороды при формировании месторождений.

В настоящее время  большое внимание уделяется нефтеразведке. Современные технологии дают геологам и геофизикам в распоряжение широкий  спектр инструментов, помогающих им определить подходящую зону бурения.

Почти вся добываемая в мире нефть, извлекается посредством  буровых скважин, закрепленных стальными  трубами высокого давления. Извлечение нефти из скважин производится либо за счет естественного фонтанирования под действием пластовой энергии, либо путем использования одного из нескольких механизированных способов подъема жидкости.

Одним из самых ярких  технических прорывов последних  десятилетий в области нефтедобычи  является бурение дна океана в  поисках нефти, поскольку появились  долгожданные технологии, позволяющие получать выгоду от залежей нефти под океанским дном. Это привело к возникновению в  мировом сообществе конфликтных и спорных ситуации по разделению шельфа мирового океана.