Реферат: Нефть
“Нефть”
(реферат по химии )
Краснов Иван 10”Б” класс
План:
1.<span Times New Roman"">
Происхождение нефти2.<span Times New Roman"">
Переработка нефти2.1<span Times New Roman"">
Перегонканефти2.2<span Times New Roman"">
Крекинг Происхождение нефтиВопросы об исходномвеществе, из которого образовалась нефть, о процессах нефтеобразования иформирования нефти в концентрированную залежь, а отдельных залежей вместорождения до сего времени ещё не являются окончательно решёнными.Существует ряд мнений как об исходных для нефти веществах, так и о причинах ипроцессах, обусловливающих её образование. В последние годы благодаря трудамглавным образом советских геологов, химиков, биологов, физиков и исследователейдругих специальностей удалось выяснитьосновные закономерности в процессах нефтеобразования. В настоящее времяустановили, что нефть органического происхождения, т.е. она, как и уголь,возникла в результате преобразования органических веществ.
Ранее выдвигались и другие теории образованиянефти.
В конце XIX в., когда в астрономии ифизике получило развитие применение спектральных методов исследования и вспектрах различных космических тел были обнаружены не только углерод и водород,но и углеводороды, русский геолог Н. А. Соколов выдвинул космическую гипотезу образованиянефти. Он предполагал, что когда земля была в огненно-жидком состоянии, тоуглеводороды из газовой оболочки проникли в массу земного шара, а впоследствиипри остывании выделились на его поверхности. Эта гипотеза не объясняет нигеографического, ни геологического распределения нефтяных месторождений…
В конце XIXв. Д. И. Менделеевым,обратившим внимание на приуроченность известных тогда месторождений нефти ккраевым частям гор, была выдвинута теория неорганического происхождения нефти.Предполагалось, что углеводороды, образующиеся при действии воды на раскалённыекарбиды металлов, проходили по трещинамиз глубоких слоёв в зону осадочной оболочки земного шара, где путём ихконденсации и гидрогенизации образовались нефтяные месторождения.
Эта теория образования нефти не получилапризнания среди геологов и химиков. Трудно представить себе образование нефтипутём действия на карбиды металлов воды океанов, просочившейся в глубину землипо трещинам земной коры, так как этитрещины не могут идти так глубоко.
Кроме того, наличие в земной коре большихзалежей карбидов железа, до которых может проникнуть вода океанов, оченьсомнительно.
Количество металлического железа (а не егоокислов), которое может попасть из очень глубоких зон на поверхность твёрдой коры,ничтожно. Окислы железа содержать карбиды металлов не могут. Вероятность женаличия карбидов металлов в самом металлическом железе также крайненезначительна.
Все приведённые выше соображения говорят отом, что в наружной оболочке космического типа при наличии окислительнойобстановки не приходится ожидать образования и сохранения карбидов железа идругих металлов в сколько-нибудь значительных количествах…
М. В. Ломоносов первый указал на связь междугорючими полезными ископаемыми — углём и нефтью и выдвинул впервые в мире всередине XVIIIв. гипотезу о происхождении нефти из растительныхостатков.
Академик В. И. Вернадский обратил внимание наналичие в нефти азотистых соединений, встречающихся в органическом мире.
Предшественники академика И. М. Губкина,русские геологи Андрусов и Михайловский также считали, что на Кавказе нефтьобразовалась из органического материала. По мнению И. М. Губкина, родина нефти находится в области древнихмелководных морей, лагун и заливов. Он считал, что уголь и нефть – члены одногои того же генетического ряда горючих ископаемых.
Уголь образуется в болотах и пресноводныхводоёмах, как правило, из высших растений. Нефть получается главным образом изнизших растений и животных, но в других условиях.
Нефть постепенно образовывалась в толщеразличных по возрасту осадочных пород,начиная от наиболее древних осадочных пород – кембрийских, возникших 600 млн.лет назад, до сравнительно молодых – третичных слоёв, сложившихся 50 млн. летназад.
Накопление органическогоматериала для будущего образования нефти происходило в прибрежной полосе, взоне борьбы между сушей и морем…
По вопросу об исходном материале существовали разные мнения. Некоторыеучёные полагали, что нефть возникла из жиров погибших животных (рыбы, планктон идр.), другие считали, что главную роль играли белки, третьи придавали большоезначение углеводам. Теперь доказано, что нефть может образоваться из жиров,белков и углеводов, т.е. из всей суммы органических веществ.
И. М. Губкин дал критическийанализ проблемы происхождения нефти и разделил органические теории на тригруппы: теории, где преобладающая роль в образовании нефти отводится погибшимживотным; теории, где преобладающая роль отводится погибшим растениям, и,наконец, теории смешанного животно-растительного происхождения нефти.
Последняя теория, детально разработанная И. М.Губкиным, носит название сапропелитовой от слова “сапропель”–глинистый ил – и является господствующей. В природе широко распространеныразличные виды сапропелитов.
Различиев исходном органическом веществе является одной из причин существующегоразнообразия нефтей. Другими причинами являются различие температурных условийвмещающих пород, присутствие катализаторов и др., а также последующиепреобразования пород, в которых заключена нефть…
В СССР были проведены исследования, врезультате которых удалось установить роль микроорганизмов в образовании нефти.Т. Л. Гинзбург-Карагичева, открывшая присутствие в нефти разнообразнейшихмикроорганизмов, привела в своих исследованиях много новых, интересныхсведений.
Она установила, что в нефтях, ранеесчитавшихся ядом для бактерий, на больших глубинах идёт кипучая жизнь, непрекращавшаяся миллионы лет подряд.
Целый ряд бактерий живёт в нефти и питаетсяею, меняя, таким образом, химический состав нефти. Академик И. М. Губкин всвоей теории нефтеобразования придавал этому открытию большое значение. Гинзбург-Карагичевойустановлено, что бактерии нефтяных пластов превращают различные органические продукты вбитуминозные.
Под действием ряда бактерий происходитразложение органических веществ и выделяется водород, необходимый дляпревращения органического материала в нефть…
Академиком Н. Д. Зелинским, профессором В. А.Соколовым и рядом других исследователей большое значение в процессенефтеобразования придавалось радиоактивным элементам. Действительно, доказано,что органические вещества под действием альфа-лучей распадаются быстрее и приэтом образуются метан и ряд нефтяных углеводородов.
Академик Н. Д. Зелинский и его ученикиустановили, что большую роль в процессе нефтеобразования играют катализаторы.
В более поздних работах академик Зелинскийдоказал, что входящие в состав животных и растительных остатков пальмитовая,стеариновая и другие кислоты при воздействии хлористого алюминия в условиях сравнительноневысоких температур (150-400о) образуют продукты, по химическому составу, физическим свойствам ивнешнему виду похожие на нефть. Профессор А. В. Фрост установил, что вместохлористого алюминия – катализатора, отсутствующего в природе, — его роль впроцессе нефтеобразования играют обыкновенные глины, глинистые известняки идругие породы, содержащие глинистые минералы.
Переработка нефти
Перегонка нефти
Как только вода в чайникезакипит, из чайника со свистом начнёт вылетать пар. Если теперь подставитьчайник к окну, то пар тотчас же начнёт конденсироваться на стекле и со стекластанут падать капли дистиллированной, или перегнанной воды. Перегонка нефтиоснована на том же принципе – сначала нефть испаряется, а затем пары еёконденсируют с разделением на погоны – бензиновые, керосиновые и т.д.
Секрет получения светлых продуктов из чёрнойнефти человек разгадал очень давно. Ещё при Петре Первом пользовались очищеннойнефтью.
Первый завод для очисткинефти был построен в России на Ухтинском нефтяном промысле. Это было в 1745г.,в период царствования Елизаветы Петровны. В Петербурге и в Москве тогда дляосвещения пользовались свечами, а в малых городах и деревнях – лучинами. Но ужеи тогда во многих церквях горели “неугасимые”лампады. В лампады наливалось гарное масло, которое было не чем иным, каксмесью очищенной нефти с растительным маслом.
Купец Набатов был единственным поставщикомочищенной нефти для соборов и монастырей.
В конце XVIIIстолетия была изобретеналампа.
С появлением ламп увеличился спрос на керосин.
Когда братья Дубины построили в Моздокенефтеперегонный завод, свой керосин, называющийся тогда фотогеном, ониотправляли в Россию.
И первый, и второй, и все последующиенефтеперегонные заводы получали бензин, керосин и другие продукты выпариваниемнефти.
Завод Дубининых был очень прост. Котёл впечке, из котла идёт труба через бочку с водой в пустую бочку. Бочка с водой –холодильник, пустая бочка – приёмник для керосина.
На современном заводе вместо котлаустраивается ложная трубчатая печь. Вместо трубки для конденсации и разделенияпаров сооружаются огромные ректификационные колонны. А для приёма продуктовперегонки выстраиваются целые городки резервуаров.
Нефть состоит из смеси различных веществ(главным образом углеводородов) и потому не имеет определённой точки кипения.На трубчатках нефть подогревают до 300-325о. При такой температуреболее летучие вещества нефти превращаются в пар.
Печи на нефтеперегонных заводах особые. С видуони похожи на дома без окон. Выкладываются печи из лучшегоогнеупорного кирпича.Внутри, вдоль и поперёк, тянутся трубы. Длина труб в печах достигает километра.
Когда завод работает, по этим трубам с большой скоростью – до двухметров в секунду – движется нефть. В это время из мощной форсунки в печьустремляется пламя. Длина языков пламени достигает нескольких метров.
При температуре 300-325о нефтьперегоняется не полностью. Если температуру перегонки увеличить, углеводородыначинают разлагаться.
Нефтяники нашли способ перегонки нефти безразложения углеводородов.
Вода кипит при 100о тогда, когдадавление равно атмосфере, или 760 мм. рт. ст. Но она может кипеть, например, ипри 60о. Для этого надо лишь понизить давление. При давлении в 150мм термометр покажет всего 60о.
Чем меньше давление, тем скорее закипает вода.То же самое происходит с нефтью. Многие углеводороды в условиях атмосферногодавления кипят только при 500о. Следовательно, при 325оэти углеводороды не кипят.
А если снизить давление, то они закипят и приболее низкой температуре.
На этом законе основана перегонка в вакууме,т. е. при пониженном давлении. На современных заводах нефть перегоняется илипод атмосферным давлением, или под вакуумом, чаще всего заводы состоят из двухчастей – атмосферной и вакуумной. Такие заводы так и называютсяатмосферно-вакуумные. На этих заводах получаются одновременно все продукты:бензин, лигроин, керосин, газойль, смазочные масла и нефтяной битум.Неиспарившихся частей при такой перегонки остаётся гораздо меньше, чем приатмосферной.
Дружнее происходит испарение нефти, когда вустановку вводится пар.
Сложна и интересна работа ректификационнойколонны. В этой колонне происходит не только разделение веществ по их температурам кипения, но одновременно производитсядополнительное многократное кипячение конденсирующейся жидкости.
Колонны делаются очень высокими – до 40 м.Внутри они разделяются горизонтальными перегородками – тарелками – с отверстиями.Над отверстиями устанавливаются колпачки.
Смесь углеводородных паров из печи поступает внижнюю часть колонны.
Навстречу неиспарившемуся остатку нефти снизуколонны подаётся перегретый пар. Этот пар прогревает неиспарившийся остаток иувлекает с собой все лёгкие углеводороды вверх колонны. В нижнюю часть колонныстекает освобождённый от лёгких углеводородов тяжёлый остаток – мазут, а парыодолевают тарелку за тарелкой, стремясь к верху колонны.
Сначала превращаются в жидкость пары свысокими температурами кипения. Это будет соляровая фракция, которая кипит притемпературе выше 300о. Жидкий соляр заливает тарелку до отверстий.Парам, идущим из печи, теперь приходится пробулькивать через слой соляра.
Температура паров выше температуры соляра, исоляр снова кипит.
Углеводороды, кипящие при температуре ниже300о, отрываются от него и летят вверх колонны, на секциюкеросиновых тарелок.
В соляре, выходящем из колонны, поэтому нетбензина или керосина.
В колоннах бывает 30-40 тарелок, разделённыхна секции. Через все тарелки проходят пары, на каждой они пробулькивают черезслой сконденсировавшихся паров и в промежутках между ними встречают падающие сверхней тарелки капли лишнего, не убравшегося на верхнюю тарелку конденсата.
В колонне непрерывно идёт сложная, кропотливая работа.Углеводороды собираются в секциях по температурам кипения. Для каждой группы углеводородов в колонне имеютсясвои секции и свой выход.
Углеводороды сгруппируются в своей секциитолько тогда, когда в них не будет углеводородов других температур кипения.
Когдаони соберутся вместе, они из колонны выходят в холодильник, а из холодильника –в приёмник.
Изсамых верхних секций колонны идёт не бензин, а пары бензина, так кактемпература вверху колонны выше температуры легко кипящих частей бензина. Парыбензина идут сначала в конденсатор.
Здесь они превращаются в бензин, которыйнаправляется также в холодильник, а затем в приёмник.
Крекинг
Крекинг изобрёл русский инженер Шухов в 1891г. В 1913 г. изобретение Шухова начали применять в Америке. В настоящее время вСША 65% всех бензинов получается на крекинг-заводах.
Наши нефтяники часто рассказывают о судебнойтяжбе двух американских фирм.
Около двадцати пяти лет назад американскаяфирма Кросса обратилась в суд с жалобой на то, что фирма Даббса присвоила еёизобретение – крекинг. Фирма Кросса требовала с фирмы Даббса большую суммуденег за “незаконное”использование изобретения.
Суд встал на сторону Кросса. Даббсуприходилось совсем плохо.
Выручил Даббса адвокат. На суде адвокатзаявил:
-<span Times New Roman"">
Крекинг изобретён не Кроссом, а русским инженером Шуховым.Шуховтогда был жив. Приехали к нему в Москву американцы и спрашивают:
-<span Times New Roman"">
Чем вы докажете, что крекинг изобретён вами?Шуховвынул из стола документы и предъявил американцам. Из документов было ясно, чтоШухов свой крекинг запатентовал за тридцать лет до тяжбы Кросса с Даббсом.
Аппаратура крекинг-заводов в основном та же,что и заводов для перегонки нефти. Это – печи, колонны. Но режим переработкидругой. Другое и сырё.
Слово “крекинг”означаетрасщепление. На крекинг-заводах углеводороды не перегоняются, а расщепляются.Процесс ведётся при более высоких температурах (до 600о), часто приповышенном давлении.
При таких температурах крупные молекулы углеводородовраздробляются на более мелкие.
Мазут густ и тяжёл, его удельный вес близок кединице. Это потому, что он состоит из сложных и крупных молекул углеводородов.
Когда мазут подвергается крекингу, часть составляющих его углеводородовраздробляется на более мелкие. А из мелких углеводородов как раз и составляютсялёгкие нефтяные продукты — бензин, керосин.
Мазут – остаток первичной перегонки. Накрекинг-заводе он снова подвергается переработке, и из него, так же как изнефти на заводе первичной перегонки, получают бензин, лигроин керосин.
При первичной перегонки нефть подвергаетсятолько физическим изменениям. От неё отгоняются лёгкие фракции, т. е.отбираются части её, кипящие при низких температурах и состоящие из разных по величине углеводородов. Сами углеводородыостаются при этом неизменёнными.
При крекинге нефть подвергается химическимизменениям. Меняется строение углеводородов. В аппаратах крекинг-заводовпроисходят сложные химические реакции. Эти реакции усиливаются, когда ваппаратуру вводят катализаторы.
Одним из таких катализаторов являетсяспециально обработанная глина. Эта глина в мелком раздробленном состоянии – в видепыли – вводится в аппаратуру завода. Углеводороды, находящиеся в парообразном игазообразном состоянии, соединяются с пылинками глины и раздробляются на ихповерхности. Такой крекинг называется крекингом с пылевидным катализатором.Этот вид крекинга теперь широко распространяется.
Катализатор потом отделяется от углеводородов.Углеводороды идут своим путём на ректификацию и в холодильники, а катализатор –в свои резервуары, где его свойства восстанавливаются.
Катализаторы – крупнейшее достижениенефтепереработки.
На крекинг-установках всех систем получаютбензин, лигроин, керосин, соляр и мазут.
Главное внимание уделяют бензину. Егостараются получить больше и обязательно лучшего качества. Каталитическийкрекинг появился именно в результате долголетней, упорной борьбы нефтяников заповышение качества бензина.
Списокиспользуемой литературы: “Книга для чтения по химии (часть вторая)”Авторы: К. Я. Парменов, Л. М. Сморгонский, Л. А. Цветков.