Нафта

НЕФТЬ.

Загальна характеристика нафти і нефтепродуктов.

Найважливішим джерелом отримання різноманітних вуглеводнів в промисловості є нефть.

Фізичні властивості нафти і перебування їх у природі. Нафта є маслянисту рідина зазвичай темного кольору зі своєрідним запахом. Вона трошки легше води та у питній воді не растворяется.

[pic].

Рисунок 1. Геологічний розріз нафтоносної местности.

Нафта залягає у землі, заповнюючи порожнечі між частинками різних гірських порід (рис. 1). Для добування її бурятів свердловини (рис. 2). Якщо нафту багата газами, з тиском їх сама піднімається на поверхню, якщо ж тиск газів при цьому недостатньо, в нафтовому пласту створюють штучне тиск шляхом нагнітання туди газу, повітря, або води (рис. 3).

У царської Росії добувалася майже на Кавказі (Баку, Грозний). Упродовж років радянської влади розвідано і введено в експлуатацію багато нових родовищ. Між Волгою і Уралом відкрито «Друге Баку» — величезний нефтеносный район, значно переважаючий по площі бакинське родовище. Багаті нафтою також родовища: Эмбенское, Дагестанское, Західноукраїнське, Сахалінське, Ухтинское та інших. Упродовж років радянської влади стався грандіозний зростання видобутку нафти на стране.

[pic].

Рисунок 2. Похиле буріння свердловин дозволяє добувати нафту з-під водоёмов і капітальних сооружений.

Склад нафти. Якщо нафту нагрівати в приладі, изображённом малюнку 4, можна помітити, що вона кипить і переганяється не при постійної температурі, що вирізняло чистих речовин, а широкому інтервалі температур. Це означає, що нафта є не індивідуальне речовина, а суміш речовин. При нагріванні нафти спочатку перегоняются речовини із меншим молекулярным вагою, які мають дешевше температурою кипіння, потім температура суміші поступово підвищується, і починають перегоняться речовини з великим молекулярным вагою, мають вищу температуру кипіння, тощо. д.

[pic].

Малюнок 3. Нафта піднімається під тиском яка нагнітається в пласт.

До складу нафти входять переважно вуглеводні. Основний масив її становлять рідкі вуглеводні, у яких растворены газоподібні і твёрдые углеводороды.

[pic].

Рисунок 4. Перегонка нафти на лаборатории.

Склад нафти різних родовищ є неоднаковим. Грозненская і західноукраїнська нафту складаються головним чином із граничних вуглеводнів. Бакинська нафту полягає з циклічних вуглеводнів — цикланов. Цикланы — це вуглеводні, відмінні по своєму будовою від граничних тим, що утримують замкнуті ланцюга (цикли) вуглецевих атомів, например:

[pic].

Цикланы відкрили нафти і вивчені видатним учнем А. М. Бутлерова, професором Московського університету У. У. Map ков пиковым.

Нафтопродукти та їх застосування. Так ках нафту — це суміш вуглеводнів різного молекулярного ваги, мають різні температури кипіння, то перегонкою її поділяють деякі нафтопродукти (рис. 5): бензин, у якому найбільш легені вуглеводні, киплячі від 40 до 200°, із кількістю атомів вуглецю в молекулах від 5 до 11; нафта, у якому вуглеводні з великою кількістю атомів вуглецю, з темп, кипіння від 120 до 240°; гас з темп, кипіння від 150 до 310° і, далі, соляровое олію. Після отгонки з нафти цих продуктів залишається в’язка чорна рідина — мазут.

[pic].

Рисунок 5. Температура кипіння різних видів палива, отримуваних з нефти.

[pic].

Рисунок 6. Найважливіші продукти, отримані з нефти.

Бензин застосовується у якій як пальне для двигунів внутрішнього згоряння. Залежно від призначення підрозділяється на дві основні сорти: авіаційний і автомобільний. Бензин застосовується також як розчинника масел, каучуку, очищення тканин від жирних плям тощо. п. Гас застосовується як пальне для тракторів. Він застосовується також для висвітлення. Соляровое олію застосовується у якій як пальне для дизелей.

З мазуту шляхом додаткової перегонки отримують мастила для мастила різних механізмів. Перегонку ведуть під зменшеним тиском, щоб знизити температуру кипіння вуглеводнів й уникнути розкладання їх при нагревании.

Після перегонки мазуту залишається нелетучая тёмная маса — гудрон, що йде на асфальтування вулиць. Найважливіші продукти, отримані з нафти, зазначені у таблиці (рис. 6).

З деяких сортів нафти виділяють твёрдые вуглеводні — так званий парафін (що йде, наприклад, на виготовлення свічок) і суміш рідких вуглеводнів з твёрдыми — вазелин.

Крім переробки на мастила, мазут застосовується у ролі палива на заводських і паровозних топках, у яких ом подається з допомогою форсунок. Великі кількості мазуту піддаються хімічної переробці в бензин інші види топлива.

Промышленная переробка нефти.

Перегонка нафти. Спочатку перегонку нафти на промисловості виробляли з такого самого принципу, що у описаному вище лабораторному досвіді. Нафта нагрівали особливих резервуарах — «кубах», випари відбирали в певних інтервалах температур і конденсировали, одержуючи в такий спосіб бензин, гас та інші нафтопродукти. Але коли його сильно зросла потреба у рідкому паливі, такий спосіб виявився невигідним, та до як і вимагав багато часу великого витрати палива на нагрівання нафти, не забезпечував високої продуктивності і хорошого поділу нафти окремі нефтепродукты.

Нині перегонку нафти на промисловості виробляють на безупинно діючих про трубчастих установках (рис. 7), відповідальних вимогам сучасного виробництва. Установка і двох споруд — трубчастої печі для нагріву нафти і ректифікаційної колони потреби ділити нафти окремі продукты.

Трубчаста піч є приміщення, викладене всередині огнеупорным цеглою. Усередині печі розташований багаторазово вигнутий сталевої трубопровід. Піч обігрівається палаючим мазутом, подаваним у неї з допомогою форсунок. По трубопроводу безупинно, з допомогою насоса, подається нафту. У ньому вона швидко нагрівається до 300—325° і у вигляді суміші рідини і кілька надходить далі в ректификационную колонну.

Ректифікаційна колона має всередині ряд горизонтальних перегородок з отворами — про тарілок. Пари нафти, вступаючи в колону, піднімаються вгору й за проходять через отвори в тарілках. Поступово прохолоджуючи, вони сжижаются за тими чи інших тарілках залежно від температур кипіння. Вуглеводні, менш леткі, сжижаются вже в перших тарілках, створюючи соляровое олію; більш леткі вуглеводні збираються вищою, і утворюють гас; ще вище збирається нафта; найбільш леткі вуглеводні виходять у вигляді парів з колони й утворять бензин. Частина бензину подається в колону як зрошення для охолодження і конденсації які парів. Рідка частина нафти, що надходить колону, стікає по тарілкам вниз, створюючи мазут. Щоб полегшити випаровування летючих вуглеводнів, задерживающихся в мазуті, знизу назустріч стекающему мазуту подають перегрітий пар.

[pic].

Рисунок 7. Схема трубчастої установки для безупинної перегонки нефти.

Пристрій тарілок схематично зображено малюнку 8. Отвори в тарілках, якими проходять поднимающиеся догори пари, мають невеликі патрубки, покриті згори ковпачками з зубцюватими краями. Через зазори, які утворюються на місці дотику ковпачка з тарілкою, і проходять вгору пари вуглеводнів. Пробулькивая через рідина на тарілці, пари розладнуються, унаслідок чого найменш леткі складові їх сжижаются, причому більше леткі захоплюються ми такі тарілки. Рідина, які перебувають на тарілці, нагрівається що проходять парами, унаслідок чого леткі вуглеводні з неї випаровуються і піднімаються догори. Надлишок рідини, котра лаштується на тарілці, стікає по переточной трубці на нижерасположенную тарілку, де відбуваються аналогічні явища. Процеси випаровування та конденсації, багаторазово повторюючись ряд тарілок, призводять до поділу нафти потрібні продукты.

Крекінг нафти. При перегонці нафти вихід бензину становить лише 10—15%. Стільки бензину неспроможна задовольнити все зростаючий попит нею із боку авіації і автомобільного транспорту. Джерелом отримання з нафти додаткової кількості бензину є тріщанняпроцесс.

Якщо нагреваемую на сильному полум’я трубку (заповнену залізними стружками підвищення теплопередачі) пускати з воронки по краплях гас чи мастильне олію, очищені від непредельных вуглеводнів (рис. 9), то U-подібної трубці незабаром збиратися рідина, а циліндрі над водою — газ. Отримана рідина, на відміну взятій для реакції, обесцвечивает бромную воду, т. е. містить непредельные сполуки. Зібраний газ добре горіт і також обесцвечивает бромную воду.

Результати досвіду пояснюються тим, що з нагріванні стався розпад вуглеводнів, например:

[pic].

Малюнок 8. Схема устрою тарілок ректифікаційної колонны.

[pic].

Утворилася суміш граничних і непредельных вуглеводнів з меншими молекулярними вагами, аналогічна бензину.

Утворені рідкі речовини частково можуть розкладатися далі, например:

[pic].

Ці реакції призводять до утворення газоподібних веществ.

Процес хімічного розкладання вуглеводнів нафти більш, леткі речовини називається крекингом (тріщання — розщеплення). Крекінг дає можливість підняти вихід бензину з нафти до 50% і более.

Крекинг-процесс був изобретён російським інженером У. Р. Шуховым в 1891 р. Спочатку цим винаходом скористалися американські фірми. У Росії її крекинг-процесс отримав промислове застосування після Великою Жовтневою соціалістичної революції (рис. 10).

[pic].

Малюнок 9. Крекінг гасу (лабораторний опыт).

Існують два виду крекінгу — термічний, коли розщеплення вуглеводнів виробляється за високої температури, і каталітичний, що йде за підвищеної температурі із застосуванням катализаторов.

[pic].

Рисунок 10. Загальний вид крекинг-завода.

Термічний тріщання здійснюють, пропускаючи иефшпродукгы, наприклад мазут, через трубчасту піч (див. вище), де їх нагріваються приблизно до 500° під тиском кілька десятків атмосфер. Щоб розділити образующуюся суміш рідких і газоподібних вуглеводнів, продукти крекінгу направляють у ректификационную колону, з принципом дії якої ми можемо вже знакомы.

Бензин термічного крекінгу істотно відрізняється від бензину прямий гонки тим, що з тримає у своєму складі непредельные углеводороды.

Каталітичний тріщання здійснюють, пропускаючи пари важких вуглеводнів в реактори, заповнені каталізатором (зерна алюмосиликатов). Продукти крекінгу з реактора надходять на ректифікацію. Застосування каталізаторів дає змогу провадити тріщання за більш низьких температурах і тиску, спрямовувати їх у бік освіти найцінніших продуктів і отримувати бензин високого качества.

Гази крекінгу містять різноманітні граничні і непредельные вуглеводні (рис. 11), що зробила їх цінним сырьём для органічного синтезу. За рішенням XX з'їзду Комуністичної партії однією з найважливіших завдань хімічної промисловості та нафтової промисловості, у шостий п’ятирічці є різке зростання использо; вания нафтових, природних газів і нафтопродуктів для синтетичного каучуку, спирту, мийних засобів інших хімічних продуктов.

[pic].

Рисунок 11. Приблизний їх склад газів термічного крекінгу нефти.