Практикум по химии и технологии нефти и газа

Значение и задачи учебной практики
знать:
- основные направления развития технологии нефтегазо-перерабатывающего производства; классификацию нефтей и товарных нефтепродуктов; варианты технологических схем современных нефтегазоперерабатывающих заводов; теоретические основы и химизм технологических процессов; способы подготовки нефти к переработке; правила составления поточной схемы переработки нефтяного сырья; первичную перегонку нефти; термические и термокаталитические процессы; гидрогенизационные процессы; производство смазочных масел; требования стандартов к качеству сырья, товарным продуктам, вспомогательным материалам, реагентам, катализаторам; влияние норм технологического режима на качество и выход продукции; возможные причины отклонения от технологического режима, способы, методы предотвращения и устранения их; систему обеспечения и приборы контроля качества нефтепродуктов; требования безопасного проведения технологических процессов.
уметь:
- обосновывать выбор параметров технологического процесса; составлять технологическую схему (в целом и по блокам), делать эскизы аппаратов; составлять пооперационную схему по описанию технологического процесса; осуществлять обвязку оборудования по представленной «слепой» схеме; читать технологическую схему; рассчитывать материальный баланс процесса и отдельного аппарата.

Под химией нефти и газа подразумевается область знаний,
охватывающая изучение химического состава нефти и газов, ее отдельных фракций или индивидуальных веществ, выделенных из нефтяных и газовых фракций.
Задачей химии нефти и газа является не только перечисление свойств различных нефтей и газов, но главным образом раскрытие тех закономерностей, которые связывают отдельные свойства между собой. У нефти нет "случайных" свойств: все они тесно связаны между собой, так как нефть в природе постоянно изменяется как и всякие другие природные объекты, и каждый проведенный анализ нефти в действительности соответствует лишь какому-то определенному этапу превращения нефти.

Однако если нефть и газ рассматривать как важное промышленное сырье, неизбежно встают вопросы их переработки, часто очень глубокой. Поэтому при рассмотрении свойств нефти неизбежно привлечение как данных, касающихся переработки нефти, так и вопросов аналитической химии нефти. Многие аналитические методы опираются на реакции, ведущие к познанию нефти как сложной смеси, прежде всего углеводородов, характеризующих нефть в целом. Поэтому в данной работе рассматриваются как свойства нефтей и газов в целом, так и свойства отдельных их компонентов и веществ, образующихся в ходе нефтепереработки, и присутствие которых может обнаруживаться в нефтепродуктах.

ГАЗ, НЕФТЬ И НЕФТЕПРОДУКТЫ
Наиболее важными природными источниками углеводородов являются горючие газы (природные и попутные) и нефть. Главная составная часть природных газов - метан (до 98%). Попутные газы, кроме метана (до 70%), содержат этан, пропан, бутан и пары низкокипящих жидких углеводородов, при этом процентное содержание компонентов зависит от месторождения.
Нефтью называется природная смесь углеводородов различных классов с различными сернистыми, азотистыми и кислородными соединениями. По внешнему виду нефть представляет собой маслянистую жидкость, чаще всего бурого цвета, хотя встречаются нефти, имеющие более светлые оттенки коричневого цвета. Вязкость нефти различна и зависит от ее состава. Представляя собой смесь органических веществ, нефть способна гореть, вы- деляя при этом до 50 000 джоулей на килограмм. Нефть практически не содержит химически активных веществ типа кетонов, спиртов и подобных соединений, хотя в некоторых случаях имеет кислотный характер вследствие некоторого содержания кислот. Все химические свойства нефти показывают, что нефть никогда не подвергалась действию высоких температур и поэтому для нее нехарактерны обычные компоненты, свойственные различным продуктам перегонки углей, торфа и других естественных горючих материалов. Нефть часто сопровождается в природе различными окаменелостями, позволяющими определить геологический возраст нефти в ее современном залегании. Обыкновенно нефть сопровождается газом и водой, представляющей собой раствор галоидных и углекислых растворимых солей, иногда в воде содержатся сероводород и растворимые сульфиды.

Нефти представляют собой очень сложную смесь органических соединений. В связи с этим исследование природы нефти, ее свойств, состава и строения ее компонентов очень важно. Пополнение наших знаний по всем перечисленным вопросам дает возможность:
• выбрать наиболее рациональный путь использования нефти каждого отдельного месторождения;
• наметить наиболее экологически безвредные пути добычи, транспортировки и переработки нефти;
• рассчитать наиболее экономически выгодные способы переработки, транспортировки и добычи нефти;
• выбрать наиболее удобные и выгодные способы борьбы с негативными явлениями, возникающими при разработке нефтяных месторождений, при транспорте и переработке нефти.
Кроме того, высокий уровень знаний химического состава, строения и основных закономерностей распределения органических соединений в нефтях - это ключ к познанию вопросов образования нефтей в природе, что, в свою очередь, позволяет сознательно подходить к проблеме разведки нефтяных месторождений.

Элементный состав нефтей
Его знание важно для правильного выбора метода переработки нефти, для составления материальных балансов некоторых процессов. Так, наличие в нефти сернистых и кислородсодержащих соединений требует сооружения специальных установок для очистки от этих соединений.
Основными элементами в составе нефтей являются углерод (83-87%) и водород (12-14%). Соотношением углерода и водорода определяются физические свойства нефтей. Горючие ископаемые - газ, нефть и уголь – отличаются друг от друга соотношением углерода и водорода. Уголь наиболее обеднен водородом, этим объясняется его твердое состояние. Кроме того, в нефтях найдены и другие элементы, такие как сера, кислород, азот. Содержание серы колеблется от сотых долей до 8%, может быть и больше. Количество азота изменяется в пределах от тысячных долей процента до 1,5%, а кислорода – от десятых долей до 3,6%. В нефтях обнаружены в незначительных количествах многие элементы, такие как Fe, Са, К, Mg, Ni, Mn, V, Ti и др.

Фракционныий состав нефтей
Определяют путем перегонки, т.е. разделением на фракции по температурам кипения. При исследовании новых нефтей фракционный состав определяют перегонкой нефти в специальных аппаратах. От начала кипения до 300°С отбирают десятиградусные фракции, а затем пятидесятиградусные фракции до фракций с окончанием кипения 475- 550°С. Или же отмечают температуру начала кипения, температуры, при которых отгоняется 10, 50, 95 и 97,5 объемн. %, а также остаток и потери.
В условиях промышленной перегонки нефти отбирают фракции со следующими пределами выкипания:
Бензин н.к. -180-200°С
Лигроин 160-200°С
Керосин 200-300°С
Газойль 270-350°С
Мазут > 350°С
Мазут перегоняют под вакуумом, при этом отбирают масляные фракции. Остаток после разгонки мазута (выше 500°С) называется гудрон или полугудрон. Нефти различных месторождений значительно отличаются друг от друга по фракционному составу, и, следовательно, по потенциальному содержанию бензиновых, керосиновых, газойлевых и масляных фракций. Большинство перерабатываемых в промышленности нефтей содержит от 30 до 50% светлых нефтепродуктов, т.е. фракций, перегоняющихся до 300-350°С. Легкие нефти, не содержащие тяжелых фракций, встречаются достаточно редко, в основном это газоконденсаты. Найдены также и тяжелые нефти, не содержащие светлых фракций и богатые смолистыми веществами.

Химический состав нефтей
Поскольку главные элементы в составе нефтей углерод и водород, можно сделать вывод, что основными компонентами в нефтях являются углеводороды. Их содержание в различных нефтях составляет в среднем от 30 до 70%, а в газоконденсатах может быть до 100%.
В нефтях, в основном, содержатся компоненты трех рядов углеводородов: алканов, циклоалканов (нафтенов) и аренов.