Реферат: Нефть. Доклад нефть

Доклад - Нефть - Химия

 

    “Нефть”

          (реферат    по химии )

     Краснов Иван 10”Б” класс

План:

1.<span Times New Roman"">          

Происхождение нефти

2.<span Times New Roman"">          

Переработка нефти

2.1<span Times New Roman"">   

Перегонканефти

2.2<span Times New Roman"">   

Крекинг             Происхождение нефти

 Вопросы 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.       

 

 

       

        

   

www.ronl.ru

Доклад - Нефть - География

Нефть, газ...

В лучшем сорте угля—антраците, например, на углерод приходится 94%. Остальное достается водороду, кислороду и некоторым другим элементам.

Специалист, правда, непременно добавит, что чистого угля в природе практически не бывает: его пласты всегда засорены пустой породой, различными вкраплениями и включениями… Но в данном случае мы ведь говорим не о пластах, месторождениях, а лишь об угле как таковом.

В нефти содержится почти столько же углерода, сколько и в каменном угле—около 86%, а вот водорода побольше— 13% против 5—6% в угле. Зато кислорода в нефти совсем мало—всего 0,5%. Кроме того, в ней есть также азот, сера и другие минеральные вещества.

Такая общность по элементному составу, конечно, не могла пройти незамеченной для ученых. И потому нефть вместе с газом относят к тому же классу горных пород, что и уголь (антрацит, каменный и бурый), торф и сланцы, а именно—к классу каустобиолитов.

Это замысловатое слово составлено из трех греческих слов: kaustikos—жгучий, bios—жизнь и lithos—камень. Можете теперь перевести сами.

— Название не совсем точное,—возможно, заметите вы.— Как это к классу камней, пусть органического происхождения, пусть даже и горючих, можно отнести жидкую нефть, а тем более природный газ?...

Замечание вполне резонное. Однако, наверное, вы удивитесь еще больше, когда узнаете, что нефть специалисты относят к минералам (хотя латинское слово minera означает “руда”). Вместе с газом она относится к числу горючих полезных ископаемых. Так уж сложилось исторически, и не нам с вами эту классификацию менять. Просто давайте иметь в виду, что минералы бывают не только твердыми.

В химическом отношении нефть—сложнейшая смесь углеводородов, подразделяющаяся на две группы—тяжелую и легкую нефть. Легкая нефть содержит примерно на два процента меньше углерода, чем тяжелая, зато, соответственно, большее количество водорода и кислорода.

Главную часть нефтей составляют три группы углеводородов—алканы, нафтены и арены.

Алканы (в литературе вы можете также столкнуться с названиями предельные углеводороды, насыщенные углеводороды, парафины) химически наиболее устойчивы. Их общая формула Сn Н2n + 2. Если число атомов углерода в молекуле не более четырех, то при атмосферном давлении алканы будут газообразными. При 5—16 атомах углерода это жидкости, а свыше—уже твердые вещества, парафины.

К нафтенам относят алициклические углеводороды состав Сn Н2n, Сn Н2n — 2 и Сn Н2n — 4. В нефтях содержатся преимущественно циклопентан С5 Н10, циклогексан С6 Н12 и их гомологи. И наконец арены (ароматические углеводороды). Они значительно беднее водородом, соотношение углерод/водород в аренах самое высокое, намного выше, чем в нефти в целом. Содержание водорода в нефтях колеблется в широких пределах, но в среднем может быть принято на уровне 10—12%, тогда как содержание водорода в бензоле 7,7%. А что говорить о сложных полициклических соединениях, в ароматических кольцах которых много ненасыщенных связей углерод—углерод! Они составляют основу смол, асфальтенов и других предшественников кокса, и будучи крайне нестабильными, осложняют жизнь нефтепереработчикам.

Посмотрите, как устроены молекулы пентана C5 h22, циклогексана C6 h22 и бензола С6 Н6 —типичных представителей каждого и этих классов:

Кроме углеродной части в нефти имеются асфальто-смолистая составляющая, порфирины, сера и зольная часть.

Асфальто-смолистая часть—темное плотное вещество, которое частично растворяется в бензине. Растворяющуюся часть называют асфальтеном, а нерастворившуюся, понятно, смолой.

Порфирины—особые органические соединения, имеющие своем составе азот. Многие ученые полагают, что когда-то oни образовались из хлорофилла растений и гемоглобина животных.

Серы в нефти бывает довольно много—до 5%, и она приносит немало хлопот нефтяникам, вызывая коррозию металлов.

И, наконец, зольная часть. Это то, что остается после сжигания нефти. В золе обычно содержатся соединения железа, никеля, ванадия и некоторых других веществ. Об их использовании подробно – в четвёртом номере рассылки (в разделе “А знаете ли вы, что…”).

К сказанному, пожалуй, можно добавить, что и геологический сосед нефти—природный газ—тоже непростое по своему составу вещество. Больше всего—до 95% по объему—в этой смеси метана. Присутствуют также этан, пропан, бутаны и другие алканы—от C5 и выше. Более тщательный анализ, проведенный в последние годы, позволил обнаружить в природном газе и небольшие количества гелия.

Использование природного газа началось давно, но осуществлялось поначалу лишь в местах его естественных выходов на поверхность. В Дагестане, Азербайджане, Иране и других восточных районах с незапамятных времен горели ритуальные “вечные огни”, рядом с ними процветали за счет паломников храмы.

Позже отмечены случаи применения природного газа, получаемого из пробуренных скважин или из колодцев и шурфов, сооружаемых для разных целей. Еще в первом тысячелетии нашей эры в китайской провинции Сычуань при бурении скважин на соль было открыто газовое месторождение Цзылюцзынь. Практичные люди из Сычуаня довольно скоро научились использовать этот газ для выпаривания соли из рассола. Вот вам пример типично энергетического применения.

В течение многих столетий человек использовал такие подарки природы, но промышленным освоением эти случаи не назовешь. Лишь в середине XIX столетия природный газ становится технологическим топливом, и одним из первых примеров можно привести стекольное производство, организованное на базе месторождения Дагестанские Огни. Кстати, в настоящее время более 60% стекольного производства базируется на использовании в качестве технологического топлива именно природного газа.

Вообще говоря, преимущества газового топлива стали очевидны довольно давно, пожалуй, с момента появления промышленных процессов термической (без доступа воздуха) деструкции твердых топлив. Развитие металлургии привело к замене примитивных смолокурен коксовыми печами. Коксовому газу быстро нашлось бытовое применение—появились газовые рожки для освещения улиц и помещений. В 1798 году в Англии было устроено газовое освещение главного корпуса мануфактуры Джеймса Уатта, а в 1804 году образовалось первое общество газового освещения. В 1818 году газовые фонари осветили Париж. И очень скоро коксование стали применять для получения не столько металлургического кокса, сколько сначала светильного, а потом и бытового газа. Газификация быта стала синонимом прогресса, процессы газификации топлива совершенствовались, а получаемый газ стали все чаще называть “городским газом”.

Интересно отметить, что совершенствование пирогенетической технологии шло по пути более полного использования топливного потенциала. При сухой перегонке типа коксования в газ переходит ие более 30—40% теплоты топлива. При окислительной газификации с добавлением кислорода, воздуха, водяного пара можно добиться перевода в газ до 70—80% и более потенциальной теплоты. Практически при газификации твердого топлива в зольном остатке органических соединений не остается.

Однако у газа, получаемого при окислительной газификации, теплота сгорания ниже, чем у газа при коксовании. Поэтому при производстве городского газа комбинировали процессы коксования с газификационными. Впоследствии, уже в нашем веке, появилась возможность повысить калорийность бытового газа, включив в схему газификации операцию каталитического метанирования—превращения части оксида углерода и водорода, содержащихся в газе окислительной газификации, в метан. Тем самым удалось достичь необходимой для нормальной работы горелок теплоты сгорания получаемого бытового газа не менее 16,8 Мдж/M3 (4000 ккал/м3 ).

Итак, газ заменил другие виды топлива сначала для освещения, затем для приготовления пищи, отопления жилищ. Но почти столетие для этих целей использовался практически только искусственный газ, полученный из твердых топлив. А что же природный газ? Самый дешевый, самый удобный, самый доступный… Стоп! Вот в этом-то и загвоздка.

Дело в том, что всерьез стали искать и разрабатывать месторождения природного газа в 20-х годах нашего века. И лишь в 30-х годах техника бурения на большие глубины (до 3000 м и более) позволила обеспечить надежную сырьевую базу газовой промышленности.

Развитию новой отрасли помешала вторая мировая война. Тем не менее уже в 1944 году начались изыскательские работы по прокладке первого промышленного газопровода Саратов— Москва. Это был первенец, за которым в 50-х годах последовали Дашава—Киев, Шебелинка—Москва. В следующие десятилетия весь Советский Союз пересекли мощные трассы, по которым в настоящее время передаются огромные количества природного, газа. Именно поэтому газ становится постепенно энергоносителем номер один для коммунально-бытовых нужд и промышленных энергетических установок. Доля природного газа превысила 60-процентный рубеж в энергетике производства цемента, стекла, керамики, других строительных материалов, приближается к 50% в металлургии и машиностроении. Применение природного газа в стационарных энергетических установках позволяет с учетом снижения расхода на собственные нужды электростанций увеличить их КПД на 6—7%, повысить производительность на 30% и более. Особенно эффективно применение природного газа на энергоустановках малой производительности, в первую очередь на так называемых пиковых мощностях. Там относительный эффект замены жидких и твердых топлив выше.

По перечисленным причинам мы наблюдаем постоянное увеличение доли природного газа в топливно-энергетическом балансе многих стран. Но вот что удивительно. Газификация твердых и жидких топлив по-прежнему развивается если не количественно то качественно. Даже в таких благополучных по ресурсам природного газа России и США, не говоря уж о Западной Европе, бедней с этой точки зрения.

Происхождение нефти

Про уголь, вы, верно, уже знаете. Точка зрения на этот счет довольно устоявшаяся: он образовался (и продолжает образовываться) из остатков буйной вечнозеленой растительности, покрывавшей некогда всю планету, включая даже нынешние районы вечной мерзлоты, и занесенной сверху обычными горными породами, под воздействием давления недр и при недостатке кислорода.

Логично предположить, что и нефть была изготовлена по аналогичному рецепту на той же кухне природы. К XIX веку споры, в основном, сводились к вопросу, что послужило исходным материалом, сырьем для образования нефти: остатки растений или животных?

Немецкие ученые Г. Гефер и К. Энглер в 1888 году поставили опыты по перегонке рыбьего жира при температуре 400 °С и давлении порядка 1 МПа. Им удалось получить и предельные углеводороды, и парафин, и смазочные масла, в состав которых входили алкены, нафтены и арены.

Позднее, в 1919 году, академик Н. Д. Зелинский провел похожий опыт, но исходным материалом послужил органический ил растительного происхождения—сапропель—из озера Балхаш. При его переработке удалось получить бензин, керосин, тяжелые масла, а также метан...

Так опытным путем была, казалось бы, доказана теория органического происхождения нефти. Какие же тут могут быть еще сложности?...

Но с другой стороны, в 1866 году французский химик М. Бертло высказал предположение, что нефть образовалась в недрах Земли из минеральных веществ. В подтверждение своей точки зрения он провел несколько экспериментов, искусственно синтезировав углеводороды из неорганических веществ.

Десять лет спустя, 15 октября 1876 года, на заседании Русского химического общества выступил с обстоятельным докладом Д… И. Менделеев. Он изложил свою гипотезу образования нефти. Ученый считал, что во время горообразовательных процессов по трещинам-разломам, рассекающим земную кору, вглубь поступает вода. Просачиваясь в недра, она в конце концов встречается с карбидами железа, под воздействием окружающих температур и давления вступает с ними в реакцию, в результате которой образуются оксиды железа и углеводороды, например этан. Полученные вещества по тем же разломам поднимаются в верхние слои земной коры и насыщают пористые породы. Так образуются газовые и нефтяные месторождения.

В своих рассуждениях Менделеев ссылался на опыты по получению водорода и ненасыщенных углеводородов путем воздействия серной кислоты на чугун, содержащий достаточное количество углерода.

Правда, идеи “чистого химика” Менделеева поначалу не имели успеха у геологов, которые считали, что опыты, проведенные в, лаборатории, значительно отличаются от процессов, происходящих в природе.

Однако неожиданно карбидная или, как ее еще называют, абиогенная теория о происхождении нефти получила новые доказательства—от астрофизиков. Исследования спектров небесных тел показали, что в атмосфере Юпитера и других больших планет, а также в газовых оболочках комет встречаются соединения углерода с водородом. Ну, а раз углеводороды широко распространены в космосе, значит в природе все же идут и процессы синтеза органических веществ из неорганики. Но ведь именно на этом предположении и построена теория Менделеева.

Итак, на сегодняшний день налицо две точки зрения на природу происхождения нефти. Одна—биогенная. Согласно ей, нефть образовалась из остатков животных или растений. Вторая теория—абиогенная. Подробно разработал ее Д. И. Менделеев, предположивший, что нефть в природе может синтезироваться из неорганических соединений.

И хотя большинство геологов придерживается все-таки биогенной теории, отзвуки этих споров не затихли и по сей день. Уж слишком велика цена истины в данном случае. Если правы сторонники биогенной теории, то верно и опасение, что запасы нефти, возникшие давным-давно, вскоре могут подойти к концу. Если же правда на стороне их оппонентов, то вероятно, эти опасения напрасны. Ведь землетрясения и сейчас приводят к образованию разломов земной коры, воды на планете достаточно, ядро ее, по некоторым данным, состоит из чистого железа… Словом, все это позволяет надеяться, что нефть образуется в недрах и сегодня, а значит, нечего опасаться, что завтра она может кончиться.

Давайте посмотрим, какие доводы приводят в защиту своих точек зрения сторонники одной и другой гипотез.

Но прежде несколько слов о строении Земли. Это поможет нам быстрее разобраться в логических построениях ученых. Упрощенно говоря. Земля представляет собой три сферы, расположенные внутри друг друга. Верхняя оболочка—это твердая земная кора. Глубже расположена мантия. И наконец, в самом центре—ядро. Такое разделение вещества, начавшееся 4,5 миллиарда лет тому назад, продолжается и по сей день. Между корой, мантией и ядром осуществляется интенсивный тепло- и массообмен, со всеми вытекающими отсюда геологическими последствиями—землетрясениями, извержениями вулканов, перемещениями " материков...

Парад неоргаников

Первые попытки объяснить происхождение нефти относятся еще ко временам античности. Сохранилось, например, высказывание древнегреческого ученого Страбона, жившего около 2000 лет тому назад: “В области аполлонийцев есть место под названием Нимфей,—писал он,—это скала, извергающая огонь, а под ней текут источники теплой воды и асфальта, вероятно, от сгорания асфальтовых глыб под землей...”

Страбон объединил в целое два факта: извержение вулканов и образование асфальтов (так он называл нефть). И… ошибся! В упомянутых им местах нет действующих вулканов. Не было их и двадцать столетий назад. То, что Страбон принял за извержения, на самом деле—выбросы, прорывы подземных вод (так называемые грязевые вулканы), сопровождающие выходы нефти и газа на поверхность. И в наши дни подобные явления можно наблюдать на Апшероне и Таманском полуострове.

Впрочем, несмотря на ошибку, в рассуждениях Страбона было здравое зерно—его толкование происхождения нефти имело под собой материалистическую почву. Эта линия прервалась надолго. Лишь в 1805 году, основываясь на собственных наблюдениях, сделанных в Венесуэле, на описаниях извержения Везувия, известный немецкий естествоиспытатель А. Гумбольдт снова возвращается к материалистической точке зрения. “… Мы не можем сомневаться в том,—пишет он,—что нефть представляет продукт перегонки на громадных глубинах и происходит из примитивны горных пород, под которыми покоится энергия всех вулканических явлений”.

Неорганическая теория происхождения нефти выкристаллизовывалась постепенно (вспомним, в частности, опыты Бертло), и к тому моменту, когда Менделеев выдвинул свою теорию карбидного происхождения нефти, неорганики накопили достаточно экспериментальных фактов и рассуждений. И последующие годы добавляли в их копилку новые сведения.

В 1877—1878 годах французские ученые, воздействуя соляной кислотой на зеркальный чугун и водяными парами на железо при белом калении, получили водород и значительное количеству углеводородов, которые даже по запаху напоминали нефть.

Кроме вулканической гипотезы у сторонников абиогенного происхождения нефти есть еще и космическая. Геолог В. Д. Соколов в 1889 году высказал предположение, что в тот далекий период, когда вся наша планета еще представляла собой газовый сгусток, в составе этого газа присутствовали и углеводороды. (Помните, что в атмосфере некоторых планет были обнаружены соединения углерода с водородом.) По мере охлаждения раскаленного газа и перехода его в жидкую фазу, углеводороды постепенно растворялись в жидкой магме. Когда же из жидкой магмы стала образовываться твердая земная кора, она, согласно законам физики, уже не могла удержать в себе углеводороды, Они стали выделяться по трещинам в земной коре, поднимались в верхние ее слои, сгущаясь и образуя здесь скопления нефти и газа.

Уже в наше время обе гипотезы—вулканическая и космическая—были объединены в единое целое новосибирским исследователем В. Сальниковым. Он использовал предположение, что некогда у Земли кроме Луны был еще один спутник. Эта планетка, имевшая в своем составе большое количество углеводородов, находясь на чересчур низкой орбите, постепенно тормозилась о верхние слои атмосферы и в конце концов упала на Землю как это происходит с искусственными спутниками. Резкий толчок активизировал вулканическую и горообразовательную деятельность. Миллиарды тонн вулканического пепла, мощнейшие грязевые потоки завалили принесенные из космоса углеводороды, похоронили их в глубоких недрах, где под действием высоких температур и давлений они превратились в нефть и газ.

В качестве обоснования для своих выводов Сальников указывает на необычное расположение месторождений нефти и газа. Соединив между собой крупные зоны обнаруженных месторождений, он получил систему параллельных синусоидальных линий, которая, по его мнению, весьма напоминает проекции траекторий искусственных спутников Земли...

Но мы чуточку забежали вперед. Наш рассказ о неорганических гипотезах образования нефти ни в коем случае нельзя будет считать полным, если мы забудем упомянуть известного ленинградского геолога-нефтяника Н. А. Кудрявцева. В 50-е годы он собрал и обобщил огромный геологический материал по нефтяным и газовым месторождениям мира.

Прежде всего Кудрявцев обратил внимание на то, что многие месторождения нефти и газа обнаруживаются под зонами глубинных разломов земной коры. Сама по себе такая мысль не была новой: на это обстоятельство обратил внимание еще Д. И. Менделеев. Но Кудрявцев намного расширил географию применения таких выводов, глубже обосновал их.

Например, на севере Сибири, в районе так называемого Мархининского вала, очень часто встречаются выходы нефти на поверхность. На глубину двух километров все горные породы буквально пропитаны нефтью. В то же время, как показал анализ, количество углерода, образовавшегося одновременно с породой, чрезвычайно невелико—всего 0,02—0,4%. Но по мере удаления от вала количество пород, богатых органическими соединениями, возрастает, а вот количество нефти резко уменьшается.

На основании этих и других данных Кудрявцев утверждает, что нефтегазоносность Мархининского вала скорее всего связана не с органическим веществом, а с глубинным разломом, который и поставляет нефть из недр планеты.

Подобные же образования имеются в других регионах мира. Скажем, в штате Вайоминг (США) жители издавна отапливают дома кусками асфальта, который они берут в трещинах горных пород соседних Медных гор. Но сами по себе граниты, из которых состоят эти горы, не могут накапливать нефть и газ. Эти полезные ископаемые могут поступить только из земных глубин по образовавшимся трещинам.

Более того, найдены следы нефти в кимберлитовых трубках— тем самых, в которых природа осуществила синтез алмазов. Такие каналы взрывного разлома земной коры, образовавшиеся в результате прорыва глубинных газов и магмы, могут оказаться вполне подходящим местом и для образования нефти и газа.

Обобщив эти и множество других фактов, Кудрявцев создал свою магматическую гипотезу происхождения нефти. В мантии Земли под давлением и при высокой температуре из углерода и водорода сначала образуются углеводородные радикалы СН, Ch3 и СН3. Они движутся в веществе мантии от области высокого к области низкого давления. А так как в зоне разломов перепад давлений особенно ощутим, углеводороды и направляются в первую очередь именно сюда. Поднимаясь в слои земной коры, углеводороды в менее нагретых зонах реагируют друг с другом и с водородом, образуя нефть. Затем образовавшаяся жидкость может перемещаться как вертикально, так и горизонтально по имеющимся в породе трещинам, скапливаясь в ловушках.

Исходя из этих теоретических представлений, Кудрявцев советовал искать нефть не только в верхних слоях, но и глубже. Этот прогноз блестяще подтверждается, и глубина бурения с каждым годом возрастает.

Незадолго до своей кончины, в одной из последних статей, посвященных неорганическому синтезу углеводородов, Кудрявцев писал: “Сторонники этой гипотезы, которых становится все больше, уверены, что именно за ней будущее...” И действительно, в Ленинграде, Киеве, Львове образовались целые научные коллективы, продолжающие развитие идей своего учителя.

В середине 60-х годов удалось ответить на такой важный вопрос: “Почему столь “нежные” углеводородные соединения, из которых состоит нефть, не распадаются в недрах Земли на, химические элементы при высокой температуре?” Действительно, такое разложение вполне можно наблюдать даже в школьной лаборатории. На подобных реакциях зиждется деструктивная переработка нефти. Оказалось, что в природе дело обстоит как раз наоборот—из простых соединений образуются сложные...! Математическим моделированием химических реакций доказано, что подобный синтез вполне допустим, если к высоким температурам мы добавим еще и высокие давления. То и другое, как известно, в избытке имеется в земных недрах.

Интересную гипотезу выдвинула группа московских ученых из Всесоюзного научно-исследовательского института ядерной геологии и геофизики. Они рассматривают горные породы как твердую смесь, состоящую из зерен и пластин минералов. При подвижках земной коры во время землетрясений и других сейсмических процессов составные части породы трутся друг о друга, накапливая статическое электричество. При содействии этого электричества и протекают электрохимические реакции образования нефти.

Audiatur et altera pars

Для тех, кто недостаточно знает латынь, переведем заголовок; это юридическая формула, означающая: “Пусть будет выслушана и другая сторона”.

В ученом споре, за которым мы следим, другая сторона—это адепты биогенной теории.

Хронология и историческая справедливость требуют упомянуть о бытовавшем в средние века мнении, что нефть образовалась в раю и представляет собой остатки той благодатной почвы, на которой некогда произрастали райские кущи.

На этом начальном уровне приходится признать превосходство “неоргаников”—рассуждения Страбона выглядят весьма солидно по сравнению с этой анекдотической “теорией”.

Но биогенной теории придерживались многие серьезные отечественные и зарубежные ученые. Академик В. И. Вернадский, основоположник современной геохимии нефти, еще в начале века писал: “Организмы, несомненно, являются исходным веществом нефтей.”

Чтобы не заниматься длинным перечислением имен и фактов, давайте предоставим слово на нашей заочной научной конференции сразу академику И. М. Губкину. В своей книге “Учение о нефти”, впервые увидевшей свет в 1932 году, он наиболее обстоятельно и полно подвел научный итог тогдашней истории нефтяного и газового дела.

В качестве исходного вещества для образования нефти Губкин рассматривал уже знакомый нам сапропель—битуминозный ил растительно-животного происхождения. В прибрежной полосе моря, где жизнь особенно активна, происходит сравнительно быстрое накапливание этих органических остатков. Через какое-то время они перекрываются более молодыми отложениями, которые предохраняют ил от окисления. Дальнейшие процессы вдут уже без доступа кислорода под воздействием анаэробных бактерий.

По мере погружения пласта, обогащенного органическими остатками, под воздействием последующего наноса и тектонических перемещений в глубину, в нем возрастают температуры и давления. Эти процессы, которые впоследствии получили название катагенеза, и приводят в конце концов к преобразованию органики в нефть.

Взгляды Губкина на образование нефти лежат в основе современной гипотезы ее органического происхождения. В наше время многие ее положения расширены и дополнены. Так, скажем, долгое время считалось, что первоначальное накопление органических веществ обязательно должно идти в океане. Но, видимо, нефть может формироваться и в континентальной обстановке, ведь в болотах, озерах, реках достаточно органического вещества.

Детально рассмотрен и сам процесс формирования нефтяных месторождений. Выделяют пять основных стадий осадконакопления и преобразования органических остатков в нефть.

Первая стадия: в осадок, образующийся в море или в пресном водоеме, вносятся органические вещества с небольшим количеством углеводородов нефтяного ряда, синтезированных живыми организмами.

Вторая стадия: накопленный на дне осадок преобразуется, уплотняется, частично обезвоживается. При этом часть вещества разлагается с выделением диоксида углерода, сероводорода, аммиака и метана. Словом, получается картина, частенько наблюдаемая на болотах.

Третья стадия: биохимические процессы постепенно затихают. Сравнительно небольшая температура земных недр на данной глубине (порядка 50° С) определяет и низкую скорость реакций. Концентрация битумов и нефтяных углеводородов возрастает слабо, в составе газовых компонентов преобладает диоксид углерода.

Четвертая стадия: осадок погружается на глубину 3—4 километров, окружающие температуры возрастают до 150° С. Происходит отгонка нефтяных углеводородов из рассеянного органического вещества в пласт. Попав в проницаемые породы-коллекторы, нефть начинает новую жизнь, образует промышленные залежи. .

И наконец, пятая стадия: на глубине 4,5 километра и более при температурах свыше 180° С органическое вещество прекращает выделение нефти и продолжает генерировать лишь газ.

Кроме температуры и давления в природных процессах принимает участие и электричество. Член-корреспондент АН СССР А. А. Воробьев выдвинул предположение, что в развитии нашей планеты немалую роль играли именно электрические процессы. По его мнению, горные породы обладают гораздо большими диэлектрическими свойствами, чем атмосфера. А если так, то грозы могут бушевать не только над, но и под землею!

В результате сильных электрических разрядов возникают частицы плазмы, которые обладают высокой химической активностью. Это обстоятельство, в свою очередь, создает предпосылки для протекания таких реакций, которые невозможны при обычных условиях. По мнению Воробьева, метан, выделяющийся из органических соединений, при воздействии подземного электрического разряда может подвергнуться частичному дегидрированию то есть потерять некоторую долю водорода. В результате образуются свободные углеводородные радикалы СН, СН2 и СН3. Соединяясь между собой, они образуют ацетилен, этилен и другие углеводороды, входящие в состав нефти.

Одним из основных механизмов электризации горных пород, согласно рассуждениям Воробьева, является трение в месте контакта горных пород при взаимном перемещении в ходе тектонических процессов. Таким образом, процессы трещинообразования в земной коре могут способствовать превращению механической энергии в электрическую.

И представьте себе, эти весьма неожиданные рассуждения нашли подтверждение в геологической практике! Еще в 1933 году было отмечено, что формы облаков в зонах разломов земной коры резко отличаются от облаков в тех местах, где трещин нет. Современные геофизические приборы указывают, что в приземном слое воздуха над зонами разломов земной коры увеличена электропроводимость.

Расскажем еще об одной интересной гипотезе. В соответствии с ней, нефть образуется также из органических остатков, затянутых вместе с океаническими осадками в зону, где происходил поддвиг океанической плиты под континентальную. Говоря другими словами, существуют тектонические процессы, которые позволяют органическим веществам оказываться на весьма больших глубинах. При этом механизм затягивания осадков в зону поддвига жестких плит аналогичен механизму попадания жидких смазочных масел в зазоры между трущимися жесткими деталями в различных технических устройствах и машинах.

Ну а дальше образовавшаяся нефть может подвергаться различным воздействиям. Например, под тяжестью литосферного выступа, наползающей с материка плиты углеводороды могут быть “выжаты” из осадочных пород и активно мигрировать в сторону от наддвига. Этим эффектом “горячего утюга” может быть объяснено формирование больших залежей нефти на сравнительно небольшой площади, как в районе Персидского залива.

В результате затягивания органических веществ в мантию, их последующей переработки и выброса образовавшихся углеводородов геотермальными водами в верхние слои земной коры их обнаруживают в вулканических газах во время извержений.

Такая теория, учитывающая глобальную тектонику плит земной коры, оказалась весьма продуктивной и с практической точки зрения. В США, к примеру, в последние годы начали бурить в так называемых поднаддвиговых зонах Скалистых гор. И здесь были обнаружены как нефтяные, так и газовые месторождения. А ведь по старым, классическим меркам их здесь быть не должно.

В 1980 году в штате Вайоминг поисковая скважина на глубине 1888 метров вошла в докембрийский фундамент, сложенный из гранита. Затем в скальных породах геонефтеразведчики прошли еще 2700 метров и обнаружили осадочные отложения мелового периода. Необъяснимое, казалось бы, чередование пород разного геологического возраста объяснялось весьма просто: на осадочные породы в свое время была надвинута плита гранита.

Бурение было продолжено, и на глубинах 5,5 километров разведчики обнаружили промышленные залежи газа. К настоящему времени в Скалистых горах ведется уже промышленная разработка, а прогнозные запасы оцениваются в 2,8 миллиарда тонн условного топлива! Месторождение уникальное!

В Советском Союзе также имеются поднаддвиговые зоны—в Карпатах, на Урале, Кавказе, в Сибири. Не исключено, что эти зоны былых геологических катаклизмов тоже таят богатейшие запасы нефти и газа.

Стоит ли спорить?

Итак, как видите, обе точки зрения достаточно продуктивны, обе опираются не только на логические заключения, но и на реальные факты. Что же, надо спорить дальше? Вряд ли… Интересную точку зрения на этот счет высказывает известный советский геолог В. П. Гаврилов.

“Спор можно разрешить,—пишет он,—если проследить круговорот углерода в природе. Одним из первых, кто предпринял успешную попытку представить глобальный процесс круговорота углерода в природе, был В. И. Вернадский. Он считал, что углерод и его соединения, которые участвуют в строении нефти, газа, каменного угля и других пород, являются частью глобальной геохимической системы круговорота в земной коре...”

Что же, давайте проследим путь, который проделывают углерод и его соединения в природе.

Наиболее распространенным из таких соединений является диоксид углерода. Масса этого вещества в атмосфере оценивается астрономической цифрой 4 · 1011 тонн! В процессе выветривания и фотосинтеза ежегодно из атмосферы поглощается более 8 · 108 тонн СО2. Если бы не было механизма кругооборота, то за несколько тысяч лет углерод полностью исчез бы из атмосферы, оказался “захороненным” в горных породах. По современным оценкам, масса диоксида углерода, “спрятанного” в горных породах, примерно в 500 раз превышает его запасы в атмосфере.

Еще одним переносчиком углерода является метан. Его в атмосфере тоже немало—около 5 · 109 тонн. Однако из атмосферы происходит утечка метана в стратосферу и далее в космическое пространство. Кроме того, метан расходуется и в результате фотохимических реакций. Продолжительность существования молекулы метана в атмосфере в среднем составляет 5 лет.

Следовательно, чтобы пополнить его запасы, в атмосфера ежегодно должно поступать около 109 тонн метана из подземных запасов. И он, действительно, поступает в виде метанового испарения или, как говорил Вернадский, “газового дыхания Земли”.

Если ограничиться традиционными рамками углеродного цикла, то весь резерв земной атмосферы, океана и биомассы исчерпался бы в доврльно короткий срок—за 50—100 тысяч лет. Однако этого не происходит. Почему? Приходится допустить, что запасы углерода на поверхности планеты непрерывно пополняются. Основными источниками поступления углерода ученые считают космос и мантию Земли.

Космическое пространство поставляет нам углерод вместе метеоритным веществом. Точнее будет сказать: поставляло настоящее время поступление космического углерода на планет незначительно—всего 10-10 от общего количества ежегодно “складируемого” в процессе осадконакопления. Но, как полагают многие специалисты, так было далеко не всегда: в прошлые геологические эпохи количество метеоритов и космической пыл было намного больше.

Второй и на сегодняшний день основной поставщик углерода — мантия планеты, причем не только во время извержений вулканов как считалось ранее, но и при дегазации недр, за счет, ужи упоминавшегося газового дыхания планеты. Поскольку и здесь углеродные запасы не безграничны, то они, естественно, должны как-то пополняться. И такой механизм пополнения исправна действует и по сей день. Это затягивание осадков океанической коры в мантию при надвигании плит друг на друга.

Таков широкий взгляд на круговорот углерода в природе. Он должен примирить органиков и неоргаников. В самом деле: органики считают, что углерод при образовании нефти обязательно должен пройти через живой организм. И это, скорее всего, действительно так. Исследования, выполненные межпланетными автоматическими станциями, показывают, что на Венере и Марсе достаточное количество оксида и диоксида углерода, а вот углеводородных газов не обнаружено—по всей вероятности потому, что на этих планетах отсутствует биосфера и земной цикл превращения углерода в углеводороды там невозможен.

Правы и неорганики: ведь сами по себе все органические вещества, составляющие жизненные циклы, когда-то образовались из неорганических. Пока, правда, нет полной ясности, как именно это произошло, но в конце концов наука это узнает.

И стало быть, в практических поисках нефти и газа надо использовать весь арсенал теорий и гипотез, которыми располагает современная наука, не ограничивать свой взгляд какими-то искусственными шорами. И тогда успех придет. Придет обязательно! Как сказал, выступая на XXVII Международном геологическом конгрессе в Москве известный американский геолог М. Хэлбути: “Я твердо убежден, что в будущем мы откроем в глобальном масштабе столько же нефти и значительно больше газа, чем открыто сегодня. Я полагаю также, что нас ограничивает только недостаток воображения, решительности и технология.”

Добыча нефти (химические хитрости)

Чтобы густая нефть с большей легкостью поднималась по трубам, надо, конечно, прежде всего сделать ее более жидкой. Каким образом? “Давайте применим особые, разжижающие растворы”,—предложили химики.

И вот в последнее время на нефтедобывающих промыслах стали использовать особые вещества, имеющие довольно сложное название—мицеллярные дисперсии. Основными составляющими этих композиций являются нефтерастворимые поверхностно-активные вещества, спирт, углеводородный растворитель типа керосина или легких фракций нефти. Добавляют сюда и воду.

Именно поэтому по внешнему виду мицеллярные дисперсия практически неотличимы от обычной воды—такая же светлая, прозрачная жидкость. Но главную роль здесь играют уже не молекулы Н2 О, а молекулы поверхностно-активных веществ. Попав в пласт, они и образуют с нефтью эмульсию, дисперсную фазу которой составляют сложного состава частицы—мицеллы. При этом нефть как бы отрывается от породы, и ее удается выкачать из коллектора практически всю.

Еще одно неоценимое свойство возникающих эмульсий—они являются обратимыми системами. То есть достаточно на дневной поверхности добавить в поступающую из скважины эмульсию еще немного воды, как из нее выделяется свободная нефть, а поверхностно-активные вещества оказываются снова готовыми к работе.

Вообще, надо признать, что химики оказывают нефтяникам и ряд других важных услуг.

Известно, например, что бурение невозможно без специальных бурильных растворов. Обычно глинистые бурильные растворы готовят прямо на месте, доставляя в район бурения сухую глину. Однако приготовление раствора—вещь достаточно тонкая: кроме глины в воду добавляют и другие вещества, состав и количество которых зависит от применяемой техники, давления в пласте, геологического строения недр...

В настоящее время существует по крайней мере два десятка специальных ингредиентов, улучшающих качество бурильных растворов и снижающих затраты на бурение. В некоторых случаях даваемая ими экономия в 10—15 раз превосходит затраты на изготовление самой добавки!

Еще одна проблема, в решении которой неоценимую помощь промысловикам оказывает химия—защита оборудования от отложения парафинов. Часто при добыче высокопарафинистых нефтей специалисты сталкиваются с неприятным явлением. Пока нефть находится в залежи под давлением, температура ее достаточно высока. Но по мере продвижения к забою и дальше по скважине и давление, и температура падают. Тяжелые парафиновые углеводороды начинают выделяться из жидкости и откладываться на всех поверхностях, с которыми соприкасается нефть. Очистка оборудования от налипшего парафина связана с огромными затратами и техническими трудностями.

Но уже разработаны вещества, добавка которых в нефть препятствует росту кристаллов парафина, способствует их смыванию с металлических поверхностей оборудования на всем пути нефти к потребителю. Такие вещества недешевы, но тем не менее их применение окупает все затраты.

www.ronl.ru

Реферат - Нефть - Производство

, газ...

В лучшем сорте угля—антраците, например, на углерод приходится 94%. Остальное достается водороду, кислороду и некоторым другим элементам.

Специалист, правда, непременно добавит, что чистого угля в природе практически не бывает: его пласты всегда засорены пустой породой, различными вкраплениями и включениями… Но в данном случае мы ведь говорим не о пластах, месторождениях, а лишь об угле как таковом.

В нефти содержится почти столько же углерода, сколько и в каменном угле—около 86%, а вот водорода побольше— 13% против 5—6% в угле. Зато кислорода в нефти совсем мало—всего 0,5%. Кроме того, в ней есть также азот, сера и другие минеральные вещества.

Такая общность по элементному составу, конечно, не могла пройти незамеченной для ученых. И потому нефть вместе с газом относят к тому же классу горных пород, что и уголь (антрацит, каменный и бурый), торф и сланцы, а именно—к классу каустобиолитов.

Это замысловатое слово составлено из трех греческих слов: kaustikos—жгучий, bios—жизнь и lithos—камень. Можете теперь перевести сами.

— Название не совсем точное,—возможно, заметите вы.— Как это к классу камней, пусть органического происхождения, пусть даже и горючих, можно отнести жидкую нефть, а тем более природный газ?...

Замечание вполне резонное. Однако, наверное, вы удивитесь еще больше, когда узнаете, что нефть специалисты относят к минералам (хотя латинское слово minera означает “руда”). Вместе с газом она относится к числу горючих полезных ископаемых. Так уж сложилось исторически, и не нам с вами эту классификацию менять. Просто давайте иметь в виду, что минералы бывают не только твердыми.

В химическом отношении нефть—сложнейшая смесь углеводородов, подразделяющаяся на две группы—тяжелую и легкую нефть. Легкая нефть содержит примерно на два процента меньше углерода, чем тяжелая, зато, соответственно, большее количество водорода и кислорода.

Главную часть нефтей составляют три группы углеводородов—алканы, нафтены и арены.

Алканы (в литературе вы можете также столкнуться с названиями предельные углеводороды, насыщенные углеводороды, парафины) химически наиболее устойчивы. Их общая формула СnН2n + 2. Если число атомов углерода в молекуле не более четырех, то при атмосферном давлении алканы будут газообразными. При 5—16 атомах углерода это жидкости, а свыше—уже твердые вещества, парафины.

К нафтенам относят алициклические углеводороды состав СnН2n, СnН2n — 2 и СnН2n — 4. В нефтях содержатся преимущественно циклопентан С5Н10, циклогексан С6Н12 и их гомологи. И наконец арены (ароматические углеводороды). Они значительно беднее водородом, соотношение углерод/водород в аренах самое высокое, намного выше, чем в нефти в целом. Содержание водорода в нефтях колеблется в широких пределах, но в среднем может быть принято на уровне 10—12%, тогда как содержание водорода в бензоле 7,7%. А что говорить о сложных полициклических соединениях, в ароматических кольцах которых много ненасыщенных связей углерод—углерод! Они составляют основу смол, асфальтенов и других предшественников кокса, и будучи крайне нестабильными, осложняют жизнь нефтепереработчикам.

Посмотрите, как устроены молекулы пентана C5h22, циклогексана C6h22 и бензола С6Н6—типичных представителей каждого и этих классов:

Кроме углеродной части в нефти имеются асфальто-смолистая составляющая, порфирины, сера и зольная часть.

Асфальто-смолистая часть—темное плотное вещество, которое частично растворяется в бензине. Растворяющуюся часть называют асфальтеном, а нерастворившуюся, понятно, смолой.

Порфирины—особые органические соединения, имеющие своем составе азот. Многие ученые полагают, что когда-то oни образовались из хлорофилла растений и гемоглобина животных.

Серы в нефти бывает довольно много—до 5%, и она приносит немало хлопот нефтяникам, вызывая коррозию металлов.

И, наконец, зольная часть. Это то, что остается после сжигания нефти. В золе обычно содержатся соединения железа, никеля, ванадия и некоторых других веществ. Об их использовании подробно – в четвёртом номере рассылки (в разделе “А знаете ли вы, что…”).

К сказанному, пожалуй, можно добавить, что и геологический сосед нефти—природный газ—тоже непростое по своему составу вещество. Больше всего—до 95% по объему—в этой смеси метана. Присутствуют также этан, пропан, бутаны и другие алканы—от C5 и выше. Более тщательный анализ, проведенный в последние годы, позволил обнаружить в природном газе и небольшие количества гелия.

Использование природного газа началось давно, но осуществлялось поначалу лишь в местах его естественных выходов на поверхность. В Дагестане, Азербайджане, Иране и других восточных районах с незапамятных времен горели ритуальные “вечные огни”, рядом с ними процветали за счет паломников храмы.

Позже отмечены случаи применения природного газа, получаемого из пробуренных скважин или из колодцев и шурфов, сооружаемых для разных целей. Еще в первом тысячелетии нашей эры в китайской провинции Сычуань при бурении скважин на соль было открыто газовое месторождение Цзылюцзынь. Практичные люди из Сычуаня довольно скоро научились использовать этот газ для выпаривания соли из рассола. Вот вам пример типично энергетического применения.

В течение многих столетий человек использовал такие подарки природы, но промышленным освоением эти случаи не назовешь. Лишь в середине XIX столетия природный газ становится технологическим топливом, и одним из первых примеров можно привести стекольное производство, организованное на базе месторождения Дагестанские Огни. Кстати, в настоящее время более 60% стекольного производства базируется на использовании в качестве технологического топлива именно природного газа.

Вообще говоря, преимущества газового топлива стали очевидны довольно давно, пожалуй, с момента появления промышленных процессов термической (без доступа воздуха) деструкции твердых топлив. Развитие металлургии привело к замене примитивных смолокурен коксовыми печами. Коксовому газу быстро нашлось бытовое применение—появились газовые рожки для освещения улиц и помещений. В 1798 году в Англии было устроено газовое освещение главного корпуса мануфактуры Джеймса Уатта, а в 1804 году образовалось первое общество газового освещения. В 1818 году газовые фонари осветили Париж. И очень скоро коксование стали применять для получения не столько металлургического кокса, сколько сначала светильного, а потом и бытового газа. Газификация быта стала синонимом прогресса, процессы газификации топлива совершенствовались, а получаемый газ стали все чаще называть “городским газом”.

Интересно отметить, что совершенствование пирогенетической технологии шло по пути более полного использования топливного потенциала. При сухой перегонке типа коксования в газ переходит ие более 30—40% теплоты топлива. При окислительной газификации с добавлением кислорода, воздуха, водяного пара можно добиться перевода в газ до 70—80% и более потенциальной теплоты. Практически при газификации твердого топлива в зольном остатке органических соединений не остается.

Однако у газа, получаемого при окислительной газификации, теплота сгорания ниже, чем у газа при коксовании. Поэтому при производстве городского газа комбинировали процессы коксования с газификационными. Впоследствии, уже в нашем веке, появилась возможность повысить калорийность бытового газа, включив в схему газификации операцию каталитического метанирования—превращения части оксида углерода и водорода, содержащихся в газе окислительной газификации, в метан. Тем самым удалось достичь необходимой для нормальной работы горелок теплоты сгорания получаемого бытового газа не менее 16,8 Мдж/M3 (4000 ккал/м3).

Итак, газ заменил другие виды топлива сначала для освещения, затем для приготовления пищи, отопления жилищ. Но почти столетие для этих целей использовался практически только искусственный газ, полученный из твердых топлив. А что же природный газ? Самый дешевый, самый удобный, самый доступный… Стоп! Вот в этом-то и загвоздка.

Дело в том, что всерьез стали искать и разрабатывать месторождения природного газа в 20-х годах нашего века. И лишь в 30-х годах техника бурения на большие глубины (до 3000 м и более) позволила обеспечить надежную сырьевую базу газовой промышленности.

Развитию новой отрасли помешала вторая мировая война. Тем не менее уже в 1944 году начались изыскательские работы по прокладке первого промышленного газопровода Саратов— Москва. Это был первенец, за которым в 50-х годах последовали Дашава—Киев, Шебелинка—Москва. В следующие десятилетия весь Советский Союз пересекли мощные трассы, по которым в настоящее время передаются огромные количества природного, газа. Именно поэтому газ становится постепенно энергоносителем номер один для коммунально-бытовых нужд и промышленных энергетических установок. Доля природного газа превысила 60-процентный рубеж в энергетике производства цемента, стекла, керамики, других строительных материалов, приближается к 50% в металлургии и машиностроении. Применение природного газа в стационарных энергетических установках позволяет с учетом снижения расхода на собственные нужды электростанций увеличить их КПД на 6—7%, повысить производительность на 30% и более. Особенно эффективно применение природного газа на энергоустановках малой производительности, в первую очередь на так называемых пиковых мощностях. Там относительный эффект замены жидких и твердых топлив выше.

По перечисленным причинам мы наблюдаем постоянное увеличение доли природного газа в топливно-энергетическом балансе многих стран. Но вот что удивительно. Газификация твердых и жидких топлив по-прежнему развивается если не количественно то качественно. Даже в таких благополучных по ресурсам природного газа России и США, не говоря уж о Западной Европе, бедней с этой точки зрения.

Происхождение нефти

Про уголь, вы, верно, уже знаете. Точка зрения на этот счет довольно устоявшаяся: он образовался (и продолжает образовываться) из остатков буйной вечнозеленой растительности, покрывавшей некогда всю планету, включая даже нынешние районы вечной мерзлоты, и занесенной сверху обычными горными породами, под воздействием давления недр и при недостатке кислорода.

Логично предположить, что и нефть была изготовлена по аналогичному рецепту на той же кухне природы. К XIX веку споры, в основном, сводились к вопросу, что послужило исходным материалом, сырьем для образования нефти: остатки растений или животных?

Немецкие ученые Г. Гефер и К. Энглер в 1888 году поставили опыты по перегонке рыбьего жира при температуре 400 °С и давлении порядка 1 МПа. Им удалось получить и предельные углеводороды, и парафин, и смазочные масла, в состав которых входили алкены, нафтены и арены.

Позднее, в 1919 году, академик Н. Д. Зелинский провел похожий опыт, но исходным материалом послужил органический ил растительного происхождения—сапропель—из озера Балхаш. При его переработке удалось получить бензин, керосин, тяжелые масла, а также метан...

Так опытным путем была, казалось бы, доказана теория органического происхождения нефти. Какие же тут могут быть еще сложности?...

Но с другой стороны, в 1866 году французский химик М. Бертло высказал предположение, что нефть образовалась в недрах Земли из минеральных веществ. В подтверждение своей точки зрения он провел несколько экспериментов, искусственно синтезировав углеводороды из неорганических веществ.

Десять лет спустя, 15 октября 1876 года, на заседании Русского химического общества выступил с обстоятельным докладом Д… И. Менделеев. Он изложил свою гипотезу образования нефти. Ученый считал, что во время горообразовательных процессов по трещинам-разломам, рассекающим земную кору, вглубь поступает вода. Просачиваясь в недра, она в конце концов встречается с карбидами железа, под воздействием окружающих температур и давления вступает с ними в реакцию, в результате которой образуются оксиды железа и углеводороды, например этан. Полученные вещества по тем же разломам поднимаются в верхние слои земной коры и насыщают пористые породы. Так образуются газовые и нефтяные месторождения.

В своих рассуждениях Менделеев ссылался на опыты по получению водорода и ненасыщенных углеводородов путем воздействия серной кислоты на чугун, содержащий достаточное количество углерода.

Правда, идеи “чистого химика” Менделеева поначалу не имели успеха у геологов, которые считали, что опыты, проведенные в, лаборатории, значительно отличаются от процессов, происходящих в природе.

Однако неожиданно карбидная или, как ее еще называют, абиогенная теория о происхождении нефти получила новые доказательства—от астрофизиков. Исследования спектров небесных тел показали, что в атмосфере Юпитера и других больших планет, а также в газовых оболочках комет встречаются соединения углерода с водородом. Ну, а раз углеводороды широко распространены в космосе, значит в природе все же идут и процессы синтеза органических веществ из неорганики. Но ведь именно на этом предположении и построена теория Менделеева.

Итак, на сегодняшний день налицо две точки зрения на природу происхождения нефти. Одна—биогенная. Согласно ей, нефть образовалась из остатков животных или растений. Вторая теория—абиогенная. Подробно разработал ее Д. И. Менделеев, предположивший, что нефть в природе может синтезироваться из неорганических соединений.

И хотя большинство геологов придерживается все-таки биогенной теории, отзвуки этих споров не затихли и по сей день. Уж слишком велика цена истины в данном случае. Если правы сторонники биогенной теории, то верно и опасение, что запасы нефти, возникшие давным-давно, вскоре могут подойти к концу. Если же правда на стороне их оппонентов, то вероятно, эти опасения напрасны. Ведь землетрясения и сейчас приводят к образованию разломов земной коры, воды на планете достаточно, ядро ее, по некоторым данным, состоит из чистого железа… Словом, все это позволяет надеяться, что нефть образуется в недрах и сегодня, а значит, нечего опасаться, что завтра она может кончиться.

Давайте посмотрим, какие доводы приводят в защиту своих точек зрения сторонники одной и другой гипотез.

Но прежде несколько слов о строении Земли. Это поможет нам быстрее разобраться в логических построениях ученых. Упрощенно говоря. Земля представляет собой три сферы, расположенные внутри друг друга. Верхняя оболочка—это твердая земная кора. Глубже расположена мантия. И наконец, в самом центре—ядро. Такое разделение вещества, начавшееся 4,5 миллиарда лет тому назад, продолжается и по сей день. Между корой, мантией и ядром осуществляется интенсивный тепло- и массообмен, со всеми вытекающими отсюда геологическими последствиями—землетрясениями, извержениями вулканов, перемещениями " материков...

Парад неоргаников

Первые попытки объяснить происхождение нефти относятся еще ко временам античности. Сохранилось, например, высказывание древнегреческого ученого Страбона, жившего около 2000 лет тому назад: “В области аполлонийцев есть место под названием Нимфей,—писал он,—это скала, извергающая огонь, а под ней текут источники теплой воды и асфальта, вероятно, от сгорания асфальтовых глыб под землей...”

Страбон объединил в целое два факта: извержение вулканов и образование асфальтов (так он называл нефть). И… ошибся! В упомянутых им местах нет действующих вулканов. Не было их и двадцать столетий назад. То, что Страбон принял за извержения, на самом деле—выбросы, прорывы подземных вод (так называемые грязевые вулканы), сопровождающие выходы нефти и газа на поверхность. И в наши дни подобные явления можно наблюдать на Апшероне и Таманском полуострове.

Впрочем, несмотря на ошибку, в рассуждениях Страбона было здравое зерно—его толкование происхождения нефти имело под собой материалистическую почву. Эта линия прервалась надолго. Лишь в 1805 году, основываясь на собственных наблюдениях, сделанных в Венесуэле, на описаниях извержения Везувия, известный немецкий естествоиспытатель А. Гумбольдт снова возвращается к материалистической точке зрения. “… Мы не можем сомневаться в том,—пишет он,—что нефть представляет продукт перегонки на громадных глубинах и происходит из примитивны горных пород, под которыми покоится энергия всех вулканических явлений”.

Неорганическая теория происхождения нефти выкристаллизовывалась постепенно (вспомним, в частности, опыты Бертло), и к тому моменту, когда Менделеев выдвинул свою теорию карбидного происхождения нефти, неорганики накопили достаточно экспериментальных фактов и рассуждений. И последующие годы добавляли в их копилку новые сведения.

В 1877—1878 годах французские ученые, воздействуя соляной кислотой на зеркальный чугун и водяными парами на железо при белом калении, получили водород и значительное количеству углеводородов, которые даже по запаху напоминали нефть.

--PAGE_BREAK--

Кроме вулканической гипотезы у сторонников абиогенного происхождения нефти есть еще и космическая. Геолог В. Д. Соколов в 1889 году высказал предположение, что в тот далекий период, когда вся наша планета еще представляла собой газовый сгусток, в составе этого газа присутствовали и углеводороды. (Помните, что в атмосфере некоторых планет были обнаружены соединения углерода с водородом.) По мере охлаждения раскаленного газа и перехода его в жидкую фазу, углеводороды постепенно растворялись в жидкой магме. Когда же из жидкой магмы стала образовываться твердая земная кора, она, согласно законам физики, уже не могла удержать в себе углеводороды, Они стали выделяться по трещинам в земной коре, поднимались в верхние ее слои, сгущаясь и образуя здесь скопления нефти и газа.

Уже в наше время обе гипотезы—вулканическая и космическая—были объединены в единое целое новосибирским исследователем В. Сальниковым. Он использовал предположение, что некогда у Земли кроме Луны был еще один спутник. Эта планетка, имевшая в своем составе большое количество углеводородов, находясь на чересчур низкой орбите, постепенно тормозилась о верхние слои атмосферы и в конце концов упала на Землю как это происходит с искусственными спутниками. Резкий толчок активизировал вулканическую и горообразовательную деятельность. Миллиарды тонн вулканического пепла, мощнейшие грязевые потоки завалили принесенные из космоса углеводороды, похоронили их в глубоких недрах, где под действием высоких температур и давлений они превратились в нефть и газ.

В качестве обоснования для своих выводов Сальников указывает на необычное расположение месторождений нефти и газа. Соединив между собой крупные зоны обнаруженных месторождений, он получил систему параллельных синусоидальных линий, которая, по его мнению, весьма напоминает проекции траекторий искусственных спутников Земли...

Но мы чуточку забежали вперед. Наш рассказ о неорганических гипотезах образования нефти ни в коем случае нельзя будет считать полным, если мы забудем упомянуть известного ленинградского геолога-нефтяника Н. А. Кудрявцева. В 50-е годы он собрал и обобщил огромный геологический материал по нефтяным и газовым месторождениям мира.

Прежде всего Кудрявцев обратил внимание на то, что многие месторождения нефти и газа обнаруживаются под зонами глубинных разломов земной коры. Сама по себе такая мысль не была новой: на это обстоятельство обратил внимание еще Д. И. Менделеев. Но Кудрявцев намного расширил географию применения таких выводов, глубже обосновал их.

Например, на севере Сибири, в районе так называемого Мархининского вала, очень часто встречаются выходы нефти на поверхность. На глубину двух километров все горные породы буквально пропитаны нефтью. В то же время, как показал анализ, количество углерода, образовавшегося одновременно с породой, чрезвычайно невелико—всего 0,02—0,4%. Но по мере удаления от вала количество пород, богатых органическими соединениями, возрастает, а вот количество нефти резко уменьшается.

На основании этих и других данных Кудрявцев утверждает, что нефтегазоносность Мархининского вала скорее всего связана не с органическим веществом, а с глубинным разломом, который и поставляет нефть из недр планеты.

Подобные же образования имеются в других регионах мира. Скажем, в штате Вайоминг (США) жители издавна отапливают дома кусками асфальта, который они берут в трещинах горных пород соседних Медных гор. Но сами по себе граниты, из которых состоят эти горы, не могут накапливать нефть и газ. Эти полезные ископаемые могут поступить только из земных глубин по образовавшимся трещинам.

Более того, найдены следы нефти в кимберлитовых трубках— тем самых, в которых природа осуществила синтез алмазов. Такие каналы взрывного разлома земной коры, образовавшиеся в результате прорыва глубинных газов и магмы, могут оказаться вполне подходящим местом и для образования нефти и газа.

Обобщив эти и множество других фактов, Кудрявцев создал свою магматическую гипотезу происхождения нефти. В мантии Земли под давлением и при высокой температуре из углерода и водорода сначала образуются углеводородные радикалы СН, Ch3 и СН3. Они движутся в веществе мантии от области высокого к области низкого давления. А так как в зоне разломов перепад давлений особенно ощутим, углеводороды и направляются в первую очередь именно сюда. Поднимаясь в слои земной коры, углеводороды в менее нагретых зонах реагируют друг с другом и с водородом, образуя нефть. Затем образовавшаяся жидкость может перемещаться как вертикально, так и горизонтально по имеющимся в породе трещинам, скапливаясь в ловушках.

Исходя из этих теоретических представлений, Кудрявцев советовал искать нефть не только в верхних слоях, но и глубже. Этот прогноз блестяще подтверждается, и глубина бурения с каждым годом возрастает.

Незадолго до своей кончины, в одной из последних статей, посвященных неорганическому синтезу углеводородов, Кудрявцев писал: “Сторонники этой гипотезы, которых становится все больше, уверены, что именно за ней будущее...” И действительно, в Ленинграде, Киеве, Львове образовались целые научные коллективы, продолжающие развитие идей своего учителя.

В середине 60-х годов удалось ответить на такой важный вопрос: “Почему столь “нежные” углеводородные соединения, из которых состоит нефть, не распадаются в недрах Земли на, химические элементы при высокой температуре?” Действительно, такое разложение вполне можно наблюдать даже в школьной лаборатории. На подобных реакциях зиждется деструктивная переработка нефти. Оказалось, что в природе дело обстоит как раз наоборот—из простых соединений образуются сложные...! Математическим моделированием химических реакций доказано, что подобный синтез вполне допустим, если к высоким температурам мы добавим еще и высокие давления. То и другое, как известно, в избытке имеется в земных недрах.

Интересную гипотезу выдвинула группа московских ученых из Всесоюзного научно-исследовательского института ядерной геологии и геофизики. Они рассматривают горные породы как твердую смесь, состоящую из зерен и пластин минералов. При подвижках земной коры во время землетрясений и других сейсмических процессов составные части породы трутся друг о друга, накапливая статическое электричество. При содействии этого электричества и протекают электрохимические реакции образования нефти.

Audiatur et altera pars

Для тех, кто недостаточно знает латынь, переведем заголовок; это юридическая формула, означающая: “Пусть будет выслушана и другая сторона”.

В ученом споре, за которым мы следим, другая сторона—это адепты биогенной теории.

Хронология и историческая справедливость требуют упомянуть о бытовавшем в средние века мнении, что нефть образовалась в раю и представляет собой остатки той благодатной почвы, на которой некогда произрастали райские кущи.

На этом начальном уровне приходится признать превосходство “неоргаников”—рассуждения Страбона выглядят весьма солидно по сравнению с этой анекдотической “теорией”.

Но биогенной теории придерживались многие серьезные отечественные и зарубежные ученые. Академик В. И. Вернадский, основоположник современной геохимии нефти, еще в начале века писал: “Организмы, несомненно, являются исходным веществом нефтей.”

Чтобы не заниматься длинным перечислением имен и фактов, давайте предоставим слово на нашей заочной научной конференции сразу академику И. М. Губкину. В своей книге “Учение о нефти”, впервые увидевшей свет в 1932 году, он наиболее обстоятельно и полно подвел научный итог тогдашней истории нефтяного и газового дела.

В качестве исходного вещества для образования нефти Губкин рассматривал уже знакомый нам сапропель—битуминозный ил растительно-животного происхождения. В прибрежной полосе моря, где жизнь особенно активна, происходит сравнительно быстрое накапливание этих органических остатков. Через какое-то время они перекрываются более молодыми отложениями, которые предохраняют ил от окисления. Дальнейшие процессы вдут уже без доступа кислорода под воздействием анаэробных бактерий.

По мере погружения пласта, обогащенного органическими остатками, под воздействием последующего наноса и тектонических перемещений в глубину, в нем возрастают температуры и давления. Эти процессы, которые впоследствии получили название катагенеза, и приводят в конце концов к преобразованию органики в нефть.

Взгляды Губкина на образование нефти лежат в основе современной гипотезы ее органического происхождения. В наше время многие ее положения расширены и дополнены. Так, скажем, долгое время считалось, что первоначальное накопление органических веществ обязательно должно идти в океане. Но, видимо, нефть может формироваться и в континентальной обстановке, ведь в болотах, озерах, реках достаточно органического вещества.

Детально рассмотрен и сам процесс формирования нефтяных месторождений. Выделяют пять основных стадий осадконакопления и преобразования органических остатков в нефть.

Первая стадия: в осадок, образующийся в море или в пресном водоеме, вносятся органические вещества с небольшим количеством углеводородов нефтяного ряда, синтезированных живыми организмами.

Вторая стадия: накопленный на дне осадок преобразуется, уплотняется, частично обезвоживается. При этом часть вещества разлагается с выделением диоксида углерода, сероводорода, аммиака и метана. Словом, получается картина, частенько наблюдаемая на болотах.

Третья стадия: биохимические процессы постепенно затихают. Сравнительно небольшая температура земных недр на данной глубине (порядка 50° С) определяет и низкую скорость реакций. Концентрация битумов и нефтяных углеводородов возрастает слабо, в составе газовых компонентов преобладает диоксид углерода.

Четвертая стадия: осадок погружается на глубину 3—4 километров, окружающие температуры возрастают до 150° С. Происходит отгонка нефтяных углеводородов из рассеянного органического вещества в пласт. Попав в проницаемые породы-коллекторы, нефть начинает новую жизнь, образует промышленные залежи. .

И наконец, пятая стадия: на глубине 4,5 километра и более при температурах свыше 180° С органическое вещество прекращает выделение нефти и продолжает генерировать лишь газ.

Кроме температуры и давления в природных процессах принимает участие и электричество. Член-корреспондент АН СССР А. А. Воробьев выдвинул предположение, что в развитии нашей планеты немалую роль играли именно электрические процессы. По его мнению, горные породы обладают гораздо большими диэлектрическими свойствами, чем атмосфера. А если так, то грозы могут бушевать не только над, но и под землею!

В результате сильных электрических разрядов возникают частицы плазмы, которые обладают высокой химической активностью. Это обстоятельство, в свою очередь, создает предпосылки для протекания таких реакций, которые невозможны при обычных условиях. По мнению Воробьева, метан, выделяющийся из органических соединений, при воздействии подземного электрического разряда может подвергнуться частичному дегидрированию то есть потерять некоторую долю водорода. В результате образуются свободные углеводородные радикалы СН, СН2 и СН3. Соединяясь между собой, они образуют ацетилен, этилен и другие углеводороды, входящие в состав нефти.

Одним из основных механизмов электризации горных пород, согласно рассуждениям Воробьева, является трение в месте контакта горных пород при взаимном перемещении в ходе тектонических процессов. Таким образом, процессы трещинообразования в земной коре могут способствовать превращению механической энергии в электрическую.

И представьте себе, эти весьма неожиданные рассуждения нашли подтверждение в геологической практике! Еще в 1933 году было отмечено, что формы облаков в зонах разломов земной коры резко отличаются от облаков в тех местах, где трещин нет. Современные геофизические приборы указывают, что в приземном слое воздуха над зонами разломов земной коры увеличена электропроводимость.

Расскажем еще об одной интересной гипотезе. В соответствии с ней, нефть образуется также из органических остатков, затянутых вместе с океаническими осадками в зону, где происходил поддвиг океанической плиты под континентальную. Говоря другими словами, существуют тектонические процессы, которые позволяют органическим веществам оказываться на весьма больших глубинах. При этом механизм затягивания осадков в зону поддвига жестких плит аналогичен механизму попадания жидких смазочных масел в зазоры между трущимися жесткими деталями в различных технических устройствах и машинах.

Ну а дальше образовавшаяся нефть может подвергаться различным воздействиям. Например, под тяжестью литосферного выступа, наползающей с материка плиты углеводороды могут быть “выжаты” из осадочных пород и активно мигрировать в сторону от наддвига. Этим эффектом “горячего утюга” может быть объяснено формирование больших залежей нефти на сравнительно небольшой площади, как в районе Персидского залива.

В результате затягивания органических веществ в мантию, их последующей переработки и выброса образовавшихся углеводородов геотермальными водами в верхние слои земной коры их обнаруживают в вулканических газах во время извержений.

Такая теория, учитывающая глобальную тектонику плит земной коры, оказалась весьма продуктивной и с практической точки зрения. В США, к примеру, в последние годы начали бурить в так называемых поднаддвиговых зонах Скалистых гор. И здесь были обнаружены как нефтяные, так и газовые месторождения. А ведь по старым, классическим меркам их здесь быть не должно.

В 1980 году в штате Вайоминг поисковая скважина на глубине 1888 метров вошла в докембрийский фундамент, сложенный из гранита. Затем в скальных породах геонефтеразведчики прошли еще 2700 метров и обнаружили осадочные отложения мелового периода. Необъяснимое, казалось бы, чередование пород разного геологического возраста объяснялось весьма просто: на осадочные породы в свое время была надвинута плита гранита.

Бурение было продолжено, и на глубинах 5,5 километров разведчики обнаружили промышленные залежи газа. К настоящему времени в Скалистых горах ведется уже промышленная разработка, а прогнозные запасы оцениваются в 2,8 миллиарда тонн условного топлива! Месторождение уникальное!

В Советском Союзе также имеются поднаддвиговые зоны—в Карпатах, на Урале, Кавказе, в Сибири. Не исключено, что эти зоны былых геологических катаклизмов тоже таят богатейшие запасы нефти и газа.

Стоит ли спорить?

Итак, как видите, обе точки зрения достаточно продуктивны, обе опираются не только на логические заключения, но и на реальные факты. Что же, надо спорить дальше? Вряд ли… Интересную точку зрения на этот счет высказывает известный советский геолог В. П. Гаврилов.

“Спор можно разрешить,—пишет он,—если проследить круговорот углерода в природе. Одним из первых, кто предпринял успешную попытку представить глобальный процесс круговорота углерода в природе, был В. И. Вернадский. Он считал, что углерод и его соединения, которые участвуют в строении нефти, газа, каменного угля и других пород, являются частью глобальной геохимической системы круговорота в земной коре...”

Что же, давайте проследим путь, который проделывают углерод и его соединения в природе.

Наиболее распространенным из таких соединений является диоксид углерода. Масса этого вещества в атмосфере оценивается астрономической цифрой 4 · 1011 тонн! В процессе выветривания и фотосинтеза ежегодно из атмосферы поглощается более 8 · 108 тонн СО2. Если бы не было механизма кругооборота, то за несколько тысяч лет углерод полностью исчез бы из атмосферы, оказался “захороненным” в горных породах. По современным оценкам, масса диоксида углерода, “спрятанного” в горных породах, примерно в 500 раз превышает его запасы в атмосфере.

Еще одним переносчиком углерода является метан. Его в атмосфере тоже немало—около 5 · 109 тонн. Однако из атмосферы происходит утечка метана в стратосферу и далее в космическое пространство. Кроме того, метан расходуется и в результате фотохимических реакций. Продолжительность существования молекулы метана в атмосфере в среднем составляет 5 лет.

Следовательно, чтобы пополнить его запасы, в атмосфера ежегодно должно поступать около 109 тонн метана из подземных запасов. И он, действительно, поступает в виде метанового испарения или, как говорил Вернадский, “газового дыхания Земли”.

Если ограничиться традиционными рамками углеродного цикла, то весь резерв земной атмосферы, океана и биомассы исчерпался бы в доврльно короткий срок—за 50—100 тысяч лет. Однако этого не происходит. Почему? Приходится допустить, что запасы углерода на поверхности планеты непрерывно пополняются. Основными источниками поступления углерода ученые считают космос и мантию Земли.

Космическое пространство поставляет нам углерод вместе метеоритным веществом. Точнее будет сказать: поставляло настоящее время поступление космического углерода на планет незначительно—всего 10-10 от общего количества ежегодно “складируемого” в процессе осадконакопления. Но, как полагают многие специалисты, так было далеко не всегда: в прошлые геологические эпохи количество метеоритов и космической пыл было намного больше.

Второй и на сегодняшний день основной поставщик углерода — мантия планеты, причем не только во время извержений вулканов как считалось ранее, но и при дегазации недр, за счет, ужи упоминавшегося газового дыхания планеты. Поскольку и здесь углеродные запасы не безграничны, то они, естественно, должны как-то пополняться. И такой механизм пополнения исправна действует и по сей день. Это затягивание осадков океанической коры в мантию при надвигании плит друг на друга.

Таков широкий взгляд на круговорот углерода в природе. Он должен примирить органиков и неоргаников. В самом деле: органики считают, что углерод при образовании нефти обязательно должен пройти через живой организм. И это, скорее всего, действительно так. Исследования, выполненные межпланетными автоматическими станциями, показывают, что на Венере и Марсе достаточное количество оксида и диоксида углерода, а вот углеводородных газов не обнаружено—по всей вероятности потому, что на этих планетах отсутствует биосфера и земной цикл превращения углерода в углеводороды там невозможен.

Правы и неорганики: ведь сами по себе все органические вещества, составляющие жизненные циклы, когда-то образовались из неорганических. Пока, правда, нет полной ясности, как именно это произошло, но в конце концов наука это узнает.

И стало быть, в практических поисках нефти и газа надо использовать весь арсенал теорий и гипотез, которыми располагает современная наука, не ограничивать свой взгляд какими-то искусственными шорами. И тогда успех придет. Придет обязательно! Как сказал, выступая на XXVII Международном геологическом конгрессе в Москве известный американский геолог М. Хэлбути: “Я твердо убежден, что в будущем мы откроем в глобальном масштабе столько же нефти и значительно больше газа, чем открыто сегодня. Я полагаю также, что нас ограничивает только недостаток воображения, решительности и технология.”

Добыча нефти (химические хитрости)

Чтобы густая нефть с большей легкостью поднималась по трубам, надо, конечно, прежде всего сделать ее более жидкой. Каким образом? “Давайте применим особые, разжижающие растворы”,—предложили химики.

И вот в последнее время на нефтедобывающих промыслах стали использовать особые вещества, имеющие довольно сложное название—мицеллярные дисперсии. Основными составляющими этих композиций являются нефтерастворимые поверхностно-активные вещества, спирт, углеводородный растворитель типа керосина или легких фракций нефти. Добавляют сюда и воду.

Именно поэтому по внешнему виду мицеллярные дисперсия практически неотличимы от обычной воды—такая же светлая, прозрачная жидкость. Но главную роль здесь играют уже не молекулы Н2О, а молекулы поверхностно-активных веществ. Попав в пласт, они и образуют с нефтью эмульсию, дисперсную фазу которой составляют сложного состава частицы—мицеллы. При этом нефть как бы отрывается от породы, и ее удается выкачать из коллектора практически всю.

Еще одно неоценимое свойство возникающих эмульсий—они являются обратимыми системами. То есть достаточно на дневной поверхности добавить в поступающую из скважины эмульсию еще немного воды, как из нее выделяется свободная нефть, а поверхностно-активные вещества оказываются снова готовыми к работе.

Вообще, надо признать, что химики оказывают нефтяникам и ряд других важных услуг.

Известно, например, что бурение невозможно без специальных бурильных растворов. Обычно глинистые бурильные растворы готовят прямо на месте, доставляя в район бурения сухую глину. Однако приготовление раствора—вещь достаточно тонкая: кроме глины в воду добавляют и другие вещества, состав и количество которых зависит от применяемой техники, давления в пласте, геологического строения недр...

В настоящее время существует по крайней мере два десятка специальных ингредиентов, улучшающих качество бурильных растворов и снижающих затраты на бурение. В некоторых случаях даваемая ими экономия в 10—15 раз превосходит затраты на изготовление самой добавки!

Еще одна проблема, в решении которой неоценимую помощь промысловикам оказывает химия—защита оборудования от отложения парафинов. Часто при добыче высокопарафинистых нефтей специалисты сталкиваются с неприятным явлением. Пока нефть находится в залежи под давлением, температура ее достаточно высока. Но по мере продвижения к забою и дальше по скважине и давление, и температура падают. Тяжелые парафиновые углеводороды начинают выделяться из жидкости и откладываться на всех поверхностях, с которыми соприкасается нефть. Очистка оборудования от налипшего парафина связана с огромными затратами и техническими трудностями.

Но уже разработаны вещества, добавка которых в нефть препятствует росту кристаллов парафина, способствует их смыванию с металлических поверхностей оборудования на всем пути нефти к потребителю. Такие вещества недешевы, но тем не менее их применение окупает все затраты.

www.ronl.ru

Доклад - Нефть и продукты её переработки

Нефть – жидкое топливо

         Что же такое нефть? Теплотехник ответит, что этопрекрасное, высококалорийное топливо. Но химик возразит: нет! Нефть – этосложная смесь жидких углеводородов, в которых растворены газообразные и другиевещества. И чтобы перечислить все продукты, получаемые из нефти, нужно потратитьнесколько листов, так как их уже несколько тысяч.

         Еще Д.И. Менделеев заметил, что топить печь нефтью всеравно, что топить ее ассигнациями.

Нефть (от перс. neft) — горючаямаслянистая жидкость со специфическим запахом, распространенная в осадочнойоболочке Земли и являющаяся важнейшим полезным ископаемым.

Нахождение в природе

Залежи нефти находятся в недрах Земли на разнойглубине, где нефть заполняет свободное пространство между некоторыми породами.Если она находится под давлением газов, то поднимается по скважине наповерхность Земли.

Разведка нефти

Цель нефтеразведки – выявление, геолого-экономическаяоценка и подготовка к разработке залежей нефти. Нефтеразведка производится с помощьюгеологических, геофизических, геохимических и буровых работ в рациональномсочетании и последовательности.

На первой стадии поискового этапа в бассейнах с неустановленной нефтегазоносностью либо для изучения слабо исследованныхтектонических зон или нижних структурных этажей в бассейнах с установленнойнефтегазоносностью проводятся региональные работы. Для этого осуществляютсяаэромагнитная, геологическая и гравиметрическая съемки, геохимическиеисследования вод и пород, профильное пересечение территории электро- и сейсморазведкой,бурение опорных и параметрических скважин. В результате устанавливаются районыдля дальнейших поисковых работ.

На второй стадии производится более детальное изучениенефтегазоносных зон путем детальной гравиразведки, структурно-геологической съемки,электро и сейсморазведки, структурного бурения.

Производится сравнение снимков масштабов 1:100.000 – 1:25.000. уточняетсяоценка прогнозов нефтегазоносности, а для структур с доказанной нефтегазоносностью,подсчитываются перспективные запасы.

На третьей стадии производится бурение поисковыхскважин с целью открытий месторождений. Первые поисковые скважины бурятся намаксимальную глубину. Обычно первым разведуется верхний этаж, а затем болееглубокие. В результате дается предварительная оценка запасов.

Разведывательный этап – завершающий вгеологоразведочном процессе. Основная цель – подготовка к разработке. Впроцессе разведки должны быть оконтурены залежи, определены литологическийсостав, мощность, нефтегазонасыщенность. По завершению разведочных работподсчитываются запасы и даются рекомендации о вводе месторождения в разработку.Эффективность поиска зависит от коэффициента открытий месторождений –отношением числа продуктивных площадей к общему числу разбуренных поисковымбурением площадей.

Добыча нефти

Почти вся добываемая в мире нефть, извлекаетсяпосредством буровых скважин, закрепленных стальными трубами высокого давления.Для подъема нефти и сопутствующих ей газа и воды на поверхность скважина имеетгерметичную систему подъемных труб, механизмов и арматуры, рассчитанную наработу с давлениями, соизмеримыми с пластовыми. Добыче нефти при помощи буровыхскважин предшествовали примитивные способы: сбор ее на поверхности водоемов,обработка песчаника или известняка, пропитанного нефтью, посредством колодцев.

         Сбор нефти споверхности водоемов – это, очевидно, первый по времени появления способдобычи, который до нашей эры применялся в Мидии, Вавилонии и Сирии. Сбор нефтив России, с поверхности реки Ухты начат Ф.С. Прядуновым в 1745 г.В 1858 на полуострове Челекен нефть собирали в канавах, по которым вода стекалаиз озера. В канаве делали запруду из досок с проходом воды в нижней части:нефть накапливалась на поверхности.

         Разработкапесчаника или известняка, пропитанного нефтью, и извлечение из него нефти,впервые описаны итальянским ученым

Ф. Ариосто в15 веке. Недалеко от Модены в Италии такие нефтесодержащие грунты измельчалисьи подогревались в котлах. Затем нефть выжимали в мешках при помощи пресса. В1833 –1845 г.г. нефть добывали из песка на берегу Азовского моря. Песок помещалив ямы с покатым дном и поливали водой. Вымытую из песка нефть собирали споверхности воды пучками травы.

         Добыча нефти изколодцев производилась в Киссии, древней области между Ассирией и Мидией в5 веке до нашей эры при помощи коромысла, к которому привязывалось кожаноеведро. Подробное описание колодезной добычи нефти в Баку дал немецкийнатуралист Э. Кемпфер. Глубина колодцев достигала 27 м, их стенкиобкладывались камнем или укреплялись деревом.

         Добыча нефти посредствомскважин начала широко применяться с 60-х г. 19 века. Вначале наряду соткрытыми фонтанами и сбором нефти в вырытые рядом со скважинами земляныеамбары добыча нефти осуществлялась также с помощью цилиндрических ведер склапаном в днище. Из механизированных способов эксплуатации впервые в 1865 вСША была внедрена глубоконасосная эксплуатация, которую в 1874 гприменили на нефтепромыслах в Грузии, в 1876 в Баку. В 1886 г В.Г. Шуховпредложил компрессорную добычу нефти, которая была испытана в Баку в 1897г.Более совершенный способ подъема нефти из скважины – газлифт – предложилв 1914 г М.М. Тихвинский.

         Процесс добычинефти, начиная от притока ее по пласту к забоям скважин и до внешней перекачкитоварной нефти с промысла, можно разделить условно на 3 этапа.

/>  Движениенефти по пласту к скважинам благодаря искусственно создаваемой разностидавлений в пласте и на забоях скважин.

/> Движениенефти от забоев скважин до их устьев на поверхности – эксплуатация нефтяныхскважин.

/> Сборнефти и сопровождающих ее газа и воды на поверхности, их разделение, удалениеминеральных солей из нефти, обработка пластовой воды, сбор попутного нефтяногогаза.

Под разработкой нефтяногоместорождения понимается осуществление процесса перемещения жидкостей и газа впластах к эксплуатационным скважинам. Управление процессом движения жидкостей игаза достигается размещением на месторождении нефтяных, нагнетательных иконтрольных скважин, количеством и порядком ввода их в эксплуатацию, режимомработы скважин и балансом пластовой энергии. Принятая для конкретной залежи системаразработки предопределяет технико-экономические показатели. Перед забуриваниемзалежи проводят проектирование системы разработки. На основании данных разведкии пробной эксплуатации устанавливают условия, при которых будет протекатьэксплуатация: ее геологическое строение, коллекторские свойства пород(пористость, проницаемость, степень неоднородности), физические свойстважидкостей в пласте (вязкость, плотность), насыщенность пород нефти водой игазом, пластовые давления. Базируясь на этих данных, производят экономическуюоценку системы, и выбирают оптимальную.

         При глубокомзалегании пластов для повышения нефтеотдачи в ряде случаев успешно применяетсянагнетание в пласт газа с высоким давлением.

         Извлечение нефти изскважин производится либо за счет естественного фонтанирования под действиемпластовой энергии, либо путем использования одного из несколькихмеханизированных способов подъема жидкости. Обычно в начальной стадииразработки действует фонтанная добыча, а по мере ослабления фонтанированияскважину переводят на механизированный способ: газлифтный или эрлифтный,глубинонасосный (с помощью штанговых, гидропоршневых и винтовых насосов).

         Газлифтный способвносит существенные дополнения в обычную технологическую схему промысла, таккак при нем необходима газлифтная компрессорная станция с газораспределителем игазосборными трубопроводами.

         Нефтяным промысломназывается технологический комплекс, состоящий из скважин, трубопроводов, иустановок различного назначения, с помощью которых на месторожденииосуществляют извлечение нефти из недр Земли.

         На месторождениях,разрабатываемых с помощью искусственного заводнения, сооружают системуводоснабжения с насосными станциями. Воду берут из естественных водоемов с помощьюводозаборных сооружений.

         В процессе добычинефти важное место занимает внутрипромысловый транспорт продукции скважин,осуществляемый по трубопроводам. Применяются 2 системы внутрипромысловоготранспорта: напорные и самотечные. При напорных системах достаточнособственного давления на устье скважин. При самотечных  движение происходит засчет превышения отметки устья скважины над пометкой группового сборного пункта.

         При разработкенефтяных месторождений, приуроченных к континентальным шельфам, создаютсяморские нефтепромыслы.

        

 

Физические свойства нефти

   Главнейшим свойствомнефти, принесшим им мировую славу исключительных энергоносителей, является ихспособность выделять при сгорании значительное количество теплоты. Нефть и еепроизводные обладают наивысшей среди всех видов топлив теплотой сгорания.Теплота сгорания нефти – 41 МДж/кг, бензина – 42 МДж/кг. Важным показателем длянефти является температура кипения, которая зависит от строения входящих всостав нефти углеводородов и колеблется от 50 до 550°С.

   Нефть, как и любаяжидкость, при определенной температуре закипает и переходит в газообразноесостояние. Различные компоненты нефти переходят в газообразное состояние приразличной температуре. Так, температура кипения метана –161,5°С, этана –88°С,бутана 0,5°С, пентана 36,1°С. Легкие нефти кипят при 50–100°С, тяжелые – притемпературе более 100°С.

   Различие температуркипения углеводородов используется для разделения нефти на температурныефракции. При нагревании нефти до 180–200°С выкипают углеводороды бензиновойфракции, при 200–250°С – лигроиновой, при 250–315°С – керосиново-газойлевой ипри 315–350°С – масляной. Остаток представлен гудроном. В состав бензиновой илигроиновой фракций входят углеводороды, содержащие 6–10 атомов углерода. Керосиноваяфракция состоит из углеводородов с />,газойлевая – /> и т.д.

   Важным является свойствонефти растворять углеводородные газы. В 1 м3 нефти можетраствориться до 400 м3 горючих газов. Большое значение имеетвыяснение условий растворения нефти и природных газов в воде. Нефтяныеуглеводороды растворяются в воде крайне незначительно. Нефти различаются поплотности. Плотность нефти, измеренной при 20°С, отнесенной к плотности воды,измеренной при 4°С, называется относительной. Нефти с относительной плотностью0,85 называются легкими, с относительной плотностью от 0,85 до 0,90 – средними,а с относительной плотностью свыше 0,90 – тяжелыми. В тяжелых нефтях содержатсяв основном циклические углеводороды. Цвет нефти зависит от ее плотности:светлые нефти обладают меньшей плотностью, чем темные. А чем больше в нефтисмол и асфальтенов, тем выше ее плотность. При добыче нефти важно знать еевязкость. Различают динамическую и кинематическую вязкость. Динамической вязкостьюназывается внутреннее сопротивление отдельных частиц жидкости движению общего потока.У легких нефтей вязкость меньше, чем у тяжелых. При добыче и дальнейшей транспортировкетяжелые нефти подогревают. Кинематической вязкостью называется отношение динамическойвязкости к плотности среды. Большое значение имеет знание поверхностногонатяжения нефти. При соприкосновении нефти и воды между ними возникаетповерхность типа упругой мембраны. Капиллярные явления используются при добыченефти. Силы взаимодействия воды с горной породой больше, чем у нефти. Поэтомувода способна вытеснить нефть из мелких трещин в более крупные. Для увеличениянефтеотдачи пластов используются специальные поверхностно-активные вещества(ПАВ). Нефти имеют неодинаковые оптические свойства. Под действиемультрафиолетовых лучей нефть способна светиться. При этом легкие нефти светятсяголубым светом, тяжелые – бурым и желто-бурым. Это используется при поискенефти. Нефть является диэлектриком и имеет высокое удельное сопротивление. Наэтом основаны электрометрические методы установления в разрезе, вскрытомбуровой скважиной, нефтеносных пластов.

Химические элементы и соединения в нефти

   Нефтисостоят главным образом из углерода – 79,5 – 87,5 % и водорода – 11,0 – 14,5 %от массы нефти. Кроме них в нефти присутствуют еще три элемента – сера,кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5 – 8 %. Внезначительных концентрациях в нефти встречаются элементы: ванадий, никель,железо, алюминий, медь, магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт,молибден, бор, мышьяк, калий и др. Их общее содержание не превышает 0,02 – 0,03% от массы нефти. Указанные элементы образуют органические и неорганическиесоединения, из которых состоят нефти. Кислород и азот находятся в нефти тольков связанном состоянии. Сера может встречаться в свободном состоянии или входитьв состав сероводорода.

 

Продукты, получаемые из нефти, ихприменение

Из нефти выделяют разнообразные продукты, имеющиебольшое практическое значение. Вначале от нее отделяют растворенныеуглеводороды (преимущественно метан). После отгонки летучих углеводородов нефтьнагревают. Первыми переходят в газообразное состояние и отгоняются углеводородыс небольшим числом атомов углерода в молекуле, имеющие относительно низкуютемпературу кипения. С повышением температуры смеси перегоняются углеводороды сболее высокой температурой кипения. Таким образом можно собрать отдельные смеси(фракции) нефти. Чаще всего при такой перегонке получают три основные фракции,которые затем подвергаются дальнейшему разделению. Основные фракции нефтиследующие:

1.          Фракция, собираемая от 400до 2000С, — газолиноваяфракция бензинов – содержит углеводороды от С5Н12 доС11Н24. При дальнейшей перегонке выделенной фракцииполучают: газолин (от 400 до 700С), бензин (от700до 1200С) – авиационный, автомобильный и т.д.

2.          Лигроиновая фракция, собираемая в пределах от 1500до2500 С, содержит углеводороды от С8Н18 до С14Н30.Лигроин применяется как горючее для тракторов.

3.          Керосиновая фракция включает углеводороды от С12Н26до С18Н38 с температурой кипения от 1800до 3000С. керосин после очистки используется в качестве горючего длятракторов, реактивных самолетов и ракет.

4.          Газойль (выше 2750С) – дизельное топливо.

5.          Мазут – остаток от перегонки. Содержит углеводороды с большимчислом атомов углерода (до многих десятков) в молекуле. Мазут также разделяютна фракции:

a)   Соляровыемасла – дизельное топливо,

b)   Смазочныемасла (авиатракторные, авиационные, индустриальные и др.),

c)   Вазелин(основа для косметических средств и лекарств).

И др.

Из некоторых сортов нефти получают парафин(для производства спичек, свечей и др.). После отгонки остается гудрон.Его широко применяют в дорожном строительстве.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Применениенефти

/>

 

Список используемой литературы;

 

1)   Судо М. М. Нефть и горючие газы всовременном мире. – М. Недра, 1984.

2)   Химия. Школьный иллюстрированныйсправочник. – М.: Росмэн, 1995.

3)  “Книга для чтения по  химии (частьвторая)” Авторы: К. Я. Парменов,

Л. М. Сморгонский, Л. А.Цветков.       

                                 СОДЕРЖАНИЕ

 

 Нефть — жидкое топливо.

Ст.1

 Нахождение в природе.

Ст.1

 Разведка нефти.

Ст.1

 Добыча нефти.

Ст.2

 Физические свойства нефти.

Ст.4

 Химические элементы и соединения в нефти.

Ст.5

 Продукты получения из нефти, их применение

Ст.5

 Таблица «Применение нефти»

Ст.7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

/>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ученик11-А класса

СОШ №12

ТарасовВадим

 

 

 

 

— Евпатория – 2002 г. -

www.ronl.ru

Доклад - Нефть - Химия

 

 

РЕФЕРАТ ПО ХИМИИ

НА ТЕМУ: «Нефть»

Выполнил:Дорошенко Андрей 10 «б»

Руководитель:Михайлова Л.И.

Санкт-Петербург

2003 г.

     

План:

1.<span Times New Roman"">                

Происхождениенефти

2.<span Times New Roman"">                

Переработканефти

2.1<span Times New Roman"">             

Перегонканефти

2.2<span Times New Roman"">             

Крекинг             Происхождение нефти

 Вопросы об исходном веществе, из которогообразовалась нефть, о процессах нефтеобразования и формирования нефти вконцентрированную залежь, а отдельных залежей в месторождения до сего времениещё не являются окончательно решёнными. Существует ряд мнений как об исходныхдля нефти веществах, так и о причинах и процессах, обусловливающих еёобразование. В последние годы благодаря трудам главным образом советскихгеологов, химиков, биологов, физиков и исследователей других специальностей  удалось выяснить основные закономерности впроцессах нефтеобразования. В настоящее время установили, чтонефть органическогопроисхождения, т.е. она, как и уголь, возникла в результате преобразованияорганических 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 гипотезуобразования нефти. Он предполагал, что когда земля была в огненно-жидкомсостоянии, то углеводороды из газовой оболочки проникли в массу земного шара, а впоследствии при остываниивыделились на его поверхности. Эта гипотеза не объясняет ни географического, нигеологического 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 их конденсациии 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 эти трещиныне 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 твёрдойкоры, ничтожно. Окислы железа содержать карбиды металлов не могут. Вероятностьже наличия 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, планктони др.), 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 последующие преобразованияпород, 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-Карагичевой установлено, что бактерии нефтяных пластов превращаютразличные 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 хлористогоалюминия в условияхсравнительно невысоких температур (150-400о) образуют продукты,по  химическому составу, физическимсвойствам и внешнему виду похожие на нефть. Профессор А. В. Фрост установил,что вместо хлористого алюминия – катализатора, отсутствующего в природе, — егороль в процессе нефтеобразования играют обыкновенные глины, глинистыеизвестняки и другие породы, содержащие глинистыеминералы.

                     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, как смесьюочищенной 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 котла устраиваетсяложная трубчатая печь. Вместо трубки для конденсации и разделения паровсооружаются огромные ректификационные колонны. Адля приёма продуктов перегонки 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, при325о этиуглеводороды 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 вводитсяпар.

 Сложна и интересна работа ректификационной колонны.В этой колонне происходит не только разделение веществ по  их температурам кипения, но одновременнопроизводится дополнительное многократное кипячение конденсирующейся жидкости.

 Колонны делаются очень высокими – до 40 м.Внутри они разделяются горизонтальными перегородками – тарелками – сотверстиями. 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 с высокимитемпературами 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 иликеросина.

 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 1891 г. В1913 г. изобретение Шухова начали применять в Америке. В настоящее время в США65% 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”означает расщепление. На крекинг-заводах углеводороды не перегоняются, арасщепляются. Процесс ведётся при более высоких температурах (до 600о),часто при повышенном давлении.

 При таких температурах крупные молекулыуглеводородов раздробляются 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 – ввиде пыли – вводится в аппаратуру завода. Углеводороды, находящиеся впарообразном и газообразном состоянии, соединяются с пылинками глины и раздробляютсяна их поверхности. Такой крекинг называется крекингом с пылевиднымкатализатором. 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. Его стараютсяполучить больше и обязательно лучшего качества. Каталитический крекинг появилсяименно в результате долголетней, упорной борьбы нефтяников за повышениекачества бензина.

Списокиспользуемой литературы: “Книга для чтения по  химии (часть вторая)”Авторы: К. Я. Парменов, Л. М. Сморгонский, Л. А. Цветков.       

 

 

      

        

   

www.ronl.ru

Доклад - Нефть - Химия

      Доклад по химии  ученицы 9 «И»

      Кардашевской Алины

                      

                              Анотация:

1. Состав нефти. Ее происхождение.

2. Нефтяная промышленность. Нефть как топливо.

3. Нефтяные базы страны.

1. Состав нефти. Ее происхождение.

      Нефть состоит из смеси различных углеводородов.Конечно, состав нефти зависит от месторождения. Так, сырая нефть с островаБорнео богата ароматическими углеводородами (около 39%), американскаясреднеконтинентальная нефть — предельными углеводородами (алканами), нефтьбакинского месторождения — циклопарафинами (около 90%).

     Нефть известна давно. Археологи установили, что еедобывали и использовали уже за 5- 6 тыс. лет до н.э. Наиболее древние промыслыизвестны на берегах Евфрата, в Керчи, в китайской провинции Сычу-ань. Считают,что современный термин «нефть» произошел от слова «нафата»,что на языке народов Малой Азии означает «просачиваться». Упоминаниео нефти встречается во многих древних рукописях и книгах. В частности, уже вБиблии говорится о смоляных ключах в окрестностях Мертвого моря.

     Вопросы об исходном веществе, из которогообразовалась нефть, о процессах нефтеобразования и формирования нефти вконцентрированную залежь, а отдельных залежей в месторождения до сего времениещё не являются окончательно решёнными. Один из первых, кто высказал научнообоснованную концепцию о происхождении нефти, был М.В.Ломоносов. В своём тракте«О слоях земных» великий русский учёный писал: LВыгоняется подземнымжаром из приготовляющихся каменных углей она бурая и черная масляная материя… и сие есть рождение жидких разного сорта горючих и сухих затверделыхматерий, каковы суть каменное масло, жидовская смола, нефть, гагат, и симподобное.

     Известны и другие не менее Lнаучные" гипотезы опроисхождении нефти. Авторитетный немецкий геолог-нефтяник Г.Гефер рассказываетоб одном американском нефтепромышленнике конца прошлого века, считавшем, чтонефть возникла из мочи китов на дне полярных морей. Русский геолог  Н.А.Соколоввыдвинул космическую гипотезу образования нефти. Он предполагал, что когдаземля была в огненно-жидком состоянии, то углеводороды из газовой оболочкипроникли в массу земного шара, а впоследствии при остывании выделились на егоповерхности. Эта гипотеза не объясняет ни географического, ни геологическогораспределения нефтяных месторождений.- В настоящее время установили, что нефтьорганического происхождения, т.е. она, как и уголь, возникла в результатепреобразования органических веществ. Осадочные бассейны — родина нефти. Любоеморе заселено множеством животных и растений. Из всей морской биомассы вобразовании нефти ведущая роль принадлежит микроорганизмам — планктону.

    Особенность нефти (в отличие от газа и угля) — необходимостьее переработки до использования в качестве топлива. Ведь нужно выделить иотобрать легкие фракции нефти (бензин, керосин) и более тяжелые (мазут иразличные масла). Такая операция осуществляется на нефтеперерабатывающихзаводах (НПЗ), расположенных чаще всего не в районах добычи нефти, а в районахпотребления продуктов ее переработки, поскольку в этом случае гораздо прощетранспортировка: нужно построить 1 трубопровод, а не несколько, да и хранитьсырую нефть гораздо удобнее, чем продукты ее переработки.

    Почти все союзные республики бывшего СССР раньшеобеспечивали свои потребности  в нефти за счет России и по ценам, болееприближенным к мировым, и сокращение добычи нефти в России в совокупности резкоухудшили экономическое положение этих новых стран. Например, Украина потреблялаобычно в год  около 50 млн. т нефти, а добыча на территории республикисоставляла 5 млн.; Беларусь добывает примерно 2 млн. тонн, а ее потребностисоставляли 20 млн. тонн. Своей нефтью обеспечены лишь Азербайджан, Туркменистани Казахстан.   

2. Нефтяная промышленность. Нефть как топливо.

    Нефтяная промышленность является составной частью ТЭК- многоотраслевой системы, включающей добычу и производство топлива,производство энергии (электрической и тепловой), распределение и транспортэнергии и топлива.

Нефтяная промышленность — отрасль тяжелой индустрии,включающая разведку нефтяных и нефтегазовых месторождений, бурение скважин,добычу нефти и попутного газа, трубопроводный транспорт нефти. Цельнефтеразведки — выявление, геолого-экономическая оценка и подготовка к работепромышленных залежей. Нефтеразведка производиться с помощью  геологических,геофизических, геохимических и буровых работ.

    Роль отдельных видов топлива в экономике Россиименялась. В начале века большое значение имели дрова. Затем они постепенноначали вытесняться углем (к 50-м годам угольная промышленность давала болееполовины всего топлива). А позже начался рост нефти и газа.

    Нефтедобыча на территории России достигла своегомаксимума (560 млн. тонн) в 1987 году — тогда наша страна находилась на 1-омместе в мире — и с тех пор началось ее снижение, вызванное отработкой наиболеебогатых месторождений (с которых были «сняты сливки»), переходом кразработке мелких месторождений, а тек же недостатком капиталовложений в этуотрасль.За сотню с лишним лет развития истощились одни месторождения, былиоткрыты другие, повысилась эффективность добычи нефти, увеличилась нефтеотдача,т.е. полнота извлечения нефти из пласта. Но изменилась структура добычитоплива. Долгое время находившуюся на первом месте нефтяную промышленностьобгоняет перспективная газовая. При резком сокращении добычи нефти сократился иее вывоз из России в страны СНГ. Сейчас доля нефти, идущей на внутреннеепотребление в России, выше, чем до распада СССР.            

          

3. Нефтяные базы.

    Около 2/3 российской нефти добывается в СреднемПриобье, в основном на территории Ханты-Мансийского автономного округа,частично — в Ямало-Ненецком округе и в Томской области. Это относительномолодой район нефтедобычи.

    Второй крупный район нефтедобычи — Волго-Уральский.Здесь нефть начала добываться с 50-х годов, а пик добычи был достигнут в 70-егоды. В этом районе добывалось около? российской нефти — примерно 70 млн. тоннв 1994г., в том числе 23 млн. т в Татарстане.

    Остальные районы нефтедобычи в совокупности даютменее 10% и поэтому не определяют ситуацию в России в целом. Однако нефтедобычав них оказывает воздействие на развитие самих этих регионов — это как бы районынефтедобычи «местного значения».

    Перспективными районами нефтедобычи в РФ считаютсяшельф побережья Баренцева моря и Охотского моря. Также, интенсивная нефтедобычаведется в Нижнем Поволжье.

    Нефть — богатство мира, она играет огромную роль, какв политике государств, так и в их экономике. Благодаря нефти, мы имеем топливо,нужное во всех отраслях хозяйства. И, скорее всего, в обозримом будущем ничтоне сможет стать заменой нефти.   

                   

                    В докладе использован материализ                                                                    

                    книг:

                    «Руководство по химиипоступающим в вузы» автор — Э.Т.Оганесян;

                    Советский Энциклопедический Словарь.

Cдан в школе №214 Петропавловской Ирине Александровне,учителю химии.

Сдан в 1999-2000 учебном году.

—

Best regards,

 Alina                          mailto:[email protected]

www.ronl.ru

Доклад - Нефть - Химия

Происхождениенефти

 Вопросы 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. Существуетряд мнений как об исходных для нефти веществах, так и о причинах и процессах,обусловливающих её образование. В последние годы благодаря трудам главнымобразом советских геологов, химиков, биологов, физиков и исследователей другихспециальностей  удалось выяснить основные закономерности в процессахнефтеобразования. В настоящее время установили, что нефть органическогопроисхождения, т.е. она, как и уголь, возникла в результате преобразованияорганических веществ.

 Ранее выдвигались и другиетеории образования нефти.

 В конце XIX в.,когда в астрономии и физике получило развитие применение спектральных методовисследования и в спектрах различных космических тел были обнаружены не толькоуглерод и водород, но и углеводороды, русский геолог Н. А. Соколов выдвинулкосмическую гипотезу образования нефти. Он предполагал, что когда земля была вогненно-жидком состоянии, то углеводороды из газовой оболочки проникли в массуземного шара, а впоследствии при остывании выделились на его поверхности. Этагипотеза не объясняет ни географического, ни геологического распределениянефтяных месторождений…

 В конце XIXв. Д. И. Менделеевым, обратившим внимание на приуроченность известных тогдаместорождений нефти к краевым частям гор, была выдвинута теория неорганическогопроисхождения нефти. Предполагалось, что углеводороды, образующиеся придействии воды на раскалённые карбиды металлов, проходили по  трещинам изглубоких слоёв в зону осадочной оболочки земного шара, где путём их конденсациии гидрогенизации образовались нефтяные месторождения.

 Эта теория образованиянефти не получила признания среди геологов и химиков. Трудно представить себеобразование нефти путём действия на карбиды металлов воды океанов,просочившейся в глубину земли по  трещинам земной коры, так как эти трещины немогут идти так глубоко.

 Кроме того, наличие вземной коре больших залежей карбидов железа, до которых может проникнуть водаокеанов, очень сомнительно.

 Количество металлическогожелеза (а не его окислов), которое может попасть из очень глубоких зон наповерхность твёрдой коры, ничтожно. Окислы железа содержать карбиды металлов немогут. Вероятность же наличия карбидов металлов в самом металлическом железетакже крайне незначительна.

 Все приведённые вышесоображения говорят о том, что в наружной оболочке космического типа приналичии окислительной обстановки не приходится ожидать образования и сохранениякарбидов железа и других металлов в сколько-нибудь значительных количествах…

 М. В. Ломоносов первыйуказал на связь между горючими полезными ископаемыми — углём и нефтью ивыдвинул впервые в мире в середине XVIII в. гипотезу о происхождениинефти из растительных остатков.

 Академик В. И. Вернадскийобратил внимание на наличие в нефти азотистых соединений, встречающихся ворганическом мире.

 Предшественники академикаИ. М. Губкина, русские геологи Андрусов и Михайловский также считали, что наКавказе нефть образовалась из органического материала. По  мнению И. М.Губкина, родина нефти находится в области древних мелководных морей, лагун и заливов.Он считал, что уголь и нефть – члены одного и того же генетического рядагорючих ископаемых.

 Уголь образуется в болотахи пресноводных водоёмах, как правило, из высших растений. Нефть получаетсяглавным образом из низших растений и животных, но в других условиях.

 Нефть постепеннообразовывалась в толще различных по  возрасту осадочных пород, начиная отнаиболее древних осадочных пород – кембрийских, возникших 600 млн. лет назад,до сравнительно молодых – третичных слоёв, сложившихся 50 млн. лет назад.

 Накопление органического материала для будущегообразования нефти происходило в прибрежной полосе, в зоне борьбы между сушей иморем…

 По  вопросу об исходномматериале существовали разные мнения. Некоторые учёные полагали, что нефтьвозникла из жиров погибших животных (рыбы, планктон и др.), другие считали, чтоглавную роль играли белки, третьи придавали большое значение углеводам. Теперьдоказано, что нефть может образоваться из жиров, белков и углеводов, т.е. извсей суммы органических веществ.

 И. М. Губкин дал критический анализ проблемыпроисхождения нефти и разделил органические теории на три группы: теории, гдепреобладающая роль в образовании нефти отводится погибшим животным; теории, гдепреобладающая роль отводится погибшим растениям, и, наконец, теории смешанногоживотно-растительного происхождения нефти.

 Последняя теория, детальноразработанная И. М. Губкиным, носит название сапропелитовой от слова “сапропель” –глинистый ил – и является господствующей. В природе широко распространены различныевиды сапропелитов.

Различие в исходноморганическом веществе является одной из причин существующего разнообразиянефтей. Другими причинами являются различие температурных условий вмещающихпород, присутствие катализаторов и др., а также последующие преобразованияпород, в которых заключена нефть…

 В СССР были проведеныисследования, в результате которых удалось установить роль микроорганизмов вобразовании нефти. Т. Л. Гинзбург-Карагичева, открывшая присутствие в нефтиразнообразнейших микроорганизмов, привела в своих исследованиях много новых,интересных сведений.

 Она установила, что внефтях, ранее считавшихся ядом для бактерий, на больших глубинах идёт кипучаяжизнь, не прекращавшаяся миллионы лет подряд.

 Целый ряд бактерий живёт внефти и питается ею, меняя, таким образом, химический состав нефти. Академик И.М. Губкин в своей теории нефтеобразования придавал этому открытию большоезначение. Гинзбург-Карагичевой установлено, что бактерии нефтяных пластовпревращают различные органические продукты в битуминозные.

 Под действием рядабактерий происходит разложение органических веществ и выделяется водород,необходимый для превращения органического материала в нефть…

 Академиком Н. Д.Зелинским, профессором В. А. Соколовым и рядом других исследователей большоезначение в процессе нефтеобразования придавалось радиоактивным элементам.Действительно, доказано, что органические вещества под действием альфа-лучейраспадаются быстрее и при этом образуются метан и ряд нефтяных углеводородов.

 Академик Н. Д. Зелинский иего ученики установили, что большую роль в процессе нефтеобразования играюткатализаторы.

 В более поздних работахакадемик Зелинский доказал, что входящие в состав животных и растительныхостатков пальмитовая, стеариновая и другие кислоты при воздействии хлористогоалюминия в условиях сравнительно невысоких температур (150-400о)образуют продукты, по  химическому составу, физическим свойствам и внешнемувиду похожие на нефть. Профессор А. В. Фрост установил, что вместо хлористогоалюминия – катализатора, отсутствующего в природе, — его роль в процессенефтеобразования играют обыкновенные глины, глинистые известняки и другиепороды, 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 нефти основанана том же принципе – сначала нефть испаряется, а затем пары её конденсируют сразделением на погоны – бензиновые, керосиновые и т.д.

 Секрет получения светлыхпродуктов из чёрной нефти человек разгадал очень давно. Ещё при Петре Первомпользовались очищенной нефтью.

 Первый завод для очистки нефти был построен в Россиина Ухтинском нефтяном промысле. Это было в 1745г., в период царствованияЕлизаветы Петровны. В Петербурге и в Москве тогда для освещения пользовалисьсвечами, а в малых городах и деревнях – лучинами. Но уже и тогда во многихцерквях горели “неугасимые” лампады. В лампады наливалосьгарное масло, которое было не чем иным, как смесью очищенной нефти срастительным маслом.

 Купец Набатов былединственным поставщиком очищенной нефти для соборов и монастырей.

 В конце XVIIIстолетия была изобретена лампа.

 С появлением лампувеличился спрос на керосин.

 Когда братья Дубиныпостроили в Моздоке нефтеперегонный завод, свой керосин, называющийся тогдафотогеном, они отправляли в Россию.

 И первый, и второй, и всепоследующие нефтеперегонные заводы получали бензин, керосин и другие продуктывыпариванием нефти.

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

 На современном заводевместо котла устраивается ложная трубчатая печь. Вместо трубки для конденсациии разделения паров сооружаются огромные ректификационные колонны. А для приёмапродуктов перегонки выстраиваются целые городки резервуаров.

 Нефть состоит из смесиразличных веществ (главным образом углеводородов) и потому не имеетопределённой точки кипения. На трубчатках нефть подогревают до 300-325о.При такой температуре более летучие вещества нефти превращаются в пар.

 Печи на нефтеперегонныхзаводах особые. С виду они похожи на дома без окон. Выкладываются печи излучшего огнеупорного кирпича. Внутри, вдоль и поперёк, тянутся трубы. Длинатруб в печах достигает километра.

 Когда завод работает, по этим трубам с большой скоростью – до двух метров в секунду – движется нефть. Вэто время из мощной форсунки в печь устремляется пламя. Длина языков пламенидостигает нескольких метров.

 При температуре 300-325онефть перегоняется не полностью. Если температуру перегонки увеличить,углеводороды начинают разлагаться.

 Нефтяники нашли способперегонки нефти без разложения углеводородов.

 Вода кипит при 100отогда, когда давление равно атмосфере, или 760 мм. рт. ст. Но она может кипеть,например, и при 60о. Для этого надо лишь понизить давление. Придавлении в 150 мм термометр покажет всего 60о.

 Чем меньше давление, темскорее закипает вода. То же самое происходит с нефтью. Многие углеводороды вусловиях атмосферного давления кипят только при 500о. Следовательно,при 325о эти углеводороды не кипят.

 А если снизить давление,то они закипят и при более низкой температуре.

 На этом законе основанаперегонка в вакууме, т. е. при пониженном давлении. На современных заводахнефть перегоняется или под атмосферным давлением, или под вакуумом, чаще всегозаводы состоят из двух частей – атмосферной и вакуумной. Такие заводы так иназываются атмосферно-вакуумные. На этих заводах получаются одновременно всепродукты: бензин, лигроин, керосин, газойль, смазочные масла и нефтяной битум.Неиспарившихся частей при такой перегонки остаётся гораздо меньше, чем приатмосферной.

 Дружнее происходитиспарение нефти, когда в установку вводится пар.

 Сложна и интересна работаректификационной колонны. В этой колонне происходит не только разделениевеществ по  их температурам кипения, но одновременно производитсядополнительное многократное кипячение конденсирующейся жидкости.

 Колонны делаются оченьвысокими – до 40 м. Внутри они разделяются горизонтальными перегородками– тарелками – с отверстиями. Над отверстиямиустанавливаются колпачки.

 Смесь углеводородных паровиз печи поступает в нижнюю часть колонны.

 Навстречу неиспарившемусяостатку нефти снизу колонны подаётся перегретый пар. Этот пар прогреваетнеиспарившийся остаток и увлекает с собой все лёгкие углеводороды вверхколонны. В нижнюю часть колонны стекает освобождённый от лёгких углеводородовтяжёлый остаток – мазут, а пары одолевают тарелку за тарелкой, стремясь к верхуколонны.

 Сначала превращаются вжидкость пары с высокими температурами кипения. Это будет соляровая фракция,которая кипит при температуре выше 300о. Жидкий соляр заливаеттарелку до отверстий. Парам, идущим из печи, теперь приходится пробулькиватьчерез слой соляра.

 Температура паров вышетемпературы соляра, и соляр снова кипит.

  Углеводороды, кипящие притемпературе ниже 300о, отрываются от него и летят вверх колонны, насекцию керосиновых тарелок.

 В соляре, выходящем изколонны, поэтому нет бензина или керосина.

 В колоннах бывает 30-40тарелок, разделённых на секции. Через все тарелки проходят пары, на каждой онипробулькивают через слой сконденсировавшихся паров и в промежутках между нимивстречают падающие с верхней тарелки капли лишнего, не убравшегося на верхнюютарелку конденсата.

 В колонне непрерывно  идётсложная, кропотливая работа. Углеводороды собираются в секциях по  температурамкипения. Для каждой группы углеводородов в колонне имеются свои секции и свойвыход.

 Углеводороды сгруппируютсяв своей секции только тогда, когда в них не будет углеводородов других температуркипения.

Когда они соберутся вместе,они из колонны выходят в холодильник, а из холодильника – в приёмник.

Из самых верхних секцийколонны идёт не бензин, а пары бензина, так как температура вверху колонны вышетемпературы легко кипящих частей бензина. Пары бензина идут сначала вконденсатор.

 Здесь они превращаются вбензин, который направляется также в холодильник, а затем в приёмник.

                                       Крекинг

 Крекинг изобрёл русскийинженер Шухов в 1891 г. В 1913 г. изобретение Шухова начали применять вАмерике. В настоящее время в США 65% всех бензинов получается накрекинг-заводах.

 Наши нефтяники часторассказывают о судебной тяжбе двух американских фирм.

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

 Суд встал на сторонуКросса. Даббсу приходилось совсем плохо.

 Выручил Даббса адвокат. Насуде адвокат заявил:

-    Крекинг изобретён не Кроссом, арусским инженером Шуховым.

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

-    Чем вы докажете, что крекингизобретён вами?

Шухов вынул из столадокументы и предъявил американцам. Из документов было ясно, что Шухов свойкрекинг запатентовал за тридцать лет до тяжбы Кросса с Даббсом.

 Аппаратура крекинг-заводовв основном та же, что и заводов для перегонки нефти. Это – печи, колонны. Норежим переработки другой. Другое и сырё.

 Слово “крекинг” означает расщепление. На крекинг-заводах углеводородыне перегоняются, а расщепляются. Процесс ведётся при более высоких температурах(до 600о), часто при повышенном давлении.

 При таких температурахкрупные молекулы углеводородов раздробляются на более мелкие.

 Мазут густ и тяжёл, егоудельный вес близок к единице. Это потому, что он состоит из сложных и крупныхмолекул углеводородов.

 Когда  мазут подвергаетсякрекингу, часть составляющих его углеводородов раздробляется на более мелкие. Аиз мелких углеводородов как раз и составляются лёгкие нефтяные продукты — бензин, керосин.

 Мазут – остаток первичнойперегонки. На крекинг-заводе он снова подвергается переработке, и из него, также как из нефти на заводе первичной перегонки, получают бензин, лигроинкеросин.

 При первичной перегонкинефть подвергается только физическим изменениям. От неё отгоняются лёгкиефракции, т. е. отбираются части её, кипящие при низких температурах и состоящиеиз разных по  величине углеводородов. Сами углеводороды остаются при этомнеизменёнными.

 При крекинге нефтьподвергается химическим изменениям. Меняется строение углеводородов. Ваппаратах крекинг-заводов происходят сложные химические реакции. Эти реакцииусиливаются, когда в аппаратуру вводят катализаторы.

 Одним из такихкатализаторов является специально обработанная глина. Эта глина в мелкомраздробленном состоянии – в виде пыли – вводится в аппаратуру завода.Углеводороды, находящиеся в парообразном и газообразном состоянии, соединяютсяс пылинками глины и раздробляются на их поверхности. Такой крекинг называетсякрекингом с пылевидным катализатором. Этот вид крекинга теперь широкораспространяется.

 Катализатор потомотделяется от углеводородов. Углеводороды идут своим путём на ректификацию и вхолодильники, а катализатор – в свои резервуары, где его свойствавосстанавливаются.

 Катализаторы – крупнейшеедостижение нефтепереработки.

 На крекинг-установках всехсистем получают бензин, лигроин, керосин, соляр и мазут.

 Главное внимание уделяютбензину. Его стараются получить больше и обязательно лучшего качества.Каталитический крекинг появился именно в результате долголетней, упорной борьбынефтяников за повышение качества бензина.

 

 

 

 

 

 

 

www.ronl.ru

---

• 
  Классификация бульдозеров
• 
  Стартер принцип работы и устройство
• 
  Чем заменить карбюратор кмб 5
• 
  Нефть доклад
• 
  Нефть доклад
• 
  Гидростатический привод
• 
  Мтз сцепление
• 
  Стартер устройство и принцип работы
• 
  Доклад нефть
• 
  Доклад нефть
• 
  Классификация бульдозеров