Тема 2.2 Процессы промышленной переработки нефти и газа

Цель, форма работы: изучение состава нефти, природного газа, попутного нефтяного газа и способы их переработки, составить конспект.

Вопросы, рекомендуемые для рассмотрения: состав,  свойства  нефти и газа. Отличие  попутного  и  природного газов. Сущность  переработки  газа. Области  применения  нефти,  природного  газа  и  продуктов  их  переработки, перегонка  (ректификация), крекинг, риформинг, изомеризация  УВ

Список рекомендуемой литературы:

1. Габриелян О.С. Химия: учеб. для студ. проф. учеб. заведений / О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов. – М., 2005.

2. Габриелян О.С. Химия. 10 класс. Базовый уровень: учеб. для общеобразоват. учреждений. – М., 2005.

3. Габриелян О.С. Химия. 11 класс. Базовый уровень: учеб. для общеобразоват. учреждений. – М., 2006.

4. Глинка Н.Л. Общая химия.-Л.:Химия,1988.

5. Потапов В.М.Химия.-М.: Высшая школа, 1985.

6. http://ru.wikipedia.org/wiki/

7. http://www.himhelp.ru/section25/

8. http://neochemistry.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=123&It

emid=44

Теоретические основы:

Нефть -масляная горючая жидкость обычно темного цвета со своеобразным запахом; она немного легче воды и в ней не растворяется.

Состав нефти неоднороден. Обычно все они содержат 3 вида углеводородов: парафины(обычно нормального строения), циклопарафины (нафтены) и ароматические, хотя соотношения этих углеводородов бывают разные. Все нефти при простой перегонке разделяются на фракции:

1) Газовая фракция (t кипения до 40ºC) содержит нормальные и разветвленные алканы до C5.

2) Бензин (газолин) (tº кипения 40-180ºC) содержит до 20% от общего состава. Углеводороды- C6-C10.

3) Керосин (tº кипения 180-230ºC) -содержит углеводороды C11-С12 В основном используется в качестве топлива.

4) Легкий газойль(tº 230-305ºC) -легкое дизельное топливо, в состав входят C13-C17. Используют как дизельное топливо.

5) Тяжелый газойль и легкий дистиллят. (tº кипения 305-405ºС). С18-С25.

6) Смазочные масла(tº кипения 405-515ºC). Содержат углеводороды C26-C38, Из которых наиболее известен вазелин.

7) Остаток после перегонки называют асфальтом или гудроном.

Помимо углеводородов нефть содержит около 10% сернистых, азотистых, и кислородсодержащих соединений. Самое распространенное топливо на сегодняшний день -бензин. Он применяется в качестве горючего для автомашин и самолетов с поршневыми двигателями. Он используется также как растворитель масел, каучука, для очистки тканей и т.д. Лигроин является горючим для тракторов. Керосин -горючее для тракторов, реактивных самолетов и ракет. Газойль используется в качестве горючего для дизелей. После отгонки из нефти светлых продуктов остается вязкая черная жидкость -мазут. Из него путем дополнительной перегонки получают смазочные масла: автотракторные, авиационные, дизельные и др. Кроме переработки на смазочные масла мазут подвергается химической переработки на бензин, а также используется как жидкое топливо в котельных установках. Из некоторых сортов нефти выделяют смесь твердых углеводородов - парафин; смешивая твердые и жидкие углеводороды получают вазелин. Одной из самых важных характеристик бензина является детонация - взрывное сгорание бензина. Наименьшей стойкостью к детонации обладают парафины нормального строения. Углеводороды разветвленные, а также непредельные и ароматические более устойчивы к детонации; они допускают более сильное сжатие горючей смеси и, следовательно, позволяют конструировать более мощные двигатели.Для количественной характеристики детонационной стойкости бензинов выработана октановая школа. Каждый углеводород и каждый сорт бензина характеризуется определенным октановым числом. Октановое число изооктана (2,2,4 -триметилпентана), обладающего высокой детонационной стойкостью принято за 100. Октановое число н -гептан, чрезвычайно легко детонирующего, принято за 0. Если говорят, что бензин имеет октановое число 76, то это значит, что он допускает такое же сжатие в цилиндре без детонации, как смесь из 76% изооктана и 24% гептана. Бензины извлекаемые из нефти, имеют сравнительно низкие октановые числа.

Цель переработки нефти— производство нефтепродуктов, прежде всего различных видов топлива (автомобильного, авиационного, котельного и т. д.) и сырья для последующей химической переработки. Целью вторичных процессов является увеличение количества производимых моторных топлив, они связаны с химической модификацией молекул углеводородов, входящих в состав нефти, как правило, с их преобразованием в более удобные для окисления формы. По своим направлениям, вторичные процессы можно разделить: каталитический крекинг - процесс термокаталитической переработки нефтяных фракций с целью получения компонента высокооктанового бензина и непредельных жирных газов. Сырьем для каталитического крекинга служат атмосферный и легкий вакуумный газойль, задачей процесса является расщепление молекул тяжелых углеводородов, что позволило бы использовать их для выпуска топлива. В процессе крекинга выделяется большое количество жирных (пропан-бутан) газов, которые разделяются на отдельные фракции Основными продуктами крекинга являются пентан-гексановая фракция (т. н. газовый бензин) и нафта крекинга, которые используются как компоненты автобензина. Остаток крекинга является компонентом мазута.

Термический крекинг - высокотемпературная переработка нефти и ее фракций с целью получения, как правило, продуктов меньшей молекулярной массы-легких моторных и котельных топлив, непредельных углеводородов, высокоароматизированного сырья, кокса нефтяного.

Термический крекинг протекает в основном по цепному радикальному механизму с разрывом связей С—С в молекулах парафиновых (С5 и выше), нафтеновых, алкилароматических и высококипящих непредельных углеводородов нефтяного сырья и связи С—H в низкомолекулярных парафиновых и др. углеводородах. Одновременно с разрывом связей происходят реакции полимеризации, конденсации, изомеризации и т. п. (циклизации; непредельные, нафтено-и алкилароматические и другие углеводороды), приводящие к образованию смолисто-асфальтенового крекинг-остатка и кокса.

Риформинг - ароматизация нефтепродуктов (повышение содержания аренов в результате прохождения реакций образования ароматических углеводородов). Риформингу подвергаются бензиновые фракции с пределами выкипания 85-180°С. В результате риформинга бензиновая фракция обогащается ароматическими соединениями и его октановое число повышается примерно до 85. Полученный продукт (риформат) используется как компонент для производства автобензинов и как сырье для извлечения ароматических углеводородов.

Газы нефтяные попутные – это природные газы, сопровождающие нефть и выделяющиеся при ее добыче. Характерной особенностью состава газов нефтяных попутных является наличие в них, кроме метана, также этана, пропана, бутанов и паров более тяжелых углеводородов. Во многих газах нефтяных попутных присутствуют сероводород и негорючие компоненты: азот, углекислый газ, а также редкие газы – He, Ar. Нефть и газ скапливаются в таких участках земной коры (“ловушках”), где физические и геологические условия благоприятствуют длительному сохранению. В нефтяной залежи газ, сопровождающий нефть, может находиться в растворенном виде (тяжелые углеводороды) или располагаться над нефтью, образуя газовую “шапку”. При вскрытии пласта скважиной вначале начинает фонтанировать газ газовой шапки, а затем, по мере падения давления, начинает выделяться газ, растворенный в нефти. В некоторых случаях, когда газ полностью растворен в нефти, он добывается вместе с нефтью. Большая часть газов нефтяных попутных относится к «жирным» газам, содержащим, кроме метана, тяжелые углеводороды (пропан, бутан и т.д.). При переработке жирные газы прежде всего подвергаются удалению бензина, в результате чего из них выделяются углеводороды, входящие в состав бензина. Полученный при данном процессе бензин называется газовым. После отбензинивания газы нефтяные попутные состоят преимущественно из метана, а также небольших количеств этана, пропана и бутана. Газы нефтяные попутные используют в качестве топлива и химического сырья. При электрокрекинге из метана образуется ацетилен, при конверсии метана перегретым водяным паром или CO присутствии катализаторов – смесь CO и H , применяющаяся во многих органических синтезах. Этан и пропан могут служить источником получения этилена, бутилена, ацетальдегида, других кислородсодержащих соединений. Бутан может быть использован для получения дивинила, бутиловых спиртов и других соединений.

Приро́дный газ — смесь газов, образовавшаяся в недрах земли при анаэробном разложении органических веществ, относится к полезным ископаемым. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде.

Основную часть природного газа составляет метан (CH4) — от 92 до 98 %. В состав природного газа могут также входить более тяжёлые углеводороды — гомологи метана: этан, пропан, бутан, а также другие неуглеводородные вещества: водород , сероводород , диоксид углерода, азот, гелий. Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Природный газ широко применяется в качестве горючего в жилых, частных и многоквартирных домах для отопления, подогрева воды и приготовления пищи; как топливо для машин (газотопливная система автомобиля), котельных, ТЭЦ и др. Сейчас он используется в химической промышленности как исходное сырьё для получения различных органических веществ, например, пластмасс.

Порядок проверки, защиты самостоятельной работы: проверка рабочей тетради.