Нефть, ее свойства
Другие рефераты
Бурный научно-технический прогресс и высокие темпы развития различных
отраслей науки и мирового хозяйства в XIX – XX вв. привели к резкому
увеличению потребления различных полезных ископаемых, особое место среди
которых заняла нефть.
Нефть начали добывать на берегу Евфрата за 6 – 4 тыс. лет до нашей эры.
Использовалась она и в качестве лекарства. Древние египтяне использовали
асфальт (окисленную нефть) для бальзамирования. Нефтяные битумы
использовались для приготовления строительных растворов. Нефть входила в
состав «греческого огня». В средние века нефть использовалась для освещения
в ряде городов на Ближнем Востоке, Южной Италии и др. В начале XIX в. в
России, а в середине XIX в. в Америке из нефти путем возгонки был получен
керосин. Он использовался в лампах. До середины XIX в. нефть добывалась в
небольших количествах из глубоких колодцев вблизи естественных выходов ее
на поверхность. Изобретение парового, а затем дизельного и бензинового
двигателя привело к бурному развитию нефтедобывающей промышленности.
Нефть – это маслянистая горючая жидкость, обладающая специфическим
запахом, обычно коричневого цвета с зеленоватым или другим оттенком,
иногда почти черная, очень редко бесцветная.
ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И СОЕДИНЕНИЯ В НЕФТЯХ
Нефти состоят главным образом из углерода – 79,5 – 87,5 % и водорода –
11,0 – 14,5 % от массы нефти. Кроме них в нефтях присутствуют еще три
элемента – сера, кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5
– 8 %. В незначительных концентрациях в нефтях 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 неорганические соединения, из которых состоят нефти.
Кислород и азот находятся в нефтях только в связанном состоянии. Сера может
встречаться в свободном состоянии или входить в состав сероводорода.
Углеводородные соединения
В состав нефти входит около 425 углеводородных соединений.
Нефть в природных условиях состоит из смеси метановых, нафтеновых и
ароматических углеводородов. По углеводородному составу все нефти
подразделяются на: 1) метаново-нафтеновые, 2) нафтеново-метановые, 3)
ароматическо-нафтеновые, 4) нафтеново-ароматические, 5) ароматическо-
метановые, 6) метаново-ароматические и 7) метаново-ароматическо-нафтеновые.
Первым в этой классификации ставится название углеводорода, содержание
которого в составе нефти меньше.
В нефти также содержится некоторое количество твердых и газообразных
растворенных углеводородов. Количество природного газа в кубометрах,
растворенного в 1 т нефти в пластовых условиях, называется газовым
фактором.
В нефтяных (попутных) газах кроме метана и его газообразных гомологов
содержатся пары пентана, гексана и гептана.
Гетеросоединения
Наряду с углеводородами в нефтях присутствуют химические соединения
других классов. Обычно все эти классы объединяют в одну группу
гетеросоединений (греч. «гетерос» – другой).
В нефтях также обнаружено более 380 сложных гетеросоединений, в которых
к углеводородным ядрам присоединены такие элементы, как сера, азот и
кислород. Большинство из указанных соединений относится к классу сернистых
соединений – меркаптанов. Это очень слабые кислоты с неприятным запахом. С
металлами они образуют солеобразные соединения – меркаптиды. В нефтях
меркаптаны представляют собой соединения, в которых к углеводородным
радикалам присоединена группа SH.
Рис. 1. Метилмеркаптан.
Меркаптаны разъедают трубы и другое металлическое оборудование буровых
установок.
Главную массу неуглеводородных соединений в нефтях составляют асфальтово-
смолистые компоненты. Это темно-окрашенные вещества, содержащие помимо
углерода и водорода кислород, азот и серу. Они представлены смолами и
асфальтенами. Смолистые вещества заключают около 93% кислорода в нефтях.
Кислород в нефтях встречается в связанном состоянии также в составе
нафтеновых кислот (около 6%) – [pic], фенолов (не более 1%) – [pic], а
также жирных кислот и их производных – [pic](Р). Содержание азота в нефтях
не превышает 1%. Основная его масса содержится в смолах. Содержание смол в
нефтях может достигать 60% от массы нефти, асфальтенов – 16%.
Асфальтены представляют собой черное твердое вещество. По составу они
сходны со смолами, но характеризуются иными соотношениями элементов. Они
отличаются большим содержанием железа, ванадия, никеля и др. Если смолы
растворяются в жидких углеводородах всех групп, то асфальтены нерастворимы
в метановых углеводородах, частично растворимы в нафтеновых и лучше
растворяются в ароматических. В “белых” нефтях смолы содержатся в малых
количествах, а асфальтены вообще отсутствуют.
ПРОИЗВОДНЫЕ НЕФТЕЙ
В 1888 г. предложено называть все горючие ископаемые каустобиолитами.
Они подразделяются на две группы: угли и битумы. К битумам (лат. “битумен”
– смола) отнесли нефть и горючие газы, а также твердые вещества,
родственные нефтям. При классификации производных нефти выделяют две ветви.
Одна из них объединяет последовательные продукты изменения нефтей с
нафтеновым основанием – минералы асфальтового ряда. Ко второй ветви
относятся продукты изменения нефтей с парафиновым основанием – минералы
парафинового ряда.
Продукты изменения нефтей с нафтеновым основанием подразделяют на три
группы: группу асфальтов, группу асфальтитов и группу керитов. К первой
группе относятся мальты и асфальты. Мальты – это черные, очень густые
смолистые нефти. Они богаты серой и кислородом. Асфальты представляют собой
буро-черные или черные вязкие, слегка эластичные или твердые аморфные
вещества. Асфальтиты отличаются от асфальтов большей твердостью, хрупкостью
и большей обогащенностью смолисто-асфальтовыми компонентами. Мальты,
асфальты и асфальтиты полностью растворяются в органических растворителях.
В отличие от них кериты (нефтяные угли) не плавятся и не растворяются в
органических растворителях.
Основными продуктами изменения нефтей с парафиновым основанием являются
озокериты. Это – воскообразные вещества плотностью меньше единицы. Они
хорошо растворяются в бензине, бензоле, скипидаре и сероуглероде. Они легко
воспламеняются и горят ярким коптящим пламенем. Озокерит – это смесь
алканов от [pic] до [pic]. Вторичные компоненты представлены маслами,
смолами и асфальтенами.
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТЕЙ
Главнейшим свойством нефти, принесшим им мировую славу исключительных
энергоносителей, является их способность выделять при сгорании значительное
количество теплоты. Нефть и ее производные обладают наивысшей среди всех
видов топлив теплотой сгорания. Теплота сгорания нефти – 41 МДж/кг, бензина
– 42 МДж/кг. Важным показателем для нефти является температура кипения,
которая зависит от строения входящих в состав нефти углеводородов и
колеблется от 50 до 550°С.
Нефть, как и любая жидкость, при определенной температуре закипает и
переходит в газообразное состояние. Различные компоненты нефти переходят в
газообразное состояние при различной 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 – при температуре более 100°С.
Различие температур кипения углеводородов используется для разделения
нефти на температурные фракции. При нагревании нефти до 180–200°С выкипают
углеводороды бензиновой фракции, при 200–250°С – лигроиновой, при 250–315°С
– керосиново-газойлевой и при 315–350°С – масляной. Остаток представлен
гудроном. В состав бензиновой и лигроиновой фракций входят углеводороды,
содержащие 6–10 атомов углерода. Керосиновая фракция состоит из
углеводородов с [pic], газойлевая – [pic] и т.д.
Важным является свойство нефтей растворять углеводородные газы. В 1 м3
нефти может раствориться до 400 м3 горючих газов. Большое значение имеет
выяснение условий растворения нефти и природных газов в воде. Нефтяные
углеводороды растворяются в воде крайне незначительно. Нефти различаются по
плотности. Плотность нефти, измеренной при 20°С, отнесенной к плотности
воды, измеренной при 4°С, называется относительной. Нефти с относительной
плотностью 0,85 называются легкими, с относительной плотностью от 0,85 до
0,90 – средними, а с относительной плотностью свыше 0,90 – тяжелыми. В
тяжелых нефтях содержатся в основном циклические углеводороды. Цвет нефти
зависит от ее плотности: светлые нефти обладают меньшей плотностью, чем
темные. А чем больше в нефти смол и асфальтенов, тем выше ее плотность. При
добыче нефти важно знать ее вязкость. Различают динамическую и
кинематическую вязкость. Динамической вязкостью называется внутреннее
сопротивление отдельных частиц жидкости движению общего потока. У легких
нефтей вязкость меньше, чем у тяжелых. При добыче и дальнейшей
транспортировке тяжелые нефти подогревают. Кин
| |  скачать работу |
Другие рефераты
| 
