Видобуток і застосування нафти

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Введення

Бурхливий науково-технічний прогрес і високі темпи розвитку різних галузей науки і світового господарства в XIX - XX ст. призвели до різкого збільшення споживання різних корисних копалин, особливе місце серед яких зайняла нафту.

Нафту почали добувати на березі Євфрату за 6 - 4 тис. років до нашої ери. Використовувалася вона і як ліки. Стародавні єгиптяни використовували асфальт (окислену нафту) для бальзамування. Нафтові бітуми використовувалися для приготування будівельних розчинів. Нафта входила до складу "грецького вогню". У середні століття нафту використовувалася для висвітлення в ряді міст на Близькому Сході, Південній Італії та ін На початку XIX ст. в Росії, а в середині XIX ст. в Америці з нафти шляхом сублімації був отриманий гас. Він використовувався в лампах. До середини XIX ст. нафта добувалася в невеликих кількостях з глибоких колодязів поблизу природних виходів її на поверхню. Винахід парового, а потім дизельного і бензинового двигуна призвело до бурхливого розвитку нафтовидобувної промисловості.

Нафта - це рідка природна суміш різноманітних вуглеводнів з невеликою кількістю інших органічних сполук; цінне корисна копалина, що залягають часто разом з газоподібними вуглеводнями; масляниста горюча рідина, що має специфічним запахом, зазвичай коричневого кольору з зеленуватим або іншим відтінком, іноді майже чорна, дуже рідко безбарвна .

Нафта - це гірська порода. Вона належить до групи осадових порід разом з пісками, глинами, вапняками, кам'яною сіллю та ін Ми звикли вважати, що порода - це тверда речовина, з якого складається земна кора і більш глибокі надра Землі. Виявляється, є і рідкі породи, і навіть газоподібні. Одне з важливих властивостей нафти - здатність горіти.

Склад нафти

За складом нафта - складна суміш вуглеводнів різної молекулярної маси, головним чином рідких (в них розчинені тверді і газоподібні вуглеводні).

У залежності від родовища нафту має різний якісний і кількісний склад. Нафта складається головним чином з вуглецю - 79,5-87,5% і водню - 11,0-14,5% від маси нафти. Крім них у нафті присутні ще три елементи - сірка, кисень і азот. Їх загальна кількість зазвичай складає 0,5-8%. У незначних концентраціях у нафті зустрічаються елементи: ванадій, нікель, залізо, алюміній, мідь, магній, барій, стронцій, марганець, хром, кобальт, молібден, бор, миш'як, калій. Їх загальний зміст не перевищує 0,02-0,03% від маси нафти. Зазначені елементи утворюють органічні і неорганічні сполуки, з яких складається нафта. Кисень і азот знаходяться в нафті тільки в зв'язаному стані. Сірка може зустрічатися у вільному стані чи входити до складу сероводорода.В складу нафти входить близько 425 вуглеводневих сполук. Головну частину нафти складають три групи УВ: метанові, нафтенові і ароматичні. Поряд з вуглеводнями в нафті присутні хімічні сполуки інших класів. Звичайно всі ці класи об'єднують в одну групу гетеросоедіненій (грец. "гете" - інший). У нафти також виявлено більше 380 складних гетеросоедіненій, в яких до вуглеводневим ядрам приєднані такі елементи, як сірка, азот і кисень. У нафти так само виділяють вуглеводневого з'єднання: асфальто-смолистую частини, порфірини, сірку і зольную частину. Кисень в нафті зустрічається в зв'язаному стані також у складі нафтенових кислот (близько 6%) - CnH 2 n -1 (COOH), фенолів (не більше 1%) - C 6 H 5 OH, а також жирних кислот і їх похідних - C 6 H 5 O 6 (P). Вміст азоту в нафті не перевищує 1%, вміст смол може досягати 60% від маси нафти.

Освіта нафти

В останні роки завдяки працям геологів, хіміків, біологів, фізиків і дослідників інших спеціальностей удалося з'ясувати основні закономірності в процесах нафтоутворення. В даний час установили, що нафта органічного походження, тобто вона, як і вугілля, виникла в результаті перетворення органічних речовин.

Процес утворення нафти почався багато мільйонів років тому разом з розвитком життя і триває, до цього дня. Нафта зарахована до невідновлюваних джерел енергії, людина не в силах створити нове родовище нафти за короткий термін.

Нафта і горючий газ накопичуються в пористих породах, званих колекторами. Хорошим колектором є пласт пісковика, укладений серед непроникних порід, таких, як глини або глинисті сланці, що перешкоджають витоку нафти і газу з природних резервуарів. Найбільш сприятливі умови для утворення родовищ нафти і газу виникають у тих випадках, коли пласт пісковика зігнутий у складку, звернену склепінням догори. При цьому верхня частина такого купола буває заповнена газом, нижче розташовується нафту, а ще нижче - вода.

Про те, як утворилися родовища нафти і горючого газу, вчені багато сперечаються. Одні геологи - прихильники гіпотези неорганічного походження - стверджують, що нафтові та газові родовища утворилися внаслідок просочування з глибин Землі вуглецю і водню, їх об'єднання у формі вуглеводнів і накопичення в породах - колекторах.

Інші геологи, їх більшість, вважають, що нафта, подібно вугіллю, виникла з органічної маси, похованою на глибину під морські опади, де з неї виділялися горючі рідина і газ. Це органічна гіпотеза походження нафти і пального газу. Обидві ці гіпотези пояснюють частина фактів, але залишають без відповіді іншу їх частину.

З питання про вихідний матеріалі існували різні думки. Деякі вчені вважали, що нафта виникла з жирів загиблих тварин (риби, планктон і ін), інші вважали, що головну роль грали білки, треті надавали великого значення вуглеводів. Тепер доведено, що нафта може утворитися з жирів, білків і вуглеводів, тобто з усієї суми органічних речовин.

Нафта утворюється під поверхнею землі в процесі розкладання морських організмів. Останки крихітних мікроорганізмів, які жили в морі і в меншій мірі тих, що жили на суші і були понесені в море хвилями річок, рослини, що ростуть на дні океану - усе це перемішується з піском і мулом, що покояться на дні океану. Такі місця, багаті органічними складовими, стають нефтематерінской породою для утворення сирої нафти.

Поступово відкладення стають все товщі і товщі і під власною вагою занурюються все глибше в морське дно. Коли нові пласти накопичуються зверху, тиск на нижні шари зростає в кілька тисяч разів, а температура піднімається на кілька сотень градусів, бруд і пісок тверднуть і перетворюються в глинистий сланець і піщаник, карбонатний осад і залишки раковин утворюють вапняк, а останки мертвих організмів трансформуються в сиру нафту і природний газ.

Як тільки нафта формується, вона починає рухатися вгору, ближче до поверхні землі, оскільки щільність нафти менше щільності морської води, яка наповнює тріщини в породах, пісках і скелях, що утворюють земну кору. Природний газ і сира нафта просочуються в мікроскопічні пори пластів, розташованих вище. Іноді трапляється так, що нафта потрапляє в непроникні шари відкладень або в оточення товстого шару скелястих порід, який не дозволяє їй рухатися далі. Нафта потрапляє в пастку, так утворюються нафтові родовища.

Видобуток нафти

Видобуток нафти ведеться людством з давніх часів. Спочатку застосовувалися примітивні способи: збір нафти з поверхні водойм, обробка піщанику чи вапняку, просоченого нафтою, з допомогою колодязів. Перший спосіб застосовувався ще в Мідії і Сирії, другий - в 15 столітті в Італії. Але початком розвитку нафтової промисловості прийнято вважати час появи механічного буріння свердловин на нафту в 1859 році в США, і зараз практично вся видобута у світі нафту витягається у вигляді свердловин.

За сотню років розвитку виснажилися одні родовища, було відкрито інші, підвищилася ефективність видобутку нафти, збільшилася нефтеотдача, тобто повнота вилучення нафти з пласта. Але змінилася структура видобутку палива.

Головна машина для видобутку нафти і газу - буровий верстат. Перші бурові верстати, що з'явилися сотні років тому, по суті, копіювали робітника з ломом. Тільки брухт у цих перших верстатів був поважче і за формою нагадував швидше долото. Він так і називався - бурове долото. Його підвішували на канаті, який то підіймали за допомогою ворота, то опускали. Такі машини називаються ударно-канатними. Їх можна зустріти подекуди і зараз, але це вже вчорашній день техніки: дуже вже повільно пробивають вони отвір в камені, дуже багато витрачають енергії даремно.

Набагато швидше і вигідніше інший спосіб буріння - роторний, при якому свердловина висвердлюється. До ажурною металевою чотириногий вишці висотою з десятиповерховий будинок підвішена товста сталева труба. Її обертає спеціальний пристрій - ротор. На нижньому кінці труби - бур. У міру того, як свердловина стає глибше, трубу подовжують. Щоб зруйнована порода не забила свердловину, в неї насосом через трубу нагнітають глинистий розчин. Розчин промиває свердловину, забирає з неї вгору по щілині між трубою і стінами свердловини зруйновану глину, піщаник, вапняк. Одночасно щільна рідина підтримує стінки свердловини, не даючи їм обвалитися.

Але й у роторного буріння є свій недолік. Чим глибше свердловина, тим важче працювати двигуну ротора, тим повільніше йде буріння. Адже одна справа обертати трубу довжиною 5-10 м, коли буріння свердловини тільки починається, і зовсім інша - крутити колону труб довжиною 500 м. А що робити, якщо глибина свердловини досягає 1 км? 2 км?

У 1922 р. радянські інженери М. А. Капелюшников, С. М. Волох і Н. А. Корнєв вперше в світі побудували машину для буріння свердловин, в якій не потрібно було обертати бурові труби. Винахідники помістили двигун не нагорі, а внизу, в самій свердловині - поруч з буровим інструментом. Тепер всю потужність двигун витрачав тільки на обертання самого бура.

У цього верстата і двигун був незвичайний. Радянські інженери змусили ту саму воду, яка раніше тільки вимивала зі свердловини зруйновану породу, обертати бур. Тепер, перш ніж досягти дна свердловини, глинистий розчин обертав маленьку турбіну, прикріплену до самого бурового інструменту.

Новий верстат назвали турбобуром, з часом його вдосконалили, і тепер в свердловину опускають декілька турбін, насаджених на один вал. Зрозуміло, що потужність такої "многотурбінной" машини у багато разів більше і буріння йде у багато разів швидше.

Інша чудова бурова машина - електробури, винайдений інженерами А. П. Островським і М. В. Александровим. Перші нафтові свердловини пробурили електробурів в 1940 р. У цієї машини колона труб теж не обертається, працює тільки сам буровий інструмент. Але обертає його не водяна турбіна, а електричний двигун, поміщений в сталеву сорочку - кожух, заповнений маслом. Масло весь час знаходиться під високим тиском, тому навколишнє вода не може проникнути в двигун. Щоб потужний двигун міг поміститися у вузькій нафтовій свердловині, довелося робити його дуже високим, і двигун вийшов схожим на стовп: діаметр у нього, як у блюдця, а висота-6-7 м.

Буріння - основна робота при видобутку нафти і газу. На відміну, скажімо, від вугілля або залізної руди нафту і газ не потрібно відокремлювати від навколишнього масиву машинами або вибухівкою, не потрібно піднімати на поверхню землі конвеєром або у вагонетках. Як тільки свердловина досягла нафтоносного пласта, нафту, стиснута в надрах тиском газів і підземних вод, сама з силою спрямовується вгору.

У міру того, як нафта виливається на поверхню, тиск зменшується, і залишилася в надрах нафту перестає текти вгору. Тоді через спеціально пробурені навколо нафтового родовища свердловини починають нагнітати воду. Вода тисне на нафту і видавлює її на поверхню по знову ожила свердловині. А потім настає час, коли тільки вода вже не може допомогти. Тоді в нафтову свердловину опускають насос і починають викачувати з неї нафту.

Переробка нафти

Як тільки нафта була здобута з родовища, її обробляють хімікатами і нагрівають, щоб видалити воду і солі, відокремити природний газ. Після чого нафту зберігається в цистернах або ж у цілій системі сполучених цистерн, в яких вони і переправляються по світу морем, по автошляхах або по нафтопроводах.

Звичайне дістіллірованіе. Основною ланкою переробки нафти вважається дистиляція. У США після громадянської війни були запущені більше 100 дистиляційних підприємств. Сира нафта починає випаровуватися при температурі, трохи меншою, ніж потрібно для кипіння води. Вуглеводні, що відрізняються мінімальною вагою молекул, випаровуються ще при низьких температурах, тоді як для того, щоб дистилювати більш великі молекули потрібно значно більш високі температури. Першим продуктом, що виходять при перегонці нафти, є бензин, за ним відокремлюються нафтени і гас. Осад, що залишається в перегінному апараті, обробляють каустичною содою та сірчаної кислотою, після чого продовжують дистиляцію парою. Мастильні речовини і дистиллятное нафтове паливо виходять на верхніх відділеннях, воску і асфальт - в нижніх відділеннях дистилятора.

У кінці XIX століття газолін і нафтени вважалися непотрібним побічним продути, оскільки в них не було потреби. Попит на гас теж став поступово знижуватися зважаючи на розповсюдження електрики та використання електричного освітлення. З появою автомобіля попит на бензин підскочив як ніколи, так само як і попит на сировину.

Термічне розтріскування. У спробі збільшити дебіт продуктів, які утворюються в результаті дистиляції, був розроблений метод термічного розтріскування. У процесі розтріскування великі обсяги сирої нафти під високим тиском нагрівалися до високих температур. У результаті великі молекули вуглеводню розщеплювалися на більш маленькі, тим самим відсоток бензину, одержуваного з сирої нафти, теж зростав. Ефективність процесу була обмежена з-за високої температури і тиску, необхідних для розщеплення, крім цього в реакційному апараті залишався надто значний коксовий залишок. Це в свою чергу вимагає використання ще більш високих температур і ще більш високого тиску, необхідного для того, щоб змусити сиру нафту розтріснутися. Якраз через це був винайдений процес коксування, суть якого полягає в рециркуляції рідин, цей процес потребує значно більше часу і відрізняється меншим відсотком коксового залишку.

Алкілювання. Алкілування з'явилося в 1930 р. У процесі алкілляціі маленькі молекули, отримані методом термічного розтріскування, переорганізовиваются під дією каталізатора. У результаті чого утворюються молекули з розгалуженою ланцюгом у зоні кипіння бензину, що володіють більш високими показниками, наприклад підвищеної антидетонаційної здатність, такою здатністю володіє пальне, що забезпечує роботу двигунів сучасного літака.

Крекінг. Крекингом називається процес розщеплення вуглеводнів, що містяться в нафті, в результаті якого утворюються вуглеводні з меншою кількістю атомів вуглецю в молекулі. Вихід бензину з нафти можна значно збільшити (до 65-70%) шляхом розщеплення вуглеводнів з довгим ланцюгом, що містяться, наприклад, в мазуті, на вуглеводні з меншою відносною молекулярною масою. Такий процес називається крекінгом (від англ. Crack-розщеплювати). Крекінг винайшов російський інженер В.Г. Шухов в 1891 р. У 1913 р винахід Шухова почали застосовувати в Америці. В даний час у США 65% усіх бензинів виходить на крекінг - заводах. На крекінг-заводах вуглеводні не переганяються, а розщеплюються. Процес ведеться при більш високих температурах (до 600 о), часто при підвищеному тиску. При таких температурах великі молекули вуглеводнів раздробляется на більш дрібні.

Мазут густий і важкий, його питома вага близький до одиниці. Це тому, що він складається із складних і великих молекул вуглеводнів. Коли мазут піддається крекінгу, частина складових його вуглеводнів раздробляется на більш дрібні. А з дрібних вуглеводнів як раз і складаються легкі нафтові продукти - бензин, гас. Мазут - залишок первинної перегонки. На крекінг-заводі знову піддається переробці, і з нього, так само як з нафти на заводі первинної перегонки, отримують бензин, нафта гас.

При первинної перегонки нафту піддається тільки фізичним змін. Від неї відганяються легкі фракції, тобто відбираються частини її, що киплять при низьких температурах і складаються з різних за величиною вуглеводнів. Самі вуглеводні залишаються при цьому незмінними.

При крекінгу нафту піддається хімічних змін. Змінюється будова вуглеводнів. В апаратах крекінг-заводів відбуваються складні хімічні реакції. Ці реакції посилюються, коли в апаратуру вводять каталізатори. Одним з таких каталізаторів є спеціально оброблена глина. Ця глина в дрібному роздробленому стані - у вигляді пилу - вводиться в апаратуру заводу. Вуглеводні, що знаходяться в пароподібному і газоподібному стані, з'єднуються з порошинами глини й розбиває на їх поверхні. Такий крекінг називається крекінгом з пилоподібним каталізатором. Цей вид крекінгу тепер широко поширюється. Каталізатор потім відділяється від вуглеводнів. Вуглеводні йдуть своїм шляхом на ректифікацію і в холодильники, а каталізатор - у свої резервуари, де його властивості відновлюються. Каталізатори - найбільше досягнення нафтопереробки.

На крекінг-установках всіх систем отримують бензин, нафта, гас, соляр і мазут. Головну увагу приділяють бензину. Його намагаються отримати більше і обов'язково кращої якості. Каталітичний крекінг з'явився саме в результаті довголітньої, наполегливої ​​боротьби нафтовиків за підвищення якості бензину.

Риформінг - (від англ. Reforming - переробляти, поліпшувати) промисловий процес переробки бензинових і лигроїнові фракцій нафти з метою одержання високоякісних бензинів і ароматичних вуглеводнів. При цьому молекули вуглеводнів в основному не розщеплюються, а перетворюються. Сировиною служить бензінолігроіновая фракція нафти. З 40-х років риформінг - каталітичний процес, наукові основи якого розроблені Н.Д. Зелінським, а також В.І. Каржевим, Б.Л. Молдавським. Вперше цей процес був здійснений в 1940 р. в США. Його проводять у промисловій установці, що має нагрівальну піч і не менше 3-4 реакторів при t 350-520 0 С, в присутності різних каталізаторів: платинових і поліметалічних, що містять платину, реній, іридій, германій та ін щоб уникнути дезактивації каталізатора продуктом ущільнення коксом, риформінг здійснюється під високим тиском водню, який циркулює через нагрівальну піч і реактори. У результаті риформінгу бензинових фракцій нафти отримують 80-85% бензину з октановим числом 90-95, 1-2% водню і решта газоподібних вуглеводнів. З трубчастої печі під тиском нафта подається в реакційну камеру, де і знаходиться каталізатор, звідси вона йде в ректифікаційної колони, де розділяється на продукти. Велике значення має риформінг для виробництва ароматичних вуглеводнів (бензолу, толуолу, ксилолу та ін.) Раніше основним джерелом отримання цих вуглеводнів була коксова промисловість.

Використання нафти

З нафти виділяють різноманітні продукти, що мають велике практичне значення. На початку від неї відокремлюють розчинені вуглеводні (переважно метан). Після відгонки летких вуглеводнів нафту нагрівають. Першими переходять у газоподібний стан і відганяються вуглеводні з невеликим числом атомів вуглецю в молекулі, що мають відносно низьку температуру кипіння. З підвищенням температури суміші переганяються вуглеводні з більш високою температурою кипіння. Таким чином, можна зібрати окремі суміші (фракції) нафти. Найчастіше при такій перегонці одержують три основні фракції, які потім піддаються подальшому поділу.

В даний час з нафти отримують тисячі продуктів. Основними групами є рідке паливо, газоподібне паливо, тверде паливо (нафтовий кокс), мастильні та спеціальні масла, парафіни і церезини, бітуми, ароматичні з'єднання, сажа, ацетилен, етилен, нафтові кислоти та їх солі, вищі спирти. Ці продукти включають горючі гази, бензин, розчинники, гас, газойль, побутове паливо, широкий склад мастил, мазут, дорожній бітум і асфальт; сюди відносяться також парафін, вазелін, медичні та різні інсектицидні масла. Масла з нафти використовуються як мазі і креми, а також у виробництві вибухових речовин, медикаментів, засобів для чищення, найбільше застосування продукти переробки нафти знаходять в паливно-енергетичній галузі. Наприклад, мазут володіє майже в півтора рази вищою теплотою згоряння в порівнянні з кращими вугіллям. Він займає мало місця при згоранні і не дає твердих залишків при горінні. Заміна твердих видів палива мазутом на ТЕС, заводах і на залізничному і водному транспорті дає величезну економію коштів, сприяє швидкому розвитку основних галузей промисловості і транспорту.

Енергетичний напрямок у використанні нафти до цих пір залишається головним у всьому світі. Частка нафти у світовому енергобалансі складає більше 46%.

Однак в останні роки продукти переробки нафти все ширше використовуються як сировина для хімічної промисловості. Близько 8% видобутої нафти споживаються як сировина для сучасної хімії. Наприклад, етиловий спирт застосовується приблизно в 150 галузях виробництва. У хімічній промисловості застосовуються формальдегід (HCHO), пластмаси, синтетичні волокна, синтетичний каучук, аміак, етиловий спирт і т.д. Продукти переробки нафти застосовуються і в сільському господарстві. Тут використовуються стимулятори росту, протруйники насіння, отрутохімікати, азотні добрива, сечовина, плівки для парників і т.д. У машинобудуванні і металургії застосовуються універсальні клеї, деталі і частини апаратів з пластмас, змащувальні масла і ін Широке застосування знайшов нафтовий кокс, як анодна маса при електровиплавке. Пресована сажа йде на вогнестійкі обкладки в печах. У харчовій промисловості застосовуються поліетиленові упаковки, харчові кислоти, що консервують засоби, парафін, виробляються білково-вітамінні концентрати, початковою сировиною, для яких служать метиловий і етиловий спирти і метан. У фармацевтичній і парфумерній промисловості із похідних переробки нафти виготовляють нашатирний спирт, хлороформ, формалін, аспірин, вазелін і ін Похідні нефтесінтеза знаходять широке застосування і в деревообробній, текстильній, шкіряно-взуттєвої та будівельної промисловості.

Висновок

Нафта - найцінніше природне копалина, що відкрила перед людиною дивовижні можливості "хімічного перевтілення". Всього похідних нафти налічується вже близько 3 тисяч. Нафта займає провідне місце в світовому паливно-енергетичному господарстві. Її частка в загальному споживанні енергоресурсів безперервно зростає. Нафта складає основу паливно-енергетичних балансів всіх економічно розвинених країн. В даний час з нафти отримують тисячі продуктів.

Нафта залишиться в найближчому майбутньому основою забезпечення енергією народного господарства і сировиною нафтогазохімічної промисловості. Тут буде багато залежати від успіхів в області пошуків, розвідки та розробки нафтових родовищ. Але ресурси нафти в природі обмежені. Бурхливий нарощування протягом останніх десятиліть їх видобутку призвело до відносного виснаження найбільш великих і сприятливо розташованих родовищ.

У проблемі раціонального використання нафти велике значення має підвищення коефіцієнта їх корисного використання. Одне з основних напрямків тут припускає поглиблення рівня переробки нафти з метою забезпечення потреби країни в світлих нафтопродуктах і нафтохімічному сировину. Іншим ефективним напрямком є зниження питомої витрати палива на виробництво теплової та електричної енергії, а також повсюдне зниження питомої витрати електричної та теплової енергії у всіх ланках народного господарства.

Список літератури

1. Судо М. М. Нафта і пальні гази в сучасному світі. - М.: Надра, 1984.

2. Тарасенко Г.В. Освіта нафти і тектоніка плит ковзання / / Міжнародна конференція "Геологія, пошук нафтових і газових родовищ Прикаспійської западини і територій Каспійського моря". 18-20 вересня 2007 РГУ нафти і газу ім. Губкіна, м. Москва.

3. Стадников Г.Л. Походження вугілля і нафти / / М.: - третє перероблене і доповнене видання АН СРСР, - 1937, - с. 544.


Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Геологія, гідрологія та геодезія | Реферат
62.1кб. | скачати


Схожі роботи:
Видобуток підземних вод
Видобуток кухонної солі
Видобуток кам`яної солі
Видобуток знань і управління ними
Податок на видобуток корисних копалин
Податок на видобуток корисних копалин 2
Особливості цінність і видобуток яшми
Видобуток і переробка платинових руд
Освіта властивості і видобуток алмазів
© Усі права захищені
написати до нас