Нефть: происхождение, состав, методы и способы переработки

Нефть: происхождение, состав, методы и способы переработки

Содержание:

I Введение 2

II Основные нефтегазоносные провинции России 3

1. Западно-Сибирская 3

2. Волго-Уральская 4

3. Тимано-Печерская 4

4. Нефтяной комплекс России 5

5. Транспортировка нефти трубопроводами 6

III Происхождение нефти 8

1. Современный взгляд 8

2. Другие теории образования нефти 8

IV. Состав нефти 11

1. Состав нефти и химические свойства 11

2. Физические свойства 13

V. Методы и способы переработки нефти 15

1. Подготовка нефти к переработка. 15

2. Сортировка и смешивание нефти 16

3. Выбор направления переработки нефти 17

4. Принципы первичной переработки нефти 18

5. Перегонка нефти 18

6. Устройство и действие ректификационной колонны 20

7. Устройство ректификационных тарелок 23

8. Крекинг нефти 23

9. Термический крекинг 24

10. Каталитический крекинг 25

11. Риформинг 26

VI. Использование продуктов переработки нефти 28

VII. Заключение 30

VIII. Список литературы 30

Приложения

I. Введение.

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.

Считают, что современный термин “нефть” произошел от слова “нафата”, что

на языке народов Малой Азии означает просачиваться.

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. В начале XIX века в

России, а в середине XIX века в Америке из нефти путем возгонки был получен

керосин. Он использовался в лампах. До середины XIX века 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.

Современный уровень цивилизации и технологии был бы немыслим без той

дешевой и обильной энергии, которую предоставляет нам нефть. Сегодня она

имеет несколько значений для народного хозяйства страны:

. сырье для нефтехимии в производстве синтетического каучука, спиртов,

полиэтилена, полипропилена, широкой гаммы различных пластмасс и готовых

изделий из них, искусственных тканей;

. источник для выработки моторных топлив (бензина, керосина, дизельного и

реактивных топлив), масел и смазок, а также котельно-печного топлива

(мазут), строительных материалов (битумы, гудрон, асфальт);

. сырье для получения ряда белковых препаратов, используемых в качестве

добавок в корм скоту для стимуляции его роста.

Нефть – наше национальное богатство, источник могущества России,

фундамент ее экономики.

II. Основные нефтегазоносные провинции в Российской Федерации.

Россия занимает промежуточное положение между полюсами “сверх

потребителя” – США и “сверх добытчика” – Саудовской Аравии. В настоящее

время нефтяная промышленность Российской Федерации занимает 2 место в мире.

По уровню добычи мы уступаем только Саудовской Аравии. В 2002 году добыто

углеводородов: нефти – 379,6 млн.тонн, природного газа – 594 млрд.м3.

На территории Российской Федерации находятся три крупные нефтегазоносные

провинции: Западно-Сибирская, Волго-Уральская и Тимано-Печерская.

1. Западно-Сибирская провинция.

Западно-Сибирская – это основная провинция РФ. Крупнейший

нефтегазоносный бассейн в мире. Расположен он в пределах Западно-Сибирской

равнины на территории Тюменской, Омской, Курганской, Томской и частично

Свердловской, Челябинской, Новосибирской областей, Красноярского и

Алтайского краев, площадью около 3,5 млн. км2 Нефтегазоносность бассейна

связана с отложениями юрского и мелового возраста. Большая часть нефтяных

залежей находиться на глубине 2000-3000 метров. Нефть Западно-Сибирского

нефтегазоносного бассейна характеризуется низким содержанием серы (до

1,1%), и парафина (менее 0,5%), содержание бензиновых фракций высокое (40-

60%), повышенное количество летучих веществ.

Сейчас на территории Западной Сибири добывается 70% российской нефти.

Основной ее объем извлекается насосным способом, на долю фонтанной добычи

приходится не более 10%. Из этого следует, что основные месторождения

находятся на поздней стадии разработки, что заставляет задуматься над

важной проблемой топливной промышленности - старением месторождений. Этот

вывод подтверждается и данными по стране в целом.

В Западной Сибири находятся несколько десятков крупных месторождений.

Среди них такие известные, как Самотлорское, Мамонтовское, Федоровское,

Усть-Балыкское, Убинское, Толумское, Муравленковское, Суторминское,

Холмогорское, Талинское, Мортымья-Тетеревское и другие. Большая часть из

них расположена в Тюменской области – своеобразном ядре района. В

республиканском разделении труда она выделяется как главная база России по

снабжению ее народнохозяйственного комплекса нефтью и природным газом. В

Тюменской области добывается более 220 млн. тонн нефти, что составляет

более 90% всей добычи Западной Сибири и более 55% от всего объема добычи по

России. Анализируя данную информацию, нельзя не сделать следующий вывод:

нефтедобывающей промышленности Российской Федерации свойственна чрезвычайно

высокая концентрация в ведущем районе.

Для нефтяной промышленности Тюменской области характерно снижение

объемов добычи. Достигнув максимума в 1988 году 415,1 млн. т, к 1990 году

нефтедобыча снизилась до 358,4 млн. т, то есть на 13.7%, причем тенденция

падения добычи сохраняется и сейчас.

Основные нефтяные компании работающие на территории Западной Сибири, это

– ЛУКОЙЛ, ЮКОС, Сургутнефтегаз, Сибнефть, СИДАНКО, ТНК.

2. Волго-Уральская провинция.

Вторая по значению нефтяная провинция – Волго-Уральская. Она расположена

в восточной части Европейской территории Российской Федерации, в пределах

республик Татарстан, Башкортостан, Удмуртия, а также Пермской,

Оренбургской, Куйбышевской, Саратовской, Волгоградской Кировской и

Ульяновской областей. Нефтяные залежи находятся на глубине от 1600 до 3000

м, т.е. ближе к поверхности по сравнению с Западной Сибирью, что несколько

снижает затраты на бурение. Волго-Уральский район дает 24% нефтедобычи

страны.

Подавляющую часть нефти и попутного газа (более 4/5) области дают

Татария, Башкирия, Куйбышевская область. Добыча нефти ведется на

месторождениях Ромашкинское, Ново-Елховское, Чекмагушское, Арланское,

Краснохолмское, Оренбургское и другие. Значительная часть нефти, добываемая

на промыслах Волго-Уральской нефтегазоносной области, поступает по

нефтепроводам на местные нефтеперерабатывающие заводы, расположенные

главным образом в Башкирии и Куйбышевской области, а также в других

областях (Пермской, Саратовской, Волгоградской, Оренбургской).

Основные нефтяные компании работающие на территории Волго-Уральской

провинции: ЛУКОЙЛ, Татнефть, Башнефть, ЮКОС, ТНК.

3. Тимано-Печерская провинция.

Третья по значимости нефтяная провинция – Тимано-Печерская. Она

расположена в пределах Коми, Ненецкого автономного округа Архангельской

области и частично на прилегающих территориях, граничит с северной частью

Волго-Уральского нефтегазоносного района. Вместе с остальными Тимано-

Печерская нефтяная область дает лишь 6% нефти в Российской Федерации

(Западная Сибирь и Урало-Поволжье – 94%). Добыча нефти ведется на

месторождениях Усинское, Харьягинское, Войвожское, Верхне-грубешорское,

Ярегское, Нижне-Омринское, Возейское и другие. Тимано-Печорский район, как

Волгоградская и Саратовская области, считается достаточно перспективным.

Добыча нефти в Западной Сибири сокращается, а в Ненецком автономном округе

уже разведаны запасы углеводородного сырья, соизмеримые с

западносибирскими. По оценке американских специалистов, недра арктической

тундры хранят 2,5 млрд. тонн нефти.

Почти каждое месторождение, а тем более каждый из нефтегазоносных

районов отличаются своими особенностями по составу нефти и поэтому вести

переработку, используя какую-либо “стандартную” технологию нецелесообразно.

Нужно учитывать уникальный состав нефти для достижения максимальной

эффективности переработки, по этой причине приходиться сооружать заводы под

конкретные нефтегазоносные области. Существует тесная взаимосвязь между

нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленностью. Однако развал Советского

Союза обусловил появление новой проблемы – разрыв внешних хозяйственных

связей нефтяной промышленности. Россия оказалась в крайне невыгодном

положении, т.к. вынуждена экспортировать сырую нефть ввиду дисбаланса

нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности (объем переработки в 2002

году составил – 184 млн. тонн), в то время как цены на сырую нефть гораздо

ниже, чем на нефтепродукты. Кроме того, низкая приспособляемость российских

заводов, при переходе на нефть, которая ранее транспортировалась на заводы

соседних республик, вызывает некачественную переработку и большие потери

продукта.

4. Нефтяной комплекс России.

Следует учитывать, что в Российской Федерации после семидесятых годов не

было открыто ни одного крупного высокопродуктивного месторождения, а вновь

приращиваемые запасы по своим кондициям резко ухудшаются. Так, например, по

геологическим условиям средний дебит одной новой скважины в Тюменской

области упал с 138 т в 1975 г. до 10-12т в 1994 г., т.е. более чем в 10

раз. Значительно возросли затраты финансовых и материально-технических

ресурсов на создание 1 т новой мощности.

Нефтяной комплекс России включает 148 тыс. нефтяных скважин, 48,3 тыс.

км магистральных нефтепроводов, 28 нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ)

общей мощностью около 300 млн.т/год нефти, а также большое количество

других производственных объектов. На предприятиях нефтяной промышленности и

обслуживающих ее отраслей занято около 900 тыс. работников, в том числе в

сфере науки и научного обслуживания – около 20 тыс. человек.

Высокопродуктивные запасы крупных месторождений выработаны более, чем на

половину, и по крупным залежам происходит интенсивное снижение объемов

добычи нефти. Например, Арланское месторождение (Башкирия) выработано на

77,5%, а Мортымья-Тетеревское (Западная Сибирь) – на 95%. Практически весь

фонд нефтяных скважин переведен с фонтанного на механизированный способ

добычи. Начался массовый ввод в разработку мелких, низкопродуктивных

месторождений. Указанные факторы вызвали резкий рост потребностей отрасли в

материальных и финансовых ресурсах для своего освоения, выделение которых в

условиях экономического и политического кризиса России в 90-х годах было

сокращено.

Геологический разрез нефтеносной залежи.

Нефть залегает в земле, заполняя пустоты между частицами различных

горных пород. Для добывания её бурят скважины. Если нефть богата газами,

она под их давлением сама поднимается на поверхность, если же давление

газов для этого недостаточно, в нефтяном пласту создают искусственное

давление путём нагнетания туда газа, воздуха или воды.

5. Транспортировка нефти трубопроводами.

В настоящее время география нефтеперерабатывающей промышленности не

всегда совпадает с районами ее переработки. Поэтому задачи транспортировки

нефти привели к созданию большой сети нефтепроводов. Нефтеперерабатывающие

заводы располагаются во всех районах страны, т.к. выгоднее транспортировать

сырую нефть, чем продукты ее переработки, которые необходимы во всех

отраслях народного хозяйства. В прошлом она из мест добычи в места

потребления перевозилась по железным дорогам в цистернах. В настоящее время

большая часть нефти перекачивается по нефтепроводам и их доля в

транспортировке продолжает расти. В состав нефтепроводов входят

трубопроводы, насосные станции и нефтехранилища. Пропускная способность

нефтепровода диаметром 1200 мм составляет 80-90 млн. тонн в год при

скорости движения потока нефти 10-12 км/ч. По эффективности с

нефтепроводами могут соперничать только морские перевозки танкерами. Кроме

того, они менее опасны в пожарном отношении и резко снижают потери при

транспортировке (доставке). По размеру грузооборота нефтепроводный

транспорт в 2,5 раза превзошел железнодорожный в части перевозок нефти и

нефтепродуктов. Транспортировка нефти по нефтепроводам стоит в настоящее

время дороже, чем перевозка по воде, но значительно дешевле, чем перевозка

по железной дороге.

Стоимость строительства магистрального нефтепровода обычно окупается за

2-3 года. Характерной особенностью развития нефтепроводного транспорта

России является увеличение удельного веса трубопроводов большого диаметра,

что объясняется их высокой рентабельностью.

Сейчас по грузообороту трубопроводного транспорта Россия стоит на первом

месте. Протяженность нефтепроводов составляет 66000 км. Строительство

магистральных нефтепроводов продолжается и в настоящее время. Так,

например, в 2001 году введена в эксплуатацию первая очередь нефтепровода

КТК на 28 млн.т/год (максимальная мощность – 65 млн.тонн), диаметром 1490

мм и протяженностью 1500 км, связывающая нефтяные месторождения юга России

и западного Казахстана с терминалом на Черноморском побережье в

г.Новороссийске.

III. Происхождение нефти.

1. Современный взгляд.

Вопросы об исходном веществе, из которого образовалась нефть, о

процессах нефтеобразования и формирования нефти в концентрированную залежь,

а отдельных залежей в месторождения до сего времени ещё не являются

окончательно решёнными. Существует множество мнений как об исходных для

нефти веществах, так и о причинах и процессах, обусловливающих её

образование. В последние годы благодаря трудам главным образом советских

геологов, химиков, биологов, физиков и исследователей других специальностей

удалось выяснить основные закономерности в процессах нефтеобразования. В

настоящее время установлено, что нефть органического происхождения, т.е.

она, как и уголь, возникла в результате преобразования органических

веществ.

Наиболее благоприятные условия для формирования нефти – морские, с так

называемым некомпенсированным прогибанием. В теплых водах, на дне

доисторического моря, веками накапливалась сапропель – глинистая почва,

перемешанная с органическими останками умерших рыб, водорослей, моллюсков и

прочей живности. В ней шла биохимическая стадия образования нефти.

Микроорганизмы при ограниченном доступе кислорода перерабатывали белки,

углеводы и т.д. При этом образовывался метан, углекислый газ, вода и

немного углеводородов. Данная стадия происходила в нескольких метрах от дна

моря. Затем осадок уплотнился: произошел диагенез. Вследствие природных

процессов дно моря опускалось, а сапропель накрывали материалы, которые из-

за природных разрушений или потоками воды сносились с гор. Органика

попадала в застойные, бескислородные условия. Когда сапропель опустилась до

глубины в 1,5 км, подземная температура достигла 100°C и стала достаточной

для нефтеобразования. Начинаются химические реакции между веществами под

действием температуры и давления. Сложные вещества разлагаются на более

простые. Биохимические процессы затухают. Потом породу должна накрыть соль

(в Прикаспийской впадине ее толщина достигает 4 км) или глина. С

увеличением глубины растет содержание рассеянной нефти. Так, на глубине до

1,5 км идет газообразование, на интервале 1,5-8,5 км идет образование

жидких углеводородов – микронефти – при температуре от 60 до 160°С. А на

больших глубинах при температуре 150-200°С образуется метан. По мере

уплотнения сапропели микронефть выжимается в вышележащие песчаники. Это

процесс первичной миграции. Затем под влиянием различных сил микронефть

перемещается вверх по наклону. Это вторичная миграция, которая является

периодом формирования самого месторождения.

Весь процесс занимает сотни миллионов лет.

2. Другие теории образования нефти.

Один из первых, кто высказал научно обоснованную концепцию о

происхождении нефти, был М.В. Ломоносов. В середине XVIII века в своём

тракте «О слоях земных» великий русский учёный писал, что нефть произошла

из каменного угля. Исходное вещество было одно: органический материал,

преобразованный сначала в уголь, а потом в нефть. М.В. Ломоносов первый

указал на связь между горючими полезными ископаемыми – углём и нефтью и

выдвинул первую в мире гипотезу о происхождении нефти из растительных

остатков.

В XIX в. среди ученых были распространены идеи, близкие к представлениям

М.В. Ломоносова. Споры велись главным образом вокруг исходного материала:

животные или растения? Немецкие ученые Г. Гефер и К. Энглер в 1888 г.

поставили опыты, доказавшие возможность получения нефти из животных

организмов. Была произведена перегонка сельдевого жира при температуре 400

°С и давлении 1 МПа. Из 492 кг жира было получено масло, горючие газы,

вода, жиры и разные кислоты. Больше всего было отогнано масла (299 кг, или

61 %) плотностью 0,8105 г/см3, состоящего на 9/10 из УВ коричневого цвета.

Последующей разгонкой из масла получили предельные УВ (от пентана до

нонана), парафин, смазочные масла, в состав которых входили олефины и

ароматические УВ. Позднее, в 1919 г. академиком Н.Д. Зелинским был

осуществлен похожий опыт, но исходным материалом служил органогенный ил

преимущественно растительного происхождения (сапропель) из озера Балхаш.

При его перегонке были получены: сырая смола – 63,2 %; кокс – 16,0%; газы

(метан, оксид углерода, водород, сероводород) – 20,8 %. При последующей

переработке смолы из нее извлекли бензин, керосин и тяжелые масла.

В конце XIX в., когда в астрономии и физике получило развитие применение

спектральных методов исследования и в спектрах различных космических тел

были обнаружены не только углерод и водород, но и углеводороды, русский

геолог Н.А. Соколов выдвинул космическую гипотезу образования нефти. Он

предполагал, что когда земля была в огненно-жидком состоянии, то

углеводороды из газовой оболочки проникли в массу земного шара, а

впоследствии при остывании выделились на его поверхности. Эта гипотеза не

объясняет ни географического, ни геологического распределения нефтяных

месторождений.

Академик В.И. Вернадский обратил внимание на наличие в нефти азотистых

соединений, встречающихся в органическом мире.

Предшественники академика И.М. Губкина, русские геологи Андрусов и

Михайловский также считали, что на Кавказе 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 ряда горючих ископаемых.

Уголь образуется в болотах и пресноводных водоёмах, как правило, из

высших растений. Нефть получается главным образом из низших растений и

животных, но в других условиях. Нефть постепенно образовывалась в толще

различных по возрасту осадочных пород, начиная от наиболее древних

осадочных пород – кембрийских, возникших 600 млн. лет назад, до

сравнительно молодых – третичных слоёв, сложившихся 50 млн. лет назад.

Накопление органического материала для будущего образования нефти

происходило в прибрежной полосе, в зоне борьбы между сушей и морем.

По вопросу об исходном материале существовали разные мнения. Некоторые

учёные полагали, что нефть возникла из жиров погибших животных (рыбы,

планктона), другие считали, что главную роль играли белки, третьи придавали

большое значение углеводам. Теперь доказано, что нефть может образоваться

из жиров, белков и углеводов, т.е. из всей суммы органических веществ.

И.М. Губкин дал критический анализ проблемы происхождения нефти и

разделил органические теории на три группы: теория, где преобладающая роль

в образовании нефти отводится погибшим животным; теория, где преобладающая

роль отводится погибшим растениям, и, наконец, теория 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 распространены различные виды

сапропелитов.

Различие в исходном органическом веществе является одной из причин

существующего разнообразия нефтей. Другими причинами являются различие

температурных условий вмещающих пород, присутствие катализаторов и др., а

Страницы: 1, 2, 3