Нафта

Походження нефти.

Питання про вихідному речовині, з яких утворилася нафту, про процеси нефтеобразования та формування нафти на концентровану поклад, а окремих покладів в родовища до цього часу не є остаточно решёнными. Є низка думок як про вихідних для нафти речовинах, і про причини й процесах, зумовлюючих її освіту. У останні роки завдяки трудам переважно радянських геологів, хіміків, біологів, фізиків і дослідників інших професій вдалося з’ясувати основні закономірності у процесах нефтеобразования. У цей час встановили, що нафта органічного походження, тобто. вона, як і вугілля, виникла результаті перетворення органічних речовин. Раніше висувалися та інші теорії освіти нафти. Наприкінці ХІХ ст., як у астрономії і фізиці набуло розвитку застосування спектральних методів дослідження та в спектрах різних космічних тіл були лише вуглець і водень, а й вуглеводні, російський геолог М. А. Соколов висунув космічну гіпотезу освіти нафти. Він припускав, що коли і землю було в огненно-жидком стані, то вуглеводні з газової оболонки проникли в масу земної кулі, а згодом за остиганні виділилися з його поверхні. Ця гіпотеза не пояснює ні географічного, ні геологічного розподілу нафтових родовищ… Наприкінці ХІХ ст. Д. І. Менделєєвим, які звернули увагу до приуроченість відомих тоді родовищ нафти до крайовим частинам гір, було висунуто теорія неорганічної походження нафти. Передбачалося, що вуглеводні, які утворюються при дії води на пекучих карбиды металів, відбувалися за тріщинам з глибоких шарів до зони осадової оболонки земної кулі, де шляхом їх конденсації і гідрогенізації утворилися нафтові родовища. Ця теорія освіти нафти не отримала визнання серед геологів і хіміків. Важко уявити освіту нафти шляхом дії на карбиды металів води океанів, котра просочилася завглибшки землі на тріщинам земної кори, тому що ці тріщини що неспроможні йти так глибоко. З іншого боку, його присутність серед земної корі великих покладів карбідів заліза, до яких може проникнути вода океанів, дуже сумнівне. Кількість металевого заліза (а чи не його окислів), що може потрапити з дуже глибоких зон на поверхню твердої кори, мізерно. Окисли заліза утримувати карбиды металів що неспроможні. Можливість ж наявності карбідів металів у самому металевому залозі також вкрай незначна. Усі приведені вище міркування свідчать, що у зовнішньої оболонці космічного типу за наявності окислительной обстановки годі й говорити очікувати освіти і збереження карбідів заліза та інших металів в більш-менш значних кількостях… М. У. Ломоносов перший зазначив зв’язок між пальними корисними копалинами — вугіллям і нафтою та висунув у світі у середині XVIII в. гіпотезу про походження нафти з рослинних залишків. Академік У. І. Вернадський звернув увагу до його присутність серед нафти азотистих сполук, можна зустріти в органічному світі. Попередники академіка І. М. Губкина, російські геологи Андрусов і Михайлівський також вважали, що у Кавказі нафту утворилася з органічного матеріалу. На думку І. М. Губкина, батьківщина нафти перебуває у області древніх мілководних морів, лагун і заток. Він вважає, що вугілля й нафту — члени однієї й тієї ж генетичного низки горючих копалин. Вугілля утворюється в болотах і прісноводних водоймах, зазвичай, з найвищих рослин. Нафта виходить головним чином із нижчих рослин та тварин, але у інших. Нафта поступово утворювалася в товщі різних за віку осадових порід, починаючи з найдавніших осадових порід — кембрійських, що виникли 600 млн. років як розв’язано, до порівняно молодих — третинних шарів, сформованих 50 млн. років тому вони. Нагромадження органічного матеріалу майбутньої освіти нафти відбувався за прибережній смузі, у зоні боротьби між суходолом і морем… Питання про вихідному матеріалі існували різні думки. Деякі вчені вважали, що нафта виникла з жирів загиблих тварин (риби, планктон та інших.), інші вважали, що головну роль грали білки, треті надавали великого значення вуглеводами. Тепер доведено, що нафта може утворитися з жирів, білків і вуглеводів, тобто. із усієї суми органічних речовин. І. М. Губкин дав критичний аналіз проблеми походження нафти і розділив органічні теорії втричі групи: теорії, де переважна роль освіти нафти відводиться загиблим тваринам; теорії, де переважна роль відводиться загиблим рослинам, і, нарешті, теорії змішаного животнорослинного походження нафти. Остання теорія, детально розроблена І. М. Губкиным, називається сапропелитовой від слова «сапропель» — глинистий мул — і є пануючій. У природі поширені різні види сапропелитов. Різниця в вихідному органічному речовині є одним із причин існуючого розмаїття нафт. Іншими причинами є відмінність температурні умови які вміщали порід, присутність каталізаторів та інших., а також наступні перетворення порід, у яких міститься нафту… У було проведено дослідження, у яких вдалося встановити роль мікроорганізмів освіти нафти. Т. Л. ГінзбургКарагичева, котра відкрила присутність у нафти найрізноманітніших мікроорганізмів, привела у своїх дослідженнях багато нових, цікавих відомостей. Вона встановила, що у нефтях, які раніше вважалися отрутою для бактерій, на великих глибинах йде кипуча життя, не припинялася мільйони поспіль. Багато бактерій живе у нафти і харчується нею, змінюючи, в такий спосіб, хімічний склад нафти. Академік І. М. Губкин у своїй теорії нефтеобразования надавав цього відкриття велике значення. ГінзбургКарагичевой встановлено, що бактерії нафтових пластів перетворюють різні продукти в битуминозные. Під впливом низки бактерій відбувається розкладання органічних речовин і виділяється водень, необхідний перетворення органічного матеріалу в нафту… Академіком М. Д. Зелінськ, професором У. А. Соколовим та низку інших дослідників велике значення у процесі нефтеобразования надавалося радіоактивним елементам. Справді, доведено, що органічні речовини під впливом альфа-променів розпадаються швидше, і у своїй утворюються метан і ряд нафтових вуглеводнів. Академік М. Д. Зелінський та її учні встановили, що принесе велику роль процесі нефтеобразования грають каталізатори. У пізніх роботах академік Зелінський довів, що що входять до склад тварин і звинувачують рослинних залишків пальмитовая, стеаринова та інші кислоти при вплив хлористого алюмінію умовах порівняно невисоких температур (150−400о) утворюють продукти, за хімічним складом, фізичним властивостями і зовнішнім виглядом схожі не на нафту. Професор А. У. Фрост встановив, що замість хлористого алюмінію — каталізатора, відсутнього у природі, — його роль процесі нефтеобразования грають звичайні глини, глинисті вапняки та інші породи, містять глинисті минералы.

Переробка нефти.

Перегонка нафти Щойно вода в чайнику закипить, з чайника зі свистом почне вилітати пар. Якщо тепер підставити чайник до вікна, то пар відразу ж почне конденсуватися на склі і з скла стануть падати краплі дистильованої, чи перегнанной води. Перегонка нафти полягає в тому самому принципі - спочатку нафту випаровується, та був пари її конденсируют з поділом на погони — бензинові, гасові тощо. Секрет отримання світлих продуктів із чорної нафти людина розгадав дуже давно. Ще при Петра Першому користувалися очищеної нефтью.

Перший завод очищення нафти було побудовано Росії на Ухтинском нафтовому промислі. Це був у 1745 г., під час царювання Єлизавети Петрівни. У Петербурзі та у Москві для висвітлення користувалися свічками, а малих у містах і селах — скіпами. Але вже й тоді в багатьох церквах горіли «невгасимі» лампади. У лампади наливалося гарное олію, що було не чим іншим, як сумішшю очищеної нафти з олією. Купець Набатів був єдиним постачальником очищеної нафти для соборів і монастирів. Наприкінці XVIII століття була винайдено лампа. З появою ламп збільшився попит на гас. Коли брати Дубини вибудували у Моздоку нафтоперегінний завод, свій гас, який називається тоді фотогеном, вони відправляли з Росією. І перший, і друге, всі наступні нафтоперегінні заводи отримували бензин, гас й інші продукти випарюванням нафти. Завод Дубининых був простий. Казан в грубці, з казана йде труба через бочку із жовтою водою у величезну порожню бочку. Бочка із жовтою водою — холодильник, порожня бочка — приймач для гасу. На сучасний завод замість казана влаштовується помилкова трубчаста піч. Замість трубки для конденсації й міжнародного поділу парів споруджуються величезні ректифікаційні колони. Щодо прийому продуктів перегонки вибудовуються цілі містечка резервуарів. Нафта складається з суміші різних речовин (переважно вуглеводнів) і тому немає певній точки кипіння. На трубчатках нафту підігрівають до 300−325о. Під час такої температурі більш леткі речовини нафти перетворюються на пар. Печі на нафтоперегінних заводах особливі. На вигляд схожі на вдома без вікон. Викладаються печі з кращого вогнетривкої цегли. Усередині, вздовж і впоперек, тягнуться труби. Довжина труб в печах сягає кілометра. Коли завод працює, за цими трубах із швидкістю — до двох метрів в секунду — рухається нафту. Саме тоді з потужної форсунки в піч потрапляє полум’я. Довжина мов полум’я сягає кількох метрів. При температурі 300−325о нафту переганяється в повному обсязі. Якщо температуру перегонки збільшити, вуглеводні починають розкладатися. Нафтовики знайшли спосіб перегонки нафти без розкладання вуглеводнів. Вода кипить при 100о тоді, коли тиск одно атмосфері, чи 760 мм. рт. ст. Але вони можуть кипіти, наприклад, і за 60 градусів. І тому треба лише понизити тиск. При тиску в 150 мм термометр покаже всього 60 градусів. Чим менший тиск, то швидше закипає вода. Це ж приміром із нафтою. Багато вуглеводні за умов атмосферного тиску киплять лише при 500о. Отже, при 325о ці вуглеводні не киплять. Якщо ж знизити тиск, всі вони закиплять і за дешевше температурі. У цьому законі заснована перегонка в вакуумі, т. е. при зниженому тиску. На сучасних заводах нафту переганяється або під атмосферним тиском, або під вакуумом, найчастіше заводи складаються із двох галузей — атмосферної і вакуумної. Такі заводи і називаються атмосферновакуумні. Цими заводах виходять одночасно в усе продукти: бензин, нафта, гас, газойль, мастила і Тюменської нафтової бітум. Неиспарившихся частин за такої перегонки залишається набагато менше, аніж за атмосферної. Дружніше відбувається випаровування нафти, як у установку вводиться пар. Складна й цікава робота ректифікаційної колони. У цьому колоні відбувається поділ речовин з їхньої температур кипіння, але одночасно виробляється додаткове багаторазове кип’ятіння конденсирующейся рідини. Колони робляться дуже високими — до 40 м. Усередині ліпіди діляться горизонтальними перегородками — тарілками — з отворами. Над отворами встановлюються ковпачки. Суміш вуглеводневих парів з печі вступає у нижню частина колони. Назустріч неиспарившемуся залишку нафти знизу колони подається перегрітий пар. Ця пара прогріває неиспарившийся залишок і захоплює з всі легені вуглеводні вгору колони. У нижню частина колони стікає освобождённый від легких вуглеводнів важкий залишок — мазут, а пари долають тарілку за тарілкою, прагнучи горі колони. Спочатку перетворюються на рідина пари з високими температурами кипіння. Це буде соляровая фракція, яка кипить за температури понад 300о. Рідкий соляр заливає тарілку до отворів. Парам, що йде з печі, тепер доводиться пробулькивать через шар соляра. Температура парів вище температури соляра, і соляр знову кипить. Вуглеводні, киплячі за нормальної температури нижче 300о, відриваються його й летять вгору колони, на секцію гасових тарілок. У соляре, вихідному з колони, тому немає бензину чи гасу. У колонах буває 30−40 тарілок, розділених на секції. Крізь усі тарілки проходять пари, з кожної вони пробулькивают через шар сконденсировавшихся парів й у проміжках з-поміж них зустрічають з верхньої тарілки краплі зайвого, не убравшегося на верхню тарілку конденсату. У колоні безупинно йде складна, кропітка праця. Вуглеводні збираються в секціях по температур кипіння. Для кожної групи вуглеводнів в колоні є свої секції і свій вихід. Вуглеводні сгруппируются у своїй секції тільки тоді ми, коли їх не буде вуглеводнів інших температур кипіння. Коли вони зберуться разом, вони з колони виходять у холодильник, та якщо з холодильника — в приймач. З самісіньких верхніх секцій колони йде не бензин, а пари бензину, оскільки температура вгорі колони вище температури легко киплячих частин бензину. Пари бензину йдуть спочатку у конденсатор. Тут перетворюються на бензин, які направляють й у холодильник, потім у приёмник.

Крекінг Крекінг винайшов російський інженер Шухов в 1891 р. У 1913 р. винахід Шухова почали запровадити у Америці. Нині США 65% всіх бензинів виходить крекинг-заводах. Наші нафтовики часто розповідають про судового позову двох американських фірм. Зо два десятки тому американська фірма Кросу звернулася до суду з скаргою те що, що фірму Даббса привласнила її винахід — тріщання. Фірма Кросу вимагала з фірми Даббса велику суму за «незаконне» використання винаходи. Суд встав набік Кросу. Даббсу доводилося зовсім погано. Виручив Даббса адвокат. На суді адвокат заявив: — Крекінг изобретён не Кросом, а російським інженером Шуховым. Шухов тоді був живий. Приїхали у його Москву американці і запитують: — Чим ви доведете, що тріщання изобретён вами? Шухов видобув із столу документи і пред’явив американцям. З документів було ясно, що Шухов свій тріщання запатентував за тридцять років до позови Кросу з Даббсом. Апаратура крекинг-заводов переважно той самий, як і заводів для перегонки нафти. Це — печі, колони. Але режим переробки інший. Інше і сырё. Слово «тріщання» означає розщеплення. На крекинг-заводах вуглеводні не перегоняются, а розщеплюються. Процес ведеться за більш високих температурах (до 600о), часто при підвищеному тиску. При таких температурах великі молекули вуглеводнів раздробляются на менші. Мазут густий і важкий, його питому вагу близький до одиниці. Це оскільки він складається з складних та великих молекул вуглеводнів. Коли мазут піддається крекингу, частина складових його вуглеводнів раздробляется більш дрібні. А з дрібних вуглеводнів таки складаються легені нафтові продукти — бензин, гас. Мазут — залишок первинної перегонки. На крекинг-заводе знову піддається переробці, і потім із нього, як і з нафти заводі первинної перегонки, отримують бензин, нафта гас. При первинної перегонки нафту піддається лише фізичною змін. Від неї отгоняются легені фракції, т. е. відбираються частини її, киплячі при низьких температурах і які з різних за величині вуглеводнів. Самі вуглеводні залишаються у своїй неизменёнными. При крекінгу нафту піддається хімічним змін. Змінюється будова вуглеводнів. У апаратах крекинг-заводов відбуваються складні хімічні реакції. Ці реакції посилюються, як у апаратуру вводять каталізатори. Однією з таких каталізаторів є спеціально оброблена глина. Ця глина в малому роздробленому стані - у вигляді пилюки — вводять у апаратуру заводу. Вуглеводні, перебувають у пароподібному і газоподібному стані, поєднано з аналітичними порошинами глини і раздробляются з їхньої поверхні. Такий тріщання називається крекингом з пылевидным каталізатором. Цей вид крекінгу тепер широко поширюється. Каталізатор потім відокремлюється від вуглеводнів. Вуглеводні йдуть своїм шляхом на ректифікацію й у холодильники, а каталізатор — до своєї резервуари, де його властивості відновлюються. Каталізатори — найбільше досягнення нафтопереробки. На крекинг-установках всіх систем отримують бензин, нафта, гас, соляр і мазут. Головне увагу приділяють бензину. Його намагаються отримати більше й обов’язково найкращої якості. Каталітичний тріщання з’явився саме у результаті довголітньої, завзятій боротьби нафтовиків за підвищення якості бензина.