Презентация - "Презентация "Общие сведения о составе и свойствах углеводородного сырья, поведение нефти на воде и почве""

Общие сведения о составе и свойствах углеводородного сырья

Состав и свойства нефти и нефтепродуктов (содержание лекции)
Химическийсостав нефти и нефтепродуктов.
Группы и классы соединений, входящих в состав нефти и нефтепродуктов, распределение их по фракциям.
Низкомолекулярная и высокомолекулярная часть нефти.
Темные и светлые нефтепродукты.
Состав НСЖ.
Основные физические свойства нефти и нефтепродуктов, определяющие их поведение в объектах ОПС (в воздухе, воде, почве): запах, цвет, плотность, молекулярная масса, агрегатное состояние, растворимость в воде.
Основные химические свойства нефти и нефтепродуктов, обуславливающие их негативное влияние на ОПС, трубопроводы, оборудование в процессе подготовки транспорта, хранения и использования углеводородного сырья: горение, взаимодействие с металлами и их оксидами, осмоление, парафиноотложение.
Поведение нефти, нефтепродуктов и их компонентов в ОПС.

Нефть – это природная жидкая смесь разнообразных углеводородов с небольшим количеством других органических соединений; ценное полезное ископаемое, залегающее часто вместе с газообразными углеводородами (попутные газы, природный газ).

Краткая история
«Нафата» – это мидийское слово, означающее «просачивание», «вытекание». В арабском слово «нафата» означает «кипятить».
После завоевания персами Мидии слово «нафата» трансформировалось в слово «нефт» – колодец, из которого доставали жидкость для священного огня. (государство Мидия существовало в IX – VI вв. до н.э. на территории нынешних Азербайджана и Ирана)
Позднее слово «нефт» в греческом языке трансформировалось в слово «нафта».
В Западной Европе нефть назвали «петролеум» (от лат.) петрос – камень, олеум - масло;
В английском варианте – «ойл» – масло, (mineral oil).
В русскоязычном варианте: «земляная смола»

История использования нефти

Уже за 6000 лет до н. э. люди использовали нефть для освещения и отопления
Наиболее древние промыслы находились на берегах Евфрата, в Керчи, в китайской провинции Сычуань
Упоминание о нефти встречается во многих древних источниках (например, в Библии упоминаются смоляные ключи в окрестностях Мертвого моря)

История использования нефтепродуктов
Первым нефтепродуктом, с которым познакомилось человечество – это асфальт. Это продукт длительного выветривания нефти.
Слово «асфальт» происходит от греч. asfalto— горная смола, крепкий, прочный, надежный. Введено Геродотом (460-450 г.г. до н.э. «История греко-персидских войн»)

Асфальт использовали:


в 3000 г. до н.э. в Древнем Египте для покрытия полов и стен в амбарах для хранения зерна;

как связующее при создании туннеля под Евфратом;

наиболее древние участки Великой Китайской стены (400 лет до н.э.) сооружены на природном битуме;

в Перу в 14–15 вв. строили дороги, покрытые асфальтом

Великая китайская стена 400 лет д.н.э.

Туннель под Евфратом 3000 г. до н.э

Асфальт иногда встречается в виде «озёр». Асфальтовое озеро Пич-Лейк в Тринидаде:

НЕФТЬ, КОНДЕНСАТЫ, ГАЗ – горные породы
По геологической классификации нефть и газ относят к углеродистым породам –
КАУСТОБИОЛИТАМ
(от греч. kaustikos – горючий, bios – жизнь,
litos – камень ) «горючие полезные ископаемые органического происхождения, представляющие собой продукты преобразования остатков растительных, реже животных, организмов под воздействием геологических факторов»

Химический состав нефти

При рассмотрении химических свойств нефти различают три вида ее составов:
Фракционный (содержание соединений нефти, выкипающих при определенных температурах);
групповой химический (количественное соотношение в ней отдельных групп углеводородов и соединений)
элементный (относительное содержание элементов: С, Н, О, N, S и др.)

Фракционный состав нефти
Фракция нефти представляет собой определенную группу соединений, объединенных общими химическими свойствами.
Основной их особенностью выступает тот факт, что выкипают они только в определенном температурном интервале.
Это их свойство позволяет осуществлять процесс ректификации, то есть первичной перегонки нефти.

Фракционный состав нефти
В зависимости от температурных диапазонов выкипания нефтяные фракции (продукты разделения нефти) подразделяют на:
Бензиновая фракция 40 – 195°С (С5–С10);
Лигроиновая 120 – 235°С (С8–С14);
керосиновая 200 – 300°С (С12–С18);
газойль 280 – 360°С (С14 –С20) .
Мазут и соляровые масла (С12–С20),

Схема современной нефтеперегонной установки

Из фракций, выкипающих до 350 0С состоят так называемые светлые нефтепродукты: товарный бензин разных марок.
Кубовый остаток (более 350 0С) - мазут, перегоняют в вакууме для предотвращения разложения компонентов, входящих в его состав, получая масляные дистилляты: соляровый дистиллят , трансформаторный дистиллят , веретённый дистиллят, автоловый дистиллят, цилиндровый и кубовый остаток - гудрон (или полугудрон).
Масляные дистилляты идут на приготовление смазочных масел и пластичных смазок. Из гудрона (полугудрона) получают наиболее вязкие смазочные масла и битум.

Качественный состав фракций
Бензиновая фракция
Бензиновые фракции, выделенные из нефтей прямой перегонкой, в зависимости от состава исходной нефти могут содержать в различных соотношениях
Арены;
Алканы;
нафтены, в основном моноциклические (циклопентановые и циклогексановые углеводороды).

Качественный состав фракций
Лигроиновая фракция
Она также представляет собой сложную смесь углеводородов, но уже более тяжелых, по сравнению с бензиновой фракцией:
Арены (моно- и бициклические)
Алканы С8 — С14
нафтены (моно- и бициклические)

Качественный состав фракций
керосин
В зависимости от способа переработки нефти и ее марки, из которой получен керосин, в его состав входят:
Арены (моно-, би- , три- , полициклические)
Алканы С12 — С16
нафтены (моно-, би- , три- , полициклические)
Гетероатомные соединения

Качественный состав фракций
газойль
Состав газойля зависит от природы нефти и изменяется в широких пределах:
Арены (полициклические)
Алканы С5 — С16
нафтены (полициклические)
Гетероатомные соединения
Углеводороды смешанного строения

Качественный состав фракций
мазут
Мазут по своему химическому составу представляет собой смесь различных углеводородных и неуглеводородных компонентов:
Арены (полициклические)
Алканы С12 — С18
нафтены (полициклические)
Гетероатомные соединения
Углеводороды смешанного строения
Смолы и асфальтены

Углеводороды;
Гетероатомные соединения: S-, N-, O-,
Смолы и асфальтены.
Групповой химический состав
характеризуется содержанием основных групп соединений:

В качестве основных компонентов нефть содержит углеводороды трех основных групп:
Парафиновые (алканы) – насыщенные, или предельные, углеводороды, такие как метан, этан и так далее, содержащие максимально возможное количество атомов водорода. Общая формула алканов – CnH2n+2. Эти соединения наиболее устойчивы химически. При 5-16 атомах углерода в молекуле алканы представляют собой жидкости, при большем их количестве – твердые вещества. Содержание алканов в нефти колеблется от 25 до 75% массы.
Нафтеновые (цикланы) – насыщенные циклические углеводороды с общей формулой CnH2n, например, циклопентан или циклогексан. Характеризуются большими, чем у алканов, температурами плавления и кипения. Благодаря нафтенам различные топлива и смазочные масла приобретают высокие эксплуатационные качества. В состав нефти может входить от 25 до 80% нафтеновых углеводородов.
Ароматические (арены) – ненасыщенные циклические углеводороды. К ним относятся бензол, нафталин, антрацен и прочие. Аренам свойственна более высокая плотность, а также способность к замещению водорода другими атомами. В составе бензинов и машинных масел арены также являются ценным компонентом, но ухудшают качество керосинов и дизельного топлива. Доля ароматических углеводородов составляет от 15 до 50%.

Гетероатомные соединения нефти (серо-, азот- и кислородсодержащие и минеральные соединения)

Серосодержащие соединения
Сера - наиболее распространенный гетероэлемент в нефтях.В нефтях идентифицированы следующие типы серосодержащих соединений:
Растворенная элементарная сера, S (до 0,1%).
Сероводород, H2S
Меркаптаны, R—SH
Сульфиды, (тиоэфиры) R1-S-R2
Дисульфиды, R1—S—S—R2
Тиофен и его производные,

Соединения серы – мощные окислители, приводящие к коррозии металла, ухудшающие антидетонационные свойства топлив и качество вторичных продуктов переработки нефти (нефтяной кокс).

Кислородсодержащие соединения
Кислородсодержащие соединения в нефтях редко составляют больше 10 %.
Эти компоненты нефти представлены кислотами, фенолами, кетонами, эфирами и лактонами, реже ангидридами и фурановыми соединениями.

Азотсодержащие соединения
Содержание азота в нефтях обычно невелико (не более 1%) и, как правило, снижается с глубиной залегания нефти, не зависит от типа и состава вмещающих пород.
Азотсодержащие соединения нефти принадлежат в основном к двум группам соединений:
азотистые основания
нейтральные азотистые соединения.

Азотистые основания — это ароматические гомологи пиридина — соединения, состоящего из ароматического кольца, в кото­ром один атом углерода замещен азотом. Эти соедине­ния легко окисляются кислородом воздуха с образованием кон­денсированных продуктов.

Нейтральные азотистые соединения нефти представлены производными пиррола, например индолом, карбазолом, бензокарбазолом и амидами кислот.

Смолы и асфальтены
Смолисто-асфальтеновые вещества представляют собой сложную смесь высокомолекулярных соединений смешанных структур, содержащих азот, серу, кислород, металлы.
Асфальтены на нефтяных месторождениях известны прежде всего своей способностью закупоривать скважины, трубопроводы, наземное оборудование и поры продуктивных пластов.

Элементный состав

Состав нефти нельзя выразить одной формулой. Ее состав непостоянный и зависит от месторождения
Элементным составом нефти называют содержание в ней отдельных химических элементов, выраженное в процентах по массе.
Основные элементы, входящие в состав нефти и в продукты ее переработки, это
углерод и водород.
Содержание углерода в среднем до 87 %,
водорода - до 14 %.
Кроме углерода и водорода, в нефти содержится
сера до 7 %, кислород 0,1 –1,3 %, азот 0,03 –1,7 %.
Следы металлов. Содержание ванадия, никеля, железа, алюминия, меди не превышает 0,02–0,03% от массы нефти.

Элементный состав нефти
Углерод(С)
(82-87%)
Кислород(O), азот(N)
и др. элементы
1,5 -2,6 %
Сера(S)
(0,1-7,0%)
Водород(Н)
(11-15%)
09.11.2022
29

Низкомолекулярная и высокомолекулярная часть нефти.

Нефть и нефтепродукты состоят из низкомолекулярных и высокомолекулярных соединений:

 В низкомолекулярной части нефти, перегоняющейся до 350 °С, содержатся вещества с молекулярной массой не более 250—300, а именно: алканы, моно-, би- и трициклические нафтены, моно- и бициклические ароматические углеводороды, углеводороды смешанного строения.
В состав высокомолекулярной части нефти входят вещества с молекулярной массой от 300 до 1000 — высокомолекулярные алканы, моно- и полициклические нафтены с боковыми цепями, ароматические углеводороды с боковыми цепями, конденсированные многоядерные соединения и полициклические углеводороды смешанного строения.

Темные и светлые нефтепродукты.
Упрощенно все нефтепродукты разделяют на темные и светлые.
Тёмными нефтепродуктами принято называть все существующие типы дистиллятных масел и мазутов, а также вакуумный газойль, битум, гудрон. Все они являются «тёмными» - непрозрачными из-за наличия в их составе тяжёлых продуктов переработки, которые и дают такой цвет.
Светлые нефтепродукты отличаются отсутствием в их составе тяжёлых фракций, что делает их прозрачными. К этой категории относятся такие вещества как керосин, бензин, лигроин, газойль.

Состав НСЖ
В недрах Земли нефть никогда не залегает в абсолютно чистом виде. Из скважин на поверхность поднимается сложная смесь жидкостей и газов.
Нефть, извлекаемая из скважин, всегда содержит в себе:
попутный газ (повышает давление ненасыщенных паров и приводит к потерям легких фракций в процессе хранения);
механические примеси (эрозия оборудования, отложения);
пластовую воду (удорожание транспортировки, коррозия оборудования).

Основные физические свойства нефти и нефтепродуктов
Нефть имеет специфический запах, который может быть различным и варьируется от легкого приятного до тяжёлого и очень неприятного;

Основные физические свойства нефти и нефтепродуктов
Нефть — жидкость от светло-коричневого (почти бесцветная) до тёмно-бурого (почти чёрного) цвета (хотя бывают образцы даже изумрудно-зелёной нефти);

Основные физические свойства нефти и нефтепродуктов
Между молекулярной массой и температурой кипения нефтяных фракций существует определенная зависимость; чем больше молекулярная масса нефтяной фракции, тем выше ее температура кипения.
Учитывая эту зависимость, Б.М. Воинов предложил следующую общую формулу для определения молекулярной массы M нефтяной фракции:
Формула Воинова для нефтяных фракций парафинового основания:
Мср = 60 + 0,3 tср + 0,001 tср2
где tср - средняя температура кипения нефтепродукта.

Основные физические свойства нефти и нефтепродуктов
Агрегатное состояние:
в условиях недр нефть жидкая, консистенция нефти, как и цвет, зависит от ее фракционного и группового составов:

Основные физические свойства нефти и нефтепродуктов
Важным свойством компонентов нефти является их растворимость в воде. Все углеводороды слабо растворяются в воде, но их растворимость отличается друг от друга;

Основные физические свойства нефти и нефтепродуктов
При добыче и транспортировке нефти большое значение имеет такое ее свойство, как вязкость.
У легких нефтей вязкость меньше, чем у тяжелых. Она уменьшается также с повышением температуры, так как при этом увеличивается расстояние между молекулами.

Основные химические свойства нефти и нефтепродуктов
Горение
Основным продуктом сгорания углеводородов является диоксид углерода (СО2), оксид углерода (СО), продукты неполного сгорания – углеводороды различного строения (формальдегид, органические кислоты, бенз(а)пирен и др.), сажа (С).

Основные химические свойства нефти и нефтепродуктов
взаимодействие с металлами и их оксидами
сера и сернистые соединения оказывают коррозионное воздействие на металлы вследствие непосредственного взаимодействия с металлами или в результате воздействия продуктов окисления данных соединений на металлы.
Железо ( трубопроводов) взаимодействует с серой. В результате реакции образуется рыхлый и пористый осадок сульфида железа (II), что приводит к разрушению металла.
Fe + S → FeS

Основные химические свойства нефти и нефтепродуктов
Смолообразование

Повышение температуры (выше 30 С) , прямой солнечный свет и присутствие некоторых сторонних примесей ( сернистые соединения, азотсодержащие соединения,) ускоряют эти процессы смолообразования.
Смолистые вещества накапливаются в виде отложений.

Основные химические свойства нефти и нефтепродуктов
Парафиноотложение
Парафинами называются углеводороды метанового ряда, начиная с С16Н34 до С64Н130.
В результате охлаждения нефти под воздействием более холодной окружающей среды в тонком пристенном слое возникает температурный градиент. Частицы парафина прикрепляются к стенке и охлаждаются. Происходит прикрепление новых частиц парафина к слою и их рост на нем.

Поведение нефти, нефтепродуктов и их компонентов в ОПС.

Поведение нефти, нефтепродуктов и их компонентов в ОПС.

Разлив дизельного топлива в Норильске

Разлив дизельного топлива в Норильске
Разли́в ди́зельного то́плива в Нори́льске — экологическая катастрофа, чрезвычайная ситуация федерального масштаба, произошедшая 29 мая 2020 года при разгерметизации бака с дизельным топливом на ТЭЦ-3 в Кайеркане (район Норильска)
Это одна из крупнейших утечек нефтепродуктов в арктической зоне в истории, создавшая угрозу для экосистемы Северного Ледовитого океана.
В результате утечки более 21 тыс. тонн дизельного топлива разлились далеко за пределы промзоны, из них по предварительной оценке 6 тыс. тонн попали в грунт, и 15 тыс. тонн в реку Далдыкан, правый приток Амбарной, впадающей в крупное озеро Пясино (площадью 735 км² — 3-е по площади в Красноярском крае и 16-е в России), из которого вытекает река Пясина, впадающая в Карское мореэ
площадь земель, загрязненных в результате аварийного разлива дизельного топлива составляет 300 853,2 м2, площадь нарушенных земель — 510 000 м2.
Федеральная служба по надзору в сфере природопользования (Росприроднадзор) оценила сумму экологического ущерба от разлива топлива на ТЭЦ-3 «Норильского никеля» почти в 147,78 млрд руб. (около $2 млрд). В том числе вред, причиненный водным объектам, составил 147,046 млрд руб., почве — еще 738,6 млн руб.