Хімічний склад нафти і газу.

Що таке нафту і газ відомо всім. І в той же час навіть фахівці не можуть домовитися між собою про те, як утворюються нафтові поклади. Така ситуація здасться не такою вже дивною, якщо почати знайомитися з «біографією» цього корисної копалини.

В кращому сорті вугілля - антрациті, наприклад, на вуглець припадає 94%. Останнє дістається водню, кисню і деяких інших елементів.

Звичайно, чистого вугілля в природі практично не буває: його пласти завжди засмічені порожній породою, різними вкрапленнями і включеннями ... Але в даному випадку ми говоримо не про пластах, родовищах, а лише про вугілля як такому.

В нафти міститься майже стільки ж вуглецю, скільки і в кам'яному вугіллі - близько 86%, а от водню більше - 13% проти 5-6% у вугіллі. Зате кисню в нафти зовсім мало - всього 0,5%. Крім того, в ній є також азот, сірка та інші мінеральні речовини.

Така спільність по елементного складу, звичайно, не могла пройти непоміченою для вчених. І тому нафту разом з газом відносять до того ж класу гірських порід, що вугілля (антрацит, кам'яне і буре), торф і сланці, а саме - до класу каустобіолітов.

Це хитромудро слово складене з трьох грецьких слів: kaustikos - пекучий, bios - Життя та lithos - камінь. Можете тепер перекласти самі.

Таке назва може здатися не зовсім точним. Як це до класу каменів, нехай органічного походження, нехай навіть і горючих, можна віднести рідку нафту, а тим більше природний газ? ...

Зауваження цілком резонне. Однак, напевно, Ви здивуєтеся ще більше, коли дізнаєтеся, що нафту фахівці відносять до мінералів (хоча латинське слово minera означає «Руда»). Разом з газом вона належить до горючих корисних копалин. Так вже склалося історично, і не нам з Вами цю класифікацію міняти. Просто давайте мати на увазі, що мінерали бувають не тільки твердими.

В хімічному відношенні нафта - складна суміш вуглеводнів, що підрозділяється на дві групи - важку і легку нафту. Легка нафту містить приблизно на два відсотки менше вуглецю, ніж важка, зате відповідно, більша кількість водню і кисню.

Головну частина нефтей складають три групи вуглеводнів - алкани, нафти і арени.

Алкани (в літературі Ви можете також зіткнутися з назвами граничні вуглеводні, насичені вуглеводні, парафіни) хімічно найбільш стійкі. Їх загальна формула СnH (2n +2). Якщо число атомів вуглецю в молекулі не більше чотирьох, то при атмосферному тиску алкани будуть газоподібними. При 5-16 атомах вуглецю це рідини, а згори - уже тверді речовини, парафіни.

До нафтанам відносять аліциклічні вуглеводні складу CnH2n, CnH (2n-2) та CnH (2n-4). У нафтах содердітся переважно циклопентан С5Н10, Циклогексан С6Н10 та їх гомологи. І нарешті, арени (ароматичні вуглеводні). Вони значно біднішими воднем, співвідношення вуглець/водень в аренах саме висока, набагато вища, ніж у нафти в цілому. Вміст водню в нафтах коливається в широких межах, але в середньому може бути прийняте на рівні 10-12% тоді як вміст водню в бензолі 7,7%. А що говорити про складні поліциклічних з'єднаннях, в ароматичних кільцях яких багато ненасичених зв'язків вуглець-вуглець! Вони складають основу смол, асфальтенів та інших попередників коксу, і будучи вкрай нестабільними, ускладнюють життя нафтопереробникам.

Подивіться, як влаштовані молекули пентану С5Н10, циклогексану С6Н12 і бензолу С6Н6 -- типових представників кожного з цих класів:

Крім вуглецевої частини в нафті є асфальто-смолиста складова, порфірини, сірка та зольна частину.

асфальто-смолиста частина - темне щільне речовина, яка частково розчиняється в бензині. Розчиняються частину називають асфальтенів, а нерастворяющуюся, зрозуміло, смолою.

порфірини - Особливі органічні сполуки, що мають у своєму складі азот. Багато вчених вважають, що колись вони утворилися з хлорофілу рослин і гемоглобіну тварин.

Сірки в нафти буває досить багато - до 5%, і вона приносить чимало клопоту нафтовикам, викликаючи корозію металів.

І, нарешті, зольна частину. Це те, що залишається після спалювання нафти. У попелі, зазвичай містяться з'єднання заліза, нікелю, ванадію і деяких інших речовин. Про їх використанні ми поговоримо в подальшому.

До сказаного, мабуть, можна додати, що геологічний сусід нафти - природний газ - теж непростий за своїм складом речовину. Найбільше - до 95% у обсягом - в цій суміші метану. Присутні також Етан, пропан, бутан та інші алкани - від С5 і вище. Більш ретельний аналіз, дозволив виявити в природному газі і невеликі кількості гелію.

Використання природного газу почалося давно, але здійснювалося спочатку лише в місцях його природних виходів на поверхню. У Дагестані, Азербайджані, Ірані та інших східних районах з незапам'ятних часів горіли ритуальні «вічні вогні», поруч з ними процвітали за рахунок паломників храми.

Пізніше відзначені випадки застосування природного газу, що отримується з пробурених свердловин або колодязів та шурфів, що споруджуються для різних цілей. Ще в першому тисячолітті нашої ери в китайській провінції Сичуань під час буріння свердловин на сіль було відкрито газове родовище Цзилюцзинь. Практичні люди з Сичуань досить скоро навчилися використовувати цей газ для випарювання солі з розсолу. Ось Вам приклад типово енергетичного застосування.

В Протягом багатьох століть людина використовувала такі подарунки природи, але промисловим освоєнням ці випадки не назвеш. Лише в середині 19 століття природний газ стає технологічним паливом, і одним з перших прикладів можна навести скляне виробництво, організоване на базі родовища Дагестанські вогні. До речі, в даний час більше 60% скляного виробництва базується на використанні в якості технологічного палива саме природного газу.

Взагалі кажучи, переваги газового палива стали очевидні досить давно, мабуть, з моменту появи промислових процесів термічної (без доступу повітря) деструкції твердих палив. Розвиток металургії призвело до заміни примітивних смолокура коксовими печами. Коксового газу швидко знайшлося побутове застосування -- з'явилися газові ріжки для освітлення вулиць і приміщень. У 1798 році в Англії було влаштовано газове освітлення головного корпусу мануфактури Джеймса Уатта, а в 1804 утворилося перше суспільство газового освітлення. У 1818 році газові ліхтарі висвітлили Париж. І дуже скоро коксування стали застосовувати для одержання не стільки металургійного коксу, скільки спочатку світильного, а потім і побутового газу. Газифікація побуту стала синонімом прогресу, процеси газифікації палива удосконалювалися, а отриманий газ стали все частіше називати «міських газом ».

Цікаво відзначити, що вдосконалення пірогенетіческой технології йшло по шляху більш повного використання паливного потенціалу. При сухій перегонці типу коксування в газ переходить не більше 30-40% теплоти палива. При окисної газифікації з додаванням кисню, повітря, водяної пари можна добиіть перекладу в газ до 70-80% і більше потенційної теплоти. Практично при газифікації твердого палива в попільного залишок органічних з'єднань не залишається.

Однак в газу, що отримується при окисної газифікації, теплота згоряння нижча, ніж у газу при коксуванні. Тому при виробництві міського газу комбінували процеси коксування з газифікаційними. Згодом, уже в 20 столітті, з'явилася можливість підвищити калорійність побутового газу, включивши до схеми газифікації операцію каталіческого метанірованія - перетворення частини оксиду вуглецю і водню, що містяться в газі окисної газифікації, в метан. Тим самим вдалося досягти необхідної для нормальної роботи пальників теплоти згоряння одержуваного побутового газу не менше 16,8 Мдж/м3 (4000 ккал/м3).

Отже, газ замінив інші види палива спочатку для освітлення, потім для приготування їжі, опалення помешкань. Але майже століття для цих цілей використовувався практично тільки штучний газ, отриманий з твердих палив. А що ж природний газ?

Справа в тому, що всерйоз почали шукати й розробляти родовища природного газу в 20-х роках 20 століття. І лише в 30-х роках техніка буріння на великі глибини (до 3000 метрів і більше) дозволила забезпечити надійну сировинну базу газової промисловості.

Розвитку нової галузі перешкодила друга світова війна. Проте вже в 1944 році почалися вишукувальні роботи з прокладання першого промислового газопроводу Саратов-Москва. Це був первісток, за яким у 50-х років було ухвалено Дашава-Київ, Шебелинка-Москва. У наступні десятиліття весь СРСР перетинали потужні траси, по яких в даний час передаються величезні кількості природного газу. Саме тому газ стає поступово енергоносієм номер один для комунально-побутових потреб і промислових енергетичних установок. Частка природного газу перевищила 60-відсотковий рубіж в енергетиці виробництва цементу, скла, кераміки, інших будівельних матеріалів, наближається до 50% в металургії та машинобудуванні. Застосування природного газу в стаціонарних енергетичних установках дозволяє з урахуванням зниження витрат на власні потреби електростанцій збільшити їх ККД на 6-7%, підвищити продуктивність на 30% і більше.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://subscribe.ru/catalog/hind.chem.neftegaz