ТЕСТ №3
1. Какие классы углеводородов являются желательными компонентами бензинов?
А.Нафтены: Б.Парафины; В.Меркаптаны; Г. САВ.
2. При разгонке нефти в каких фракциях концентрируются гибридные углеводороды?
А.Бензиновых; Б.Масляных; В. Дизельных; Г.Керосиновых.
А. Кабоновые кислоты; Б.Кислоты Льюиса; В.Минеральные кислоты;
Г. Жирные кислоты.
4. Назовите кислоту, выделяемую из масляных дистиллятов.
А. Мылонафт; Б. Асидол; В. Полугудрон; Г. Кумол
5. К какому классу соединений относится асидол?
А.Серосодержащие; Б. Азотсодержащие; В. Кислородсодержащие;
Г. Углеводород
6. К какому классу соединений относят тиолы?
А. Кислородсодержащие;Б. Азотсодержащие;В.Серосодержащие;
Г. Углеводороды.
7. Что такое карбены?
А. Полимеры асфальтеновых молекул; Б. Карбоновые кислоты;
В. Карбкатионы; Г. Крекинг-остатки.
8. Что положено в основу классификации нейтральных смолистых веществ?
А. Отношение к растворителям; Б. Плотность; В. Вязкость;
Г. Молекулярная масса.
Правильные ответы на тренировочные тесты промежуточного контроля
| № теста | Номера вопросов/Буквы правильных ответов | ||||||
| А | В | Б | А | В | |||
| В | А | А | В | В | |||
| А | Б | А | Б | В | В | А | А |
1. Виржичинская С.В. Химия и технология нефти и газа: Учебн. пособие / Н.Г. Дигуров, С.А. Сиюшин.- М.: ИД «ФОРУМ», 2009,400 с.
2. Рябов В.Д. Химия нефти и газа.- М.: ИД «ФОРУМ», 2009, 336 с.
6. Хамаев В.Х. Химия углеводородов нефти и газа.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 1990, 147 с.
Дата добавления: 2014-12-29 ; просмотров: 3108 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Тест №2
Что из нижеперечисленного относится к светлым нефтепродуктам?
2. Назовите главные элементы всех компонентов нефти.
А.Углерод и волород; Б. Сера и азот; В. Кислород и азот;
Г. Ванадий и железо.
3. Каким классом органических соединений представлена основная масса компонентов нефти?
А. Углеводороды; Б. Спирты; В. Галогенопроизводные;
4. Какие углеводороды являются основой природного газа?
5. Какие парафиновые углеводороды концентрируются в гудронах?
А. Метановые; Б.Жидкие парафины; В. Церезины;
Тест №3
Какие классы углеводородов являются желательными компонентами бензинов?
А. Нафтены: Б. Парафины; В.Меркаптаны; Г. САВ.
2. При разгонке нефти в каких фракциях концентрируются гибридные углеводороды?
А.Бензиновых; Б. Масляных; В. Дизельных; Г. Керосиновых.
А. Кабоновые кислоты; Б.Кислоты Льюиса; В.Минеральные кислоты;
4. Назовите кислоту, выделяемую из масляных дистиллятов.
А. Мылонафт; Б. Асидол; В. Полугудрон; Г. Кумол
5. К какому классу соединений относится асидол?
А.Серосодержащие; Б. Азотсодержащие; В. Кислородсодержащие;
6. К какому классу соединений относят тиолы?
А. Кислородсодержащие; Б. Азотсодержащие; В.Серосодержащие;
7. Что такое карбены?
А. Полимеры асфальтеновых молекул; Б. Карбоновые кислоты;
В. Карбкатионы; Г. Крекинг-остатки.
8. Что положено в основу классификации нейтральных смолистых веществ?
А. Отношение к растворителям; Б. Плотность; В. Вязкость;
Г. Молекулярная масса.
Правильные ответы на тренировочные тесты промежуточного контроля
Номера вопросов/Буквы правильных ответов
Первичные процессы переработки нефти на НПЗ, ее фракционный состав и устройство ректификационных колонн
Нефть состоит из множества компонентов — фракций, — свойства, область применения и технологии переработки которых различны. Первичные процессы нефтеперерабатывающего производства позволяют выделить отдельные фракции, подготовив тем самым сырье для дальнейшего получения всем нам хорошо знакомых товарных продуктов — бензина, дизеля, керосина и многих других
Стабильность прежде всего
Прежде чем попасть на производство, нефть еще на промысле проходит первоначальную подготовку. При помощи газонефтяных сепараторов из нее удаляют наиболее легкие, газообразные составляющие. Это попутный нефтяной газ (ПНГ), состоящий преимущественно из метана, этана, пропана, бутана и изобутана, то есть из углеводородов, в молекулах которых содержится от одного до четырех атомов углерода (от CH4 до C4H10). Этот процесс называется стабилизацией нефти — подразумевается, что после него нефть будет сохранять свой углеводородный состав и основные физико-химические свойства при транспортировке и хранении.
Объективно говоря, разгазирование пластовой нефти начинается еще в скважине по мере продвижения ее наверх: из-за падения давления в жидкости газ из нее постепенно выделяется. Таким образом, наверху приходится иметь дело уже с двухфазным потоком — нефть / попутный газ. Их совместное хранение и транспортировка оказываются экономически невыгодными и затруднительными с технологической точки зрения. Чтобы переместить двухфазный поток по трубопроводу, необходимо создать в нем условия постоянного перемешивания, чтобы газ не отделялся от нефти и не создавал в трубе газовые пробки. Все это требует дополнительных затрат. Намного проще оказывается пропустить газонефтяной поток через сепаратор и максимально отделить от нефти ПНГ. Получить абсолютно стабильную нефть, составляющие которой совсем не будут испаряться в атмосферу, практически невозможно. Некоторое количество газа все равно останется и будет извлечено в процессе нефтепереработки.
Кстати, сам попутный нефтяной газ — это ценное сырье, которое может использоваться для получения электроэнергии и тепла, а также в качестве сырья для нефтехимических производств. На газоперерабатывающих заводах из ПНГ получают технически чистые отдельные углеводороды и их смеси, сжиженные газы, серу.
Из истории дистилляции
Дистилляция, или перегонка, — процесс разделения жидкостей путем их испарения и последующей конденсации. Считается, что впервые этот процесс освоили в Древнем Египте, где он применялся при получении из кедровой смолы масла для бальзамирования тел умерших. Позднее смолокурением для получения кедрового масла занимались и римляне. Для этого горшок со смолой ставили на огонь и накрывали шерстяной материей, на которой собиралось масло.
Аристотель описал процесс дистилляции в своей работе «Метеорология», а также упоминал вино, пары которого могу вспыхнуть — косвенно подтверждение того, что его предварительно могли подвергнуть перегонке, чтобы повысить крепость. Из других источников известно, что вино перегоняли в III веке до н. э. в Древнем Риме, правда, не для получения бренди, а для изготовления краски.
Следующие упоминания дистилляции относятся к I веку н. э. и связаны с работами александрийских алхимиков. Позднее этот метод у греков переняли арабы, которые активно использовали его в своих опытах. Также достоверно известно, что дистилляцией алкоголя в XII веке занимались в Салернской врачебной школе. В те времена, впрочем, дистилляты спирта употреблялись не как напиток, а в качестве лекарства. В XIII веке флорентийский медик Тадео Альдеротти впервые осуществил фракционирование (разделение) смеси жидкостей. Первая книга, целиком и полностью посвященная вопросам дистилляции, была опубликована в 1500 году немецким врачом Иеронимом Бруншвигом.
Долгое время для перегонки применялись достаточно простые устройства — аламбик (медный сосуд с трубкой для отвода пара) и реторта (стеклянная кол-ба с узким и длинным наклонным носиком). Техника стала совершенствоваться в XV веке. Однако предшественники современных ректификационных колонн для перегонки нефти, в которых происходит теплообмен между противонаправленными потоками жидкости и пара, появились лишь в середине XIX века. Они позволили получать спирт крепостью 96% с высокой степенью очистки.
Также на месторождении от нефти отделяют воду и механические примеси. После этого она поступает в магистральный нефтепровод и отправляется на нефтеперерабатывающий завод (НПЗ). Прежде чем приступить к переработке, нефть необходимо очистить от содержащихся в ней солей (хлоридов и сульфатов натрия, кальция и магния), которые вызывают коррозию оборудования, оседают на стенках труб, загрязняют насосы и клапаны. Для этого используются электрообессоливающие установки (ЭЛОУ). Нефть смешивают с водой, в результате чего возникает эмульсия — микроскопические капельки воды в нефти, в которых растворяется соль. Получившуюся смесь подвергают воздействию электрического поля, из-за чего капли соленой воды сливаются друг с другом и затем отделяются от нефти.
Нефть представляет собой сложную смесь углеводородов и неуглеводородных соединений. С помощью первичной перегонки ее можно разделить только на части — дистилляты, содержащие менее сложную смесь. из-за сложного состава нефтяные фракции выкипают в определенных температурных интервалах.
Фракционный состав
Многие процессы на НПЗ требуют подогрева нефти или нефтепродуктов. Для этого используются трубчатые печи. Нагрев сырья до требуемой температуры происходит в змеевиках из труб диаметром
Нефть состоит из большого количества разных углеводородов. Их молекулы различаются массой, которая, в свою очередь, определяется количеством составляющих их атомов углерода и водорода. Чтобы получить тот или иной нефтепродукт, нужны вещества с совершенно определенными характеристиками, поэтому переработка нефти на НПЗ начинается с ее разделения на фракции.
Согласно исследованию нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств, проведенному Американским нефтяным институтом, номенклатура нефтепродуктов, выпускаемых на современных НПЗ и имеющих индивидуальные спецификации, насчитывает более 2000 пунктов.
В одной фракции нефти могут содержаться молекулы разных углеводородов, но свойства большей части из них близки, а молекулярная масса варьируется в определенных пределах. Разделение фракций происходит путем перегонки нефти (дистилляции), основанной на том, что у разных углеводородов температура кипения различается: у более легких она ниже, у более тяжелых — выше.
Основные фракции нефти определяют по интервалам температур, при которой кипят входящие в них углеводороды: бензиновая фракция — 28—150°C, керосиновая фракция — 150—250°C, дизельная фракция, или газойль, — 250—360°C, мазут — выше 360°C. Например, при температуре 120°C большая часть бензина уже испарилась, но керосин и дизельное топливо находятся в жидком состоянии. Когда температура поднимается до 150°C, начинает кипеть и испаряться керосин, после 250°C — дизель.
Существует ряд специфических названий фракций, используемых в нефтепереработке. Так, например, головной пар — это наиболее легкие фракции нефти, полученные при первичной переработке. Их разделяют на газообразную составляющую и широкую бензиновую фракцию. Боковые погоны — это керосиновая фракция, легкий и тяжелый газойль.
От колонны к колонне
Ректификационная колонна
Ректификационная колонна — вертикальный цилиндр, внутри которого расположены специальные перегородки (тарелки или насадки). Пары нагретой нефти подаются в колонну и поднимаются вверх. Чем более легкие фракции испаряются, тем выше они поднимутся в колонне. Каждую тарелку, расположенную на определенной высоте, можно рассматривать как своего рода фильтр — в прошедших ее парах остается все меньшее количество тяжелых углеводородов. Часть паров, конденсировавшихся на определенной тарелке или не достигнув ее, стекает вниз. Эта жидкость, носящая название флегмы, встречается с поднимающимся паром, происходит теплообмен, в результате которого низкокипящие составляющие флегмы снова превращаются в пар и поднимаются вверх, а высококипящие составляющие пара конденсируются и стекают вниз с оставшейся флегмой. Таким образом удается достичь более точного разделения фракций. Чем выше ректификационная колонна и чем больше в ней тарелок, тем более узкие фракции можно получить. На современных НПЗ высота колонн превышает 50 м.
Простейшую атмосферную перегонку нефти можно провести путем обычного нагревания жидкости и дальнейшей конденсации паров. Весь отбор здесь заключается в том, что собирается конденсат паров, образовавшихся в разных интервалах температуры кипения: сначала выкипают и затем конденсируются легкие низкокипящие фракции, а затем средние и тяжелые высококипящие фракции углеводородов. Конечно, при таком способе говорить о разделении на узкие фракции не приходится, так как часть высококипящих фракций переходит в дистиллят, а часть низкокипящих не успевает испариться в своем температурном диапазоне. Чтобы получить более узкие фракции, применяют перегонку с ректификацией, для чего строят ректификационные колонны
50
метров и больше может достигать высота ректификационных колонн на современных нпз
Отдельные фракции могут подвергаться и повторной атмосферной перегонке для разделения на более однородные компоненты. Так, из бензинов широкого фракционного состава получают бензольную, толуольную и ксилольную фракции — сырье для получения индивидуальных ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилола). Повторной перегонке и дополнительному разделению могут подвергать и дизельную фракцию.
Перегонка нефти на современных атмосферных установках может осуществляться как однократное испарение в одной ректификационной колонне, двукратное испарение в двух последовательно расположенных колоннах или перегонка с предварительным испарением легких фракций в колонне предварительного испарения.
Перегонка нефти на современных атмосферных установках и на атмосферных секциях комбинированных установок может осуществляться разными способами: как однократное испарение в одной ректификационной колонне, двукратное испарение в двух последовательно расположенных колоннах или перегонка с предварительным испарением легких фракций в колонне предварительного испарения. Также ректификационные колонны могут быть вакуумными, где конденсация паров происходит при минимальном давлении.
Фракции, кипящие при температуре свыше 360°C, при атмосферной перегонке (перегонке при атмосферном давлении) не отделяются, так как при более высокой температуре начинается их термическое разложение (крекинг): крупные молекулы распадаются на более мелкие и состав сырья меняется. Чтобы этого избежать, остаток атмосферной дистилляции (мазут) подвергают перегонке в вакуумной колонне. Так как в вакууме любая жидкость кипит при более низкой температуре, это позволяет разделить и более тяжелые составляющие. На этом этапе выделяются фракции смазочных масел, сырье для термического или каталитического крекинга, гудрон.
В ходе первичной переработки получают разные виды сырья, которые затем будут подвергаться химическим преобразованиям в рамках вторичных процессов. У них уже привычные названия — бензин, керосин, дизель, — но они еще не соответствуют требованиям к товарным нефтепродуктам. Их дальнейшая трансформация необходима, чтобы улучшить потребительские качества, очистить, создать продукты с заданными характеристиками и повысить глубину переработки нефти.
2.5. Гибридные углеводороды
В молекулах гибридных углеводородов имеются в различных сочетаниях структурные элементы всех типов: моно- и полициклических аренов, моно- и полициклических пяти- или шестикольчатых цикланов и алканов нормального и разветвленного строения. Их условно можно подразделить на следующие три типа: 1) алкано-циклановые; 2) алкано-ареновые и 3) алкано-циклано-ареновые. По существу, рассмотренные выше алкилпроизводные циклоалканов и аренов можно отнести к первым двум типам гибридных углеводородов.
В бензиновых и керосиновых фракциях идентифицированы простейшие циклано-ареновые углеводороды: индан, тетралин и их алкильные производные. Исследования группового химического состава масляных фракций нефтей показали, что они практически полностью состоят из высокомолекулярных гибридных углеводородов. В очищенных товарных маслах гибридные углеводороды первого типа представлены преимущественно моно- и бициклическими цикланами с длинными алкильными цепями (до 50-70 % масс.). Гибридные углеводороды с моно- или бициклическими аренами с длинными алкильными цепями могут входить в состав парафинов и церезинов. Третий тип гибридных углеводородов наиболее распространен среди углеводородов высокомолекулярной части нефти.
2.6. Гетероатомные соединения нефти
Гетероатомные (серо-, азот- и кислородсодержащие) и минеральные соединения, содержащиеся во всех нефтях, являются нежелательными компонентами, поскольку резко ухудшают качество получаемых нефтепродуктов, осложняют переработку (отравляют катализаторы, усиливают коррозию аппаратуры и т. д.) и обусловливают необходимость применения гидрогенизационных процессов.
Между содержанием гетероатомных соединений и плотностью нефтей наблюдается вполне закономерная симбатная зависимость: легкие нефти с высоким содержанием светлых бедны гетеросоединениями и, наоборот, ими богаты тяжелые нефти. В распределении их по фракциям наблюдается также определенная закономерность: гетероатомные соединения концентрируются в высококипящих фракциях и остатках.
2.6.1. Серусодержащие соединения
О количестве сернистых соединений в нефтях судят по результатам определения общего содержания серы, выраженного в процентах. Такой анализ является косвенным и не дает точного представления о содержании, распределении по фракциям и молекулярной структуре сернистых соединений в нефтях. Ориентировочно можно принять, что количество серусодержащих соединений в нефти в 10-12 раз превышает количество серы, определенной по анализу. Очевидно, для низкокипящих фракций этот коэффициент несколько ниже, а для высокомолекулярных остатков может доходить до 15.
Сера является наиболее распространенным гетероэлементом в нефтях и нефтепродуктах. Содержание ее в нефтях колеблется от сотых долей до 5-6 % масс., реже до 14 % масс.
Элементная сера содержится в растворенном состоянии (до 0,1 % масс.) в нефтях, связанных с известняковыми отложениями. Она обладает сильной коррозионной активностью, особенно к цветным металлам, в частности, по отношению к меди и ее сплавам.
Сероводород (H2S) обнаруживается в сырых нефтях не так часто и значительно в меньших количествах, чем в природных газах, газоконденсатах и нефтях.
Обнаружена следующая закономерность: меркаптановая сера в нефтях и газоконденсатах сосредоточена главным образом в головных фракциях.
Элементная сера, сероводород и меркаптаны как весьма агрессивные сернистые соединения являются наиболее нежелательной составной частью нефтей. Их необходимо полностью удалять в процессах очистки всех товарных нефтепродуктов.
Моноциклические сульфиды представляют собой пяти- или шести-членные гетероциклы с атомом серы. Кроме того, в нефтях идентифицированы полициклические сульфиды и их разнообразные гомологи, а также тетра- и пентациклические сульфиды.
В средних фракциях многих нефтей преобладают тиоцикланы по сравнению с диалкилсульфидами. Среди тиоцикланов, как правило, более распространены моноциклические сульфиды. Полициклические сульфиды при разгонке нефтей преимущественно попадают в масляные фракции и концентрированы в нефтяных остатках.
Тиофен и 2-метилтиофен являются эффективными выносителями соединений марганца из карбюраторных двигателей при использовании в качестве антидетонатора циклопентадиенилкарбонил марганца
Учитывая наличие значительных ресурсов серусодержащих соединений в нефтях, исключительно актуальной является проблема их извлечения и рационального применения в народном хозяйстве.
Гибридные углеводороды
Кислоты, в которых карбоксильная группа соединена непосредственно с кольцом, если и встречаются, то играют, по-видимому, второстепенную роль. Дальнейшие исследования показали, что в кислотах с 12 и более атомами углерода в молекуле содержатся би-, три- и полициклические структуры с конденсированными пяти- и шестичленными кольцами, относящиеся к гомологическим рядам: СпШп-зСООН, CnHan-sCOOH, СпШп-гСООН. Все более признается наличие тесной связи между составом и строением углеводородной части нефтяной фракции, из которой выделены кислоты, и структурой этих кислот. О такой связи между структурой углеводородов и их производных уже говорилось при рассмотрении сероорганн-ческих соединений нефти и смолистых продуктов. С повышением молекулярной массы кислот все большее значение приобретают, как и в углеводородах, гибридные структуры.
Кислоты, в которых карбоксильная группа соединена непосредственно с кольцом, если и встречаются, то играют, по-видимому, второстепенную роль. Дальнейшие исследования показали, что в кислотах с 12 и более атомами углерода в молекуле содержатся би-, три- и полициклические структуры с конденсированными пяти- и шестичленными кольцами, относящиеся к гомологическим рядам: СпШп-зСООН, CnH2n-5COOH, CnH2n-7COOH. Все более признается наличие тесной связи между составом и строением углеводородной части нефтяной фракции, из которой выделены кислоты, и структурой этих кислот. О такой связи между структурой углеводородов и их производных уже говорилось при рассмотрении серооргани-ческих соединений нефти и смолистых продуктов. С повышением молекулярной массы кислот все большее значение приобретают, как и в углеводородах, гибридные структуры.
Анализ группового состава масляных фракций несколько сложнее. С повышением молекулярной массы нефтепродуктов в них все большую долю составляют гибридные структуры, и различия между классами углеводородов стираются.
Бициклические гибридные структуры
финовые гибридные структуры рис- 34. Изменение ‘углеводородного
Такого типа гибридные структуры предельных углеводородов, несомненно, широко представлены в высокомолекулярной части
Гибридные структуры синтетических углеводородов,
5.2.4. Гибридные углеводороды. 67
3.2.4. Гибридные углеводороды
Наилучшей химической стабильностью обладают малоциклич — ь ые нафтено-ароматические и гибридные углеводороды с длинными алкильными цепями. Процесс окисления эффективно тормозится смо — листыми веществами и некоторыми серосодержащими соединениями, содержание которых в маслах регулируется глубиной их очистки. При углубленной очистке эксплуатационные свойства масел улучшают, добавляя в них антиокислительные и другие присадки.
Гибридные углеводороды являются одним из главных источников всех углеводородов меньшего молекулярного веса и с меньшим запасом свободной энергии.
Циклоалкано-арены достаточно широко представлены в нефтях., особенно в высших фракциях. Ряд исследователей относит их к аренам, однако это неправомерно. Гибридные углеводороды правильнее выделять в отдельную группу,
