Химии горючих ископаемых

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(Астраханский государственный  университет)

 

 

«Утверждаю»

 «________»___________________2014 г.

ГГГГИ

д. Г-М.Н.,проф.

____________________Серебряков О.И.

 

 

Курсовая работа

«СВОЙСТВА ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ. ЭЛЕМЕНТНЫЙ И ФРАКЦИОННЫЙ СОСТАВ НЕФТИ И ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА»

 

 

Выполнила:

студентка  группы   БДГГ-21

________________Заскокина А.В.                                                                                                                                    

Руководитель:

доцент кафедры ГГГГИ                                                                                                                  

_________________Мерчева В.С.

 

 

Астрахань-2014г. 

Содержание

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………….………….....3

ГЛАВА 1. СВОЙСТВА ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ…………….………......4

ГЛАВА 2. ЭЛЕМЕНТНЫЙ И ФРАКЦИОННЫЙ СОСТАВ НЕФТИ…..........9

           2.1. Элементный состав нефти………………………………………........9

           2.2. Фракционный состав нефти………………………………….……...14

ГЛАВА 3.ЭЛЕМЕНТНЫЙ И ФРАКЦИОННЫЙ СОСТАВ ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА…………………………………………………………………..19

           3.1. Элементный состав газового конденсата……………………...…...19

          3.2.Фракционный состав газового конденсата…………………….…...22

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………….……………………………………….....23

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………………………...25

 

ВВЕДЕНИЕ

 

       Тема  курсовой работы выбрана в  связи с ее актуальностью в  жизни людей. Без горючих ископаемых не могут существовать промышленность, сельское хозяйство и особенно транспорт. Термин «горючие» не очень удачный. Он наводит на мысль, что эти ископаемые используются только как топливо. Топливо для промышленных предприятий, электростанций, различных двигателей и т.д. Это правда, но далеко не вся правда. Так называемые горючие ископаемые широко используются и для многих других целей, особенно в химической промышленности. В особенности это справедливо в отношении нефти. Нередко говорят, что «топить нефтью - все равно что топить денежными ассигнациями». Месторождения бурого и каменного угля имеют важное значение для народного хозяйства Российской Федерации. Поэтому эта курсовая работа актуальна для подробного изучения свойств горючих ископаемых, в особенности нефти и газоконденсата.

       Для  изучения, я определила следующие цели и задачи:

1. Изучить химический состав горючих ископаемых;
2. Изучить классификацию горючих ископаемых;
3. Рассмотрение свойствах горючих ископаемых, элементного и фракционного состава газоконденсатов.

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 1.СВОЙСТВА ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ

      Многообразие встречающихся в природе горючих ископаемых обусловливает необходимость их систематизации, при которой они классифицируются по наиболее общим и характерным признакам. Одна из задач химии твердых топлив состоит в создании всеобъемлющей классификации. Требования, предъявляемые к современной классификации топлив, очень велики и разнообразны. Классификация должна быть основана на наиболее характерных признаках топлива, которые позволили бы потребителю без всяких затруднений выбрать наиболее подходящее по свойствам топливо. Обычно выбирают комплекс физико-химических характеристик (происхождение, физические свойства, технический и элементный состав, результаты обработки химическими реактивами и растворителями, отношение к термической переработке и др.). 

       Горючие ископаемые - газ, нефть и уголь - отличаются друг от друга соотношением углерода и водорода. Уголь наиболее обеднен водородом, этим объясняется его твердое состояние. Кроме того, в нефтях найдены и другие элементы, такие как сера, кислород, азот. Содержание серы колеблется от сотых долей до 8%, может быть и больше. Количество азота изменяется в пределах от тысячных долей процента до 1,5%, а кислорода - от десятых долей до 3,6%. В нефтях обнаружены в незначительных количествах многие элементы, такие как Ре, Са, К, Mg, V, Т и др.

Существуют классификации природных горючих ископаемых, основанные на различиях их физических свойств твердые (угли, асфальт, озокерит и др.), жидкие (нефти) и газообразные (болотный газ, газы нефтяных и газовых местоскоплений и др.). Хотя эта классификационная схема проста и удобна для пользования, в ней ввиду отсутствия генетического признака в одну группу попадают различные горючие ископаемые (например, уголь, асфальт, озокерит и др.), отличающиеся как по составу исходного ОВ, так и по условиям превращения его в конечный продукт. 

      Отличительные признаки различных ТГИ можно установить визуальным осмотром их образцов по цвету, блеску, структуре и излому. Свойства их определяют различными физическими и химическими методами, на основании которых делают окончательные выводы о принадлежности исследуемого образца к тому или иному классу ТГИ, Особенности различных видов твердых горючих ископаемых, а также их компонентный состав и генетические признаки могут быть установлены с помощью методов петрографии — науки о минералогическом составе горных пород, к которым относятся и ТГИ. 

Для первичной характеристики горючих ископаемых (ГИ) с целью определения качества их как товарного продукта необходимы данные исследования различными методами. Свойства ГИ можно подразделить по некоторым общим признакам, связанным с методами их определения, на несколько групп а) техническая характеристика б) элементный состав в) физические свойства. Из изложенного видно, что ископаемые угли представляют собой весьма сложный конгломерат веществ, различающихся физическими и химическими свойствами. Для рационального использования горючих ископаемых необходима их классификация, которая могла бы удовлетворить не только практиков, но и исследователей. 

      Рациональное использование горючих ископаемых в народном хозяйстве возможно при наличии классификации, учитывающей весь комплекс физических, химических и технологических свойств. Однако, несмотря на многолетние работы в этой области, до сих пор не существует единой промышленно-генетической классификации.

С точки зрения технологии наибольший интерес представляют данные о теплоемкости, тепло- и температуропроводности горючих ископаемых и их изменении в ходе термической обработки, так как этими свойствами в значительной мере определяются продолжительность, эффективность и энергетический итог процесса. В связи с этим теплофизические свойства горючих ископаемых на протяжении длительного времени привлекают внимание многих исследователей как в СССР, так и за рубежом. Эти исследования часто бывают настолько специфичны, что практически исключена возможность широкого использования полученных результатов. Причинами такого положения являются, по мнению авторов, чрезвычайное разнообразие, химическая и физическая неоднородность горючих ископаемых, несовершенство или несопоставимость методик определения теплофизических свойств и, наконец, отсутствие теории, позволяющей интерпретировать и обобщать полученные результаты. 

       Рассматривая свойства углей и других видов твердых горючих ископаемых, необходимо учитывать их неоднородность, выражающуюся как в наличии минеральных примесей разного состава, в том числе и минеральных примесей, тесно связанных с органическими веществами, так и в неодинаковом составе и строении органической массы даже визуально наиболее однородных петрографических компонентов углей. По этой причине многие физические свойства твердых горючих ископаемых в действительности являются статистически усредненными величинами, в большей мере зависящими от свойств и соотношения петрографических составляющих в исследуемых объектах. 

Нефть — жидкое горючее ископаемое, обычно темно-бурого цвета. В ее состав входят многочисленные соединения углеводородов, обладающие различными физическими и химическими свойствами. Химический состав нефти зависит от того, в каком районе она добыта.  Все перечисленные горючие ископаемые имеют различные физические, химические и физико-химические свойства, что объясняется как различием исходного материала, так и различной глубиной его превращения или различной химической зрелостью ископаемого материала.[1] 

      Один из трех разделов настоящего сборника содержит статьи с изложением результатов экспериментальных исследований лаборатории физической химии Института горючих ископаемых в области кристаллохимии углерода. В первой статье сборника излагается концепция переходных форм углерода, обобщающая фактический материал по изучению структуры и свойств углерода и углей с химической точки зрения. 

 В состав нефти, ее средней гипотетической молекулы , входят следующие элементы С, Н, О и металлы. При этом основными структурными элементами являются С и Н, так как нефть состоит преимущественно из углеводородов. Содержание углерода в нефтях изменяется в пределах 83—87%, водорода— 12—14%. Углерод и водород определяют физические свойства и химический состав нефти и нефтепродукта. Горючие ископаемые — газ, нефть и уголь — отличаются друг от друга соотношением в их составе углерода и водорода. Из них наиболее обеднен водородом уголь, и поэтому уголь является твердым веществом. Агрегатное состояние различных углеводородных продуктов зависит от атомного соотношения водорода и углерода, которое приведено ниже  

       По физическим свойствам пород их разделяют на твердые, жидкие и газообразные. В зависимости от использования различают горючие полезные ископаемые (уголь, нефть, горючие газы и горючие сланцы), неметаллические полезные ископаемые, металлические руды. 

Химический состав исходных растений, условия формирования торфяника и процессы литогенеза определили образование ряда углей от бурых до каменных и антрацитов. Свойства торфяника, превращающегося в ископаемое состояние, еще к моменту захоронения предопределяют свойства, присущие твердым горючим ископаемым, буроугольной или каменноугольной стадиям углеобразования, поэтому более правильным следует считать, что стадия химической зрелости угля, в которой уголь относится по целому ряду физических и химических свойств, зависит как от условий формирования торфяника, так и от протекания процессов диагенеза и катагенеза. Нельзя считать, что длин-иопламенный уголь непременно превратится в газовый, а затем в жирный (Ю.А.Жемчужников). Именно торфяник после погружения под воздействием геологических факторов преобразовался в пласты бурого угля определенной зрелости и химических свойств, но эти свойства уголь приобрел также и в результате воздействия давления и температуры, характерных для данной стадии образования осадочных пород. 

Институт создавался как комплексное научно-исследовательское учреждение, основной задачей которого было комплексное изучение горючих ископаемых (нефть, уголь, слапцы, торф, сапропель) с точки зрения их генезиса, условий формирования месторождений, а также физических, химических и технологических свойств. Институт состоял из отделов, которые объединяли лаборатории одного направления. Основными лабораториями нефтехимического профиля были лаборатории генезиса нефти и нефтяных месторождений (И. М. Губкин), химии нефти (С. С. Наметкин), парофазного крекинга (К. К. Дубровай), подземной газификации тяжелых нефтей (А. Б. Шейпман).

Существует исторически сложившаяся классификация природных горючих ископаемых, основанная на различиях их физических свойств твердые (угли, сланцы, асфальт, озокерит), жидкие (нефти) и газообразные (болотный газ, газы нефтяных и газовых месторождений).

 

                  

 

 

 

ГЛАВА 2.ЭЛЕМЕНТНЫЙ И ФРАКЦИОННЫЙ СОСТАВ НЕФТИ

       Нефть представляет собой подвижную маслянистую горючую жидкость легче воды от светло-коричневого до темного цвета со специфичным запахом.

 С позиций химии нефть - непростая только многокомпонентная взаиморастворимая смесь газо-образных, водянистых и жестких углеводородов различного хим. строения с числом углеродных атомов до 100 и более с примесью гетероорганических соединений серы, азота, кислорода и неких металлов.

 

1. Элементный состав нефти

 

       По современным представлениям нефть это горная порода и является сложной системой органических веществ.

Нефть состоит из низко- и высокомолекулярных углеводородных и неуглеводородных компонентов. По химическому составу нефти различных месторождений весьма разнообразны и состоят главным образом из углеводорода, водорода и серы, кислорода и азота. Средний элементарный состав нефти представлен в табл.

Элемент	Содержание, % масс.
Углерод (C)	82-87
Водород (H)	11-15
Сера (S)	0,1-7,0
Кислород (O)	1-2
Азот (N)	<0,5-0,6

Наряду с углеродом и водородом во всех нефтях присутствуют сера, кислород и азот. В сумме содержание этих элементов редко превышает 8—10 % мас. Азота в нефти содержится не более 1,5 % мас. В основном он входит в состав высокомолекулярных, конденсированных (смолистых) соединений. Также в состав высокосмолистых соединений входят кислород (0,1—2 % мас.) и некоторое количество серы. В отличие от азота и кислорода основное количество серы сосредоточено в низкомолекулярных соединениях парафинового ряда.[2]

       Кроме вышеназванных элементов, в нефтях обнаружены в незначительных количествах очень многие элементы, в том числе Са, Mg, Fe, Al, Si, Ge, V, Ni, Na, Bi и др. Содержание этих элементов выражается незначительными долями процента., Например, в нефтепродуктах германий был определен в количестве 0,15—0,19 г/т. Всего в нефтях найдено более 50 элементов. Интересно отметить, что ванадий и никель, являясь микроэлементами в земной коре, по содержанию в нефтях занимают первое место среди металлов. Причем ванадий содержится преимущественно в сернистых и смолистых нефтях.