Состав и применение нефти

Государственное общеобразовательное  учреждение

Средняя общеобразовательная  школа №2011

Имени трижды героя совецкого союза маршала  авиации И.Н. Кожедуба 
 
 

РЕФЕРАТ

По предмету:

Окружающий  мир

На тему:

Состав  и применение нефти. 

. 
 
 
 
 

2011 

Содержание 
 

1. История развития нефти                                                                             4
2. Состав нефти                                                                                              6
3. Добыча, разработка, очистка и применение нефти                                  7

Заключение                                                                                               12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. История развития нефти

В древности  нефть использовали и военных  целях. Летописи рассказывают, что древние  греки привязывали сосуд с  таинственной смесью к метательному копью, запускавшемуся гигантской пращей. Когда снаряд достигал цели, происходил взрыв и поднималось облако дыма. Пламя сразу же  распространялось во всех направлениях. Вода не могла погасить огонь. Состав "греческого огня" хранился в строгой тайне, и лишь арабским алхимикам XII века удалось его разгадать. Всю основу этого таинственного рецепта составляла нефть с добавлением серы и селитры. 
 
В XVII-XVIII вв. нефть использовалось и как лечебное средство. В середине XVII в. французский миссионер парет Джозеф де ла Рош д, Альен обнаружил в западной Пенсильвании таинственные "черные воды". Индейцы добавляли их в качестве связующего вещества в краски для раскрашивания своих лиц. Из этих вод, бывших не чем иным, как нефтяными озерами, патер и создал свой чудодейственный бальзам. Во многих странах Европы его применяли как лекарство.  
 
Однако не везде нефть получала должную оценку. В 1840 году русский губернатор Баку направил пробы Бакинской нефти в Петербургскую академию наук с целью определения ее пригодности для промышленных нужд. Он получил весьма "поучительный" ответ: "Это вонючее вещество пригодно только для смазки колес и телег". 
 
Лишь во второй половине прошлого века человек открыл удивительные возможности "черного золота". Развитие промышленности потребовало огромное количество смазочных средств, нового более дешевого и более эффективного, чем уголь, топливо, в принципиально новых источников света. Все это могла дать только нефть. Молох индустрии все больше и настойчивее требовал для своего роста нефти и нефтепродуктов. Началась повсеместная ее добыча. Занималась заря новой, нефтяной эры. Первым вестником  ее явились нефтяные вышки полковника Дрейка. В североамериканском  городке Тайтесвилле штата Пенсильвания его скважина дала нефть. Это случилось 27 августа 1859 г. С этой даты ведет отсчет современная нефтяная промышленность мира. 
 
Началась погоня за нефтью. Во всех концах света, в обжитых и неисследованных районах, на суше и на дне океана искали эту черную и бурую маслянистую на ощупь и с характерным острым запахом "земную кровь". Нефтяную лихорадку подхлестнуло  изобретение в январе 1861 г. Крекинга-современного метода переработки нефти. Вещество, на которое  тысячилентиями мало кто обращал внимание, стало широко использоваться в промышленности  и военных целях, превратилось в объект торговли и спекуляции, стало своеобразным яблоком раздора для различных государств мира. 
 
Тем не менее, несмотря на активные поиски, в конце прошлого века добывалось в год всего около 5 млн. т нефти, по нынешним масштабам капля в море. Добыча велась примитивным способом.  
 
На Апшероне, где хозяйничал предприимчивый шведский делец Э. Нобель, нефть доставили бурдюками из простых колодцев. В конце 80-ых годов прошлого века на его "нефтяную империю" работало более 25 тыс. рабочих. Естественно, что такими средствами трудно было увеличивать  нефтедобычу. 
 
По мере развития науки и техники совершенствовался процесс бурения нефтяных скважин и их эксплуатация. В результате уже в 1900 г. во всем мире было произведено 20 млн. т "черного золота". 
 
Настоящий взрыв нефтедобычи приходится на послевоенные годы: в 1945 г. в мире добыто 350 млн. т нефти, в 1960 г.— свыше 1 млрд. т, а в 1970 г.— около 2 млрд. т. Максимум добычи падает на 1979 г. (3,2 млрд. т), а потом темпы ее снизились. Сейчас из земных недр ежегодно выкачивается около 3 млрд. т "черного золота"  (2,8 млрд. т в  1984 г.) (рис.  1). 
 
Такими же темпами развивалась и добыча постоянного спутника нефти — горючего газа. Его использование начинается лишь в первой половине XX в. В 1920 г. годовая добыча газа составила всего 35 млрд. м3, а в 1950 г. увеличилась до 192 млрд. м3. С 1960 г. производство газа резко пошло вверх, достигнув максимума в 1984 г. (1560 млрд. м3). 
 
Развитие современной промышленности немыслимо без углеводородов. Это, прежде всего самый выгодный и эффективный вид топлива. Нефть и горючий газ обеспечивают энергетические потребности в мире на 65% и на 100% топливо для транспорта. На получение энергии идет 90—95% добываемых углеводородов. Однако еще Д. И. Менделеев говорил, что сжигать нефть и газ в топках все равно, что растапливать печь ассигнациями.  
Нефть и газ — источники многих жизненно важных продуктов. Это синтетический каучук и пластмасса, строительные материалы и искусственные ткани, красители и моющие средства, инсектициды и гербициды, взрывчатые вещества и медицинские препараты, душистые соединения для парфюмерии и удобрения, стимуляторы роста и искусственный пищевой белок, различные масла, бензин, керосин, мазут, без которых невозможна эксплуатация машин, автомобилей, самолетов, ракет. 
 
Если бы вдруг источники нефти и газа неожиданно иссякли, мировая цивилизация оказалась бы на краю катастрофы. Как видим, человек очень зависит от нефти. Особенно остро это почувствовалось в начале 70-х годов текущего столетия, когда разразился "топливный кризис". Отголоском его стало всеобщее увеличение дороговизны жизни в западных странах. Люди попали в еще большую зависимость от нефти. Чтобы освободиться от этой зависимости, человек ищет альтернативный источник энергии, используя энергию ветра, рек, атома, каменного угля. В этом направлении сделаны определенные успехи, однако ближайшие 20—30 лет нефть и газ будут определять «топливное лицо» мира.

2. Состав нефти

В составе нефти выделяют углеводородную, асфальтосмолистую и зольную составные части. Также в составе нефти также  выделяют порфирины и серу. Углеводороды, содержащиеся в нефти, подразделяют на три основные группы: метановые, нафтеновые и ароматические. Метановые (парафиновые) углеводороды химически наиболее устойчивы, а ароматические - наименее устойчивы (в них минимальное содержание водорода). При этом ароматические углеводороды являются наиболее токсичными компонентами нефти. Асфальтосмолистая составная нефти частично растворима в бензине: растворяемая часть - это асфальтены, нерастворяемая - смолы. Интересно, что в смолах содержание кислорода достигает 93% от его общего количества в составе нефти. Порфирины - это азотистые соединения органического происхождения, они разрушаются при температуре 200-250°С. Сера присутствует в составе нефти либо в свободном состоянии, либо в виде соединений сероводородов и меркаптанов. Сера является наиболее широко распространённой коррозийной примесью, которую нужно удалять на нефтеперебатывающем заводе. Поэтому цена на нефть с высоким содержанием нефти оказывается на много ниже, чем на низкосернистую нефть.  

Зольная часть состава нефти - это остаток, получаемый при ее сжигании, состоящий из различных минеральных соединений. 

Сырой нефтью называют нефть, получаемую непосредственно из скважин. При выходе из нефтяного пласта нефть содержит частицы горных пород, воду, а также растворенные в ней соли и газы. Эти примеси вызывают коррозию оборудования и серьезные затруднения при транспортировке и переработке нефтяного сырья. Таким образом, для экспо рта или доставки в отдаленные от мест добычи нефтеперерабатывающие заводы необходима промышленная обработка сырой нефти: из нее удаляется вода, механические примеси, соли и твердые углеводороды, выделяется газ. Газ и наиболее легкие углеводороды необходимо выделять из состава сырой нефти, т.к. они являются ценными продуктами, и могут быть утеряны при ее хранении. Кроме того, наличие легких газов при транспортировке сырой нефти по трубопроводу может привести к образованию газовых мешков на возвышенных участках трассы. Очищенную от примесей, воды и газов сырую нефть поставляют на нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ), где в процессе переработки из нее получают различные виды нефтепродуктов. Качество, как сырой нефти, так и нефтепродуктов, получаемых из нее, определяется ее составом: именно он определяет направление переработки нефти и влияет на конечные продукты.  
 
Важнейшими характеристиками  свойств сырой нефти являются: плотность, содержание серы, фракционный состав, а также вязкость и содержание воды, хлористых солей и механических примесей. 
Плотность нефти, зависит от содержания тяжелых углеводородов, таких как парафины и смолы.  

3. Добыча, разработка, очистка и применение нефти.

Добыча  нефти ведется человечеством  с древних времен. Сначала применялись  примитивные способы: сбор нефти  с поверхности водоемов, обработка  песчаника или известняка, пропитанного нефтью, при помощи колодцев. Первый способ применялся еще в Мидии  и Сирии, второй - в 15 веке в Италии. Но началом развития нефтяной промышленности принято считать время появления механического бурения скважин на нефть в 1859 году в США, и сейчас практически вся добываемая в мире нефть извлекается посредством буровых скважин.

За сотню  с лишним лет развития истощились одни месторождения, были открыты другие, повысилась эффективность добычи нефти, увеличилась нефтеотдача, т.е. полнота извлечения нефти из пласта. Но изменилась структура добычи топлива.

Главная машина для добычи нефти и газа -- буровой станок. Первые буровые станки, появившиеся сотни лет назад, по существу, копировали рабочего с ломом. Только лом у этих первых станков был потяжелее и по форме напоминал скорее долото. Он так и назывался -- буровое долото. Его подвешивали на канате, который то поднимали с помощью ворота, то опускали. Такие машины называются ударно-канатными. Их можно встретить кое-где и сейчас, но это уже вчерашний день техники: очень уж медленно пробивают они отверстие в камне, очень много расходуют энергии зря.

Гораздо быстрее и выгоднее другой способ бурения -- роторный, при котором скважина высверливается. К ажурной металлической четырехногой вышке высотой с десятиэтажный дом подвешена толстая стальная труба. Ее вращает специальное устройство -- ротор. На нижнем конце трубы -- бур. По мере того как скважина становится глубже, трубу удлиняют. Чтобы разрушенная порода не забила скважину, в нее насосом через трубу нагнетают глинистый раствор. Раствор промывает скважину, уносит из нее вверх по щели между трубой и стенами скважины разрушенную глину, песчаник, известняк. Одновременно плотная жидкость поддерживает стенки скважины, не давая им обрушиться.

Но и  у роторного бурения есть свой недостаток. Чем глубже скважина, тем  тяжелее работать двигателю ротора, тем медленнее идет бурение. Ведь одно дело вращать трубу длиной 5--10 м, когда бурение скважины только начинается, и совсем другое -- крутить колонну труб длиной 500 м.

В 1922 г. советские инженеры М. А. Капелюшников, С. М. Волох и Н. А. Корнев впервые в мире построили машину для бурения скважин, в которой не нужно было вращать буровые трубы. Изобретатели поместили двигатель не наверху, а внизу, в самой скважине -- рядом с буровым инструментом. Теперь всю мощность двигатель расходовал только на вращение самого бура.

У этого  станка и двигатель был необыкновенный. Советские инженеры заставили ту самую воду, которая раньше только вымывала из скважины разрушенную породу, вращать бур. Теперь, прежде чем достигнуть дна скважины, глинистый раствор вращал маленькую турбину, прикрепленную к самому буровому инструменту.

Новый станок назвали турбобуром, со временем его усовершенствовали, и теперь в скважину опускают несколько турбин, насаженных на один вал. Понятно, что  мощность такой "многотурбинной" машины во много раз больше и бурение  идет во много раз быстрее.

Другая  замечательная буровая машина -- электробур, изобретенный инженерами А. П. Островским и Н. В. Александровым. Первые нефтяные скважины пробурили электробуром в 1940 г. У этой машины колонна труб тоже не вращается, работает только сам буровой инструмент. Но вращает его не водяная турбина, а электрический двигатель, помещенный в стальную рубашку -- кожух, заполненный маслом. Масло все время находится под высоким давлением, поэтому окружающая вода не может проникнуть в двигатель. Чтобы мощный двигатель мог поместиться в узкой нефтяной скважине, пришлось делать его очень высоким, и двигатель получился похожим на столб: диаметр у него, как у блюдца, а высота--6-7 м.

Бурение -- основная работа при добыче нефти и газа. В отличие, скажем, от угля или железной руды нефть и газ не нужно отделять от окружающего массива машинами или взрывчаткой, не нужно поднимать на поверхность земли конвейером или в вагонетках. Как только скважина достигла нефтеносного пласта, нефть, сжатая в недрах давлением газов и подземных вод, сама с силой устремляется вверх.

По мере того как нефть изливается на поверхность, давление уменьшается, и оставшаяся в недрах нефть перестает течь вверх. Тогда через специально пробуренные  вокруг нефтяного месторождения  скважины начинают нагнетать воду. Вода давит на нефть и выдавливает  ее на поверхность по вновь ожившей  скважине. А затем наступает время, когда только вода уже не может  помочь. Тогда в нефтяную скважину опускают насос и начинают выкачивать из нее нефть.

Под разработкой месторождения нефти понимается осуществление процесса перемещения жидкостей и газа в пластах к эксплуатационным скважинам. Управление процессом движения жидкостей и газа достигается размещением на месторождении нефтяных, нагнетательных и контрольных скважин, количеством и порядком ввода их в эксплуатацию, режимом работы скважин и балансом пластовой энергии. Принятая для конкретной залежи система разработки месторождения нефти предопределяет технико-экономические показатели. Перед забуриванием залежи проводят проектирование системы разработки. На основании данных разведки и пробной эксплуатации устанавливают условия, при которых будет протекать эксплуатация: ее геологическое строение, коллекторские свойства пород (пористость, проницаемость, степень неоднородности), физические свойства жидкостей в пласте (вязкость, плотность), насыщенность пород нефти водой и газом, пластовые давления. Базируясь на этих данных, производят экономическую оценку системы, и выбирают оптимальную. 
При глубоком залегании пластов для повышения нефтеотдачи в ряде случаев успешно применяется нагнетание в пласт газа с высоким давлением.  
Извлечение нефти из скважин производится либо за счет естественного фонтанирования под действием пластовой энергии, либо путем использования одного из нескольких механизированных способов подъема жидкости. Обычно в начальной стадии разработки действует фонтанная добыча, а по мере ослабления фонтанирования скважину переводят на механизированный способ: газлифтный или эрлифтный, глубинонасосный (с помощью штанговых, гидропоршневых и винтовых насосов). 
Газлифтный способ вносит существенные дополнения в обычную технологическую схему промысла, так как при нем необходима газлифтная компрессорная станция с газораспределителем и газосборными трубопроводами. 
Нефтяным промыслом называется технологический комплекс, состоящий из скважин, трубопроводов, и установок различного назначения, с помощью которых на месторождении осуществляют извлечение нефти из недр Земли. 
В процессе добычи нефти важное место занимает внутрипромысловый транспорт продукции скважин, осуществляемый по трубопроводам. Применяются 2 системы внутрипромыслового транспорта: напорные и самотечные. При напорных системах достаточно собственного давления на устье скважин. При самотечных движение происходит за счет превышения отметки устья скважины над пометкой группового сборного пункта. 
При разработке нефтяных месторождений, приуроченных к континентальным шельфам, создаются морские нефтепромыслы.

Очистка нефти

Очистка нефти – это удаление из нефтепродуктов нежелательных компонентов, отрицательно влияющих на эксплуатационные свойства топлив и масел. 
Химическая очистка нефти производится путем воздействия различных реагентов на удаляемые компоненты очищаемых продуктов. Наиболее простым способом является очистка 92-92% серной кислотой и олеумом, применяемая для удаления непредельных и ароматических углеводородов. Физико-химическая очистка производится с помощью растворителей, избирательно удаляющих нежелательные компоненты из очищаемого продукта. Неполярные растворители (пропан и бутан) используются для удаления из остатков переработки нефти (гудронов), ароматических углеводородов (процесс деасфальтации). Полярные растворители (фенол и др.) применяются для удаления полициклических ароматических углеродов с короткими боковыми цепями, сернистых и азотистых соединений из масляных дистиллятов. 
При адсорбционной очистке нефти из нефтепродуктов удаляются непредельные углеводороды, смолы, кислоты и др. адсорбционную очистку осуществляют при контактировании нагретого воздуха с адсорбентами или фильтрацией продукта через зерна адсорбента. 
Каталитическая очистка нефти - гидрогенизация в мягких условиях, применяемая для удаления сернистых и азотистых соединений. 

Применение  нефти.

Из нефти  выделяют разнообразные продукты, имеющие  большое практическое значение. В  начале от нее отделяют растворенные углеводороды (преимущественно метан). После отгонки летучих углеводородов  нефть нагревают. Первыми переходят  в газообразное состояние и отгоняются углеводороды с небольшим числом атомов углерода в молекуле, имеющие  относительно низкую температуру кипения. С повышением температуры смеси  перегоняются углеводороды с более  высокой температурой кипения. Таким  образом, можно собрать отдельные  смеси (фракции) нефти. Чаще всего при  такой перегонке получают три  основные фракции, которые затем  подвергаются дальнейшему разделению.

В настоящее  время из нефти получают тысячи продуктов. Основными группами являются жидкое топливо, газообразное топливо, твердое топливо (нефтяной кокс), смазочные и специальные масла, парафины и церезины, битумы, ароматические соединения, сажа, ацетилен, этилен, нефтяные кислоты и их соли, высшие спирты. Эти продукты включают горючие газы, бензин, растворители, керосин, газойль, бытовое топливо, широкий состав смазочных масел, мазут, дорожный битум и асфальт; сюда относятся также парафин, вазелин, медицинские и различные инсектицидные масла. Масла из нефти используются как мази и кремы, а также в производстве взрывчатых веществ, медикаментов, чистящих средств, наибольшее применение продукты переработки нефти находят в топливно-энергетической отрасли. Например, мазут обладает почти в полтора раза более высокой теплотой сгорания по сравнению с лучшими углями. Он занимает мало места при сгорании и не дает твердых остатков при горении. Замена твердых видов топлива мазутом на ТЭС, заводах и на железнодорожном и водном транспорте дает огромную экономию средств, способствует быстрому развитию основных отраслей промышленности и транспорта.