Что такое нефть? Свойства, добыча, применение и цена нефти.
Нефть - одно из важнейших мировых полезных ископаемых (углеводородное топливо). Это сырье для производства горюче-смазочных и других материалов. За свой характерный темный цвет и огромное значение для мировой экономики нефть (полезное ископаемое) прозвана черным золотом.
Общие сведения
Образуется указанное вещество совместно с углеводородами газообразного типа на определенной глубине (в основном от 1,2 до 2 км).
Максимальное количество нефтяных залежей расположено на глубине от 1 до 3 км. Рядом с земной поверхностью данное вещество становится густой мальтой, полутвердым асфальтом и прочими материалами (к примеру, битуминозным песком).
По своеобразности происхождения и химического состава нефть, фото которой представлено в статье, схожа с естественными горючими газами, а также с озокеритом и асфальтом. Порой все эти горючие ископаемые объединяют под одним названием - петролиты. Еще их относят к более широкой группе - каустобиолиты. Они являются горючими минералами биогенного характера.
В эту группу включаются и такие ископаемые, как торф, сланцы, каменные и бурые угли, антрацит. По способности растворяться в жидкостях органического типа (хлороформе, сероуглероде, спиртобензольной смеси) нефть, как и прочие петролиты, а также вещества, которые извлекают данными растворителями из торфа, угля или продуктов их переработки, относят к битумам.
Использование
В настоящий момент 48% потребляемых на планете энергоресурсов приходится на нефть (полезное ископаемое). Это является доказанным фактом.
Нефть (полезное ископаемое) - источник множества химических веществ, применяемых в различных отраслях при производстве топлива, смазок, полимерных волокон, красителей, растворителей и прочих материалов.
Рост потребления нефти привел к повышению цен на нее и к постепенному истощению недр. Это заставляет задуматься о переходе на альтернативные энергоносители.
Описание физических свойств
Нефть представляет собой жидкость от светло-коричневого до темно-бурого (почти черного) цвета. Иногда встречаются изумрудно-зеленые экземпляры. Молекулярная средняя масса нефти составляет от 220 до 300 г/моль. Иногда этот параметр колеблется в диапазоне от 450 до 470 г/моль. Показатель ее плотности определяется в районе 0,65-1,05 (в основном 0,82-0,95) г/см³. В этом плане нефть подразделяют на несколько типов. А именно:
- Легкая. Плотность - менее 0,83 г/см³.
- Средняя. Показатель плотности в данном случае - в районе от 0,831 до 0,860 г/см³.
- Тяжелая. Плотность - свыше 0,860 г/см³.
Данное вещество содержит значительное число разнообразных органических веществ. В результате этого нефть природная характеризуется не по собственной температуре кипения, а по начальному уровню данного показателя у жидкостных углеводородов. В основном это >28 °C, а иногда и ≥100 °С (в случае нефти тяжелой).
Вязкость данного вещества изменяется в значительных пределах (от 1,98 до 265,9 мм²/с). Определяется это нефтяным фракционным составом и ее температурой. Чем выше температура и число легких фракций, тем вязкость нефти ниже. Также это еще обуславливается наличием веществ смолисто-асфальтенового типа. То есть чем их больше, тем выше вязкость нефти.
Удельная теплоемкость данного вещества - 1,7-2,1 кДж/(кг∙К). Параметр удельной теплоты сгорания относительно низкий - от 43,7 до 46,2 МДж/кг. Диэлектрическая проницаемость нефти - от 2 до 2,5, а ее электропроводимость - от 2∙10-10 до 0,3∙10−18 Ом-1∙см-1.
Нефть, фото которой представлены в статье, является Вспыхивает она при температуре от -35 до +120 °C. Это зависит от ее фракционного состава и содержания растворённых газов.
Нефть (топливо) в обыкновенных условиях не растворяется в воде. Однако она способна образовывать с жидкостью стойкие эмульсии. Растворяется нефть определенными веществами. Делается это при помощи растворителей органического типа. Для того чтобы отделить от нефти воду и соли, проводят определенные действия. Они являются очень значимыми в технологическом процессе. Это обессоливание и обезвоживание.
Описание химического состава
При раскрытии указанной темы следует учитывать все особенности рассматриваемого вещества. Это общий, углеводородный и элементный составы нефти. Далее рассмотрим каждый из них подробнее.
Общий состав
Нефть представляет собой смесь приблизительно 1000 веществ разного характера. Основными компонентами являются следующие:
- Углеводороды жидкие. Это 80-90% по массе.
- Органические гетероатомные соединения (4-5%). Из них преобладают сернистые, кислородные и азотистые.
- Металлоорганические соединения (преимущественно никелевые и ванадиевые).
- Растворенные газы углеводородного типа (C1-C4, от десятых долей до 4 процентов).
- Вода (от следов до 10%).
- Соли минеральные. Большей частью хлориды. 0,1-4000 мг/л и выше.
- Растворы солей, органических кислот и механические примеси (частицы глины, известняка, песка).
Углеводородный состав
В основном нефть обладает парафиновыми (обычно 30-35, редко - 40-50% от общего объема) и нафтеновыми (25-75%) соединениями. В меньшей степени присутствуют соединения ароматического ряда. Они занимают 10-20%, а реже - 35%. Это влияет на качество нефти. Также в рассматриваемое вещество входят соединения смешанного или гибридного строения. К примеру, нафтено-ароматические и парафиновые.
Гетероатомные компоненты и описание элементного состава нефти
Вместе с углеводородами в состав продукта входят вещества с примесными атомами (меркаптаны, ди- и моносульфиды, тиофаны и тиофены, а еще полициклические и тому подобные). Они существенно влияют на качество нефти.
Также в состав нефти входят вещества, содержащие азот. Это в основном гомологи индола, пиридина, хинолина, пиррола, карбазола, порфириты. Концентрируются они по большей части в остатках и тяжелых фракциях.
В состав нефти входят кислородсодержащие вещества смолисто-асфальтеновые, фенолы и иные вещества). Обычно они находятся во фракциях высококипящего типа.
Всего в нефти обнаружено свыше 50 элементов. Вместе с упомянутыми веществами присутствуют в данном продукте V (10-5 - 10-2%), Ni (10-4-10-3%), Cl (от следов до 2∙10-2%) и так далее. Содержание указанных примесей и соединений в сырье всевозможных месторождений колеблется в больших пределах. В результате этого говорить о среднем нефтяном химическом составе приходится только условно.
Как классифицируется указанное вещество по составу углеводородов?
В этом плане имеются определенные критерии. Разделяют виды нефти по классу углеводородов. Их должно быть не более 50%. Если один из классов углеводородов составляет не меньше 25%, то выделяют смешанные виды нефти - нафтено-метановые, метано-нафтеновые, нафтено-ароматические, ароматическо-нафтеновые, метано-ароматические и ароматическо-метановые. Первого компонента в них содержится более 25%, а второго - более 50%.
Сырая нефть не применяется. Для получения технически ценных продуктов (в основном это моторное топливо, сырье для химпромышленности, растворители) ее перерабатывают.
Методы исследования продукта
Качество указанного вещества оценивается с целью верного выбора самых рациональных схем его переработки. Это осуществляется при помощи комплекса методов: химических, физических и специальных.
Общие характеристики нефти - вязкость, плотность, температура застывания и прочие физико-химические параметры, а также состав растворенных газов и процент содержания смол, твердых парафинов и смолисто-асфальтеновых веществ.
Главный принцип поэтапного исследования нефти сводится к комбинированию способов ее разделения на определенные компоненты с последовательным упрощением состава некоторых фракций. Их затем анализируют всевозможными физико-химическими методами. Самыми распространенными способами определения первичного фракционного нефтяного состава являются разнообразные типы дистилляции (перегонка) и ректификации.
Согласно результатам проведенного отбора на узкие (выкипающие в районе 10-20 °С) и широкие (50-100 °С) фракции, строится кривая (ИТК) истинных температур кипения данного вещества. Затем проводят установление потенциала содержания отдельных элементов, нефтепродуктов и их компонентов (керосиногазойлевых, бензиновых, масляных дистиллятов, дизельных, а также гудронов и мазутов), углеводородного состава, а также прочих товарных и физико-химических характеристик.
Дистилляцию осуществляют на обычных перегонных аппаратах. Они снабжены ректификационными колонками. В данном случае погоноразделительная способность соответствует 20-22 штукам теоретических тарелок.
Фракции, которые выделили в результате дистилляции, дальше разделяют на компоненты. Затем при помощи разнообразных методов проводят определение их содержания и устанавливают свойства. Согласно способам выражения нефтяного состава и фракций, различают ее групповой, индивидуальный, структурно-групповой и элементный анализы.
При групповом анализе определяют отдельно содержание нафтеновых, парафиновых, смешанных и ароматических углеводородов.
При структурно-групповом анализе углеводородный состав нефтяных фракций определяют в виде среднего содержания в них нафтеновых, ароматических и прочих циклических структур, а также цепей парафиновых элементов. В данном случае проводится еще одно действие - расчет относительного количества углеводорода в нафтенах, парафинах и аренах.
Персональный углеводородный состав определяется исключительно для бензиновых и газовых фракций. При элементном анализе нефтяной состав выражают количеством (в процентах) С, О, S, Н, N и микроэлементов.
Главным методом отделения ароматических углеводородов от нафтеновых и парафиновых и разделения аренов на поли- и моноциклические является жидкостная адсорбционная хроматография. Обычно поглотителем в данном случае служит определенный элемент - двойной сорбент.
Состав углеводородный нефтяных многокомпонентных смесей широкого и узкого диапазона обычно расшифровывают с помощью сочетания хроматографических (в жидкой или газовой фазе), адсорбционных и прочих методов разделения со спектральными и масс-спектрометрическими способами исследований.
Поскольку в мире наметились тенденции дальнейшего углубления такого процесса, как разработка нефти, существенное значение приобретает ее детализированный анализ (особенно высококипящих фракций и остаточных продуктов - гудронов и мазутов).
Основные в России
На территории РФ залежей указанного вещества имеется значительное количество. Нефть (полезное ископаемое) - это национальное богатство России. Она является одним из основных продуктов экспорта. Добыча и переработка нефти - источник значительных налоговых поступлений в бюджет России.
Разработка нефти в промышленных масштабах была начата в конце XIX века. На настоящий момент в России имеются крупные функционирующие районы добычи нефти. Они расположены в различных регионах страны.
Наименование месторождения | Дата открытия | Извлекаемые запасы | Районы добычи нефти |
| Великое | 2013 г. | 300 млн т | Астраханская область |
| Самотлорское | 1965 г. | 2,7 млрд т | Ханты-Мансийский АО |
| Ромашкинское | 1948 г. | 2,3 млрд т | Республика Татарстан |
| Приобское | 1982 г. | 2,7 млрд. т | Ханты-Мансийский АО |
| Арланское | 1966 г. | 500 млн т | Республика Башкортостан |
| Лянторское | 1965 г. | 2 млрд т | Ханты-Мансийский АО |
| Ванкорское | 1988 г. | 490 млн т | Красноярский край |
| Федоровское | 1971 г. | 1,5 млрд т | Ханты-Мансийский АО |
| Русское | 1968 г. | 410 млн т | Ямало-Ненецкий АО |
| Мамонтовское | 1965 г. | 1 млрд т | Ханты-Мансийский АО |
| Туймазинское | 1937 г. | 300 млн т | Республика Башкортостан |
Сланцевая нефть в США
В последние годы на рынке углеводородного топлива произошли серьезные изменения. Открытие и разработка технологий его добычи в короткие сроки вывели США в число крупных добытчиков указанного вещества. Это явление было охарактеризовано экспертами как «сланцевая революция». В настоящий момент мир стоит на пороге не менее грандиозного события. Речь идет о массовой разработке нефтяных сланцевых месторождений. Если ранее специалисты предрекали скорый конец эры нефти, то теперь она может продлиться на неопределенный срок. Тем самым становятся неактуальными разговоры об альтернативной энергетике.
Однако информация об экономических аспектах разработки нефтяных сланцевых месторождений очень противоречива. Согласно данным издания «Однако», добываемая сланцевая нефть в США обходится приблизительно в 15 долларов за 1 баррель. При этом вполне реальным представляется дальнейшее удешевление процесса вдвое.
Мировой лидер добычи «классической» нефти - Саудовская Аравия - имеет хорошие перспективы и в сланцевой отрасли: себестоимость барреля составляет здесь всего 7 долларов. Россия в этом отношении проигрывает. В РФ сланцевой нефти обойдется примерно в 20 долларов.
По мнению вышеупомянутого издания, сланцевая нефть может добываться во всех мировых регионах. Каждая страна обладает значительными ее запасами. Однако достоверность приведенных сведений вызывает сомнения, так как информации о конкретной стоимости сланцевой нефтедобычи пока нет.
Аналитик Г. Бирг приводит обратные данные. По его мнению, себестоимость барреля сланцевой нефти составляет 70-90 долларов.
По данным аналитика Банка Москвы Д. Борисова, себестоимость добычи нефти в Мексиканском и Гвинейском заливах достигает 80 долларов. Это примерно равно нынешней рыночной цене.
Г. Бирг также утверждает, что залежи нефти (сланцевой) распределены по планете неравномерно. Более двух третей всего объема сосредоточено в США. На долю России приходится только 7 процентов.
Для добычи рассматриваемого продукта приходится перерабатывать большие объемы горной породы. Ведение такого процесса, как добыча сланцевой нефти, осуществляется карьерным методом. Это серьезно вредит природе.
По мнению Бирга, сложность такого процесса, как добыча сланцевой нефти, компенсируется распространенностью данного вещества на Земле.
Если предположить, что технологии добычи сланцевой нефти выйдут на достаточный уровень, то мировые цены на нефть могут просто обвалиться. Но пока никаких кардинальных изменений в этой сфере не наблюдается.
При существующих технологиях добыча сланцевой нефти может быть прибыльной в определенном случае - только тогда, когда цены на нефть составляют 150 долларов за баррель и выше.
России, по мнению Бирга, так называемая сланцевая революция повредить не сможет. Дело в том, что данной стране выгодны оба сценария. Секрет прост: высокие цены на нефть приносят большие доходы, а прорыв в добыче сланцевого продукта позволит увеличить экспорт за счет разработки соответствующих месторождений.
В этом плане не столь оптимистичен. Развитие добычи сланцевой нефти, по его мнению, сулит обвал цен на нефтяном рынке и резкое падение экспортных доходов России. Правда, в ближайшей перспективе этого бояться не стоит, поскольку сланцевые разработки все еще остаются проблемными.
Заключение
Полезные ископаемые - нефть, газ и подобные им вещества - являются достоянием каждого государства, в котором они добываются. В этом можно убедиться, ознакомившись со статьей, представленной выше.
Нефть - это важное полезное ископаемое. Она имеет осадочное происхождение и добывается по всему миру. На ней в буквальном смысле этого слова держится вся мировая экономика.
Добыча
Ведётся добыча нефти в тех местах, где геологи обнаруживают её месторождение. В таких местах строятся специальные нефтедобывающие сооружения. Они могут находиться не только на земле, но и на воде. Ведь очень часто залежи нефти обнаруживают, когда обследуют прибрежный шельф.
Это ископаемое топливо называют также «чёрным золотом» , потому что без неё не может существовать ни одна развитая страна. Россия - один из главных поставщиков нефти во всём мире. Богатые месторождения есть в Сибири, на Урале и на Дальнем Востоке, на Северном Кавказе, а также в некоторых других районах.
Но самые большие запасы обнаружены в арабских странах: Иране, Ираке, Саудовской Аравии. Экономика в них почти целиком построена на том, что они продают нефть в другие страны мира. Почему же «чёрное золото»?
Использование
Только что добытая (сырая) нефть обычно не используется. Зато её переработка позволяет получить многие виды топлива, например бензин, керосин. Из нефти получают мазут, из неё же делают пластик и другие материалы. Благодаря этому, не прекращается движение транспорта по всей планете. Большая часть привычных предметов тоже делается из материалов на основе нефти. Это буквально все атрибуты современной жизни, начиная от пакетов и пластиковых окон и заканчивая корпусами для новейших компьютеров.
Разные нефтепродукты делаются по разным технологиям. Цена у них тоже разная. Например, бензин очищается от примесей, и чем он чище, тем дороже он стоит. Однако есть и отрицательные свойства у такого ценнейшего сырья, как нефть. Её добыча и переработка наносят вред окружающей среде. А при сгорании топлива, пластика и других искусственных материалов в атмосферу попадают вещества, ядовитые для всего живого. Если же терпит крушение корабль-танкер с грузом нефти на борту, то это становится экологической катастрофой.
Запасы
Как и , добываемая нефть рано или поздно закончится. Через несколько десятилетий она начнёт заканчиваться, и придётся искать новые виды топлива, производить новые материалы. Сейчас уже разработаны и опробованы двигатели, которым не нужны ни бензин, ни керосин.
Но пока это всё только эксперименты. Поэтому мировая экономика по-прежнему целиком зависит от нефти. Многие вещи в мире стоят от того, сколько стоит её баррель (основная единица измерения, равняется 159 литрам). Задача людей состоит в том, чтобы перестать целиком зависеть от нефти. Многие аналитики считают, что тогда в мире станет гораздо меньше войн, а экономика станет гораздо стабильнее.
Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя
Нефть (из тур. neft , от персидск. нефт ) - природная маслянистая горючая жидкость со специфическим запахом, состоящая в основном из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы и некоторых других химических соединений.
Относится к каустобиолитам (ископаемое топливо). Подавляющая часть месторождений нефти приурочена к осадочным породам. Цвет нефти варьирует в буро-коричневых тонах (от грязно-жёлтого до тёмно-коричневого, почти чёрного), иногда она бывает чисто чёрного цвета, изредка встречается нефть окрашенная в светлый жёлто-зелёный цвет и даже бесцветная, а также насыщенно-зелёная нефть. Имеет специфический запах, также варьирующий от легкого приятного до тяжелого и очень неприятного. Цвет и запах нефти в значительной степени обусловлены присутствием азот-, серо- и кислородсодержащих компонентов, которые концентрируются в смазочном масле и нефтяном остатке. Большинство углеводородов нефти (кромеароматических) в чистом виде лишено запаха и цвета.На протяжении XX века и в XXI веке нефть является одним из важнейших для человечества полезных ископаемых.
По химическому составу и происхождению нефть близка к природным горючим газам и озокериту. Эти ископаемые объединяют под общим названием петролитов. Петролиты относят к ещё более обширной группе так называемыхкаустобиолитов - горючих минералов биогенного происхождения, которые включают также другие ископаемые топлива (торф,бурые и каменный уголь, антрацит, сланцы).
Нефть обнаруживается вместе с газообразными углеводородами на глубинах от десятков метров до 5-6 км. Однако на глубинах свыше 4,5-5 км преобладают газовые и газоконденсатные залежи с незначительным количеством лёгких фракций. Максимальное число залежей нефти располагается на глубине 1-3 км. На малых глубинах и при естественных выходах на земную поверхность нефть преобразуется в густую мальту, полутвёрдый асфальт и другие образования - например, битуминозные пески и битумы.
Название нефти (слово petroleum )
Слово petroleum , обозначающее нефть в английском и некоторых других языках, образовано сложением двух слов: греч.πέτρα - камень и лат. oleum - масло, то есть буквально «каменное масло», либо напрямую от греч. πετρέλαιο - масло. Происхождение русского названия точно не установлено, и существует несколько версий. По одной из них, слово пришло в русский язык из персидского, (naft посредством турецкого, в котором изменилось на тур. neft ). В Древней Персии существовало огнепоклонничество, и во время обрядов жрецы черпали жидкость из углублений, выкопанных близ естественных выходов нефти к самой поверхности, а затем поджигали её; этот обряд назывался «нафтой». Некоторые языковеды считают природой слова индийское «нафата» (просачиваться, стекать), предполагая что позже оно перешло в персидский язык. Другие считают, что персидское nаft - «нефть» является исконным и восходит к древнеиранскому слову со значением «влажный». Третьи считают, что naft заимствовано из семитских языков, где глагольный корень npt означает плевать (нефть, находящаяся у самой поверхности и как правило густая, при образовании отверстия в земле начинает плевками поступать в него). В немецком языке нефть - нем. Еrdöl , что буквально означает «земляное масло», венг. кооlаj - «каменное масло», яп. 石油 (сэкию) - «каменное масло», фин.vuoriöljy - «горное масло».Происхождение нефти
Основная статья: Происхождение нефти Нефть - результат литогенеза. Она представляет собой жидкую (в своей основе) гидрофобную фазу продуктов фоссилизации (захоронения) органического вещества (керогена) в водно-осадочных отложениях. Нефтеобразование - стадийный, весьма длительный (обычно 50-350 млн лет) процесс, начинающийся ещё в живом веществе. Выделяется ряд стадий:- осадконакопление - во время которого остатки живых организмов выпадают на дно водных бассейнов;
- биохимическая - процессы уплотнения, обезвоживания и биохимические процессы в условиях ограниченного доступа кислорода;
- протокатагенез - опускание пласта органических остатков на глубину до 1,5-2 км при медленном подъёме температуры и давления;
- мезокатагенез , или главная фаза нефтеобразования (ГФН) - опускание пласта органических остатков на глубину до 3-4 км при подъёме температуры до 150 °C. При этом органические вещества подвергаются термокаталитической деструкции, в результате чего образуются битуминозные вещества, составляющие основную массу микронефти. Далее происходит отгонка нефти за счёт перепада давления и эмиграционный вынос микронефти в песчаные пласты-коллекторы, а по ним в ловушки;
- апокатагенез керогена , или главная фаза газообразования (ГФГ) - опускание пласта органических остатков на глубину более 4,5 км при подъёме температуры до 180-250 °C. При этом органическое вещество теряет нефтегенерирующий потенциал и реализовывает метаногенерирующий потенциал.
И. М. Губкин выделял также стадию разрушения нефтяных местозарождений .
Убедительные доказательства биогенной природы нефте-материнского вещества были получены в результате детального изучения эволюции молекулярного состава углеводородов и их биохимических предшественников (прогениторов) в исходных организмах, в органическом веществе осадков и пород и в различных нефтях из залежей. Важным явилось обнаружение в составе нефти хемофоссилий - весьма своеобразных, часто сложно построенных молекулярных структур явно биогенной природы, то есть унаследованных (целиком или в виде фрагментов) от органического вещества. Изучение распределения стабильных изотопов углерода (12 C, 13 C) в нефти, органическом веществе пород и в организмах (А. П. Виноградов, Э. М. Галимов) тоже подтвердило неправомочность неорганических гипотез.
Тем не менее, и в настоящее время некоторые учёные (преимущественно в России) отстаивают неорганические гипотезы происхождения нефти. В частности, утверждается, что к образовавшейся в древние эпохи органическим путем нефти постоянно добавляются малые количества нефти, якобы образующиеся неорганическим путем. Если это верно, то это означает гипотетическую неисчерпаемость запасов нефти
Свойства нефти
Физические свойства нефти
Нефть - жидкость от светло-коричневого (почти бесцветная) до тёмно-бурого (почти чёрного) цвета (хотя бывают образцы даже изумрудно-зелёной нефти). Средняямолекулярная масса 220-400 г/моль (редко 450-470). Плотность 0,65-1,05 (обычно 0,82-0,95) г/см³; нефть, плотность которой ниже 0,83, называется лёгкой нефти , 0,831-0,860 - средней нефти , выше 0,860 - тяжёлой нефти .Плотность нефти, как и других углеводородов, сильно зависит от температуры и давления. Она содержит большое число разных органических веществ и поэтому характеризуется не температурой кипения, а температурой начала кипения жидких углеводородов (обычно >28 °C, реже ≥100 °C в случае тяжёлых не́фтей) и фракционным составом - выходом отдельных фракций, перегоняющихся сначала при атмосферном давлении, а затем под вакуумом в определённых температурных пределах, как правило до 450-500 °C (выкипает ~ 80 % объёма пробы), реже 560-580 °C (90-95 %).
- Температура кристаллизации от −60 до + 30 °C; зависит преимущественно от содержания в нефти парафина (чем его больше, тем температура кристаллизации выше) и лёгких фракций (чем их больше, тем эта температура ниже).
Нефть - легковоспламеняющаяся жидкость; температура вспышки от −35 до +121 °C (зависит от фракционного состава и содержания в ней растворённых газов). Нефть растворима в органических растворителях, в обычных условиях не растворима в воде, но может образовывать с ней стойкие эмульсии. В технологии для отделения от нефти воды и растворённой в ней соли проводят обезвоживание и обессоливание.
Химический состав нефти
Нефть представляет собой смесь около 1000 индивидуальных веществ, из которых большая часть - жидкие углеводороды (> 500 веществ или обычно 80-90 % по массе) и гетероатомные органические соединения (4-5 %), преимущественно сернистые (около 250 веществ), азотистые (> 30 веществ) и кислородные (около 85 веществ), а также металлоорганические соединения (в основном ванадиевые и никелевые); остальные компоненты - растворённые углеводородные газы (C 1 -C 4 , от десятых долей до 4 %), вода (от следов до 10 %), минеральные соли (главным образом хлориды, 0,1-4000 мг/л и более), растворы солей органических кислот и др., механические примеси. В основном в нефти представлены парафиновые (обычно 30-35, реже 40-50 % по объёму) и нафтеновые (25-75 %) соединения. В меньшей степени - соединения ароматического ряда (10-20, реже 35 %) и смешанного, или гибридного, строения (например, парафино-нафтеновые, нафтено-ароматические). Наряду с углеводородами в состав нефти входят вещества, содержащие примесные атомы. Серосодержащие - H 2 S , меркаптаны, моно- и дисульфиды, тиофены итиофаны, а также полициклические и т. п. (70-90 % концентрируется в остаточных продуктах - мазуте и гудроне); азотсодержащие - преимущественно гомологипиридина, хинолина, индола, карбазола, пиррола, а также порфирины (большей частью концентрируется в тяжёлых фракциях и остатках); кислородсодержащие -нафтеновые кислоты, фенолы, смолисто-асфальтеновые и др. вещества (сосредоточены обычно в высококипящих фракциях). Элементный состав (%): 82-87 °C; 11-14,5 Н; 0,01-6 S (редко до 8); 0,001-1,8 N; 0,005-0,35 O (редко до 1,2) и др. Всего в нефти обнаружено более 50 элементов. Так, наряду с упомянутыми, в нефти присутствуют V(10 −5 - 10 −2 %), Ni(10 −4 −10 −3 %), Cl (от следов до 2·10 −2 %) и т. д. Содержание указанных соединений и примесей в сырье разных месторождений колеблется в широких пределах, поэтому говорить о среднем химическом составе нефти можно только условно. Часто нефтяная залежь занимает лишь часть коллектора, и поэтому, в зависимости от характера пористости и степени цементации породы (гетерогенности залежи). Обнаруживается различная степень насыщенности нефтью отдельных её участков в пределах самой залежи.Иногда этой причиной обусловливается наличие непродуктивных участков залежи. Обычно нефть в залежи сопровождается водой, которая ограничивает залежь вниз по падению слоёв либо по всей её подошве. Кроме того, в каждой залежи нефти вместе с ней находится т. н. плёночная, или остаточная вода, обволакивающая частицы пород (песков) и стенки пор.
- В случае выклинивания пород коллектора или обрезания его сбросами, надвигами и т п. дизъюнктивными нарушениями залежь может либо целиком, либо частично ограничиваться слабопроницаемыми породами. В верхних частях нефтяной залежи иногда сосредоточивается газ (т. н. «газовая шапка»). Дебит скважин, помимо физических свойств коллектора, его мощности и насыщения, определяется давлением растворённого в нефти газа и краевых вод.
По способности растворяться в органических жидкостях, в том числе в:нефть, как и:
- сероуглероде,
- хлороформе,
- спиртобензольной смеси
учеными принято относить к группе битумов.
- другие петролиты,
- вещества, извлекаемые этими растворителями из торфа,
- вещества, извлекаемые этими растворителями из ископаемых углей
Сорта товарной нефти
Основная статья: Сорта товарной нефти
Введение сортности необходимо в связи с разностью состава нефти (содержания серы, различного содержания групп алканов, наличия примесей) в зависимости от месторождения. Стандартом для цен служит нефть сортов WTI и Light Sweet (для западного полушария и вообще ориентиром для других сортов нефти), а также Brent(для рынков Европы и стран ОПЕК).
Чтобы упростить экспорт были придуманы некие стандартные сорта нефти, связанные либо с основным месторождением, либо с группой месторождений. Для России это тяжёлая Urals и лёгкая нефть Siberian Light. В Великобритании - Brent, в Норвегии - Statfjord, в Ираке - Kirkuk, в США - Light Sweet и WTI. Часто бывает, что страна производит два сорта нефти - лёгкую и тяжёлую. Например в Иране это Iran Light и Iran Heavy .
Нефть - один из представителей класса жидких полезных ископаемых (помимо нее в него входит еще артезианская вода). Свое название она получила от персидского «нефт». Вместе с озокеритом и природным газом образует группу полезных ископаемых, называемых петролиты.
ЧТО ТАКОЕ НЕФТЬ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ФИЗИКИ И ХИМИИ
Это жирная, маслянистая субстанция, цвет и плотность которой варьируется в зависимости от места добычи. Она может быть ярко зеленая или вишнево-красная, желтая, коричневая, черная, а в редких случаях - бесцветная. Текучесть нефти тоже сильно различается: одна будет как вода, другая - вязкой. Но что роднит между собой столь разные по физическим свойствам вещества, так это их химический состав, который всегда представляет собой сложную смесь углеводородов. За прочие свойства отвечают примеси - серы, азота и других соединений, из которых запах зависит преимущественно от наличия ароматических углеводородов и соединений серы.
Название главной составляющей нефти - «углеводороды» исчерпывающе говорит о ее составе. Это вещества, состоящие из атомов углерода и водорода, чья общая формула записывается как СхНу. Простейшим представителем этого ряда является метан CH4, присутствующий в любой нефти.
Элементарный состав среднестатистической нефти можно представить в процентном виде:
- 84 % углерода
- 14 % водорода
- 1-3 % серы
- <1 % кислорода
- <1 % металлов
- <1 % солей
ОСОБЕННОСТИ ЗАЛЕГАНИЯ НЕФТИ И ГАЗА
Нефть и газ обычно попутчики, то есть их находят вместе, но так бывает только при глубине залегания от 1 до 6 километров. Большинство месторождений находится именно в этом диапазоне, причем сочетания нефти и газа бывают разные. Если же глубина залегания меньше километра, то там находят одну нефть, а свыше 6 километров - только газ.
Пласт, где найдена нефть, называется коллектором. Обычно это пористые горные породы, которые можно уподобить твердой губке, которая набирает и удерживает нефть, газ, а также иные подвижные флюиды (к примеру, воду). Другим обязательным условием скопления нефти является наличие пласта-крышки, который препятствует дальнейшему движению флюида, из-за чего тот оказывается заперт в ловушке. Геологи ищут такие ловушки, которые потом зовутся месторождениями, но это не совсем верное название. Потому что нефть или газ зародились гораздо ниже, в слоях, находящихся под большим давлением. В верхние слои они попадают из-за того, что, будучи флюидами легкими, стремятся вверх. Их буквально выдавливает к поверхности земли.
ГДЕ И КОГДА ЗАРОДИЛАСЬ НЕФТЬ
Чтобы понять механизм образования нефти, нужно перенестись мысленно на миллионы лет назад. Согласно биогенной теории (она же - теория органического происхождения), начиная с каменноугольного периода (350 миллионов лет до н.э.) и вплоть до середины палеогена (50 млн. лет до н.э.) многочисленные области мелководья становились местами скопления останков органической жизни - погибающие микроорганизмы и водоросли падали на дно, образуя придонные слои органики. Очень медленно эти слои закрывались другими, неорганическими - наносами песка, к примеру, и опускались все ниже и ниже. Давление увеличивалось, закрывающие слои отвердевали, доступа кислорода к органике не было. Во тьме под действием давления и температуры происходила трансформация останков в простые углеводороды, часть из которых становилась газообразной, часть - жидкой и твердой.
Как только флюидам предоставлялась возможность вырваться из родительского пласта, они устремлялись вверх до тех пор, пока не оказывались в ловушке. Правда, подъем тоже занимал много времени. В ловушках флюиды обычно распределены следующим образом: сверху газ, потом нефть, а в самом низу - вода. Это связано с плотностью каждого из них. Если же на пути флюидов не встретилось непроницаемого пласта, они оказывались на поверхности, где происходило их разрушение и рассеяние. Естественные выходы нефти на поверхность обычно представляют собой озерца густой мальты и полужидкого асфальта, либо же она пропитывает песок, образуя так называемые битуминозные пески.
ЧЕЛОВЕЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ НЕФТИ
Выход нефти на поверхность не мог не привлечь внимания древнего человека. О самых ранних этапах знакомства практически нет сведений, но в период хорошо развитой материальной культуры нефть использовалась в строительстве - об этом говорят данные из Ирака, где найдены свидетельства использования нефти для защиты домов от влаги. В Египте обнаружилась горючесть нефти, и ее использовали для освещения. Кроме того она нашла применение в мумификации и как герметик для лодок.
Будучи редкой, нефть стала ценным товаром уже в древности: вавилоняне торговали ею на Ближнем Востоке. Предполагается, что именно эта торговля породила множество городов и селений. Также не исключено, что нефть использовалась при создании одного из знаменитых «чудес света» - висячих садов Семирамиды. Там она пригодилась в качестве герметика, не пропускающего воду.
Китайцы же были первыми, кто не удовлетворился источниками, выходящими на поверхность. Именно они изобрели бурение скважин, используя для этого полые бамбуковые стволы с металлическим «буром» на конце. Поначалу они искали соленые источники для добычи соли, но потом нашли нефть и газ. С помощью последнего они и выпаривали соль - поджигая его. Об использовании нефти в Китае на тот период данных нет.
Еще одним древнейшим способом применения нефти стало лечение ею кожных заболеваний. О подобной практике у жителей Апшеронского полуострова говорится в заметках Марко Поло.
Впервые нефть на Руси упоминается только в XV веке. Историки нашли упоминания о сборе сырой нефти на реке Ухта, где она образовывала пленку на поверхности воды. Там ее собирали и делали из нее лекарство или источник света - обычно это была пропитка для факелов.
Новое применение нефти было найдено только в XIX веке, когда была изобретена керосиновая лампа. Ее разработал польский химик Игнатий Лукасевич. Не исключено, что он же был и изобретателем способа извлечения керосина из нефти. За несколько лет до того канадец Абрахам Геснер придумал способ получения керосина из угля, но получении из нефти оказалось более выгодным.
Керосин активно использовался для освещения, поэтому спрос на него рос постоянно. Поэтому нужно было решать вопрос ее добычи. Начало нефтедобывающей промышленности было положено в 1847 году в Баку, где была пробурена первая скважина, давшая нефть. Вскоре скважин стал так много, что Баку прозвали Черным городом.
Но те скважины еще бурились вручную. Первая же скважина, пробуренная паровой машиной, приводившей в движение буровой станок, появилась в России в 1864 году в Кубанской области. Два года спустя на Кудакинском месторождении закончили механическое бурение еще одной скважины.
В мире же начало промышленной нефтедобычи было положено в 1859 году Эдвином Дрейком, который 27 августа этого года пробурил первую в США нефтяную скважину - она имела глубину 21,2 метра и находилась в городке Тайтусвиль в штате Пенсильвания, где и раньше при бурении артезианских скважин часто находили нефть.
Бурение нефтяных скважин резко удешевило добычу нефти и привело к тому, что в скором времени этот продукт стал важнейшим для современной цивилизации. Одновременно это стало началом развития нефтяной отрасли.
ПРИМЕНЕНИЕ НЕФТИ
В настоящее время мы уже не используем нефть в чистом виде. Однако существует множество продуктов ее переработки, без которых немыслим наш мир. После первой перегонки получается пять видов топлива:
- авиационный и автомобильный бензин
- керосин
- ракетное топливо
- дизельное топливо
- мазут
Фракция мазута - источник еще одного ряда продуктов дальнейшей перегонки:
- битум
- парафин
- масла
- котельное топливо
Дальнейшая судьба битума - соединение его с гравием и песком для получения асфальта. Еще один продукт нефти, который тоже используется для дорожных работ - это гудрон, представляющий собой концентрат остатков нефти после ее перегонки. Другой остаток, нефтяной кокс, используется при изготовлении ферросплавов и электродов.
Химическая промышленность использует простейшие углеводороды в качестве сырья для реакций, которые изменяют формулу соединений. В результате получаются пластмассы, резины, ткани, удобрения, красители, полиэтилен и полипропилен, а также множество средств бытовой химии.
Нефть представляет собой вязкую маслянистую горючую жидкость почти черного цвета с бурым или зеленоватым оттенком и характерным запахом. В воде нефть не растворяется, а при интенсивном перемешивании образует стойкие, медленно рассасывающиеся эмульсии. Она представляет собой смесь около 1000 индивидуальных веществ, из которых большинство (80-90 %) – жидкие углеводороды, а остальные – растворенные углеводородные газы (до 10%), минеральные соли, растворы солей органических кислот, механические примеси. нефть и продукты ее переработки используются практически во всех отраслях народного хозяйства: на транспорте, в медицине, сельском хозяйстве, строительстве, легкой и пищевой промышленности. Основную массу вещества нефти составляют углеводороды, которые отличаются друг от друга различным содержанием углерода и водорода в молекуле, а также ее строением. Углеводороды нефти относятся к следующим группам: парафиновые, нафтеновые, ароматические.
Сырая нефть - жидкая природная ископаемая смесь углеводородов широкого физико-химического состава, которая содержит растворенный газ, воду, минеральные соли, механические примеси и служит основным сырьем для производства жидких энергоносителей (бензина, керосина, дизельного топлива, мазута), смазочных масел, битумов и кокса.
Товарная нефть - нефть, подготовленная к поставке потребителю в соответствии с требованиями действующих нормативных и технических документов, принятых в установленном порядке.
Химический состав нефти.
Качество сырой нефти и получаемых нефтепродуктов зависит от ее состава. В химическом отношении нефть представляет собой сложную смесь углеводородов. Кроме углерода и водорода в нефти содержится: сера, кислород, азот и следы металлов.
Углеводородный состав нефти. Основную массу вещества нефти составляют углеводороды, которые отличаются друг от друга различным содержанием углерода и водорода в молекуле, а также ее строением. Углеводороды нефти относятся к следующим группам: парафиновые, нафтеновые, ароматические.
Парафиновые углеводороды являются насыщенными соединениями.
Нафтеновые (циклопарафины) углеводороды.
Ароматические углеводороды. Называют все соединения, в молекулах которых есть бензольное кольцо.
Сернистые соединения в нефти. Сернистые соединения в том или ином количестве встречаются во всех нефтях. В некоторых случаях их содержание достигает 6%.
Кислородные соединения в нефти. Атомы кислорода в нефти входят в следующие соединения: нафтеновые кислоты, соединения фенольного характера, эфиры, смолистые вещества.
Азотистые соединения в нефти.
Свойства нефти.
Нефть обладает одним важным свойством – способностью гореть и выделять тепловую энергию. В воде нефть не растворяется, а при интенсивном перемешивании образует стойкие, медленно рассасывающиеся эмульсии.
Плотность нефти и нефтепродуктов зависит от содержания в них легких и тяжелых фракций. Плотность API.
Чем больше величина плотности в API , тем легче соединение.
Молекулярная масса – среднее арифметическое молекулярных масс веществ, входящих в нефть. Зависит от химического и фракционного состава нефти.
Температура кипения – зависит от фракционного состава.
Тепловые свойства – удельная теплоемкость, удельная скрытая температура испарения.
Фракционный состав нефти. Характеристика фракций.
Важным показателем качества нефти является ее фракционный состав.
Фракция – часть нефти, выкипающая в определенном интервале температур. Каждая фракция характеризуется температурой начала кипения (н.к.) и конца кипения (к.к.).
Разделение нефти на фракции основано на том, что различные углеводороды, входящие в ее состав, кипят при разной температуре. Вначале выкипают легкие углеводороды, входящие в состав бензина, затем более тяжелые компоненты реактивного топлива, керосина, далее – еще более высококипящие углеводороды, из которых вырабатывают дизельное топливо.
Нефтепереработка – многоступенчатый процесс физической и химической обработки сырой нефти, результатом которого является получение комплекса нефтепродуктов. Переработку нефти осуществляют методом перегонки, то есть физическим разделением нефти на фракции.
Фракции , получаемые при прямой перегонке, называют светлыми дистиллятами. Обычно при прямой перегонке получают следующие фракции, название которым присвоено в зависимости от направления их дальнейшего использования:
Бензиновая фракция (газолин) – 50 – 140 °С;
Лигроиновая фракция (тяжелая нафта) – 110 – 180 °С;
Керосиновая фракция – 140 – 280 °С;
Дизельная фракция (легкий или атмосферный газойль, соляровый дистиллят) – 180 – 350 °С.
Выход бензина при прямой перегонке составляет от 5 до 20 % от массы нефти. Остаток после отбора светлых фракций называется мазутом. Мазут и получаемые из него фракции называются темными. Нефти различных месторождений заметно различаются по фракционному составу, содержанию темных и светлых фракций.
