- •В. Р. Зайлалова учебное пособие по курсу «химия нефти и газа»
- •Введение
- •1. Происхождение нефти
- •2. Элементарный состав нефти
- •3. Фракционный состав нефти
- •3.1. Детонационная стойкость горючего
- •3.2. Переработка углеводородного сырья
- •3.2.1. Переработка каменного угля
- •3.2.2. Перспективы развития энергетики
- •4. Групповой углеводородный состав нефти. Классификация нефти
- •5. Молекулярный вес
- •6. Физические свойства нефти
- •6.1. Плотность
- •6.2. Вязкость
- •6.3. Температурные переходы и агрегатные превращения
- •6.4. Тепловые свойства
- •6.5. Оптические свойства
- •6.6. Электрические свойства
- •7. Фазовое равновесие в системе «нефть — газ»
- •8. Классификация углеводородов
- •8.1. Предельные (насыщенные) углеводороды. Алканы (парафины)
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •Способы получения
- •8.2. Предельные углеводороды. Циклоалканы
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •Способы получения
- •8.3. Непредельные (ненасыщенные) углеводороды. Алкены (этиленовые углеводороды)
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •Способы получения
- •8.4. Непредельные углеводороды. Алкадиены
- •Химические свойства
- •Способы получения
- •8.5. Непредельные углеводороды. Алкины (ацетиленовые углеводороды)
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •Способы получения
- •8.6. Ароматические углеводороды. Бензол и его гомологи
- •Химические свойства
- •Свойства бензола
- •Свойства гомологов бензола
- •Способы получения
- •9. Неуглеводородные соединения нефти
- •9.1. Кислородные соединения
- •Азотистые соединения
- •Сернистые соединения
- •10. Смолистые вещества
- •11. Минеральные компоненты нефти
- •12. Методы выделения компонентов
- •12.1. Перегонка
- •12.2 Азеотропная и экстрактивная ректификация, экстракция, абсорбция
- •И селективность растворителей при 60°с
- •12.3. Адсорбция
- •12.4. Кристаллизация
- •12.5. Диффузионные методы разделения углеводородов
- •13. Природные и попутные газы. Применение газа
- •13.1 Природные газы
- •Попутные (нефтяные) газы
- •Применение газа
- •Термические превращения углеводородов нефти
- •14.1. Термодинамика процесса
- •14.2. Кинетика и механизм процесса
- •Энергия связи с—с, кДж/моль: 335; 322; 314; 310; 314; 322; 335
- •14.3. Термические превращения углеводородов в газовой фазе
- •Превращения алканов
- •14.3.2. Превращения циклоалканов
- •14.3.3. Превращения алкенов
- •Суммарную реакцию можно записать уравнением:
- •14.3.4. Превращения алкадиенов и алкинов
- •14.3.5. Превращения аренов
- •15. Термокаталитические превращения
- •15.1. Механизм действия катализаторов окислительно-восстановительного типа
- •15.2. Кислотный катализ
- •15.3. Реакции карбкатионов
- •15.4. Каталитический крекинг
- •15.4.1. Превращения алканов
- •15.4.2. Превращение циклоалканов
- •15.4.3. Превращение алкенов
- •15.4.4. Превращение аренов
- •15.4.5. Катализаторы каталитического крекинга
- •15.4.6. Каталитический крекинг в промышленности
- •15.5. Каталитический риформинг
- •15.5.1. Химические основы процесса
- •15.5.2. Катализаторы риформинга
- •15.5.3. Каталитический риформинг в промышленности
- •16. Гидрогенизация в нефтепереработке
- •16.1. Классификация процессов
- •16.2. Классификация каталитических реакций с водородом
- •16.3. Термодинамика и катализаторы гидрирования
- •Список литературы
- •Содержание
11. Минеральные компоненты нефти
Минеральными компонентами нефти называют элементы, которые образуют золу при сжигании нефти, предварительно очищенной от механических примесей. Количество золы, образующейся при сжигании нефти, невелико — обычно сотые доли процента. Спектральные исследования нефтяной золы показывают присутствие никеля, ванадия, натрия, серебра, кальция, алюминия, меди и др. По-видимому, указанные элементы входили в состав некоторых органических соединений или присутствовали в виде солей нефтяных кислот. Особую проблему составляет очистка нефтепродуктов от следов ванадия. Образующаяся при сгорании нефтепродуктов пятиокись ванадия V2O5 является сильным корродирующим веществом для деталей газотурбинных двигателей и двигателей внутреннего сгорания, а также сильным каталитическим ядом в процессах нефтепереработки.
А. Ф. Добрянский приводит (по данным литературы) следующие сводки состава нефтяной золы (в % масс. от исходной навески):
SiO2 ……………………………………………………..5,43–60,49
Fe2O3 ……………………………………………………7,71–48,87
А12О3……………………………………………………7,51–38,82
MnO……………………………………………………..0,16–0,47
NiO………………………………………………………0,03–4,35
CaO………………………………………………………1,09–11,05
MgO………………………………………………………0,78–4,26
K2O……………………………………………………….0–1,83
Na2O………………………………………………………0,8–12,36
Li2O……………………………………………………….0–0,14
P2O5……………………………………………………….0–0,02
V2O5………………………………………………………0–5,07
SO3………………………………………………………..1,4–21,04
Cl………………………………………………………….0–0,20
12. Методы выделения компонентов
12.1. Перегонка
Важнейшими методами разделения компонентов нефтей и продуктов их переработки по молекулярным массам остаются различные виды перегонки и ректификации. Ни одна схема анализа нефтей не обходится без фракционирования при атмосферном давлении или под вакуумом.
При исследовании фракций, содержащих углеводороды С20 и более высококипящих, можно использовать молекулярную перегонку. При обычной перегонке молекулы, испарившиеся с поверхности нагреваемой жидкости, сталкиваются между собой, часть их отбрасывается назад к поверхности испарения и конденсируется, поэтому приходится затрачивать дополнительную энергию, повышать температуру системы. Молекулярная перегонка проводится при глубоком вакууме (остаточное давление < 0,1 Па); расстояние между поверхностями испарения и конденсации небольшое (10–30 мм), меньше длины свободного пробега молекул. При этом испарившиеся молекулы не сталкиваются и достигают конденсатора с минимальными затратами энергии, что позволяет перегонять вещества при температуре ниже их температур кипения.
Ректификация применяется также для стабилизации бензина — удаления растворенных в нем газов — и для разделения бензина на узкие фракции.
Для разделения смесей веществ с близкими температурами кипения, например аренов С8, применяют сверхчеткую ректификацию, для которой характерно большое число тарелок в колоннах и высокая кратность орошения.
Эффективность ректификационных колонн, необходимая для получения продуктов заданной чистоты, зависит от коэффициента относительной летучести (α) разделяемых компонентов. Углеводородные системы в первом приближении можно рассматривать как идеальные, подчиняющиеся закону Рауля. В этом случае:
= P10 / P20 ,
где P10, P20 — давление насыщенного пара компонентов при температуре системы.
Так, арены С8 отделяют от наиболее высококипящего изомера о-ксилола (коэффициент относительной летучести ключевой пары компонентов м-ксилол — о-ксилол при 180°С α = 1,135) в колоннах, оборудованных 150–200 тарелками при кратности орошения в колонне 7–9. При этих условиях чистота о-ксилола составляет около 99%.
Для выделения этилбензола из смеси с ксилолами (коэффициент относительной летучести ключевой пары п-ксилол — этилбензол при 180°С α = 1,05) применяют несколько последовательно соединенных колонн, содержащих суммарно 300–400 тарелок, при кратности орошения ≈100.
Наряду с абсорбцией одним из методов газоразделения является низкотемпературная ректификация с использованием таких хладагентов, как аммиак или пропан.
В нефтехимии ректификация широко применяется в качестве метода выделения и очистки разнообразных продуктов нефтехимического синтеза. При этом по мере повышения селективности процессов роль ректификации возрастает, в ряде случаев появляется возможность использования ректификации вместо более сложных методов — экстракции, экстрактивной или азеотропной ректификации.