РЕФЕРАТ з хімії
Нафта: походження, властивості, видобуток, перегонка, крекінг
Походження нафти
Питання про вихідну речовину, з якої утворилася нафта, про процеси нафтоутворення і формування нафти в концентрований поклад, у окремих покладах і родовищах дотепер ще не є остаточно вирішеними. Існує ряд думок як про вихідні для нафти речовини, так і про причини і процеси, що обумовлюють її утворення. В останні роки завдяки працям радянських геологів, хіміків, біологів, фізиків і дослідників інших спеціальностей удалося з'ясувати основні закономірності в процесах нафтоутворення. В даний час установили, що нафта органічного походження, тобто вона, як і вугілля, виникла в результаті перетворення органічних речовин.
Раніше висувалися й інші теорії утворення нафти.
Наприкінці XIX ст., коли в астрономія і фізика одержала розвиток застосування спектральних методів дослідження й у спектрах різних космічних тіл були виявлені не тільки вуглець і водень, але і вуглеводні, російський геолог Н.А.Соколов висунув космічну гіпотезу утворення нафти. Він припускав, що коли земля була у вогненно-рідкому стані, то вуглеводні з газової оболонки проникнули в масу земної кулі, а згодом при остиганні виділилися на його поверхні. Ця гіпотеза не пояснює ні географічного, ні геологічного розподілу нафтових родовищ...
Наприкінці XIX ст. Д.І.Менделєєв, що обратив увагу на приуроченість відомих тоді родовищ нафти до крайових частин гір, була висунута теорія неорганічного походження нафти. Передбачалося, що вуглеводні, що утворяться при дії води на розпечені карбіди металів, проходили по тріщинах із глибоких шарів у зону осадової оболонки земної кулі, де шляхом їхньої конденсації і гідрогенізації утворилися нафтові родовища.
Ця теорія утворення нафти не одержала визнання серед геологів і хіміків. Важко уявити собі утворення нафти шляхом дії на карбіди металів води океанів, потрапивших в глибину землі по тріщинах земної кори, тому що ці тріщини не можуть йти так глибоко.
Крім того, наявність у земній корі великих покладів карбідів заліза, до яких може проникнути вода океанів, дуже сумнівно.
Кількість металевого заліза (а не його окислів), що може потрапити з дуже глибоких зон на поверхню твердої кори - мізерна. Оксиди заліза містити карбіди металів не можуть. Імовірність же наявності карбідів металів у самому залізі також украй незначна.
Усі приведені вище розуміння говорять про те, що в зовнішній оболонці космічного типу при наявності окисної обстановки не приходиться очікувати утворення і збереження карбідів заліза й інших металів у значних кількостях...
М. В. Ломоносов перший указав на зв'язок між пальними корисними копалинами - вугіллям і нафтою і висунув вперше у світі в середині XVIII в. гіпотезу про походження нафти з рослинних залишків.
Академік В.И.Вернадский звернув увагу на наявність у нафті азотистих з'єднань, що зустрічаються в органічному світі.
Попередники академіка І.М.Губкіна, російські геологи Андрусов і Михайлівський також вважали, що на Кавказу нафта утворилася з органічного матеріалу. На думку И.М.Губкіна, батьківщина нафти знаходиться в області древніх мілководних морів, лагун і заток. Він вважав, що вугілля і нафта - члени того самого генетичного ряду пальних копалин.
Вугілля утвориться в болотах і прісноводних водоймах, як правило, з вищих рослин. Нафта виходить головним чином з нижчих рослин і тварин, але в інших умовах.
Нафта поступово утворювалася в товщі різних за віком осадових порід, починаючи від найбільш древніх осадових порід - кембрійських, виниклих 600 млн. років тому, до порівняно молодих - третинних шарів, що склалися 50 млн. років тому.
Нагромадження органічного матеріалу для майбутнього утворення нафти відбувалося в прибережній смузі, у зоні боротьби між сушею і морем...
По питанню про вихідний матеріал існували різні думки. Деякі вчені думали, що нафта виникла з жирів загиблих тварин (риби, планктон і ін.), інші вважали, що головну роль грали білки, треті надавали великого значення вуглеводам. Тепер доведено, що нафта може утворитися з жирів, білків і вуглеводів, тобто з усієї суми органічних речовин.
І.М.Губкін дав критичний аналіз проблеми походження нафти і розділив органічні теорії на три групи: теорії, де переважна роль в утворенні нафти приділяється загиблим твариною; теорії, де переважна роль приділяється загиблим рослинам, і, нарешті, теорії змішаного тваринно-рослинного походження нафти.
Остання теорія, детально розроблена І.М.Губкинім, називається сапропелітова від слова “сапропель” - глинистий іл - і є пануючої. У природі широко поширені різні види сапропелітів.
Розходження у вихідній органічній речовині є однією з причин існуючої різноманітності нафт. Іншими причинами є розходження температурних умов порід, що вміщають, присутність каталізаторів і ін., а також наступні перетворення порід, з яких складається нафта...
У СРСР в минулому проведені дослідження, у результаті яких вдалося установити роль мікроорганізмів в утворенні нафти. Т.Л. Гинзбург-Карагічева, що відкрила присутність у нафті різноманітних мікроорганізмів, привела у своїх дослідженнях багато нових, цікавих зведень.
Вона установила, що в нафтах, що раніше вважалися отрутою для бактерій, на великих глибинах йде кипуче життя, що не припинялося мільйони років підряд.
Цілий ряд бактерій живе в нафті і харчується нею, змінюючи, таким чином, хімічний склад нафти. Академік И.М.Губкін у своїй теорії нафтоутворення додавав цьому відкриттю велике значення. Гинзбург-Карагічевой установлено, що бактерії нафтових шарів перетворюють різні органічні продукти в бітумінозні.
Під дією ряду бактерій відбувається розкладання органічних речовин і виділяється водень, необхідний для перетворення органічного матеріалу в нафту...
Академіком Н.Д.Зелінським, професором В.А.Соколовом поруч з іншими дослідниками велике значення в процесі нафтоутворення придавалось радіоактивним елементам. Дійсно, доведено, що органічні речовини під дією альфа-променів розпадаються швидше і при цьому утвореться метан і ряд нафтових вуглеводнів.
Академік Н.Д.Зелінський і його учні установили, що велику роль у процесі нафтоутворення грають каталізатори.
У більш пізніх роботах академік Зелінський довів, що вхідні до складу тваринних і рослинних залишків пальмитова, стеаринова й інша кислоти при впливі хлористого алюмінію в умовах порівняно невисоких температур (150-400о) утворять продукти, по хімічному складі, фізичним властивостям і зовнішньому вигляду схожі на нафту. Професор А.В. Фрост установив, що замість хлористого алюмінію - каталізатора, відсутнього в природі, - його роль у процесі нафтоутворення грають звичайні глини, глинисті вапняки й інші породи, що містять глинисті мінерали.
Фізичні властивості нафти і перебування її в природі. Нафта являє собою маслянисту рідину звичайно темного кольору зі своєрідним запахом. Вона небагато легше води й у воді не розчиняється.
Малюнок1. Геологічний розріз нафтоносної місцевості.
Нафта залягає в землі, заповнюючи порожнечі між частками різних гірських порід (мал. 1). Для добування її бурять шпари (мал. 2). Якщо нафта багата газами, вона під тиском їх сама піднімається на поверхню, якщо ж тиск газів для цього недостатньо, у нафтовому шарові створюють штучний тиск шляхом нагнітання туди газу, чи повітря води (мал. 3).
У царській Росії нафта добувалася майже винятково на Кавказу (Баку, Грозний). За роки радянської влади розвідане і введено в експлуатацію багато нових родовищ. Між Волгою й Уралом відкрите «Друге Баку» - величезний нафтоносний район, що значно перевершує по площі бакинське родовище. Багаті нафтою також родовища: Ембське, Дагестанське, Західноукраїнське, Сахалінське, Ухтинске й ін. За годы радянської влади відбувся грандіозний ріст видобутку нафти в країні.
Малюнок2 .Похиле буравлення шпар дозволяє добувати нафта з-під водойм і капітальних споруджень.
Склад нафти. Якщо нафта нагрівати в приладі, зображеному на малюнку 4, то можна помітити, що вона кипить і переганяється не при постійній температурі, що характерно для чистих речовин, а в широкому інтервалі температур. Це значить, що нафта являє собою не індивідуальну речовину, а суміш речовин. При нагріванні нафти спочатку переганяються речовини з меншою молекулярною вагою, що володіють більш низькою температурою кипіння, потім температура суміші поступово підвищується, і починають переганятися речовини з великою молекулярною вагою, що мають більш високу температуру кипіння, і т.д.
Малюнок 3 .Нафта піднімається під тиском нагнітається в шар
До складу нафти входять головним чином вуглеводні. Основну масу її складають рідкі вуглеводні, у них розчинені газоподібні і тверді вуглеводні.
Малюнок 4. Перегонка нафти в лабораторії.
Склад нафти різних родовищ неоднаковий. Грозненська і західноукраїнська нафта складаються головним чином із граничних вуглеводнів. Бакинська нафта складається переважно з циклічних вуглеводнів - циклоалканів. Циклоалкани - це вуглеводні, що відрізняються по своїй будівлі від граничних тем, що містять замкнуті ланцюги (цикли) вуглецевих атомів, наприклад:
Циклоалкани були відкриті в нафті і вивчені видатним учнем А. М. Бутлерова, професором Московського університету В. В. Map ков піковим.
Переробка нафти
Перегонка нафти
Як тільки вода в чайнику закипить, з чайника зі свистом почне вилітати пара. Якщо тепер підставити чайник до вікна, то пара негайно ж почне конденсуватися на склі і зі скла стануть падати краплі дистильованої, чи перегнанной води. Перегонка нафти заснована на тім же принципі - спочатку нафта випаровується, а потім пари її конденсують з поділом на погони - бензинові, гасові і т.д.