ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УГЛЕВОДОРОДОВ С1-С6 СЕРОВОДОРОДА И МЕРКАПТАНОВ В НЕФТЯНЫХ ПРОДУКТАХ
Введение
Нефть является основным сырьем для производства энергоносителей, которые играют ведущую роль в современной экономике. Масштабы потребления энергоресурсов, главным образом, определяют уровень развития производительных сил. [1]
Нефть, как источник энергии имеет для России неоспоримые преимущества: невысокая стоимость добычи, возможность безотходной переработки с получением многообразных видов топлива и химического сырья.
Нефть относится к невозобновляемым ресурсам. Разведанные запасы нефти составляют 210 млрд тонн, неразведанные – оцениваются в 52–260 млрд. тонн. Мировая добыча нефти в настоящее время составляет около 4 млрд. тонн в год. Таким образом, при нынешних темпах потребления, разведанной нефти хватит примерно на 40 лет, неразведанной – еще на 10–15 лет. Также растет потребление нефти – за последние 35 лет оно выросло с 20 до 35 млрд. баррелей в год. [2]
Россия – одна из ведущих нефтеперерабатывающих и нефтедобывающих стран мира. Каждый год добыча нефти составляет 450 млн. тонн. Нефть, как источник энергии имеет для России неоспоримые преимущества: невысокая стоимость добычи, возможность безотходной переработки с получением многообразных видов топлива и химического сырья. [3]
В настоящее время в мире разрабатывается большое число нефтяных месторождений. Нефти, получаемые с этих месторождений, различаются по химическому составу, свойствам, потенциальным возможностям получения из них нефтепродуктов.
В связи с этим важное значение имеет классификация нефтей. Правильная классификация может оказать помощь в решении вопросов генезиса нефтей, поиске и разведке нефтяных месторождений, а также в выборе путей переработки нефтей. Основными видами классификации нефтей являются химическая и технологическая.
В основу химической классификации положен химический состав нефтей, т.е. преимущественное содержание в нефти какого-либо одного или нескольких классов углеводородов. Согласно этой классификации различают нефти: парафиновые, нафтеновые, ароматические. При отнесении нефти к одному из этих типов исходят из того, что представители данного класса углеводородов содержатся в данной нефти в количестве более 50%. Большинство перерабатываемых в промышленности нефтей относятся к нефтям смешанного типа, т.е. когда представители другого класса углеводородов содержатся в нефти в количестве не менее 25% (парафино-нафтеновые, нафтено-ароматические). Например, многие Волго-Уральские нефти парафино-нафтеновые. [4]
Одной из основных задач анализа нефтяного сырья является определение легокипящих компонентов. Целью настоящей дипломной работы являлось газохроматографическое определение углеводородов С1-С6, сероводорода и меркаптанов в нефти Самарской области.
Работа выполнена на базе лаборатории «Самара НИПИ Нефть»
1. Обзор литературы
1.1 Характеристика нефти
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 др. образования – например, битуминозные пески и битумы. [5]
Нефть – маслянистая жидкость, представляющая собой природный раствор природных органических соединений, в основном углеводородов. В углеводородах растворены высокомолекулярные смолисто – асфальтеновые вещества, а также низкомолекулярные кислород-, азот- и серосодержащие соединения. Кроме того, в нефти растворены и некоторые неорганические вещества, вода, соли, сероводород, соединения металлов и других элементов. [6]
В природе довольно разнообразна. По внешнему виду она различается по цвету (от почти бесцветной до темно-коричневой) и вязкости (от весьма подвижной до малоподвижной). Соотношение компонентов, входящих в состав нефти, определяет ее тип, физические свойства, состав. Изменение состава и свойств нефти отражается прежде всего на удельном весе, который колеблется от 0,80 до 0,95.
Нефть имеет уникальное значение в современном мире в качестве энергетического сырья, а также в качестве сырья для производства разнообразных химических продуктов. Нефть и газ обеспечивают свыше 70% потребляемой человеческой электроэнергии, а также основную массу смазочных масел, сырья для органических синтезов и т.д. [7]
Продукты, получаемые из нефти, делятся на следующие основные группы:
– топлива (бензины, лигроины, керосины, реактивные, дизельные, газотурбинные топлива);
– нефтяные масла;
– парафины, вазелины, церезины;
– нефтяные битумы;
– осветительные керосины;
– растворители;
– прочие нефтепродукты (кокс, сажа, смазки, органические кислоты)
Нефтяные продукты состоят из тех же компонентов сырой нефти, отделенных друг от друга и полученных из них путем термокаталитических химических реакций. Топлива, например, это жидкие углеводородные продукты. [8]
К особенностям нефти как объекта исследования, включающего огромное число составляющих, относятся:
Широкий диапазон температур кипения и молекулярных масс (от легких газов до практически нелетучих веществ с молекулярными массами порядка десятков и сотен тысяч);
Наличие углеводородов разнообразного строения, а также соединений серы, азота, кислорода и других элементов;
Присутствие группы веществ с очень близкими физико-химическими свойствами (изомерных углеводородов, диастереоизомерных парафиновых углеводородов и т.п.);
Широкий диапазон концентраций веществ, подлежащих анализу (от процентов до тысячных долей процента и менее);
Из особенностей нефти вытекает необходимость использования широкого арсенала химических и физико-химических методов разделения анализа в качестве этапов в схемах исследования. Сложности исследования объекта обуславливают комплексность аналитических методов, многоступенчатость схем анализа. [3]
Из нефти выделяют разнообразные продукты, имеющие большое практическое значение. Сначала из нее удаляют растворенные газообразные углеводороды (преимущественно метан). После отгонки летучих углеводородов нефть нагревают. Первыми переходят в парообразное 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 четыре летучие фракции, которые затем подвергаются дальнейшему разделению.
Основные фракции нефти следующие:
· Газолиновая фракция, собираемая от 40 до 200 °С, содержит углеводороды от С5Н12 до С11Н24. При дальнейшей перегонке выделенной фракции получают газолин (tкип = 40–70 °С), бензин (tкип = 70–120 °С) – авиационный, автомобильный и т.д.
· Лигроиновая фракция, собираемая в пределах от 150 до 250 °С, содержит углеводороды от С8Н18 до С14Н30. Лигроин применяется как горючее для тракторов. Большие количества лигроина перерабатывают в бензин.
· Керосиновая фракция включает углеводороды от С12Н26 до С18Н38 с температурой кипения от 180 до 300 °С. Керосин после очистки используется в качестве горючего для тракторов, реактивных самолетов и ракет.
· Газойлевая фракция (tкип > 275 °С), по-другому называется дизельным топливом.
· Остаток после перегонки нефти – мазут – содержит углеводороды с большим числом атомов углерода (до многих десятков) в молекуле. Мазут также разделяют на фракции перегонкой под уменьшенным давлением, чтобы избежать разложения. В результате получают соляровые масла (дизельное топливо), смазочные масла (автотракторные, авиационные, индустриальные и др.), вазелин (технический вазелин применяется для смазки металлических изделий с целью предохранения их от коррозии, очищенный вазелин используется как основа для косметических средств и в медицине). Из некоторых сортов нефти получают парафин (для производства спичек, свечей и др.). После отгонки летучих компонентов из мазута остается гудрон. Его широко применяют в дорожном строительстве. Кроме переработки на смазочные масла мазут также используют в качестве жидкого топлива в котельных установках.
Наличие углеводородов разнообразного строения, а также соединений серы, азота, кислорода и других элементов;
Присутствие группы веществ с очень близкими физико-химическими свойствами (изомерных углеводородов, диастереоизомерных парафиновых углеводородов и т.п.) [9]
1.2 Состав нефти
В составе нефти различают следующие классы углеводородов (УВ):
– алифатические (метановые);
– циклические насыщенные (нафтеновые);
– циклические ароматические (ароматические);
Имеются также смешанные (гибридные) углеводороды: метанафтеновые, нафтеново – ароматические.
Среди метановых углеводородов нефти имеются газообразные, жидкие и твердые. Газообразные (метан, этан, бутан и др.) растворены в жидких углеводородах и выделяются при изменении давления. Твердые высокомолекулярные углеводороды (парафины) также находятся в растворенном состоянии.
Нефть с преобладанием метановых относится к метановому типу. Среди ее разновидностей выделяется высокопарафиновая нефть (содержание парафина более 6%), парафинистая (1,5 – 1,6%), малопарафинистая (менее 1,5%).
Нафтеновые углеводороды присутствуют во всех типах нефти. Но нефть с преобладанием этого класса соединений встречается редко.
Среди ароматических углеводородов преобладают низкомолекулярные структуры (бензол, толуол, ксилол, нафталины). В подчиненном количестве имеются гомологи 3–6 кольчатых углеводородов (полициклические ароматические УВ – полиароматические УВ). В некоторых разновидностях нефти полиароматических УВ содержится значительное количество (3.4 – бенз(а) пирена и др.) канцерогенных УВ. [5]