Применение нефти и нефтепродуктов. Добыча и применение нефти
Каждый раз, когда человек слышит по радио или читает в газете, что нефть дорожает, у него возникает мысль, что в очередной раз повысятся цены на топливо.
Однако, если разобраться в процессе утилизации и переработки нефти, то можно заметить, что подорожание нефти сказывается не только лишь на ценах на топливо. Продукты переработки нефти используются для производства многих вещей и предметов, с которыми человек имеет ежедневный контакт, и даже не подозревает, что тот же чайник, зубная щётка, телевизор когда-то раньше были всего лишь “чёрной жидкостью”.
Естественно, большая часть добытой нефти идёт на производство пластмассы (это полимерное вещество, которое, в свою очередь, синтезируется из мономеров), которая входит в состав, как уже говорилось выше, зубной щётки, пластмассового чайника, корпуса телевизора и мониторов для компьютеров, игрушек для детей, изоляции кабелей, посуды, светильников, упаковок, спортивного инвентаря. То есть для всего, что состоит из пластмассы или же пластика .
Получается, что человек даже не задумывается о масштабах использования нефти и сколько именно «нефтяных» предметов прошло через его руки сегодня.
К примеру, нефть идёт на получение так называемого АСБ-пластика, который, в свою очередь, используется для изготовления крупных деталей автомобиля, для производства оболочки многих кабелей, игрушек и обувной подошвы. Из стирола, который так же является продуктом переработки нефти, изготавливают канцелярские принадлежности, холодильники и даже сантехнику.
Всем известный полиэтилен , который сейчас является самым часто используемым упаковочным материалом, когда-то раньше был нефтью. Кроме того, он используется и при производстве бутылок и других ёмкостей.
Многие знают, что для изготовления очков и многих осветительных приборов используют оргстекло. Оно называется полиметилметакрилатом, предшественником которого тоже является нефть, которая становясь полиуретаном используется при изготовлении матрасов и подошв для обуви.
Однако, это было сказано лишь о пластмассовых вещах, хотя нефть идёт и на производства резиновых вещей, таких как шины для автомобильных и прочих колёс, игрушек, прокладок для сантехники, спортивного инвентаря.
Также в нашу жизнь плотно вошли различные синтетические ткани, которые образуются путём переработки полимеров. Их пропускают через специальные отверстия, получая при этом синтетические тяжи, которые используются для изготовления полотна. Самыми известными являются полиамидные волокна – это, к примеру, капрон, анид и энант, - диапазон использования которых достаточно широк: швейные нитки, рыболовные сети, конвейерные ленты.
Следует заметить, что продукты переработки нефти также идут на производство современных, довольно эффективных моющих средств, бытовой химии. Их главным преимуществом перед натуральными средствами является высокая эффективность и мощное действие.
Кроме того, можно привести в качестве примера несколько интересных фактов. К примеру, в Род-Айлендском университете учёные изобрели пластмассу, которая способна изменять свой цвет при определённой температуре. На данный момент это 82 градуса. При таком значении она становится жёлтой.
Получается, что возможность использования такой пластмассы практически не ограничена. Её можно использовать и в декоративных целях, и в санитарных целях (по цвету можно будет определить, как долго продукты находились при высокой температуре).
Следует заметить, что в год мировое производство выпускает порядка 200 миллионов тонн пластмассы. Хотя массовый выпуск продуктов переработки нефти (гребней, пуговиц и игрушек) начался лишь в конце XIX века.
Добыча и переработка нефти вот уже на протяжении двух веков занимает значимое место в мировой экономике. Это важная тема, которой интересуются многие. Но не все знают о том, какие сферы и области применения нефти существуют. Об этом мы расскажем в данной статье.
Нефть - черное золото
Нефть, как и многие другие вещества, стала известна человеку много столетий назад. Но именно нефть прозвали «черным золотом» за её неоценимые свойства и способность к переработке. В следствии нефтепереработки получают множество полезных продуктов и материалов, которые нашли свое применение в различных областях. Что же собой представляет это вещество?
Нефть - это горючая жидкость маслянистой структуры. В природе можно встретить нефть различных цветов. Да, в большинстве случаев это темно-коричневая или черная жидкость, но встречается и желтая, зеленая или вообще белая (так называемая «белая нефть»). Состоит данное вещество из жидких углеводородов, азотных элементов, органических кислот и множества других химических соединений.
Сферы и области применения нефти
Практически каждое изделие или продукт, которым мы пользуемся, имеет в своем составе продукты переработки нефти. И, чтобы это доказать, опишем самые популярные сферы и области применения нефти.
- Разные виды топлива - основной продукт нефтепереработки. Нефтепереработка включает в себя множество сложных взаимосвязанных процессов, в следствии которых получают жидкое топливо (бензин, дизельное топливо, керосин и мазут) и сырье для дальнейшей переработки.
- Второе место по праву занимает пластмасса (пластик). Каждый день мы пользуемся пластиковыми контейнерами, различными пакетами и мешками из пластмассы. Все они сделаны из нефти. Пластик очень удобен, так как он легко принимает любую форму и имеет свойства, полезные для производства бытовых предметов.
- Синтетические ткани. На данный момент, существуют разные искусственные волокна (нейлон, акрил, полиэстер) из которых делают одежду. Они имеют прекрасные свойства для производства самой разной одежды, начиная от белья и заканчивая обувью.
- Нефть также используется в сыром, не переработанном виде для строительства трубопроводов и линий электропередач.
- Синтетически каучуки. Продукты переработки нефти служат сырьем для производства и этого вещества. Из каучука в последствии делают шины для различного транспорта.
- Солнечные батареи. Панели, на которые наносят фотоэлементы для преобразования солнечной энергии, производят из нефтепродуктов.
- Пищевые продукты. Из нефти научились производить синтетический белок, который стал более дешевой заменой животному белку. Парафиновые смолы, которые также получают из нефти, используют для производства жевательной резинки.
Применение нефти в медицине и косметологии
Медицина также не может обойтись без нефти. Множество медицинских препаратов изготавливаются из углеводородов - производных нефтепродуктов. К таким препаратам относят аспирин, фенилсалицилат, вазелин, стрептоцид, антибиотики, различные антисептики и противоаллергические вещества.
В косметологических средствах (лаках для ногтей, карандашах для век и губ, губной помаде) содержится пропиленгликоль, минеральные вещества, парабены. Эти вещества являются продуктами переработки нефти. Например, губные помады содержат церезин, жидкие и твердые парафины, которые также являются продуктами нефтепереработки. Их вносят для увлажнения кожи и увеличения срока годности, придания вязкости и нужной консистенции косметическим товарам.
Нефть - востребованный во всем мире ресурс. Как видно, его применяют в самых разных сферах, начиная с топливной промышленности и заканчивая пищевой. Жизнь без нефти уже невозможно представить, и наверняка с развитием науки и технологий сферы и области применения нефти будут расширяться.
Для чего используется нефть, Вы узнаете из этой статьи.
Где используется нефть?
Нефть — очень ценная природная, горючая жидкость, которая нашла свое широкое применение в разнообразных отраслях.
Как используется нефть человеком?
В первую очередь нефть используется для производства жидкого топлива . А именно: бензина, дизтоплива, авиационного керосина и мазута. То есть для всего того, что приводит машины в движение.
Отвечая на вопрос еще в какой промышленности используется нефть, то второе место занимает производство пластмассы. Выпуск готовой продукции в год превышает показатель в 180 млн. тонн. Задумывались ли Вы, что путем переработки продуктов нефти были изготовлены Ваш холодильник, сантехника, кабели, канцтовары и даже детские игрушки. А ведь это действительно так и есть.
В каких отраслях используется нефть?
* В медицине . На основе нефтепродуктов изготавливают такие препараты как: салициловую кислоту, аспирин, парааминосалициловую кислоту, антимикробные средства, противоаллергические препараты и даже антибиотики.
* В косметологии и производстве украшений . Из субпродуктов нефти изготавливают лаки для ногтей, тени, карандаши для бровей и глаз, бижутерию, ароматы и всевозможные красители.
* В производстве синтетических тканей – акрила, нейлона, лайкры и полиэстер. Значить вполне реально, что Вы сейчас одеты в нижнее белье или купальник из нефти, носите из нее же обувь, сумку и колготки.
Переработка нефти представляет собой сложный многоэтапный технологический процесс, в результате которого производится разнообразный спектр товарной номенклатуры продуктов переработки нефти и газа.
Все нефтепродукты по своим свойствам и составу отличаются друг от друга: строением, физико-химическими свойствами, составом и областями применения.
Основу нефтеперерабатывающего предприятия составляют технологические установки по переработке нефти. Для получения нефти, отгрузки нефтепродуктов потребителям, обеспечения технологических установок энергоносителями, обеспечения контроля качества технологических процессов, сырья и готовой продукции, обеспечения всего завода водой, теплом и электроэнергией в состав завода включены объекты общезаводского хозяйства.
Нефтепродукты согласно целевой направленности их технологического процесса делятся на основные (калькулируемые) и попутные .
Основными считаются те нефтепродукты, получение которых является главным назначением технологического процесса. Нефтепродукты, получаемые вместе с основными, относятся к попутным.
Самыми распространенными видами нефтепродуктов, которые широко применяются в России и во всем мире являются бензин и реже - дизельное топливо, или иначе - светлые нефтепродукты. Существуют еще и темные нефтепродукты, которые не применяются для автомобильного топлива, но которые имеют широкое применение в народном хозяйстве - мазут, битум и т.д.
В связи с тем, что строительство нефтеперерабатывающего завода с максимально возможной глубиной переработки нефти при выпуске полного ассортимента моторных топлив высокого качества требует значительных капитальных вложений, нефтеперерабатывающие заводы строятся технологическими очередями. То есть каждая технологическая очередь подразумевает организацию некого законченного производственного цикла, перерабатывать нефть и отгружать потребителям определенный набор нефтепродуктов заданного уровня качества. Так выглядят "технологические очереди":
I технологическая очередь:
Установки: ЭЛОУ-АТ-1, товарно-сырьевой парк 52 000 мЗ. Глубина переработки: 55 %-57%.
Первоначальная производительность по сырью: свыше 400 тыс. тонн в год.
II технологическая очередь:
Установки: ЭЛОУ-АТ-2, блок стабилизации бензинов, товарно-сырьевой парк на 120 000 мЗ (суммарный объем 172 000 мЗ).
Глубина переработки: 55 %-57 %.
Производительность по сырью: 2,75 млн.тн. в год -2010 год. 3,3 млн.тн.в год. (суммарная мощность завода составляет более 3,5 млн.тн в год, - 4,1 млн.тн.).
III технологическая очередь:
Задачи III технологической очереди - доведение мощности завода по первичной переработке нефти до 7 млн. тонн в год с максимальной глубиной переработки нефти и выпуск нефтепродуктов качества Евро-5 .
Технологические установки могут работать на разных режимах, использоваться для получения продукции разного ассортимента (неодновременно) В этом случае их производственная программа рассчитывается по вариантам работы.
Свойства нефтепродуктов по их физическому состоянию имеют следующие характеристики: вязкость, плотность и фракционный состав. Для определения фракционного состава необходимо нефтепродукты перегонять со строго определенной скоростью из колбы стандартных форм и размеров.
Фракционный состав нефтепродуктов представляет собой зависимость между температурой паров нефтепродуктов в колбе и количеством конденсата (т.е.пара, сконденсировавшегося в холодильнике и собранного в приемнике).
Фракционный состав масел определяется при пониженном давлении (в вакууме) для предотвращения разложения высококипящих фракций при температурах их кипения.
От качества очистки нефтепродуктов от смолистых и других окрашенных веществ зависит их цвет, для чего цвет нефтепродуктов сравнивается с цветом специально окрашенных стекол.
Растяжимость, или иначе дуктильность битумов характеризует их способность тянуться и не обрываться в тонкие нити, что можно определить в специальном приборе (дуктилометре) путем растягивания образца битума стандартной формы с определенной скоростью при 25 °С.
К важнейшим химическим свойствам нефтепродуктов относятся также такие свойства, как содержание серы, смол, парафина и некоторые другие показатели.
Наличие в нефтепродуктах таких агрессивных сернистых соединений, как элементной серы и меркаптанов, оценивают по изменению цвета медной пластинки после контакта ее с испытуемым нефтепродуктом. Иногда используют «докторский метод» - суть которого заключается в наблюдении изменения цвета элементной серы под влиянием продуктов взаимодействия с Na2PbO2 меркаптанов и H2S, имеющихся в нефтепродукте .
Величина кислотного числа или кислотности - массе КОН (мг), необходимого для нейтрализации соответственно 1 г или 100 мл нефтепродукта свидетельствует о содержании органических кислот.
Устойчивость к окислению бензинов и некоторых других продуктов характеризуют величиной индукционного периода - интервалом времени, в течение которого испытуемый нефтепродукт, находящийся в атмосфере О2 под давлением 0,7 МПа при 100°С, практически не окисляется.
Устойчивость к окислению некоторых реактивных топлив оценивают по количеству осадка, который образуется при жидкофазном окислении его в специальном приборе в течение 4 ч при 150°С, моторных масел - по изменению механических свойств тонкой пленки масла, которое находится на металлической поверхности в контакте с воздухом при 260°С.
Коррозионную активность масел оценивают по изменению массы (г/м2) металлической пластинки при воздействии на нее в течение 50 ч нагретого до 140°С масла, слой которого периодически соприкасается с кислородом воздуха. Наличие или отсутствие в топливах активных сернистых соединений, устанавливают с помощью медной пластинки, и судят о коррозионных свойствах топлив .
Коксуемость характеризует способность нефтепродукта образовывать углистый остаток (кокс) при испарении нефтепродукта в стандартном приборе и в строго определенных условиях нагрева. Данный показатель определяется в основном для моторных и цилиндровых масел, тяжелых остаточных топлив, 10%-ного остатка от перегонки дизельных топлив, а также для сырья процессов каталитического и термического крекинга, производства нефтяных коксов и битумов и др.
Такой показатель, как высота некоптящего пламени, характеризует осветительную и нагревательную способность светлых нефтепродуктов (осветительных керосинов, реактивных и дизельных топлив) при сжигании их в лампах, нагревательных приборах и т.д. Это свойство зависит от группового химического состава нефтепродуктов и прежде всего от содержания ароматических углеводородов, когда опытный образец сжигают в лампе специальной конструкции и измеряют максимальную высоту некоптящего пламени.
Имеется также ряд показателей, определяющих потребительские свойства нефтепродуктов, к которым относят показатели детонационной стойкости бензинов (октановое число) и воспламеняемости дизельных топлив (цетановое число).
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.