Данная статья является реферативным изложением основной работы. Полный текст научной работы, приложения, иллюстрации и иные дополнительные материалы доступны на сайте III Международного конкурса научно-исследовательских и творческих работ учащихся «Старт в науке» по ссылке: https://www.school-science.ru/0317/13/28892
Актуальность
Наличие солей в нефти причиняют особенно тяжелые и разнообразные осложнения при переработке. Содержание солей в нефти нередко достигает 2000–3000 мг/л и в отдельных случаях доходит до 0,4–0,3%. Нормальная переработка таких нефтей оказывается совершенно невозможной. Происходит засорение аппаратуры, соли отлагаются, главным образом, в горячей аппаратуре. Растворенные в воде соли выделяются при испарении воды. Часть выкристаллизовавшихся солей прилипает к этим поверхностям, оседая на ней в виде прочной корки. Иногда эти соляные корки отламываются, извлекаются потоком нефти далее и осаждаются в последующей аппаратуре.
Поэтому проблема образования солей – хлоридов в нефти, их вредное воздействие на переработку нефти и способ контроля наличия массовой концентрации хлористых солей в нефти в лабораторных условиях становятся очень актуальными.
Объект исследования: нефть и ее переработка.
Предмет исследования: содержание хлористых солей в нефти
Проблема: образование солей – хлоридов в нефти, их вредное воздействие на переработку нефти и способ контроля массовой концентрации хлористых солей в нефти в лабораторных условиях.
Цель: исследование содержания хлористых солей в нефти, добываемой в Похвистневском районе и их влияние на качество товарной нефти.
Задачи:
1. Изучить и проанализировать литературу об образовании хлористых солей в нефти.
2. Изучить способы определения массовой концентрации хлористых солей в нефти.
3. Изучить влияние хлористых солей на качество товарной нефти.
4.Определить массовую концентрацию хлористых солей в нефти, добываемой в Похвистневском районе в лабораторных условиях.
5. Проанализировать полученные результаты и сделать выводы.
Методы:
- Анализ
- Синтез
- Наблюдение
- Эксперимент
- Обобщение
- Аннотация
Данный материал представлен ученицей 11 РН-класса ГБОУ гимназии им. С. В. Байменова г. Похвистнево. В материале представлена исследовательская работа: что значит обессоливание нефти, какая допустимая массовая концентрация хлористых солей в товарной нефти. Также в материале представлен опыт, который я проделала на специальных приборах. Надеюсь, что рассказ о хлористых солях в нефти и их влияние на качество товарной нефти будет интересен, прежде всего, тем, кто хочет связать свою будущую профессию с производством: разработкой, переработкой и исследованием нефти.
Введение
Нефть – это природная горючая маслянистая жидкость, распространенная в осадочной оболочке Земли; важнейшее полезное ископаемое.
Нефть известна человечеству с древнейших времен. Это подтверждено раскопками, установившими существование нефтяных промыслов. Природные битумы использовались в качестве вяжущего материала в строительстве. Именно битум применялся при строительстве стен Иерихона и Вавилона. Свидетельство из Библии: битум широко использовался при создании стен и башен Вавилона. В Древнем Египте нефть использовалась для бальзамирования умерших людей. В Древней Греции в качестве зажигательной смеси, топлива.
В средние века интерес к нефти, в основном, основывался на ее способности гореть. С VII века н. э. византийцы использовали так называемый греческий огонь (смесь нефти с негашеной известью), которая воспламенялась при увлажнении. Использовалась против вражеских кораблей: ей смазывали наконечники стрел или изготовляли примитивные гранаты. Сохранились сведения о «горючей воде – густе», привезенной с Ухты в Москву при Борисе Годунове.
До начала 18 века нефть преимущественно использовалась в натуральном, то есть непереработанном и неочищенном виде. Большое внимание на нефть в качестве полезного ископаемого было обращено только после того, как было доказано, что из нее можно выделить керосин – осветительное масло, которое можно использовать для освещения жилья в темное время суток. Преимущественное использование переработанной нефти началось только во 2-й половине 19 века, чему способствовал возникший в это время новый способ добычи нефти с помощью буровых скважин вместо колодцев. Первая в мире добыча нефти из буровой скважины состоялась в 1848 году на Биби-Эйбатском месторождении вблизи Баку.
Происхождение нефти
Нефть – представляет собой жидкую (в своей основе) гидрофобную фазу продуктов фоссилизации (захоронения) органического вещества в водно-осадочных отложениях.
Нефтеобразование – стадийный, весьма длительный (обычно 50–350 млн лет) процесс, начинающийся еще 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 подъеме температуры и давления;
- мезокатагенез или главная фаза нефтеобразования (ГФН) – опускание пласта органических остатков на глубину до 3–4 км, при подъеме температуры до 150 °C.
- главная фаза газообразования (ГФГ) – опускание пласта органических остатков на глубину более 4,5 км, при подъеме температуры до 180–250 °C.
Свойства нефти
Физические свойства
Нефть – жидкость от светло-коричневого (почти бесцветная) до темно-бурого (почти черного) цвета (хотя бывают образцы даже изумрудно-зеленой нефти). Средняя молекулярная масса 220–300 г/моль. Плотность 0,65–1,05 (обычно 0,820–0,950) г/см 2; нефть, плотность которой ниже 0,830 г/см 2, называется легкой, 0,831–0,860 г/см 2– средней, выше 0,860 г/см 2 – тяжелой. Плотность нефти, как и других углеводородов, сильно зависит от температуры и давления. Нефть – легковоспламеняющаяся жидкость; температура вспышки от –35 до +121 °C. 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 растворенной в ней соли проводят обезвоживание и обессоливание.
Химический состав
Общий состав
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 – растворенные углеводородные газы (C1-C4, 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.
Углеводородный состав
В основном в нефти представлены парафиновые (обычно 30–35, реже 40–50% по объему) и нафтеновые (25–75%). В меньшей степени – соединения ароматического ряда (10–20, реже 35%) и смешанного, или гибридного, строения (например, парафино-нафтеновые, нафтено-ароматические).
Очистка нефти
Очистка нефти – удаление из нефтепродуктов нежелательных компонентов, отрицательно влияющих на эксплуатационные свойства топлив и масел.
Непосредственно сырая нефть практически не применяется. Для получения из нее технически ценных продуктов ее подвергают переработке.
Содержание примесей в нефти
Добытая из промысловых скважин нефть содержит попутный газ, песок, ил, кристаллы солей, а также воду, в которой растворены соли, преимущественно хлориды натрия, кальция и магния, реже – карбонаты и сульфаты. Обычно в начальный период эксплуатации месторождения добывается безводная или малообводненная нефть, но по мере добычи ее обводненность увеличивается и достигает до (94 ± 4)%. Очевидно, что такую «грязную» и сырую нефть, содержащую к тому же легколетучие органические (от метана до бутана) и неорганические (H2S, СО2) газовые компоненты, нельзя транспортировать и перерабатывать на НПЗ без ее тщательной промысловой подготовки.
Наличие в нефти указанных веществ оказывает вредное влияние на работу оборудования нефтеперерабатывающих заводов:
1) при большом содержании воды повышается давление в аппаратуре установок перегонки нефти, снижается их производительность, возрастает расход энергии;
2) отложение солей в трубах печей и теплообменников требует их частой очистки, уменьшает коэффициент теплопередачи, вызывает сильную коррозию;
3) накапливаясь в остаточных нефтепродуктах (мазуте, гудроне) ухудшают их качество.
Вредные примеси в нефти
Присутствие пластовой воды в нефти удорожает ее транспортировку. Повышает энергозатраты на испарение воды и конденсацию паров. Кроме того, присутствие балластной воды повышает вязкость нефтяной системы, вызывает опасность образования кристаллогидратов при пониженной температуре. Пластовые воды, добываемые с нефтью, содержат, как правило, значительное количество растворимых минеральных солей, растворимые газы, химические соединения, образующие неустойчивые коллоидные растворы (золи), твердые неорганические вещества, нерастворимые в воде и находящиеся во взвешенном состоянии.
Механические примеси нефти, состоящие из взвешенных в ней высокодисперсных частиц песка, глины, известняка и других пород, адсорбируясь на поверхности глобул воды, способствуют стабилизации нефтяных эмульсий. Образование устойчивых эмульсий приводит к увеличению эксплуатационных затрат на обезвоживание и обессоливание промысловой нефти, а также оказывает вредное воздействие на окружающую среду. Так, при отделении пластовой воды от нефти в отстойниках и резервуарах часть нефти сбрасывается вместе с водой в виде эмульсии, что загрязняет сточные воды.
Еще более вредное воздействие, чем вода и механические примеси, на переработку нефти оказывают соли – хлориды, которые попадают в нефть вместе с эмульгированной водой. Особенно Са и Mg. При их гидролизе (даже при низкой температуре) образуется соляная кислота. Под действием соляной кислоты происходит разрушение (коррозия) металла аппаратуры технологических установок. Особенно интенсивно разъедается продуктами гидролиза хлоридов конденсационно-холодильная аппаратура перегонных установок. Кроме того, соли, накапливаясь в остаточных нефтепродуктах – мазуте, гудроне и коксе, ухудшают их качество.
Наибольшей способностью к гидролизу обладает MgCl2. Гидролиз MgCl2 протекает по следующим уравнениям:
MgCl2+ Н2О > MgOHCl + HCl,
MgCl2+ 2Н2О > Mg(OH)2+ 2HCl.
При наличии Н2S, образующегося в результате разложения сернистых соединений нефти, и в сочетании с кислотой происходит сильная коррозия аппаратуры:
Fe + H2S > FeS + H2,
FeS + 2HCl > FeCl2+ H2S.
Формирование кристаллов соли при фильтровании исследуемого образца
Фото кристаллов соли с фильтра под микроскопом (увеличение в 4, 10 раз)
Степень подготовки нефти
Степень подготовки нефти, поставляемой на нефтеперерабатывающие заводы, определена ГОСТ 9965–76 «Нефть для нефтеперерабатывающих предприятий. Технические условия».
По показателям степени подготовки нефть должна соответствовать нормам, указанным в таблице, при этом в зависимости от подготовки устанавливается I, II, III группы нефти
|
Наименование показателя |
Норма для группы |
Метод испытания |
||
|
I |
II |
III |
||
|
1. Концентрация хлористых солей, мг/дм3, не более |
100 |
300 |
900 |
По ГОСТ 21534 |
|
2. Массовая доля воды,%, не более |
0,5 |
1,0 |
1,0 |
По ГОСТ 2477 |
|
3. Массовая доля механических примесей,%, не более |
0,05 |
По ГОСТ 6370 и по п. 3.2 настоящего стандарта |
||
|
4. Давление насыщенных паров, кПа (мм рт.ст.), не более |
66,7 (500) |
По ГОСТ 1756 |
||
Из таблицы мы видим, что в зависимости от содержания в нефти хлоридов и воды установлены три группы сырой нефти:
1 группа – содержание воды 0,5%, солей не более 100 м/л;
2 группа – воды 1% и солей не более 300 м/г;
3 группа – воды 1% и солей не более 1800 м/г.
На заводе нефть подвергается дополнительному обессоливанию.
По моему мнению, для того чтобы полностью разобраться в методах обессоливания нефти и нефтяного сырья, надо знать причины появления солей в нефти, также какое вредное влияние оказывают соли при добыче, переработке, транспортировки и использовании нефтепродуктов.
Причины появления солей в нефти
1. Минерализация пластовых вод и неорганические вещества в нефти
Пластовые воды, добываемые с нефтью и образующие с ней дисперсную систему, содержат как правило, значительное количество растворимых минеральных солей. По химическому составу пластовые воды делят на хлоркальцевые, состоящие в основном из смеси растворов хлорида натрия, магния и кальция, и щелочные.
Результаты многочисленных исследований минерального состава пластовых вод показывают, что основную долю растворенных веществ составляют хлориды натрия, магния и кальция, могут присутствовать йодистые и бромистые соли щелочных и щелочноземельных металлов, сульфиды натрия, железа, кальция, соли ванадия мышьяка, германия и других.
Сама нефть не содержит хлорных солей. Они попадают в нее вместе с эмульгированной водой. И хотя отдельные исследователи обнаруживали в безводной нефти так называемые кристаллические соли, это не опровергает сделанного утверждения и может быть объяснено. Количество кристаллических солей обычно, незначительно и изменяется в пределах тот нескольких миллиграмм до 10–15 мг/дм3 нефти. Подобные ситуации возможны в двух случаях: либо при добыче нефть проходит соляные отложения и кристаллы солей попадают в нее как механические примеси, либо первоначально в нефти содержится мало мелкодисперсной и сильно минерализованной пластовой воды, которая затем растворяется в нефти, а соли остаются в виде микрокристаллов.
2. Влияние солей на использование нефти и нефтяного сырья
Наличие солей в нефти причиняют особенно тяжелые и разнообразные осложнения при переработке. Содержание солей в нефти нередко достигает 2000–3000 мг/дм3.. Нормальная переработка таких нефтей оказывается совершенно невозможной.
Засорение аппаратуры. Соли отлагаются, главным образом, в горячей аппаратуре. Растворенные в воде соли выделяются при испарении воды. Поскольку последнее происходит в основном на поверхности нагрева или в непосредственной близости от нее, часть выкристаллизовавшихся солей прилипает к этим поверхностям, оседая на ней в виде прочной корки. Иногда эти соляные корки отламываются, извлекаются потоком нефти далее и осаждаются в последующей аппаратуре.
Коррозия аппаратуры. Коррозия, т. е. разъедание нефтеперегонной аппаратуры при переработке соленых нефтей вызывается выделением свободной соляной кислоты в процессе гидролиза некоторых хлористых солей.
Основные методы обессоливания нефти
1.Общее описание методов обессоливания
Для деэмульсации и обессоливания нефти применяется большое количество различных методов.
Для достижения обессоливания, при достаточно высокой минерализации эмульсионной воды, необходимо удаление ее по крайней мере до 0.1% Положение еще больше осложняется, когда в нефти имеются «сухие» соли совершенно не удаляемые обычными методами. Поэтому в таких случаях для собственно обессоливания приходиться прибегать к дополнительной операции – промывание нефти водой. С этой целью, предварительно деэмульгированная тем или иным способом нефть вновь эмульгируется с пресной водой, и полученная эмульсия подвергается повторному разложению обычно тем же методом.
Все существующие методы деэмульсации могут быть распределены на три основные группы:
1.Механические методы.
2.Физико-химические методы.
3.Электрические методы.
Библиографическая ссылка
Благороднова Е. В. ИССЛЕДОВАНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ХЛОРИСТЫХ СОЛЕЙ В НЕФТИ, ДОБЫВАЕМОЙ В ПОХВИСТНЕВСКОМ РАЙОНЕ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА КАЧЕСТВО ТОВАРНОЙ НЕФТИ // Международный школьный научный вестник. – 2017. – № 5-1. ;URL: https://school-herald.ru/ru/article/view?id=414 (дата обращения: 24.04.2024).