- Преподавателю
- Химия
- Конспект лекции по теме: «Фракционный состав нефти, нефтепродуктов, газоконденсатов »
Конспект лекции по теме: «Фракционный состав нефти, нефтепродуктов, газоконденсатов »
Раздел | Химия |
Класс | - |
Тип | Конспекты |
Автор | Пацук Д.В. |
Дата | 12.10.2014 |
Формат | docx |
Изображения | Есть |
Государственное Автономное Профессиональное Образовательное Учреждение Орский нефтяной техникум им. В.А. Сорокина.
Конспект лекции по теме:
« Фракционный состав нефти, нефтепродуктов, газоконденсатов »
Разработал преподаватель специальности
240134 «Переработка нефти и газа»
Пацук Дмитрий Вячеславович.
Орск -2014
Цели лекции:
Образовательная:
1. Обобщить и систематизировать знания студентов о фракционном составе нефти.
2. Познакомить со способами получения и использования продуктов нефтепереработки.
Развивающая:
1.Развитие умения объяснять по схеме производственные процессы, работать с обобщающими таблицами, схемами.
2. Умение работать с учебником, составлять конспект, делать выводы, обобщать, описывать вещества, наблюдать.
Воспитательные:
1.Воспитание самостоятельности, целеустремленности, коммуникативности.
Задачи:
Образовательные: углубить и расширить знания студентов о способах получения и использования продуктов нефтепереработки.
Развивающие: Создать условия для развития умений по статистическим материалам анализировать, сравнивать, обобщать, делать выводы; Воспитательные: Создать условия работы в коллективе и индивидуально, воспитывая тем самым ответственность перед выполнением заданий, добросовестность.
Тип занятия: комбинированный.
Вид занятия: семинар
Методы и методические приёмы: Объяснительно - иллюстративный метод изложения материала; использование методики эвристической беседы.
Оборудование: 1. доска, компьютер, проектор, экран.
2. компьютерная презентация «Общие свойства»
3. учебное пособие: Вержичинская С.В., Дигуров Н.Г.,
Синицын С.А. «Химия и технология нефти и газа»
М.:ФОРУМ: ИНФРА-М, 2007.-400с.:ил.-(Профессио
нальное образование).
Структура занятия:
-
Организация начала занятия………………………………....2 мин.;
-
Актуализация знаний……………………………………….10 мин.;
-
Изучение нового материала…………………………….......24 мин.;
-
Этап проверки понимания и закрепления знаний………….7 мин.;
-
Подведение итогов …………………………..……………….2 мин.
-
Организация начала занятия.
Знакомство студентов с целями и задачами занятия.
-
Актуализация знаний
Повторение общих сведений о нефти и фракционном составе нефти.
Приложение: презентация «Общие сведения»
-
Изучение нового материала
Поскольку нефть представляет собой многокомпонентную
непрерывную смесь углеводородов и гетероатомных соединений, то обычными методами перегонки не удается разделить их на
индивидуальные соединения со строго определенными физическими константами, в частности температурой кипения при данном давлении. Поэтому нефть разделяют на отдельные компоненты, каждый из которых является менее сложной смесью. Такие компоненты называют фракциями или дистиллятами. В условиях лабораторной или промышленной перегонки отдельные нефтяные фракции отгоняются при постоянно повышающейся температуре кипения. Следовательно, нефть и входящие в ее состав ее фракции характеризуются не какой-то определенной температурой кипения, а температурным интервалом кипения - пределами начала кипения и конца кипения. Сущность первичной переработки нефти заключается в том, что
она поступает в ректификационные колонны на атмосферную перегонку (перегонку при атмосферном давлении), где разделяется на несколько фракций: легкую и тяжёлую бензиновые фракции, керосиновую фракцию, дизельную фракцию и остаток атмосферной перегонки - вещество под название «мазут». Схема фракционирования приведена на рисунках 1 и 2.
Работа с учебником Вержичинская С.В, Дигуров Н.Г., Синицын С.А. «Химия и технология нефти и газа».
Беседа по рис.1
Рис.1. Схема дисцилляции - фракционирования нефти
«А» - показано, как жидкость, подлежащая дистилляции (1), нагревается до
температуры, при которой ее молекулы могут выделиться из жидкости в
виде газа (2). Когда они попадают на более холодную поверхность,
происходит конденсация, образуются капли (3), которые затем можно
собрать.
«В» показано устройство для фракционной дистилляции сырой нефти, где в нижней части создается более высокая температура, чем в верхней. Когда
внутрь поступает сырая нефть (4), более тяжелые ее компоненты
опускаются на дно, а более легкие поднимаются в виде паров, которые
через кольцевые тарелки (5) нагнетаются через слой жидких фракций.
Менее летучие компоненты конденсируются при этом и сливаются с
жидкостью. Когда уровень жидкости превышает некоторый заданный
предел, она выливается. Поэтому пар обогащается летучими компонентами
по мере подъема вверх по колонне.
Беседа по рис.2.
Рис. 2. Разделение нефтепродуктов в ректификационной колонне
Качество этих получаемых фракций не соответствуеттребованиям, предъявляемым к товарным нефтепродуктам, поэтому каждую из полученных фракций вновь подвергают дальнейшей (вторичной) переработке, получая из нее те продукты, которые уже соответствуют маркам промышленных топлив, масел и т.д.
При атмосферной перегонке (рис. 5 учебника Вержичинская С.В, Дигуров Н.Г., Синицын С.А. «Химия и технология нефти и газа») получают следующие фракции, выкипающие до 350°С и получившие названия светлых дистиллятов:
• до 100°С - петролейная фракция;
• до 180°С - бензиновая фракция;
• 140-180°С - лигроиновая фракция;
• 140-220°С - керосиновая фракция;
• 180-350°С (220-350°С) - дизельная фракция.
Кроме этого фракции, которые выкипают до 200°С, называют
легкими, или бензиновыми. Фракции, выкипающие в интервале
температур от 200 до 300°С получили название средних или
керосиновых. Фракции нефти, выкипающие при температурах выше 300°С - тяжелые, или масляные. Все фракции, выкипающие до 300°С, также называют светлыми. Остаток, образовавший при первичной переработке нефти после отбора светлых фракций (дистиллятов) и выкипающий при температуре выше 350°С называется мазутом.
Разгонка мазута и его более глубокая переработка происходит
уже под вакуумом, в результате чего получают следующие фракции (в зависимости от технологии переработки):
- при температурах 350-500°С получают различные виды топлив
- вакуумный газойль (вакуумный дистиллят);
- при температурах более 500°С - вакуумный остаток (гудрон).
Беседа по рис.5.
Рис. 5. Схема процесса фракционирования нефти
Получение масел происходит в следующих температурных
интервалах:
300-400°С - легкая фракция,
400-450°С - средняя фракция,
450-490°С - тяжелая фракция,
более 490°С - гудрон.
Асфальтосмолопарафиновые отложения также относят к тяжелым компонентам нефти. Все фракции отличаются по углеводородному составу, имеют различный цвет, удельный вес и вязкость. Наиболее легкие фракции практически бесцветны (петролейная). По мере утяжеления фракции ее цвет постепенно меняется до темно-коричневого и черного. Плотность и вязкость также увеличиваются от легких фракций к тяжелым.
Фракции нефти, их состав и применение
Петролейная фракция - это смесь легких жидких углеводородов (пентанов и гексанов). Петролейную фракцию (или петролейный эфир) получают из попутных нефтяных газов, из газоконденсата и из легких фракций нефти. Температура кипения петролейного эфира - 40-70 °C (легкий) и 70-100 °C (тяжёлый). Поэтому он относится к наиболее легковыкипающим фракциям нефти и при ее фракционном разделении выделяется одним из первых. Петролейный эфир представляет собой бесцветную жидкость с плотностью 0,650-0,695 г/см3. Он является растворителем жиров, масел, смол и других углеводородных соединений. Петролейный эфир используется в качестве растворителя в жидкостной хроматографии, а также в качестве растворителя при экстракции различных углеводородов, нефти, битумоидов из горных пород. Также петролейный эфир часто используют в качестве топлива для зажигалок и каталитических грелок.
Бензиновая фракция нефтей и конденсатов представляет собой сложную смесь углеводородов (до С11) различного строения. Примерно 70 компонентов этой смеси выкипают до 125°C , а в интервале 125-150°C - выкипает 130 углеводородных компонентов этой фракции. Эта фракция используется для получения различных видов и сортов топлива для двигателей внутреннего сгорания. Она представляет собой смесь различных углеводородов, в том числе неразветвленных и разветвленных алканов. Поэтому бензиновую фракцию нередко подвергают термическому риформингу, чтобы превратить неразветвленные молекулы в разветвленные.
В основном в состав бензиновых фракций нефти входят нормальные и изомерные парафиновые углеводороды С5 - Сп. Среди нафтеновых углеводородов в наибольшем количестве содержатся метилциклопентан, циклогексан, метилциклогексан, а также высокое содержание легких ароматических углеводородов - толуола и метаксилола. Особенно ценным является наличие в бензиновых фракциях нефти циклопентана, циклогексана и их производных. Из этих углеводородов получают ароматические углеводороды, например бензол, содержание которого в нефти незначительно.
Лигроиновая фракция (тяжелая нафта) нефти является высокооктановой. Она также представляет собой сложную смесь углеводородов, но уже более тяжелых, по сравнению с петролейной и бензиновой фракциями (состав С8 - С14). В ней содержится значительно больше ароматических углеводородов (до 8 %), чем в бензиновой фракции. Также в ней нафтены почти в З раза превышают содержание парафинов. Плотность лигроиновой фракции 0,78-0,79 г/см3. В промышленности она используется как компонент товарных бензинов, осветительных керосинов и реактивных топлив, а также как органический растворитель и наполнитель жидкостных приборов. До активного использования дизельного топлива лиграиновая фракция служила сырьем для производства моторного топлива для тракторов.
Керосиновая фракция - это фракция прямой атмосферной перегонки нефти с границами кипения от 180 до 315°С. Плотность при 20°С - 0,854 г/см3. Температура начала кристаллизации -минус 60°С. Керосиновая фракция обычно представлена углеводородами, имеющими от 9 до 16 атомов углерода. Наряду с парафинами, моноциклическими нафтенами и углеводородами ряда бензола она содержит в своем составе бициклические - нафтеновые, ароматические и нафтено-ароматические углеводороды.
Керосиновые фракции ввиду высокого содержания изопарафинов и низкого содержания бициклических ароматических углеводородов являются высококачественным топливом для реактивных двигателей.
Дизельная фракция, выкипающая в пределах 180 - 360°C, используется в качестве товарного топлива для быстроходных дизелей, а также как сырье для других процессов переработки нефтепродуктов. Кроме названных фракций вырабатываются также углеводородные газы, керосиновые фракции. Дизельные фракции содержат мало ароматических углеводородов (до 25 %), а нафтены преобладают над парафинами. Эти фракции преимущественно состоят из производных циклопентана и цикло-гексана, имеют высокие цетановые числа и относительно низкие температуры застывания. Дизельные фракции парафинистых нефтей содержат
значительное количество алканов нормального строения, благодаря
чему имеют сравнительно высокую температуру застывания (-10) - (-11)°C. Для того чтобы получить из таких фракций дизельное зимнее топливо с температурой застывания - минус 45°C и дизельное арктическое топливо с температурой застывания - минус 60°C, эти фракции подвергают депарафинизации с применением карбамида.
Мазут- это смесь углеводородов (с молекулярной массой от 400 до 1000), нефтяных смол (с молекулярной массой 500-3000 и более), асфальтенов, карбенов, карбоидов и органических соединений, содержащих различные микроэлементы - металлы и неметаллы (V, Ni, Fe, Mg, Na, Ca, Ti, Hg, Zn и другие). Физико-химические свойства мазута зависят от химического
состава исходной нефти и степени отгона светлых (дистиллятных)
фракций и характеризуются следующими данными : вязкость 8-80
мм²/с (при 100 °C), плотность 0,89-1 г/см³ (при 20 °C), температура застывания 10-40°С, содержание серы 0,5-3,5 %, золы до 0,3 %. Мазут до конца XIX века выбрасывали как отходы производства. Сейчас его применяют как жидкое котельное топливо или используют как сырье для дальнейшей переработки - вакуумной перегонки).
Гудрон представляет собой остаток, образующийся в результате отгонки из нефти при атмосферном давлении и под вакуумом фракций, выкипающих до 450-600 °C (в зависимости от природы нефти). Выход гудрона - от 10 до 45 % от массы нефти. Гудрон -вязкая жидкость или твердый асфальтоподобный продукт черного цвета с блестящим изломом. В состав гудрона входят парафиновые, нафтеновые, ароматические углеводороды (45-95 %), асфальтены (3-17 %), а также нефтяные смолы (2-38 %). Кроме того, в гудроне концентрируются практически все присутствующие в нефти металлы. Так, например, содержание ванадия может достигать 0,046 %, а -
0,014 % и выше, особенно для нефтей и природных битумов, изначально характеризующихся высокими процентными содержаниями микроэлементов. Гудрон используют для производства дорожных, кровельных и строительных битумов, малозольного кокса, смазочных масел, мазута и моторного топлива.
-
Этап проверки понимания и закрепления знаний.
Для закрепления изложенного материала предлагается
заполнить нижеприведенную таблицу:
Название фракции
Состав
Температурный интервал кипения
Применение
Петролейная
Бензиновая)
Лигроиновая
Керосиновая
Дизельная
Мазут
Гудрон
-
Подведение итогов.
Мы завершили краткое рассмотрение особенностей фракционного состава нефти - наиболее важного показателя ее качества, определяющего направления и методы ее дальнейшего использования (переработки). Для контроля знаний вашему вниманию предлагаются вопросы для самоконтроля:
-
Для каких целей необходимо знать состав нефти?
-
Что такое «фракция» нефти?
-
Для чего необходимо знание фракционного состава нефти?
-
Какой процесс позволяет разделить нефть на фракции?
-
Какие фракции нефти Вы знаете? Назовите их.
-
Какие фракции называются легкими? При каких температурах
-
они выкипают?
-
Из каких углеводородов состоит петролейная фракция? Для чего она используется?
-
Из каких углеводородов состоит бензиновая фракция? Для чего она используется?
10.Из каких углеводородов состоит лигроиновая фракция? Для чего она используется?
-
Из каких углеводородов состоит керосиновая фракция?
Для чего она используется?
-
Из чего состоит дизельная фракция? Для чего она используется?
-
Какие фракции получили название «светлых»?
-
При каких условиях проводится глубокая переработка мазута?
-
При каких температурах происходит получение масел?
-
Что такое мазут?
-
Что такое гудрон?