Химия и технология нефти и газа

Элементный состав нефти и природного газа

Существуют две основных гипотезы происхождения нефти — органическая и неорганическая. Современная органическая теория происхождения нефти основана на том, что исходным материалом ее образования являются сапропель и гумус. Автором теории о неорганическом происхождении нефти является Менделеев (несмотря на то, что сам он был сторонником органической теории), заявивший в 1877, что нефть могла образоваться из карбидов металлов при контакте их с водой:

$CaC_2 + H_2O = C_2H_2 + Ca(OH)_2$,

$2FeC + 3H_2O = Fe_2O + C_2H_6$.

Сторонники неорганической теории был также Кудрявцев, который считал, что нефть синтезируется из смеси водорода и оксида углерода:

$CO + 3H_2 = CH_4 + H_2O$

Элементный состав природного газа и нефти достаточно прост. В их строении принимают участие, в основном, биогенные элементы, которые присутствуют в структуре любого вещества, имеющего органическое происхождение. Элементарный состав нефти близок к составу других горючих полезных ископаемых, также имеющие органическое происхождение. К таким ископаемым относятся:

• Антрациты (95 % углерода, 2,5 % водорода).
• Бурый уголь (90 % углерода, 4,8 % водорода).
• Кокосовый уголь (85 % углерода, 5 водорода).
• Сланцы (82 % углерода, 6 % водорода).
• Нефть (от 82 до 87 % углерода, от 12 до 14 водорода).
• Природный газ (75 % углерода, 25 % водорода).

Содержание в природном газе и нефти углеводородов (композиции водорода и углерода) постоянен и колеблется в небольшом диапазоне, остаток приходится на такие химические элементы, как кислород, сера и азот. Содержание азота в нефти находится в диапазоне от 0,001 до 0,3 % , кислорода от 0,1 до %. Содержание серы в нефти обычно небольшое, от 0,1 до 1%. Однако, в последнее время, в мировой нефтедобычи наблюдается тенденция роста содержания серы в нефти до 3 %, а иногда и больше. Содержание серы в нефти является важным ее параметром, его используют для разделения нефти на следующие классы (согласно ГОСТ Р 51858-2002): малосернистая (содержание серы менее 0,6 %), сернистая (содержание серы от 0,6 до 1,8 %), высокосернистая (содержание серы от 1,8 до 3,5 %) и особо высокосернистая (содержание серы более 3,5 %).

В нефти, помимо основных химических элементов (кислород, сера, водород, углерод и азот), содержатся и другие элементы, в основном металлы, например, ванадий, кальций, магний, алюминий, титан, натрий, железо, кобальт, медь, ртуть, цинк, свинец, хром, олово и т.п. Перечисленные элементы, при определении элементного состава нефти, называются золой и концентрируются в остатке.

Технология подготовки нефти и природного газа

Добываемая нефть представляет собой смесь нефти с другими веществами, которые необходимо от нее отделить. К таким веществам относятся:

• Механические примеси (до 1%).
• Попутный нефтяной газ.
• Пластовая вода (от 5 до 90 %).

Задачей промысловой подготовки нефти являются отделение от нефти разнообразных примесей, а также доведение ее до качества требований ГОСТа на нефть, которая готова к переработке. Согласно ГОСТу содержание воды не может превышать 1 %, а содержание минеральных солей должно составлять максимум 300 миллиграмм на один литр нефти. Пример схемы подготовки нефти изображен на рисунке ниже.

Рисунок 1. Схема подготовки нефти. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

1 — нефть, поступающая из скважины; 2 — клапан — переключатель; 3 — отделитель попутного газа; 4 — мерная емкость; 5,6 — газовые сепараторы первой и второй ступени; 7- электродегидраторы; 8 — ректификационные колонны; АГЗУ — автоматизированная групповая замерная установка; ГПЗ — газоперекачивающий завод; УПВ — установка подготовки воды; НПЗ — нефтеперерабатывающий завод.

Нефть поступает на АГЗУ, потом проходит газоотделитель и мерную емкость и попадает в газовый сепаратор первой ступени, в котором определяется количество попутного газа и других примесей. После этого га отправляется в ректификационные колонны газоперекачивающего завода для разделения. Нефть с остатками воды отправляет в сепаратор второй ступени, где от нее отделяются вода и остатки газа. Водонефтяная эмульсия отправляется в электродегидраторы, где от нефти отделяется вода до 1 %. После этого нефть поступает завод для дальнейшей переработки.

Добываемый газ представляет собой дисперсную систему с дисперсной жидкой и твердой фазой.

Данные фазы отделяются при помощи специальных сепарационных устройств. Они различаются своей конструкцией и эффективностью очистки. По принципу действия различаются четыре основных устройства: инерционные, фильтрующие, центробежные и гравитационные. Но в большинстве случаев, на нефтегазовых предприятиях используются, конструкция которых позволяет комбинировать в себе несколько принципов действия.