Викитека

НЭС/Нефть

< НЭС

Нефть. — Общим названием «Н.» обозначают углеродистые ископаемые, жидкие при обыкновенной температуре или вполне разжижающиеся при слабом нагревании, и состоящие — как общее правило — преимущественно из различных углеводородов с большей или меньшей примесью кислородных, сернистых и азотистых соединений. Сравнительно редко встречаются Н., в которых кислородные и сернистые соединения преобладают над углеводородами; еще реже другой крайний случай — Н., состоящих почти исключительно из углеводородов и почти свободных от названных примесей. Н., уклоняющиеся от общего типа в первую сторону, отличаются высоким уд. в. (выше 0,95, а в редких случаях даже выше 1), значительной густотой, черным цветом и непрозрачностью даже в тонком слое, бедны содержанием низкокипящих фракций (бензина и керосина) и составляют как бы переход к асфальтам. Н. второго крайнего типа, почти свободные от кислородных, сернистых и азотистых соединений, отличаются малым уд. в. (ниже 0,80), очень легкоподвижны, слабо окрашены, а в виде исключения даже и вполне бесцветны, очень богаты низкокипящими фракциями, и, наоборот, бедны содержанием тяжелых масл. Между этими крайними случаями лежит главная масса Н., представляющих собой более или менее подвижные маслянистые жидкости, уд. в. 0,80—0,95, темнозеленого, коричневого или красноватого цвета, с более или менее сильно выраженной флуоресценцией. Н. лишь в немногих местах выходит на самую поверхность земли, образуя так назыв. нефтяные озера («озерная» Н., — напр., на о-ве Сахалине); обыкновенно же она залегает на большей или меньшей глубине, пропитывая собой слои песка или скопляясь в подземных пустотах или сбросах и трещинах горных пластов. Добывание Н. из глубины земли производится в настоящее время почти исключительно чрез так назыв. буровые скважины (см. Бурение), т.-е. глубокие (до 1 вер. глубины) и узкие круглые колодцы, в которые вставлены железные трубы, скрепленные между собой в один длинный вертикальный трубопровод, доходящий до слоя нефтеносных песков. Просачивающаяся из песков в эти скважины Н. извлекается на поверхность земли или при помощи сжатого воздуха, нагнетаемого по особой трубке на дно скважины («компрессорная» Н.), или же путем так назыв. тартания, при помощи «желонок» — длинных и узких цилиндров, спускаемых на канате на дно скважины и приводимых в движение «тартальным» барабаном, на который канат намотан; донышко желонки снабжено клапаном с торчащим наружу стержнем; при спуске желонки, при ударе стержня о дно скважины клапан приподнимается и впускает в желонку Н., при подъеме желонки клапан опускается своим весом и не дает Н. вытечь; когда же желонка извлечена из скважины на поверхность земли, ее ставят на особый желоб, при чем клапан приподнимается от нажима желонки на его стержень и выпускает Н. в желоб («тартальная» Н.). Н. в глубоких слоях земли большей частью сопровождается газами (главным образом, метаном); в тех случаях, когда скопление газа в подземных слоях очень велико, давление его не только вызывает усиленный приток Н. в скважину, как единственный выход на поверхность земли, но может выбрасывать Н. из скважины и в виде более или менее мощного фонтана («фонтанная» Н.). Наконец, в некоторых местах (напр., у нас на Кавказе, в Румынии и т. д.) там и сям еще встречается самый старый и примитивный способ добывания Н. — при помощи обыкновенных, выкапываемых в ручную, колодцев (глубиной до 30 саж.), из которых Н. извлекается простыми ведрами («колодезная» Н.). Большое разнообразие и необычайно сложный состав Н. делают изучение их природы одной из труднейших задач химии. Не только мы имеем здесь дело со смесями самых различных классов химических соединений, но и в каждую из этих групп в отдельности входит столько различных изомеров и гомологов, что разделение их друг от друга и выделение индивидуумов в чистом виде удалось до сих пор в самых немногих случаях. Трудности такого разделения, конечно, становятся тем значительнее, чем более высоко кипящие фракции Н. входят в круг изучения, так как с возрастанием точки кипения, с одной стороны, сильно увеличивается число возможных и действительно находящихся в Н. изомеров, с другой — делается все более затруднительным наиболее важный метод разделения — метод дробной перегонки, сопровождающейся при высоких температурах значительным разложением. Не удивительно поэтому, что сведения наши о ближайшей химической природе составных частей Н. ограничиваются наиболее низко кипящими (или, как говорят, наиболее «легкими») ее фракциями. Известен состав бензинов — фракций, кипящих до 100—130°; но и здесь только часть индивидуумов выделена в чистом виде и изучена в смысле своего строения, для остальных же установлена лишь принадлежность с определенным гомологическим рядом. Из фракций, кипящих выше, между 130—300° (керосин) удалось до сих пор выделить в чистом виде лишь несколько единичных углеводородов, главная же масса входящих в состав керосинов углеводородов остается неизученной. Наконец, относительно химической природы наиболее высоко кипящих фракций Н., составляющих смазочные масла, приходится пока ограничиваться самыми общими предположениями. Как количественно, так и качественно углеводороды представляют собой наиболее важную составную часть Н., и можно сказать, что задачей нефтеобрабатывающей промышленности является существенным образом выделение из Н. различных фракций углеводородов в возможно чистом виде. В Н. и продуктах ее перегонки найдены представители всех главных групп углеводородов: 1) углеводороды параффинового или метанового ряда CnH2n+2; 2) нафтены и полинафтены; 3) ароматические и 4) ненасыщенные с настоящей двойной связью. Эти группы, в большем или меньшем количестве, представлены, повидимому, во всех Н.; прежде, например, думали, что пенсильванская Н. в своих низших фракциях состоит только из углеводородов параффинового ряда; более детальные исследования обнаружили здесь присутствие и нафтенов, и ароматических углеводородов; точно также бакинская Н., являющаяся прототипом Н., богатых нафтенами, содержит, на ряду с последними, также и метановые углеводороды, и, в меньшей пропорции, ароматические и ненасыщенные с двойной связью. При сравнении между собой последовательных фракций одной и той же Н. всегда оказывается, что чем выше температура кипения фракции, тем она богаче углеродом и бедней водородом. Так, фракции пенсильванской Н., кипящие до 280° (760 мм. ртути), состоят преимущественно из углеводородов CnH2n+2; фракции, перегоняющиеся при 50 мм. ртути между 240 и 280°, состоят, главным образом, из CnH2n, кипящие же еще выше — из CnH2n−2. Точно также для продуктов бакинской Н. найдено (считая сумму C и H за 100%): для бензина 84,9% C и 15,1% H, машинного масла 86,2% C и 13,8% H, для наиболее высоко кипящего цилиндрового масла 87,3% C и 12,7% H. Из неуглеводородных составных частей Н. наибольшее значение имеют кислородные соединения, куда относятся нафтеновые кислоты и так назыв. смолистые и асфальтовые вещества (а также, в очень малом количестве, фенолы). Сера содержится в Н. как в виде сернистых алкилов, так и в виде так назыв. тиофанов, а может-быть еще и иных соединений, иногда также и в свободном виде; азот — в виде производных гидропиридина, гидрохинолина и т. п.; наконец, почти постоянной, хотя количественно и незначительной составной частью Н. являются минеральные вещества, остающиеся при сжигании в виде золы (обыкновенно менее 0,1%). Краткая характеристика главных Н. Важнейшая русская Н. — балаханская (Баку) — имеет уд. в. большей частью 0,86—0,88, содержит мало кислорода, ничтожные количества серы и азота, ок. 0,5% твердого параффина; наиболее низко кипящие фракции ее состоят из метановых углеводородов и нафтенов, тяжелый бензин и низшие керосиновые погоны — главным образом из нафтенов; при перегонке балаханская Н. дает: 3—4% газолина, дальнейшей ректификацией которого получаются разные сорта бензина; ок. 35% керосина и ок. 62% остатков или мазута; мазут при дальнейшей перегонке дает около 25% соляровых масл, 7,5% веретенного, 24% машинного, 1,5 цилиндрового и 40% масляного гудрона. Из других Н. бакинского района Биби-Эйбатская отличается тем, что дает несколько более легкий бензин, но значительно более тяжелые и хуже очищающиеся смазочные масла, чем балаханская. Сураханская отличается своим малым уд. в. (доходит до 0,8 и ниже) и большим содержанием низкокипящих фракций (до 75% газолина и керосина). Н. с о-ва Челекена интересна высоким содержанием твердого параффина, до 5%, эта Н. поэтому единственная в России, идущая на производство параффина; Н. грозненская и майкопская очень богаты бензином, а также интересны сравнительно высоким содержанием ароматических углеводородов. Из других европейских Н. галицийские и румынские, вообще говоря, превосходят бакинскую содержанием бензина, а отчасти и параффина. Из внеевропейских Н. важнейшей и по своим техническим качествам наиболее драгоценной является пенсильванская, богатая бензином и керосином, содержащая очень мало смолистых, асфальтовых и сернистых веществ и потому дающая смазочные масла, очень легко очищающаяся; вследствие того, что пенсильванская Н. богаче метановыми углеводородами и беднее нафтенами, чем бакинская, она дает продукты, обладающие меньшим уд. в., чем соответствующие бакинские. С другой стороны, в Сев. же Америке (в Калифорнии, Мексике, Техасе и т. д.) находятся и Н., наиболее богатые смолистыми и асфальтовыми веществами, а также серой (до 4,5%) и азотом (до 2,5%). Из азиатских Н. наиболее важны Н. Зондских островов, очень богатые бензином, в котором, в свою очередь, содержится огромный процент (до 40%) ароматических углеводородов. Заводская переработка Н. распадается на два главных процесса: 1) перегонку, имеющую своей целью выделение фракций с определенными физическими свойствами (темп. кипения, уд. в., вязкостью, вспышкой и т. д.) и 2) химическую очистку, роль которой состоит в удалении из сырых продуктов перегонки тех или иных веществ неуглеводородного характера. Перегонка Н. у нас в России, а также в Румынии и Галиции, производится в настоящее время почти исключительно в так назыв. непрерывно действующих батареях; в Соед. Штатах преобладает еще старый способ «периодической» перегонки. Сущность первого, непрерывного способа заключается в том, что Н. проводится последовательно чрез ряд (или «батарею») перегонных кубов, расположенных в виде уступов так, что каждый предыдущий куб лежит на 25—40 стм. выше последующего. Вдоль всего ряда тянется с уклоном, отвечающим уклону батареи, так назыв. магистральная труба, от которой отходят по две более узкие трубы к каждому кубу; как эти боковые трубы, так и магистраль в каждом своем участке между обеими боковыми трубами каждого куба снабжены вентилями. При нормальном ходе работы вентили магистрали закрыты, вентили боковых труб открыты; Н. поступает чрез первую боковую трубу в первый, верхний куб, наполняет его до уровня второй боковой трубы, затем перетекает чрез эту последнюю в магистраль, отсюда входит чрез соответствующую боковую трубу во второй куб, перетекает чрез вторую трубу этого куба в магистраль и т. д. Если какой-нибудь куб батареи нужно выключить для ремонта и т. п., то это достигается, закрывая вентили боковых труб данного куба и открывая лежащий между ними вентиль магистрали. Во всех кубах Н. находится в кипении, и понятно, что в первом кубе она отдает свои наиболее легко, в последующих — все более и более высоко кипящие погоны; поэтому, чем больше число кубов батареи, тем больше число фракций, на которые Н. разрабатывается при своей перегонке. Так как, однако, чрезмерно увеличивать число кубов батареи неудобно (число их на керосиновых заводах составляет обыкновенно 10—20), а с другой стороны, для получения возможно однородных продуктов желательно иметь возможно большее число фракций, с тем, чтобы, комбинируя их между собой, достигать именно требуемых качеств продукта, то дестиллатные пары каждого куба разделяются еще на несколько фракций при своей конденсации; для этого путь паров из куба в холодильник удлиняется включением в него так назыв. дефлегматоров — колонн, иногда пустых, иногда снабженных той или иной насадкой; в этих дефлегматорах сгущаются наиболее высоко стоящие составные части паров данного куба и отводятся по отдельным трубкам; легче же кипящие фракции доходят до холодильника, где и подвергаются окончательному сгущению. Так как перегонка Н. сопровождается разложением, с образованием газообразных и жидких ненасыщенных продуктов, сильно затрудняющих последующую очистку, а, с другой стороны, разложение это тем значительней, чем выше температура перегонки, то, для сведения разложения на минимум, важно вести перегонку при возможно низких температурах; этого достигают, продувая чрез перегоняемую Н. перегретый водяной пар, который вводится в куб чрез ряд трубок, расположенных по его длине у самого дна и снабженных многочисленными отверстиями. Выходя из этих отверстий в виде бесчисленных пузырьков, водяной пар насыщается нефтяными парами и увлекает их с собой из куба; поэтому перегонка может совершаться энергично уже при температурах, значительно более низких, чем та, при которой Н. данного куба кипела бы сама по себе. Чем больше водяного пара продувается чрез Н., тем значительней понижение температуры перегонки и тем слабей разложение; поэтому пропорцию водяного пара увеличивают по мере перехода от ниже кипящих к выше кипящим погонам. Кроме того, при отгонке очень высоко кипящих масл, на ряду с водным паром, пользуются для понижения температуры перегонки также более или менее сильным вакуумом. Применение водяного пара, кроме указанного, полезно еще в двух отношениях: 1) перемешивание Н. пузырьками пара уменьшает ее пригорание у дна куба; 2) частички нефтяного пара, будучи окутаны частицами водяного пара, предохраняются тем самым от разложения у перегретых стенок куба в его паровом пространстве. Полная перегонка Н. производится обыкновенно на двух рядах кубов: на первом, керосиновом, от Н. отгоняются последовательно газолин, керосин и часть соляровых масл; а из последнего куба вытекает так назыв. мазут (см. Нефтяные остатки); второй, масляный ряд, перерабатывает этот мазут, при чем из него последовательно отгоняются соляровые и смазочные масла (веретенное, машинное и цилиндровое), а из последнего куба вытекает так назыв. масляный гудрон. Перерабатывать всю Н. сполна до масляного гудрона на одной батарее нерационально потому, что пришлось бы составлять ее из очень большого числа кубов, и первые кубы нужно было бы поднимать слишком высоко. Периодическая перегонка отличается от непрерывной тем, что все фракции Н. отгоняются последовательно из одного и того же куба, после чего куб опоражнивается и, по охлаждении, вновь заливается свежей Н. У нас в России периодически работающими кубами пользуются только для производства специальных продуктов, когда, например, какой-нибудь дестиллат желательно подвергнуть вторичной перегонке, или же когда от какого-нибудь дестиллата отгоняют наиболее легко кипящие фракции («сгущают» масло) и т. д. Наконец, существует еще один способ перегонки Н., отличающийся от указанных принципиально тем, что в нем главную роль играют реакции разложения (так назыв. «кракинг»-процесс); способ этот, распространенный в особенности в Соед. Штатах и Галиции, состоит в продолжительном нагревании Н. без водяного пара и позволяет превращать тяжелые, высоко кипящие масла в более легкие, почему он и служит, главным образом, для увеличения выхода керосина и бензина. Такое разложение часто ведут под насыщенным давлением, благодаря чему увеличивается выход жидких продуктов разложения за счет газообразных. Продукты, получаемые перегонкой с разложением, богаты ненасыщенными соединениями и потому трудней очищаются и дают при очистке бо́льшие потери. Дестиллаты, полученные перегонкой Н., содержат в себе ряд веществ, делающих их мало пригодными к непосредственному употреблению, как-то: нафтеновые кислоты, действующие на металлы; сернистые соединения, обладающие очень неприятным запахом; смолистые вещества, мешающие в керосине хорошему горению, а в смазочных массах вызывающие образование отложений и нагаров и т. д. Целью химической очистки (или рафинации) и является возможно полное удаление этих вредных веществ. В огромном большинстве случаев химическая очистка нефтяных продуктов производится действием крепкой серной кислоты и растворов едкого натра, при чем очищаемый продукт сперва размешивается с кислотой, затем с натром. Размешивание производится в так назыв. мешалках, имеющих форму цилиндрических сосудов с конусным дном, большей частью при помощи сжатого воздуха. Серная кислота в большей или меньшей степени извлекает из сырого нефтяного продукта названные вредные примеси, вступая с ними в те или другие реакции, и превращается при этом в густую, черную смолу, называемую кислым гудроном; после того как кислый гудрон осядет, его спускают из мешалки, а «кислое» масло, содержащее в себе остатки серной кислоты, как и не перешедшие в кислый гудрон нафтеновые кислоты, переводят во вторую мешалку. Здесь масло размешивается с раствором едкого натра, извлекающим из него названные кислоты, и, если нужно, промывается водой, после чего оно отстаивается («осветляется») и представляет собой готовый продукт. Указанные операции производятся, смотря на природе сырого продукта, при обыкновенной температуре (бензин, керосин) или при подогревании (смазочные масла); чем масло гуще, т.-е. при чем более высокой температуре оно было перегнано, тем больше кислоты требуется для его очистки; у нас обыкновенно расходуется: на керосин 0,3—0,4%, на смазочные масла — дестиллаты 2,5—4% серной кислоты и около 0,2% едкого натра. В некоторых случаях, где требуется особенно высокая степень очистки (напр., так назыв. вазелиновые масла), пользуются, вместо обыкновенной крепкой кислоты, дымящейся, а также обесцвечивающими, так назыв. отбеливающими порошками (флоридовой землей и т. п.). Из других реактивов, предложенных, взамен серной кислоты, для очистки нефтяных продуктов, здесь возможно упомянуть лишь о жидкой сернистой кислоте (способ Эделеану), обладающей очень хорошей растворяющей способностью для ароматических и ненасыщенных углеводородов, а также смол, но очень мало растворяющей в себе метановые углеводороды и нафтены. — Литература. К. Тумский, «Технология H.»; Н. Квятковский, «Руководство к обработке Н. и ее продуктов»; Г. Гефер, «Н. и ее производные»; Д. Гольде, «Исследование минеральных масл»; C. Engler und H. Hoefer, «Das Erdoel»; R. Kissling, «Das Erdoel»; M. Rakusin, «Die Untersuchung d. Erdoels u. seiner Produkte»; M. Rakusin, «Polarimetrie der Erdoele»; L. Gurwitsch, «Wissenschaftliche Grundlagen d. Erdoelbearbeitung»; B. Redwood, «A treatise of Petroleum». — О нефтяной промышленности — см. приложение.

Л. Гурвич. ‎

Источник — https://ru.wikisource.org/w/index.php?title=НЭС/Нефть&oldid=3804952