Химия нефти и газа

Больших усилий требует перекачка парафинистых, вязких и высоковязких нефтей. Возникает  необходимость борьбы с асфальто-смолистопарафинистыми  отложениями, особенно в зимний период. В связи с этим трубопроводы сопровождают «стутники-трубы», по которым подают горячую воду или печи нагрева на перекачивающих станциях, используют так же ингибиторы отложений, специальные присадки. Большие проблемы  связаны с коррозией трубопроводов, особенно при перекачке сернистых нефтей. Для борьбы с коррозией применяют специальные реагенты - ингибиторы коррозии. Диаметр труб современных крупных нефтепроводов достигает от 1,2 до 2,4 м. Скорость движения нефти по ним 1,5 м/с и общая протяженность 5-6 тыс. км. Такие нефтепроводы с комплексом наземных и подземных сооружений называются магистральными. Они включают трубопровод, насосные перекачивающие станции, резервуарные парки и при них установки для подогрева нефти. 

ТИПЫ  СХЕМ ПЕРЕКАЧКИ НЕФТИ 

Существует два типа схем перекачки нефти по трубопроводам:

- постанционная

- транзитная 

Постанционная 

 

1–  резервуары 

2 – насосы

3 – потребитель  
 
 

При постанционной  перекачке нефть поступает в  одни резервуары станции, а откачиваются насосом из других, предварительно заполненных резервуаров. 
 
 

Транзитная 

При транзитной перекачке через резервуар нефть  откачивается из того же резервуара, куда поступает с предыдущей насосной станции, то есть резервуары выполняют  роль буферных емкостей.

Возможен  случай транзитной перекачки из насоса в насос, когда резервуары являются резервной емкостью на аварийный случай. 
 

При необходимости  подогрева нефти строят специальные  нагреватели (печи) с помощью которых  в резервуарах поддерживается такая  температура, которая обеспечила бы достаточную текучесть нефти до следующей станции. Перекачивающие насосные станции устанавливают в 100-150 км. друг от друга.

Давление, развиваемое  насосами такой станции составляет 5-8 МПа. 
 

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ 

Для доставки нефти в районы, удаленные от трубопроводных магистралей используют железнодорожный транспорт.

Для этого  вида транспорта необходимо учитывать  физико-химические свойства, углеводородный компонентный состав исходных нефтей.

Система транспорта по железным дорогам включает вагоны-цистерны, наливные и сливные эстакады, соответственно насосно-резервуарным хозяйством.

Обычно  маршруты состоят из 60-72 цистерн.

Вагоны-цистерны представляют собой четырех- или  восьмиосную тележку с установленным  на ней резервуаром вместимостью 60-120 м³. Цистерны бывают обычного использования (для легко летучих и маловязких нефтей) и специального исполнения (для вязких и высоковязких нефтей) они снабжены теплоизоляцией, рубашками для подогрева и другими условиями. 

Наливная  эстакада – это железнодорожный причал, куда подается состав с цистернами для заполнения. Она состоит из проложенного вдоль железнодорожного пути – коллектора с вертикальными стойками, число которых равно числу заполняемых цистерн.

Наливные  эстакады почти всегда специализированы, то есть рассчитаны только на налив нефти, или определенного вида нефтепродуктов. 

Сливная эстакада. 

Служит для  приема перевезенной по железной дороге нефти.  По устройству она почти  такая же как и наливная эстакада, но имеет отличие. Слив нефти может  быть нижний и верхний. Железнодорожный транспорт отличается от трубопроводного большей универсальностью, то есть возможностью доставки нефти в любую точку, где есть железная дорога и сооружена приемная эстакада, но есть и недостатки:

- большие затраты  труда, времени и энергии на наливно-сливные операции

- потери нефти  на этих операциях

- загрязнение  окружающей среды

Потери эти  связаны с «дыханием» цистерн  во время налива и слива, а так  же с разливами нефти. 

ВОДНЫЙ  ТРАНСПОРТ 

Это вид  транспорта близок к железнодорожному, отличается он лишь устройством емкостей. Морские и речные  суда называются танкерами. По характеру перевоза – по воде.

Танкерные перевозки нефти имеет большие преимущества перед железнодорожными, к ним относятся большие одиночные емкости судна, относительная простота налива и слива, дешевизна и экологическая чистота (меньше потерь на испарение и разлив). Но этот вид транспорта больше подвержен аварийности из-за морской стихии и даже единственные катастрофы танкеров приводят к непоправимым экологическим последствиям, в результате разлива сотен тысяч тонн нефти.

Первые  танкеры строились водоизмещением 5-10 тыс. тонн. Уже в 70-е появились  супер танкеры для перевоза 750 тыс. тонн. тогда уже был создан флот танкеров.

Как и  железнодорожный, морской транспорт включает в себя три звена:

1) наливные  морские причалы

2) транспортное  средство (танкер)

3) сливные  причалы в месте потребления.

Наливные  и сливные причалы могут быть в виде пристани или пирса, когда  он дается в море. Они оборудуются  системой гибких нефтепроводов для соединения с причальным танкером, насосной станцией для налива или откачки танкера и береговыми резервуарами для хранения нефти, откуда она по нефтепроводам затем направляется на НКЗ.  Танкер – основное звено этой системы, состоит: двойной стальной корпус судна, по длине разделен на три части (носовую, среднюю, кормовую) Разделяющие эти части поперечные перегородки представляют собой две стальные стенки на расстоянии 15 м друг от друга, полость между которыми заполнена водой. В небольшой носовой части расположен сухогрузный трюм, в котором могут транспортировать любые грузы, включая нефтепродукты в мелкой таре (бочках).

В кормовом отсеке располагается машинное отделение  и если необходимо – котельная  для непрерывного подогрева перевозимой  нефти  с помощью змеевиков, по которым попускается пар или горячая вода.

Основная  часть судна – средняя, занята емкостями - танками для нефти. Для  этого корпус судна поперечными  и продольными перегородками  поделен на  ячейки, в которые  заливают нефть. Танки могут быть изолированы друг от друга и тогда налив и слив нефти производится по системе трубопроводов, подключены к каждому из них. При перепускной системе танки сообщаются между собой отверстиями на небольшом расстоянии от дна.  И тогда откачка нефти одного из них позволяет через эту систему отверстий откачивать нефть одновременно из всех танков.

В средней  части судна расположен насосный отсек, насосами которого нефть откачивается из танков.

Загруженный нефтью танкер имеет большую осадку (15-20 м), которая резко уменьшается после разгрузки в порту прибытия. Чтобы сохранить устойчивость танкера в обратном рейсе, его осадку поддерживают за счет того, что в пустые танки закачивают заборную воду.

Эта вода в порту налива нефти откачивается в специальные резервуары и перед сбросом в море очищают от нефти. 

ХРАНЕНИЕ  НЕФТИ 

Хранение нефти  осущетвляется на нефтепромыслах, в  начальных, промежуточных  и конечных пунктах протяженных нефтепроводов. Для хранения нефти строят крупные  наземные и подземные резервуары вместимостью от 10 до 100 тыс. тонн каждый, входящих в комплекс установок и сооружений, называется «нефтебазой».

Резервуары различаются  в зависимости от того, какой нефтепродукт хранится. 

ТРАНСПОРТ ГАЗА 

Транспорт газа осуществляется  по газопроводам от мест его добычи и промысловой подготовки к потребителю. Сжиженные газы транспортируются в специальных цистернах по железной дороге или автомобильным способом.

Магистральные газопроводы  имеют большую протяженность (3-5 тыс. км.). Диаметр труб до 1,4 и давление до 10 МПа.

Для перекачки  газа при давлении на большие расстояния для поддержания давления через  определенные интервалы (80-120 км) строятся газокомпрессорные станции. 

ХРАНЕНИЕ  ГАЗА 

Хранение газа осуществляется с целью сглаживания  неравномерности его потребления на местах. Природный газ чаще всего хранят в подземных хранилищах. для этого используют структурные геологические ловушки, где газ хранится под большим давлением без потерь его в смежных пластах.

Сжиженные газы хранят на нефтебазах в резервуарах, рассчитанных на высокое давление. 

ОРГАНИЧЕСКИЕ  ГОРЮЧИЕ ИСКОПАЕМЫЕ 

К ним относятся:

- природный газ

- газовые конденсаты ( < 770 кг/м³)

- легкие нефти  ( от 770 до 850 кг/м³)

- нормальные  нефти ( от 830 до 930 кг/м³⁾

- тяжелые высоковязкие  нефти ( = 930-980 кг/м³)

- природные нефтебитумы  ( > 980 кг/м³)

- торфы

- бурые угли

- атроциты 

Тяжелые высоковязкие нефти (ТВН).

К их особенностям относится то, что они могут быть добыты извлечением из недр специальными методами воздействия на пласт ( пергретым паром, внутрипластовым горением и шахтным методом).

Особо богаты ими  Канада и Венесуэла.

В России запасы таких нефтей сосредоточены в  Татарстане  и тунгусском районе Сибири. Обращает свое внимание высокая плотность и высокое содержание высококипящих фракций, высокая коксуемость и очень высокое содержание металлов (1200мг/кг), а значит остатки переработки высоковязких нефтей являются благоприятным сырьем для получения таких металлов как ванадий и никель. 

Природные нефтебитумы.

Это тяжелые  вещества в основном с плотностью > 1 и с вязкостью 100 Па/с. Они добываются шахтным или карьерным методом, либо внутрипластовым давлением.

По составу  эта смесь органического вещества с горной породой. Это может  быть песок , пропитанный битумом или плотная органическая порода с прослойками битуминизированной массы. Запасы таких нефтей также находятся в Канаде и Венесуэле. Они имеют  тяжелый фракционный состав (большое содержание серы, асфальтенов и металлов).

Примером  переработки такой нефти является Канада, конечным продуктом переработки  которой является синтетическая  нефть.

В ближайшее  время производство синтетической  нефти в Канаде достигают 20 млн.т. в год. В России переработки природных нефтебитумов нет, хотя только в Татарстане имеется более 25 месторождений нефтебитумов.

Получение нефтепродуктов из природных нефтебитумов начинает использоваться в переработке, но достигнет быстрого развития тогда, когда цены на нефть, нефтепродукты, и газ резко возрастут. 

Сланцы. Общие запасы горючих сланце составляют около 475 млрд. т. основная часть которых находится в Северной Америке. Выход жидкого топлива из сланцев равен примерно от 60 до 85% (а из угля примерно 40%). Сланцы занимают особое место среди твёрдых горючих ископаемых из-за высокого содержания в них минеральных веществ. Месторождений сланцев много и делятся они на малосернистые (до 2% серы) и сернистые (от 2 до 8% серы).

К первым относятся эстонские сланцы, ко вторым сланцы среднего и нижнего Поволжья. 

Торфы. Торф, в естественном состоянии, - это сухая рассыпчатая масса чёрно-бурого цвета. Эта масса является продуктом разложения опавших листьев, хвои, веток и поваленных деревьев. В зависимости от степени разложения торфяники делят на верховые, переходные и низинные. 

 Каменные  угли. Издавна широко используются как твёрдые энергоносители. Но в 1ой половине ХХ века были начаты работы по получению жидких моторных топлив из углей, как более технологичных и удобных в применении.