Uleiul este un lichid uleios natural combustibil, care constă dintr-un amestec de hidrocarburi cu o structură foarte diversă. Moleculele lor sunt lanțuri scurte de atomi de carbon, lungi și normale, și ramificate și închise în inele și ineluri multiple. În plus față de hidrocarburi, uleiul conține cantități mici de oxigen și compuși de sulf și foarte puțin azot. Uleiul și gazele combustibile se găsesc în intestinul terestru atât împreună, cât și separat. Gazul combustibil natural este format din hidrocarburi gazoase - metan, etan, propan.
Uleiul și gazele combustibile se acumulează în roci poroase, numite colectoare. O bună formare colector de gresie este închisă între rocă impermeabilă, cum ar fi șisturi sau argila, previne scurgerea de petrol și gaze naturale din rezervoare. Condițiile cele mai favorabile pentru formarea depunerilor de petrol și gaze apar atunci când patul de gresie este curbat într-o pliantă orientată spre acoperiș. În același timp, partea superioară a unei astfel de cupole este umplută cu gaz, mai jos este uleiul, și chiar mai puțin - apă.
Oamenii de știință susțin foarte mult despre modul în care s-au format depozitele de petrol și gaze combustibile. Unii geologi - Adeptii origine anorganică - susțin că zăcămintele de petrol și gaze sunt formate din cauza scurgerilor din adâncimi de carbon Pământului și hidrogen, asocierea lor de a forma hidrocarburi și acumularea în roci - colectori.
Alți geologi, cele mai multe dintre ele, se crede că uleiul, cum ar fi cărbunele, provenit din masa organică, îngropate la o adâncime de mai jos sedimente marine unde se afla de lichid și de gaz combustibil. Aceasta este o ipoteză organică a originii petrolului și a gazelor combustibile. Ambele ipoteze explică unele dintre fapte, dar lăsați cealaltă parte fără răspuns.
Dezvoltarea completă a teoriei formării petrolului și gazelor combustibile încă așteaptă cercetătorii săi viitori.
Grupurile de câmpuri de petrol și gaze, ca și depozitele de cărbune fosil, formează bazine de petrol. Ele, de regulă, se limitează la deformările crustei pământului, în care se află rocile sedimentare; în compoziția lor există straturi de rezervoare bune.
În țara noastră, bazinul hidrografic caspic a fost de mult cunoscut, a cărui dezvoltare a început în zona Baku. În anii 1920 a fost deschis bazinul Volga-Ural, numit al doilea Baku. În anii 1950, a fost descoperit cel mai mare bazin de petrol și gaze din Siberia de Vest. Bazinele mari sunt, în plus, cunoscute în alte părți ale țării - de la țărmurile Oceanului Arctic până la deșerturile din Asia Centrală. Acestea sunt distribuite atât pe continente, cât și sub fundul mării. Uleiul, de exemplu, este extras din fundul Mării Caspice.
Rusia ocupă una dintre primele locuri din lume pentru rezervele de petrol și gaze. Un mare avantaj al acestor minerale este confortul comparativ al transportului lor. Prin conducte, petrolul și gazele circulă cu mii de kilometri către fabrici, centrale și centrale electrice, unde sunt folosite drept combustibili, ca materie primă pentru producția de benzină, kerosen, uleiuri și pentru industria chimică.
Extracția de petrol și gaze. Cum a născut Wells
Cu toate acestea, forajul și producția industrială de țiței au început mult mai târziu. În anii 50 și 60 ai secolului XX. Petrolul și gazul au ajuns în fruntea combustibililor fosili.
Lucrările de mașini și de aeronave sunt de neconceput fără ca benzina și kerosenul, locomotivele diesel și navele să funcționeze cu combustibil lichid. Ei trec la combustibil ieftin de la o centrală electrică. Din petrol și gaz face produse chimice, care apoi convertesc în materiale sintetice.
Uleiul și gazele sunt mai ușor de extras și mai ieftine decât cărbunele.
Mașina principală pentru producția de petrol și gaze este o instalație de foraj. Primele platforme de foraj, care au apărut cu sute de ani în urmă, au copiat în esență un muncitor cu o rangă. Numai resturile de la aceste mașini-unelte au fost mai grele și mai asemănătoare cu dălți. A fost numit un burghiu. El a fost închis pe o frânghie, care a fost ridicată cu o poartă, apoi coborâtă. Asemenea mașini sunt numite cablu de șocuri. Ele pot fi găsite aici și acolo și acum, dar aceasta este ultima tehnologie de zi: foarte lent, astfel încât acestea să pumn o gaură în stâncă, o mulțime de consum de energie irosite.
Mult mai rapid și mai profitabil alt mod de foraj - rotativ, în care puțul este forat. La turnul cu patru picioare din metal deschis, cu o înălțime de zece etaje, era atârnată o conductă de oțel groasă. Se rotește un dispozitiv special - rotorul. La capătul inferior al țevii există un burghiu. Pe masura ce groapa devine mai adanca, conducta este prelungita. Pentru ca roca distrusă să nu înfunde bine, o soluție de argilă este pompată prin țeavă prin țeavă. Soluția îndepărtează fântâna, îndepărtează deasupra fantei dintre țeavă și pereții fântânii argila distrusă, gresie, calcar. Simultan, un lichid dens susține pereții puțului, împiedicându-i să se prăbușească.
Dar forajul rotativ are și dezavantajul său. Cu cât este mai bine fântâna, cu atât este mai greu să acționați motorul rotorului, cu atât forajul este mai lent. Este un lucru pentru a roti tubul 5-10 m când de foraj este doar începutul, și alta - să se răsucească șirul tubing 500 m Ce să faci când sonda ajunge la o adâncime de 1 km.? 2 km?
In 1922, inginerii sovietici MA Kapelyushnikov, SM Voloh și NA Kornev primele în lume pentru a construi o mașină pentru puțuri de foraj, în care nu a fost necesar să se rotească țeava de foraj. Inventatorii au plasat motorul nu în partea de sus, ci în partea de jos, în gaura de sondă - lângă instrumentul de foraj. Acum toată puterea pe care motorul o consumă doar pe rotația burghiului.
Această mașină avea un motor neobișnuit. Inginerii sovietici au forțat aceeași apă, care a spălat piatra distrusă din gaură, pentru a roti burghiul. Acum, înainte de a ajunge la fundul sondei, soluția de argilă a rotit o mică turbină atașată de instrumentul de foraj.
Noua mașină a fost numită turboturbă, a fost perfecționată de-a lungul timpului și acum mai multe turbine sunt puse în puț, plantate pe un puț. Este clar că puterea unei astfel de mașini "multi-turbine" este de multe ori mai mare și forarea merge de mai multe ori mai rapidă.
O altă mașină de forare remarcabilă este un burghiu electric, inventat de inginerii A. P. Ostrovsky și N. V. Aleksandrov. Primele puțuri de petrol au fost forate cu un burghiu electric în 1940. Această mașină de țeavă nu se rotește, ci doar uneltele de foraj. Dar nu este o turbină cu apă care se rotește, ci un motor electric plasat într-o cămașă de oțel - o carcasă umplute cu ulei. Uleiul este întotdeauna sub presiune mare, astfel încât apa din jur nu poate pătrunde în motor. Pentru motorul puternic se poate încadra în ulei îngust de bine, a trebuit să-l fac foarte mare, iar motorul sa dovedit ca un diametru de pol de la el, ca o farfurie, și o înălțime de 6-7 m.
Forarea este lucrarea principală în extracția de petrol și gaze. Spre deosebire de, să zicem, de petrol și gaz de cărbune sau de minereu de fier nu trebuie să fie separate de matrice înconjurătoare de mașini și explozivi nu trebuie să ridice la suprafața pământului sau în cărucioarele de transport. Odată ce puțul a ajuns la un rezervor de ulei, ulei, comprimat în interiorul presiunii gazelor și a apelor subterane în sine cu forța papură sus.
Pe măsură ce uleiul se toarnă la suprafață, presiunea scade, iar uleiul lăsat în intestine se oprește în sus. Apoi, prin puțuri perforate în jurul câmpului petrolier, încep să injecteze apă. Apa apasă pe ulei și o stoarce la suprafață pe un nou puț reînviat. Apoi vine un moment în care numai apa nu mai poate ajuta. Apoi, pompa este coborâtă în puțul de ulei și începe să pompeze din ea.
Depozitare și transport
Transportul de petrol și gaze către rafinăriile de petrol și centralele electrice este foarte convenabil. Pe calea ferată și pe drumuri, petrolul este transportat în cisterne, și pe mare și pe ocean - în navele petroliere. Dar, în multe cazuri, petrolul și gazul pot fi alimentate la orice distanță prin țevi.
Conducte de conducte de gaze și conducte de gaze - trunchiuri din țevi din oțel aruncate puțin în pământ - întinse pentru zeci de mii de kilometri.
Dar depozitarea petrolului și a gazelor este mai dificilă decât cărbunele și minereurile.
Pentru a stoca produse petroliere și petroliere derivate, cum ar fi benzina, trebuie să construiți rezervoare metalice speciale. Sunt ca niște cutii uriașe. Pereții depozitelor de petrol sunt vopsite cu o vopsea de aluminiu argintiu, care reflectă bine razele solare, astfel încât petrolul și produsele petroliere să nu se încălzească. Depozitarea gazelor necesită rezervoare etanșe, etanșe la gaze. Pentru a menține cât mai puțin gazul la depozitare (și transportat pe mare și ocean), acesta este lichefiat prin răcire la o temperatură de 160 ° C sau mai mică. Gazul lichefiat se depozitează în rezervoare din aliaje puternice de aluminiu și din oțel special. Pereții fac un dublu, iar între pereți se află ceva material, căldură puțin conductivă, astfel încât gazul să nu se încălzească.
Dar cele mai mari facilități de stocare a gazelor sunt mai convenabile și mai ieftine pentru a construi subterane. Pereții depozitelor de gaze subterane sunt straturi impermeabile de pietre. Că aceste roci nu cad și nu se prăbușesc, sunt betonate. Există mai multe modalități de a stoca gazele lichefiate subterane. În unele cazuri, bolta este o cavitate, o mină rocă situată destul de adânc. În alte cazuri - o groapă, o groapă, închisă cu o acoperire metalică sigilată sau, mai bine zis, un acoperiș.
Rafinarea petrolului și gazului
La început, petrolul și produsele de prelucrare (kerosen) au fost utilizate pentru iluminat. Apoi, petrolul și combustibilul au început să fie folosite drept combustibil pentru cazanele cu abur (vapoare și locomotive), precum și pentru producția de lubrifianți. Odată cu apariția motoarelor cu combustie internă, inclusiv a motoarelor diesel, produsele de rafinare a petrolului - kerosen, uleiuri solare și uleiuri mai grele au devenit utilizate pe scară largă drept combustibil. Aceasta a determinat dezvoltarea rapidă a producției și rafinării de petrol. Cea mai simplă metodă de prelucrare a uleiului este cursa directă. Această metodă constă în distilarea uleiului atunci când este încălzit în cazane închise sau cuptoare tubulare. Mai întâi, distilează cele mai ușoare epoleturi (benzină, nafta), apoi kerosenul mai greu. Benzinele constau din hidrocarburi cu 5-10 atomi de carbon în moleculă și linii de kerosen - de la hidrocarburi cu 10-15 atomi de carbon. După distilare, rămâne combustibilul rezidual - un lichid negru gros. Este utilizat drept combustibil sau supus unei distilării suplimentare pentru a izola lubrifianți: lumina-solyarovoe mai grele - ax, și mașină și, în cele din urmă, grele - cilindru.
Chimistul rus ND Zelinsky a propus îmbunătățirea cracării cu ajutorul acceleratoarelor de catalizator. Ca catalizator, el a folosit clorura de aluminiu. Inginerii francezi au propus un catalizator aluminosilicat. În prezența sa s-au format fracțiuni care conțin benzină de înaltă calitate, potrivite pentru motoarele de avioane.
Cu toate acestea, viața a continuat. Motoarele cu combustie internă pe benzină au devenit mai rapide, mai puternice și în același timp mai ușor și mai mici. Acest lucru a fost atins prin creșterea raportului de compresie al combustibilului din cilindrii motorului. Cu toate acestea, în momentul compresiei puternice și rapide, amestecul de abur și aer a explodat prematur - detonat. Acest lucru a dus la baterea în motor și pierderea puterii. Lupta împotriva detonării de mult timp a devenit sarcina principală de îmbunătățire a metodelor de rafinare a petrolului. Sa dovedit că diferite hidrocarburi conținute în benzină, detona cu ușurință. Hidrocarburile cu lanțuri foarte înalte de atomi, precum și cele aromatice, sunt mai dificil de detonat decât hidrocarburile cu un lanț normal de atomi de carbon.
Abilitatea benzinelor de a rezista la detonare este caracterizată de așa numitul număr octanic: cu cât este mai mare, cu atât este mai bine benzina. Deci, de asemenea, petrolul: este necesar să se proceseze astfel încât să primească benzinării cu numere probabil de cifre octanice. În plus față de cracarea catalitică, au apărut noi procese de prelucrare a uleiului: reformare, platforming. O importanță deosebită au fost reacțiile de aromatizare a hidrocarburilor petroliere, descoperite și dezvoltate de chimiștii sovietici. Industria a început chiar să sintetizeze hidrocarburile cu catenă ramificată (izooctan și triptin) pentru a le folosi ca aditivi la benzină și pentru a spori astfel proprietățile antideton. În special a început cu succes utilizarea aditivilor speciali pentru combustibil - așa-numitele aditivi antiknock. Adăugat într-o cantitate mică la benzină, crește semnificativ cifra octanică. Acesta este plumb tetraetil (TPP abreviat). Benzina cu acest anti-detonator (cu plumb) este foarte toxică. Fiți mereu atent cu benzina cu plumb: nu vă turnați pe mâini, încercați să nu obțineți accidental benzină în gură sau ochi.
Acum este cel mai bun detonator antiknock decât TPP. Această substanță cu un nume complex - ciclopentadienil tricarbonil mangan, sau CTM. După cum sugerează și numele, această substanță organică conține mangan. În curând, în garaje vor apărea gazele "mangan".
Părea că prelucrarea țițeiului a rezolvat toate problemele care i-au fost adresate de designerii de automobile și de aviație. Dar viața a mers înainte, iar motoarele de combustie internă au fost înlocuite cu motoare cu jet și cu rachete. Sa dovedit că numerele ridicate de cifru octan nu sunt necesare aici. Dimpotrivă, cel mai bun combustibil este hidrocarburile cu lanțuri drepte, ușor ramificate de atomi de carbon sau inele, și nu cu fracțiuni de benzină, ci cu kerosen și cu solară. Tot drumul! Și din nou căutarea, din nou deschiderea, din nou, schimbările în rafinarea petrolului.
Și asta nu este tot! Până acum a fost o chestiune de utilizare a produselor petroliere ca și combustibil. Modificat tipurile de motoare: de la motoarele cu aburi la motoarele diesel, la motoarele pe benzină, apoi la motoarele cu jet. Dar au folosit doar căldura generată de arderea combustibilului!
Pentru un chimist organic, arderea hidrocarburilor petroliere este un deșeu inexplicabil. La urma urmei, aceste hidrocarburi sunt atât de necesare pentru sinteza chimică! Dintre acestea, puteți face atât de multe produse chimice valoroase! Și sinteza petrochimică a fost un concurent puternic al transportului în consumul de petrol. Mai întâi de toate, gazele petroliere constând din hidrocarburi cu lanțuri mici de atomi de carbon - de la 1 la 5 au intrat în activitate. Din etilenă CH2 = CH2 este posibil să se primească alcool etilic și din acesta cauciuc sintetic (СК). Din etilenă se obține polietilena polimerică binecunoscută. Din propilen CH3CH = CH2 este posibil să se obțină alcool izopropilic și acetonă; este necesară producerea de propilenă pentru producerea de fenol, în final pot fi obținute materii prime din polipropilenă și acrilonitril pentru producerea de lână sintetică. Alte gaze petroliere găsesc, de asemenea, o aplicație importantă în sinteza petrochimică. Așa că rafinarea petrolului trebuie făcută în mod diferit. Trebuie să obțineți cât mai multe gaze posibil, ale căror molecule conțin legături duble între atomii de carbon.
Între petrol - combustibil și petrol - materiile prime chimice au început o luptă tensionată.
Desigur, în prezent și în viitorul apropiat, petrolul va fi folosit în principal ca combustibil. Cu toate acestea, cota de petrol consumată pentru prelucrarea chimică crește în mod continuu.
Și mai recent, a apărut un alt posibil consumator de petrol. El este încă un "copil" și nu are nevoie de mult ulei. Dar cum să știți? Aceasta este prelucrarea microbiologică a uleiului prin. proteine. Au existat bacterii care trăiesc bine pe ulei consumându-l pentru mâncare. Uleiul dispare, bacteriile cresc. Treptat (și nu prea încet) o parte semnificativă a uleiului dispare și, în loc de aceasta, se formează o masă de celule bacteriene, care conține o mulțime de proteine, care pot fi folosite ca hrană. În prezent, se fac încercări de a crește astfel de bacterii care ar absorbi numai impurități inutile din ulei. Aceasta poate conduce la apariția unor rafinării de petrol microbiologice, ale căror subproduse vor fi proteine furajere.
Până acum s-au discutat despre gazele de rafinărie. Cu toate acestea, există și gaz natural, care formează acumulări uriașe în grosimea pământului. Gazul natural constă, în principal, din metan CH4. Este extras în cantități imense și este folosit ca combustibil pentru scopuri industriale și casnice. Împreună cu gazele petroliere, petrolul asociat și gazele de rafinărie, gazul natural reprezintă o sursă importantă pentru sinteza unei varietăți de substanțe organice. Cel mai mare consumator chimic de gaze este industria materialelor polimerice.