Главная -> Словарь

Рассматриваемых процессов

Некоторые глины, а также некоторые сланцевые породы, в составе которых играет значительную роль органический материал, т/ е. те породы, которые мы отнесли к каустобиолитам, при образовании нефтяных месторождений играют особую роль: они являются материнской породой, исходным материалом, в процессе изменения которого • возникают нефть и углеводородные газы. Нефть в таких битуминозных породах находится в рассеянном состоянии, распределенной по всей массе породы; она там находится в громадных количествах, но не может быть оттуда извлечена теми методами, которые применяются в добыче нефти из песков и других крупнопористых пород. Только при наличии особых условий в течение ряда геологических эпох она может перейти в переслаивающиеся с глинами рыхлые породы — пески, песчаники и др.

В самое последнее время против этой теории со стороны химии был сделан ряд возражений проф. Г. Л. Стадниковым 1, по словам которого «. . . эта теория, объясняющая удовлетворительно образование метановых нефтей, не может объяснить нам происхождение нафтеновых». Ею нельзя объяснить обилие низкокипящих циклических углеводородов в этих нефтях, присутствие сернистых соединений, а также смол иасфальтенов в нафтеново-ароматических нефтях, карбоновых кислот с циклическим строением, а также высокую оптическую активность многих нефтей, ибо совершенно непонятно, как из слабоактивных жиров могли образоваться высокоактивные нефти нафтеновых классов. Однако возможно, что изменения условий опыта могут разрешить удовлетворительно и эти вопросы, устраняя и те возражения, которые ставит гипотезе животного происхождения проф. Г. Л. Стадников. Мы указывали несколько выше, что японскому геологу Кобаяши удалось получить из жира сельдей и других рыб в присутствии катализатора — гидросиликата алюминия — нафтеновую нефть с нафтеновыми кислотами. Таким образом, возражения со стороны химии нам представляются еще не столь категоричными и неустранимыми. Но вот геологические возражения, которые противостоят этой теории, являются, по-видимому, неустранимыми главным образом потому, что она не удовлетворяет основному условию залегания нефти в земной коре — ее региональное™. В диффузионно-рассеянном состоянии нефть занимает на земном шаре огромные пространства. Всякая теория ее происхождения должна прежде всего удовлетворить этому-условию .

Образование нефти совершалось во всех точках органогенного слоя, где был соответствующий материал, следовательно, нефть в этом пласте все время находилась в диффузно рассеянном состоянии. По мере того как образовавшаяся нефть выжималась в пористые породы, органогенный пласт или первично-битуминозная порода постепенно беднели органическим веществом, и к концу процесса приобрели приблизительно тот характер слабо битуминозных пород, которые мы наблюдаем теперь в глинах майкоп-. ской свиты, темно-серых глинах диатомовой свиты Бакинского района и т. п. Выжатая в рыхлую породу вместе с водою нефть первоначально образовывала с нею нераздельную смесь, и потом, вследствие разницы в удельном весе, началось разделение этих жидкостей; причем, как мы уже указывали в, главе VI, в кровле песчаного пласта расположился слой нефти с газом, а нижнюю часть заняла вода. По мере того как твердела порода и становилась все более стойкой по отношению к действующим на нее силам сжатия, в процессе вытеснения нефти из глины в пески и вообще в рыхлые породы приняла участие скопившаяся в рыхлом пласте вода, которая, в. силу большой величины поверхностного натяжен-ия по сравнению с нефтью, постепенно вытеснила ее из всех мельчайших пор. По мере нарастания мощности осадков, по мере погружения первично-битуминозной породы в более глубокие зоны земной коры приобретали в процессе нефтеобразования возрастающее значение процессы гидрогенизации, которые все более и более улучшали качество нефти. «Чем глубже песок, тем лучше нефть» , говорят американцы и не безосновательно. Конечно, условия нефтеобразования столь сложны, что эта поговорка может быть оправдана не в деталях, а только в весьма общем виде. В Калифорнии, например, глубокие пески содержат нефть в 28—35° Вё,- тогда как более мелкие продуктивные горизонты в тех же самых месторождениях дают нефть в 18—20° Вё. Точно так же в штате Оклахома наиболее глубокий горизонт, зале-

Исходный материал смешанного растительно-животного происхождения находится в морских илах, как отмечал Г. П. Михайловский, в рассеянном состоянии среди минеральных частиц. Первоначальное разложение растительных и животных остатков происходит в результате действия микроорганизмов. В дальнейшем по мере захоронения и погружения осадочных пород происходят изменения органического вещества под действием повышающихся температуры

Тем не менее в нижних зонах земной коры, в ее магматических породах, там где температурные условия благоприятны, возможно образование некоторых количеств углеводородов в результате реакций синтеза из водорода, окиси углерода, углекислого газа, воды и углерода. Концентрации этих углеводородов невелики. Они представлены главным образом метаном, так как жидкие углеводороды при высокой температуре не могут сохраняться. Образуются при этом некоторые битуминозные вещества. Следует, однако, иметь в виду, что жизнь на Земле возникла 2—3 млрд. лет назад и органические остатки и образовавшиеся из них углеводороды могут находиться в рассеянном состоянии в очень древних метаморфических породах.

Непредельные углеводороды — этилен C2H.i, пропилен С3Нв и другие — в природных газах в сколько-нибудь значительных концентрациях не встречаются. В рассеянном состоянии в очень небольших концентрациях непредельные углеводороды были обнаружены в верхних слоях горных пород.

Сущность органической теории происхождения нефти заключается в том, что нефть и газ образуются из органического вещества, находящегося в рассеянном состоянии в осадочных породах. Считается, что основным органическим материалом, накапливающимся в осадочных породах, являются отмершие остатки микрофлоры и микрофауны , развивающиеся в морской воде, к которым примешивались остатки животного и растительного мира.

Нефтеобразование — весьма сложный, многостадийный и очень длительный химический процесс, детали механизма которого пока не ясны. Так как исходный органический материал находится в рассеянном состоянии, то очевидно, что продукты его превращения— нефть и газ — также первоначально рассеяны в нефтемате-ринской, чаще всего глинистой породе. Но вследствие своей подвижности нефть и газ, так же как и вода, способны передвигаться в толще пород. Геологи называют эти перемещения миграцией. Различают первичную и вторичную миграцию. В результате первичной миграции из нефтематеринских пород нефть

Германий и галлий. Элемент галлий обнаружен в железных рудах и многих алюминийсодержащих минералах и горных породах. В природе он встречается в основном с элементами , расположенными рядом в периодической системе Д. И. Менделеева. Аналогия галлия с алюминием определяется близостью химических свойств и почти одинаковыми ионными радиусами Al и Ga . Поэтому возможно замещение алюминия ионами галлия в кристаллической решетке минерала. Содержание его в земной коре составляет 1,5-10-3% . Собственных минералов галлий не образует и находится в рассеянном состоянии. Он встречается и в минералах, содержащих германий, а так же, как и последний, определен в золах некоторых углей.

Титан относится к числу широко распространенных элементов в земной коре и занимает девятое место, среднее содержание его в осадочных породах 0,45% . Титан образует минералы и находится в природе в рассеянном состоянии, а также встречается в живых организмах.

Основными компонентами природных газов, содержащихся в газовых и нефтегазовых залежах, а также в рассеянном состоянии в осадочных горных породах, являются газообразные углеводороды, углекислый газ и азот. В составе газообразных углеводородов присутствуют метан, этан, пропан, изобутан, бутан, а также пары легких жидких углеводородов С5—С7. В крупных газовых залежах обычно доминирует метан, содержание остальных углеводородов невелико, не превышает нескольких процентов. Содержание же углеводородов С5 и более тяжелых совсем незначительно. В газах газонефтяных залежей обычно встречается повышенное содержание углеводородов тяжелее метана, присутствуют углеводороды С5 и более тяжелые.

Предметом курса «Процессы и аппараты» является изучение физико-химических основ важнейших процессов, устройства аппаратов для проведения рассматриваемых процессов н методов их расчета.

Отмечено также, что чем ниже давление, тем выше должна быть начальная температура для достижения одинаковой степени превращения. Например, если при 16 МПа начальная температура 360 "С, то при 7 МПа требуется 375 °С. Это, в свою очередь, усугубляет повышенное коксо-образование, что ведет к увеличению дезактивации катализатора. Проблема снижения рабочего давления в реакторах процессов каталитического' гидрооблагораживания является предметом многочисленных исследований и поисков. Несмотря на множество патентов на процессы с пониженным давлением, в литературе до сих пор пока нет публикаций, свидетельствующих об их практической реализации. Для рассматриваемых процессов, реакции которых протекают с очень большими диффузионными осложнениями, влияние давления практически равнозначно проблеме создания эффективного катализатора, стойкого к дезактива--ции отложениями углерода и металлов и обладающего повышенной селективностью в основных реакциях гидрогенолиза гетероатомных соединений.

Теоретические принципы формальной кинетики, описанные выше, позволяют определить лишь кажущиеся константы скорости и энергии активации протекающих реакций. Для процессов массопереноса в поро-вой структуре катализаторов характерны возникающие градиенты концентраций, которые зависят от геометрических характеристик пор , а также от размеров диффундирующих молекул и частиц сырья. При подборе и синтезе эффективных катализаторов для рассматриваемых процессов весьма важно выявить связь кажущихся показателей кинетики с основными факторами, определяющими эффективность массопереноса в порах катализатора.

Расход водорода в процессах каталитического гидрооблагораживания нефтяных остатков является весьма важной величиной, необходимой при расчетах материальных балансов, определения мощностей как для производства водорода, так и для расчета схем иаппаратурывсего комплекса в целом. Определяется он обычно расчетным путем на основе экспериментальных данных по элементному составу сырья и продуктов, их выходам с использованием эмпирических уравнений материального баланса. Исходя из общих представлений о составе продуктов рассматриваемых процессов, уравнение материального баланса может быть представлено в следующем виде :

Освещены вопросы методологии глубокого исследования высокомолекулярных нефтяных фракций и остатков, особенности аппара-турно-технологического оформления рассматриваемых процессов.

Постоянство критерия Лагранжа свидетельствует об ав-томодельности процессов движения масла через фильтрующий материал при ламинарном режиме, т. е. об ав^ тематическом подобии рассматриваемых процессов между собой, и о наличии вследствие этого линейной зависимости между скоростью фильтрования и перепадом давления на фильтрующем материале. Границы применения линейного закона фильтрования, наблюдаемого при ламинарном режиме движения масла, определяются помимо скорости фильтрования также индивидуальными свойствами фильтрующего материала и вязкостью масла.

Усложненным, но практически важным примером рассматриваемых процессов является гидролиз эпихлоргидрина. Это вещество содержит атом галогена и трехчленный эпоксидный цикл. Последний гидролизуется водой при катализе NagCOs в первую очередь, после чего замещается и атом хлора, образуя глицерин:

Практическое значение рассматриваемых процессов очень велико. Алкилсульфаты, алкил- и арилсульфонаты являются наиболее распространенными из синтетических поверхностно-активных вешестз. Нитросоединения служат для получения аминов, изоциа-натои, пестицидов и т. д. Многие из этих веществ производятся в крупном масштабе. Так, в США по прогнозу на 1980 г. должно было быть выпущено «1300 тыс. т анионоактивных ПАВ типа алкилсульфатов, алкил- и арилсульфонатов, 600 тыс. т нитробензола, 400 тыс. т динитротолуола и т. д.

Установлено, что катион-радикалы регенерируются при взаимодействии ароматических соединений с каталитическими системами, обладающими сильными электроноакцепторными свойствами, например, А1С13—CH3NO2 и А1С13—С6Н5ЫО2. Одновременное существование в условиях рассматриваемых процессов парамагнитных интермедиатов и сг-комплексов указывает на возможность равновесия между катион-радикалами и протониро-ванными формами ароматических соединений :

где /i, /2i ^з — размеры, характеризующие первый аппарат; II, Г2, /з — размеры, характеризующие второй аппарат, подобный первому; К :