Нефть: свойства, способы добычи и переработки

Нефть — это природный ресурс, представляющий собой густую маслянистую жидкость, состоящую из смеси углеводородов и различных примесей. Она играет ключевую роль в мировой экономике, будучи основным сырьем для производства топлива и множества химических продуктов. В связи с высоким уровнем востребованности, интерес представляют способы добычи, а также переработки нефти, обеспечивающие ее преобразование в конечный товар. 

В статье подробно рассмотрим уникальные свойства нефти, современные методы добычи, переработки и связанные с этим особенности.

Используемые на практике методы добычи

Основные залежи нефти находятся в подземных месторождениях, которые представляют собой пустоты на глубине до 3 километров. Для её извлечения бурятся скважины, устанавливаются буровые колонны позволяющие достигнуть необходимого уровня залегания. Методы добычи нефти в России и других странах мира зависят от уровня давления внутри пласта, способа его поддержания и технологии извлечения и подразделяются на три основных вида.

Первичный (Фонтанный)

Нефтесодержащая жидкость покидает коллектор нефтяной залежи под воздействием естественных сил природы, когда её место занимает вода или газы. Если давление недостаточно для фонтанного метода добычи нефти, когда ресурс выходит самостоятельно, то используются специальные насосы. При этом методе добычи нефтеотдача скважины обычно не превышает 15%.

Вторичный (Газлифтный)

После того, как давления падает и фонтанирование прекращается, на смену приходит вторичный метод добычи нефти. Он заключается в искусственном нагнетании давления внутрь залежи посредством закачивания воды из близлежащих пресных водоёмов или газов естественного происхождения, таких как воздух, попутный или природный газ. Подобные технологические решения позволяют увеличить нефтеотдачу до 30%.

Третичный (Механизированный) 

Следующим этапом увеличения добычи, позволяющим повысить продуктивность до 45-50%, является механический метод добычи нефти. Этот третичный метод основан на воздействиях, повышающих энергетический уровень залегающего природного ресурса. Принцип максимально прост и заключается в увеличении температуры, что приводит к росту давления, необходимого для извлечения сырья.

Именно данный способ, активно используемый нефтяниками третьего тысячелетия, обеспечил мировую экономику миллионами баррелей нефти.

Методы переработки и их особенности

Полученная в результате добычи нефть редко используется в чистом виде. Основные виды переработки нефти позволяют получить продукты, представляющие гораздо больший интерес – различные виды топлива и исходные материалы для химической промышленности.

Первичные

Сырьё, поступающее по трубопроводам, железной дороге или водным путём с помощью танкеров, на нефтеперерабатывающих заводах подвергается очистке и разделяется на фракции. Этот процесс составляет суть первичной переработки нефти и имеет массу тонкостей – этапов.

Этап подготовки

Доставленная на предприятия нефть имеет массу примесей: газообразных, жидкостей и твёрдых частиц, от которых необходимо избавиться. На этапе подготовки она подвергается:

• очистке от примесей механического происхождения;
• освобождению от углеводородов пониженной плотности (обычно газообразных);
• обезвоживанию совместно с электрообессоливанием.

В результате исходный состав существенно изменяется, исчезают легколетучие соединения и газы.

Атмосферная перегонка

После очистки нефть поступает в цилиндрическую вертикальную ректификационную колонну. В этой установке она подвергается воздействию пара, который поднимается снизу вверх. Нагрев до температуры около 400°C позволяет разделить поступающее сырье на различные фракции, такие как:

• бензин;
• керосин;
• дизельное топливо;
• жидкий мазут.

Вакуумная дистилляция

Суть этапа в выделении из мазута масляных дистиллятов и вакуумного газойля, которые необходимы для производства топлива, масел, парафина и множества других продуктов нефтепереработки и нефтехимии. Оставшаяся тяжёлая фракция, а именно гудрон, применяется для изготовления строительных материалов, таких как битум и мазут. Вакуумная дистилляция является последним этапом первичной переработки.

Вторичные

Продукция, полученная после первичной переработки нефти, не всегда обладает необходимыми товарными характеристиками, поэтому для повышения ее качества используются дополнительные мероприятия. 

Риформинг

Представляет собой физико-химический процесс, при котором жидкость проходит через слой платинового катализатора, что позволяет получить высокооктановый бензин и ароматические углеводороды.

Гидроочистка

Технологический процесс, направленный на уменьшение количества примесей под воздействием водорода. В результате гидроочистки снижается содержание смол, асфальтенов и соединений с высоким содержанием кислорода.

Каталитический крекинг

Является ключевым процессом вторичной переработки нефти, направленным на повышение октанового числа бензина, а также получение углеводородных газов и кокса. Этот процесс основан на процессах разложении крупных молекул на более мелкие с помощью нагрева и катализатора (не стоит путать с диссоциацией молекул, при которых они разделяются на отдельные атомы).

Гидрокрекинг

Процесс расщепления средней фракции вакуумной дистилляции, или газойля, осуществляемый в условиях высоких концентраций водорода. Активно применяется в производстве дизельного топлива, а также в производстве компонента, известно как бензин гидрокрекинга. 

Коксование

Физический процесс нагрева тяжелых нефтяных фракций, оставшихся после вторичной переработки, в среде без наличия кислорода. Цель коксования – получить нефтяной кокс, обладающий высокой устойчивость к окислению, т.е. к коррозии. 

Изомеризация

Суть изомеризации в изменении молекулярной структуры вещества при сохранении его качественных и количественных характеристик. Технология является востребованным и незаменимым процессом для получения изомерного углеводородного сырья для нефтехимии и компонентов бензина.

Алкилирование

Необходимость в повышении октанового числа бензина привела технологов к разработке процесса, который позволяет использовать малоценные крекинговые продукты в качестве важных компонентов бензина. Этот процесс, известный сегодня как алкилирование, заключается в молекулярном воздействии на исходный материал с помощью алкилов — частиц предельных углеводородов.

Особенности хранения и транспортировки нефти

Для хранения нефти используют специальные вертикальные резервуары, которые могут быть как наземными, так и подземными. Современные хранилища, обычно организованные в виде нефтебаз, предназначены для приёма и распределения сырья.

Для транспортировки нефтепродуктов используются следующие 3 метода:

1. Нефтеналивные танкеры — суда вместимостью до 30 000 тонн, перевозящие жидкий энергоресурс по морям и рекам.
2. Нефтепроводы — позволяют перемещать большие объёмы нефти на значительные расстояния с минимальными затратами, преимущественно подземным способом.
3. Железнодорожные цистерны — используются для доставки сырья в небольших объёмах в отдалённые районы и с предусмотренной для этого инфраструктурой. 

Автомобильный транспорт экономически невыгоден для перевозки сырой нефти, поэтому его применяют для доставки готовых нефтепродуктов конечным потребителям. В том числе, при перевозке небольших цистерн готового топлива к автозаправочным станциям.

Продукты переработки и их применение

Особенность нефти как сырья заключается в том, что она может быть переработана в продукцию и товары, используемых во всех секторах экономики. Продукты переработки одинаково полезны, как в промышленности, так и повседневной жизни. 

Топливо

• Авиационный и автомобильный бензин. Используется в двигателях внутреннего сгорания как в легковых автомобилях, так и в авиации;
• Дизельное топливо. Применяется в дизельных двигателях, широко используемых в грузовых автомобилях, поездах, сельскохозяйственной технике и судоходстве;
• Мазут. Используется в качестве топлива для котельных и тепловых электростанций, а также в судовых двигателях;
• Керосин. Применяется как топливо для реактивных двигателей, а также в бытовых отопительных системах и лампах.

Пластик

Высокомолекулярные соединения с уникальными свойствами: легкие, устойчивые к влаге и коррозии, агрессивным жидкостям, низкой тепло- и электропроводностью. Изобретение пластика стало одним из ключевых достижений материаловедов 20-го века. Они широко и активно применяются для производства ёмкостей, изоляционных материалов и даже мебели, не представляя никакого вреда для здоровья человека.

Сегодня производство пластика достигает объема до 200 миллионов тонн в год, что свидетельствует о его важности и востребованности в различных отраслях промышленности и быта.

Синтетические ткани

Современные ткани, такие как полиэстер (лавсан), холлофайбер, акрил, капрон, нейлон, стрейч-ткани, искусственный мех и искусственная кожа, производятся из нефтепереработки. Эти материалы ценятся за свою прочность, эластичность, стойкость и практичность, что делает их востребованными не только в быту, но и в таких отраслях, как авиация, строительство и сельское хозяйство.

Каучук

Синтетические полимеры, в том числе каучук, резина, эбонит, обладают высокой эластичностью, вязкостью, водоотталкивающими и диэлектрическими свойствами, широко используются в быту и промышленности. Резина применяется в производстве шин для автомобилей, самолётов и велосипедов, эбонит является незаменимым материалом для электроизоляции, а из каучука делают прочную обувь, покрышки авто, и массу других полезных изделий.