бесплатно рефераты

бесплатно рефераты

 
 
бесплатно рефераты бесплатно рефераты

Меню

Нефть и способы ее переработки бесплатно рефераты

карбидами возможно. Вполне вероятно и образование простейших углеродах,

однако вряд ли это возможно в больших количествах.

В 1892 году М. А. Соколовым была выдвинута гипотеза космического

происхождения нефти. Суть ее сводится к тому же минеральному синтезу

углеводородов из простых веществ, но на первоначальной, космической стадии

формирования Земли. Предполагалось, что образовавшиеся углеводороды

находились в газовой оболочке, а по мере остывания поглощались породами

формировавшейся земной коры. Высвобождаясь затем из остывавших

магматических пород, углеводороды поднимались в верхнюю часть земной коры,

где образовывали скопления. В основе этой гипотезы были данные о наличии

углерода и водорода в хвостах комет и углеводородов в метеоритах.

В первой половине XX века интерес к гипотезе минерального

происхождения нефти в основном был потерян. Поиски нефти велись во всем

мире, исходя из представлений о ее органическом происхождении.

С 1950 года снова начал возрастать интерес к минеральной гипотезе, причиной

чего была, по-видимому, недостаточная ясность в ряде вопросов органической

концепции, что и вызвало ее критику. Наибольшую известность получили

представления Н. А. Кудрявцева. Они заметно изменялись во времени, но

сущность их заключаются в том, что нефть и газ образуются в глубинных зонах

Земли из смеси H2COCO2 и CH4 в результате реакций прямого синтеза

углеводорода из CO и Н2:

CO + 3H2 = CH4 + H2,

а также полимеризация радикалов =CH, -CH2, CH3. Предполагалось, что

образование углеводородов происходит из реакционной смеси в раздробленных

глубинными разломами участках литосферы. Прорыв находящихся под высоким

давлением углеводородов вверх, в осадочную толщу, приводит к образованию

залежей нефти и газа.

В поисках доказательств абиогенного синтеза нефти некоторые

исследователи обращались к промышленным процессам получения синтетических

топлив (типа синтеза Фишера - Тропша). Однако по мере углубления знаний о

строении нефти отчетливо выявились глубокие различия в составе природных и

синтетических углеводородных смесей. Последние практически не содержат

широко представленных в нефти сложно построенных углеводородных молекул,

насыщенных структурных аналогов компонентов живого вещества — жирных

кислот, терпинов, стиролов и т. д.

Ряд аргументов сторонников минерального происхождения нефти основан на

термодинамических расчетах. Е. Б. Чикалюк попытался определить температуру

нефтеобразования по соотношению между некоторыми изомерными углеводородами,

допуская, что высокотемпературный синтез приводит к образованию

термодинамически равновесных смесей. Рассчитанная таким образом температура

нефтеобразования составила 450-900єC, что соответствует температуре

глубинной зоне 100-160 км в пределах верхней мантии Земли.

Однако для той же нефти расчет по другим изомерным парам дает другие

значения температуры, совершенно нереальные в условиях земной коры и

мантии. В настоящее время доказано, что изомерные углеводороды нефти

являются неравновесными системами. С другой стороны, расчеты

термодинамических свойств углеводородов в области очень высоких давлений

весьма условны из-за необходимости прибегать к сверхдальним экстраполяциям.

В принципе в глубинных условиях Земли при наличии С и Н2 синтез СН4,

его гомологов, а, может быть, и некоторых более высокомолекулярных

соединений вполне возможно и происходит. Но пока нет достаточных ни

теоретических, ни экспериментальных данных, которые могли бы однозначно

доказать возможности минерального синтеза такой сложной и закономерной по

составу системы углеводородов, азото-, серо- и кислородосодержащих

соединений какой является природная нефть, которая обладает оптической

активностью и весьма сходна по многим признакам на молекулярном и изотопном

уровнях с живым веществом организмов и биоорганическим веществом осадочных

пород.

Геологические доказательства минеральной гипотезы — наличие следов

метана и некоторых нефтяных углеводородов в глубинных кристаллических

породах, в газах и магмах, извергающихся из вулканов, проявления нефти и

газа по некоторым глубинным разломам и т. п. — являются косвенными и всегда

допускают двойную трактовку.

Внедряющиеся в земную кору глубинные породы расплавляют и ассимилируют

осадочные породы с имеющимся в них биогенным органическим веществом, жерла

вулканов также проходят через осадочные толщи, причем иногда регионально

нефте-газоносные, поэтому находимые в них СН4 и некоторые другие нефтяные

углеводороды могли образоваться не только в результате минерального

синтеза, но и при термической деструкции захваченного биогенного

органического вещества осадочных пород или при поступлении нефти в

осадочные породы уже после остывания магматических пород. Но главное

доказательство состоит в большом сходстве химических и геохимических

показателей многих углеводородных и неуглеводородных соединений нефти с

аналогичными компонентами живого вещества организмов и биогенного

органического вещества современных осадков и древних осадочных пород.

Гениальная догадка М. В. Ломоносова об образовании нефти в результате

воздействия повышенной температуры на биогенное органическое вещество

осадочных пород начала получать подтверждение в конце XIX— начале XX веков

при проведении экспериментальных химических и геологических исследований.

Энглер (1888 г.) при перегонке сельдевого жира получил коричневого

цвета масла, горючие газы и воду. В легкой фракции масел содержались

углеводороды от С5 до С9, во фракции больше 300єС парафины, нафтены,

олефины и ароматические углеводороды. Возникла гипотеза образования нефти

из жиров животного происхождения.

Историческая справка. Энглер Карл Освальд (1842-1925). Немецкий химик-

органик. Окончил Фрейбургский университет. Профессор университета в

Галле (с 1872 г.) и высшей технической школы в Карлсруэ (1876-1919).

Основные труды по химии и технологии нефти, предложил ряд приборов для

ее исследований. Член-корр. Петербургской АН (с 1913).

В 1919 году Н. Д. Зелинский подвергнул перегонке озерный сапропелевый

ил, почти нацело состоявший из растительного материала — остатков

планктонных водорослей с высоким содержанием липидов…

Историческая справка. Зелинский Николай Дмитриевич (1861-1953). Русский

химик – органик, академик АН СССР (с 1929 г.). Герой Социалистического

труда (с 1945 г). Один из основоположников учения об органическом

катализе. Был в Санкт – Петербурге директором Центральной Лаборатории

Министерства финансов (также заведующим кафедрой в Политехническом

Институте). Научная деятельность очень разносторонняя: работы по химии

тиофена, стереохимии органических двуосновных кислот, электропроводности

в неводных растворах, химии углеводородов и органическому катализу. в

1895-1907 впервые синтезировал ряд циклопентановых и циклогексановых

углеводородов, послуживших эталонами для изучения химических свойств

нефтяных фракций. В 1915 успешно использовал окисные катализаторы при

крекинге нефти.

…При этом были получены кокс, смолы, газ и пирогенетическая вода. Газ

состоял из СН4, СО2, Н2 и Н2S. Смола содержала бензин, керосин и тяжелые

смолистые вещества. В бензине были обнаружены алканы, нафтены и арены; в

керосине преобладали циклические полиметиленовые углеводороды. Полученная

смесь углеводородов во многом была сходна с природной нефтью, тяжелые

фракции обладали оптической активностью.

Оптическая активность — одно из фундаментальных свойств, общих для живого

вещества, продуктов его преобразования и природных нефти. При минеральном

синтезе углеводородов возникают рацемические смеси, не обладающие

оптической активностью, поскольку они не содержат равное количество лево- и

правовращающихся молекул, что выгодно с позиций термодинамики (такая смесь

характеризуется максимумом энтропии).

Для живой природы, напротив, характерна зеркальная асимметрия: все

биогенные аминокислоты — левые, сахара — правые зеркальные изомеры.

Оптическая асимметрия органических молекул — достаточное основание для

утверждения о наличии живого вещества или продуктов его посмертного

преобразования. С этих позиций оптически активная нефть может быть только

продуктом биосферы, а не минерального синтеза. Оптическая активность нефти

связана главным образом с углеводородами типа тритерпанов и стеранов.

Получение оптически активных нефтеподобных продуктов при перегонке

органического вещества планктонных водорослей послужило основой для

гипотезы происхождения нефти из растительного материала. Этому

способствовали и геологические исследования. При поисках и разведке

нефтяных месторождений геологи уже в XIX веке стали отмечать частую

приуроченность нефтяных залежей к древним морским отложениям, обогащенным

сапропелевым органическим веществом, которые были названы нефте-

материнскими.

Начиная с работ А. Д. Архангельского (1927 г.) и П. Д. Траска (1926 —

1932 гг.) развернулись исследования органического вещества современных

осадков и древних осадочных пород. Значительное влияние на направление

исследований оказал И. М. Губкин…

Историческая справка. Губкин Иван Михайлович (1871-1939). Советский

геолог, создатель современной геологической Академии АН СССР. В 1917-18

командирован в США для изучения нефтяной промышленности. Председатель

Особой Комиссии по Курской Магнитной Аномалии. С 1930 в Московской

горной Академии заведующий кафедрой геологии и нефтяных месторождений.

Основные труды по геологии нефти. В труде «Учение о нефти» 1932 г.

изложил свои представления о происхождении нефти, условиях формировании

нефтяных месторождений. Разработал вопросы первичности и вторичности

нефтяных залежей, миграции нефти и газа, классификация нефтяных залежей

и закономерность их распределения. Работы о задании нефтяной базы между

Волгой и Уралом изложены в «Урало-Волжская нефтеносная область».

…Он подчеркивал, что широкое региональное распространение

месторождений нефти в осадочных толщах заставляет отбросить любые возможные

экзотические источники для образования нефти и считать, что источником

нефти может быть только широко распространенное в осадочных породах

рассеянное органическое вещество смешанного растительно-животного

происхождения.

Детальные исследования выявили все большие черты сходства между

углеводородами рассеянного органического вещества осадочных пород,

названных Н. Б. Вассоевичем микронефтью, и нефти из ее месторождений…

Историческая справка. Вассоевич Николай Брониславович (1902-?). русский

геолог, член-корр. АН СССР. В 1924-40 изучал геологическое строение и

нефтегазоносность Сев. Кавказа, Грузии, Азербайджана и севера Сибири. В

1940-63 работал во Всесоюзном нефтяном научно – исследовательском

институте, где занимался основными проблемами литологии и нефтяной

геологии. Был заведующим кафедрой геологии и геохимии горючих ископаемых

геологического факультета МГУ. Его основные труды были по методике

изучения флишевых отложений, а также по теории осадочно-миграционного

(органического) происхождения нефти.

…Особое значение имело открытие в нефти, унаследованных от животного

вещества биомолекул («химических ископаемых», по аналогии с

палеонтологическими).

Важными «биогенными метками» являются свойственные живому веществу

многие изопреноидные углеводороды, возникновение которых связывают с

фитолом — периферическим структурным элементом молекулы хлорофилла.

Благодаря большому сходству в молекулярной структуре между стероидами и

стеранами, тритерпеноидами и тритерпанами живого вещества и нефти, их

присутствие является надежным показателем органического генезиса нефти.

По стереохимическим особенностям нефтяные стераны и тритерпаны все-

таки несколько отличаются от исходных биологических соединений, что связано

с изменениями при термическом превращении пространственного строения одного

или нескольких хиральных центров биомолекул. Пентоциклические тритерпены

встречаются в основном в наземных растениях. В органическом веществе

морских осадочных пород и в нефти распространены тетрациклические

углеводороды - стераны, свойственные сине-зеленым планктонным водорослям,

которые явились одним их основных биопродуцентов при накоплении

сапропелевого органического вещества в морских осадков в течение всего

геологического времени.

К унаследованным биогенным структурам относятся и нормальные алканы.

Содержание их в нефти достигает 10-15, а иногда и 30% . свидетельством

образования н-алканов из биогенных жирных кислот являются случаи

преобладания в малопреобразованных нефти н-алканов с нечетным числом атомов

углеводородов над «четными». Для живого вещества и образованного из него

органического вещества осадков всегда характерно преобладание жирных кислот

с четным числом атомов углерода.

Постепенное сглаживание этих первичных генетических признаков до примерно

одинаковой концентрации «четных» и «нечетных» н-алканов и в органическом

веществе нефти материнских пород и нефтезалежей происходит по мере

нарастания глубины и температуры в недрах вследствие вторичных реакций.

Таким образом, по многим признакам на молекулярном уровне и наличию

«биомаркеров» прослеживается связь между живым веществом организмов,

органическим веществом осадочных нефте-материнских пород и нефти в залежах.

Суммарное количество унаследованных от живого вещества биогенных

молекулярных структур иногда достигает в нефти 30% от их массы.

Детальное изучение состава и распределения «биомаркеров» в

органическом веществе осадочных пород и в нефти позволяет не только

утверждать органическое происхождение нефти, но даже определять для

конкретных залежей, из каких именно отложений в них поступали нефтяные

углеводороды при формировании месторождений.

Известно, что нефть распределена в осадочных толщах неравномерно, и

это также понятно с позиций органической концепции ее образования. Исходная

для нефти органическое вещество накапливалось в осадках в течение

геологического времени неравномерно. Максимумам его накопления в девонских,

юрско-меловых и третичных отложениях соответствуют максимальные массы

образовавшихся рассеянных нефтяных углеводородов в нефте-материнских

отложениях этого возраста и максимумы запасов нефти в открытых

месторождениях.

Таким образом, все химические, геохимические и геологические данные с

несомненностью свидетельствуют об органическом происхождении нефти.

Известно, что при нагревании сапропелевых сланцев до 150-170є С

начинается слабое термическое разложение термического вещества, приводящее

к повышению выхода экстрактивных веществ; при 200є С их образуется заметно

больше, а при 370-400є С после нагревания в течение 1 часа уже до 60-80%

органического вещества сланцы переходят в растворимое состояние. Образуется

много асфальтово-смолистых веществ, содержащих все основные классы нефтяных

углеводородов, а также газы (СO2, CH4, H2S) и пирогенетическая вода.

В принципе тот же самый процесс термического (или

термокаталитического) разложения происходит и в природных условиях при

погружении содержащих сапропелевое органическое вещество отложений под

накапливающиеся над ними более молодыми осадками. Только в природных

условиях он протекает крайне медленно, со скоростью погружения осадков

обычно от 50-100 до 300 м/млн. лет. Опускание на глубину 2-3 км,

характеризующуюся большей части залежей образовавшийся нефти и температурой

до 150-160єС осуществляется за время от 10 до 60 млн. лет. Такой очень

медленный природный «технологический» процесс термического превращения

органического вещества с подъемом температуры на один градус Цельсия за 60-

400 тыс. лет трудно себе представить, однако проведенные исследования

подтверждают, что в природных условиях он действительно реализуется очень

широко во многих впадинах, заполненных мощными толщами накопленных осадков.

Детальные геолого-геохимические исследования позволили ученым проследить

последовательные стадии этого процесса.

Балансовые расчеты термического превращения сапропелевого

органического вещества и процессов эмиграции нефтяных углеводородов по

полученным экспериментальным данным позволили создать теоретическую

Страницы: 1, 2, 3