химия нефти и газа 3
.pdfvk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Содержание
Введение……………………………………………………....4
I. Общие методические указания……………………………5
II. Государственный стандарт……………………………….7
III. Содержание изучаемых тем……………………………..8
IV. Рекомендуемая литература………………………………11
V. Общая характеристика, состав и классификация нефти и природного газа, современные представления об их происхождении…….…………………………………….13
VI. Алканы и циклоалканы нефти и природных газов…...22
VII. Алкены, алкины, арены и углеводороды смешанного строения, входящие в состав нефти…………………..32
VIII. Гетероатомные, высокомолекулярные и минеральные соединения нефти…...………………………………...38
IX. Нефть как сложная гетерогенная дисперсная система.45
X. Сущность методов разделения компонентов нефти…..51
XI. Представления о методах исследования состава нефти и нефтепродуктов……………………………………….58
XII. Понятие о химических методах переработки нефти и основных направлениях использования продуктов ее переработки ………………………………………..….64
XIII. Контрольные задания и примеры их выполнения.....74
XIV. Варианты контрольных заданий……………………107
3
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
ВВЕДЕНИЕ
В методической разработке приведены:
–общие методические указания и содержание изучаемых тем по дисциплине "Химия нефти и газа";
–варианты контрольных заданий для студентов заочной формы обучения специальностей 130501, 130503, 130504;
–варианты заданий для самостоятельной работы студентов очной формы обучения специальностей 130501, 130503, 130504;
–примеры выполнения заданий;
–перечень рекомендуемой литературы.
В соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовкидипломированного специалиста "Нефтегазовое дело"
студенты специальностей 130501, 130503, 130504 изучают дисциплину
"Химия нефти и газа" (раздел ОПД 8.12).
Нефть и природные горючие газы являются одними из самых сложных природных объектов. Они состоят из большого числа индивидуальных органических и неорганических соединений различного строения. Химия нефти и газа – это область химии, изучающая состав,
свойства и химические превращения компонентов нефти и газа, а также процессы их переработки.
Химия нефти и газа развивает ранее изученные студентами представления, положения и законы химии. В процессе изучения этой дисциплины углубленно рассматриваются вопросы органической химии,
химии дисперсных систем и растворов, химии высокомолекулярных и поверхностно-активных веществ применительно к нефти, природным горючим газам и продуктам их переработки.
4
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Химия нефти и газа является одним из важнейших курсов подготовки специалистов специальностей 130501, 130503, 130504. Ее изучение позволяет получить современные научные представления о происхождении, составе и химической классификации нефти и природных горючих газов; химических и физико-химических свойствах как индивидуальных компонентов нефти и газа, так и их классов;
свойствах и особенностях поведения нефти как многокомпонентной гетерогенной дисперсной системы; современных методах анализа,
исследования и переработки нефти и газа; основных направлениях использования продуктов их переработки.
Знание химии нефти и газа необходимо для последующего изучения общенаучных и специальных дисциплин – экологии,
безопасности жизнедеятельности, геологии нефти и газа, физики нефтяного и газового пласта, разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений.
I. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Работа студента-заочника над курсом дисциплины "Химия нефти и газа" включает посещение установочных лекций и лабораторных занятий; выполнение, оформление и защиту лабораторных работ;
самостоятельное изучение материала по учебникам, учебным пособиям и методическим разработкам кафедры общей химии в соответствии с о списком рекомендуемой литературы (с. 11); выполнение и защиту контрольной работы; получение зачета.
К сдаче зачета допускаются студенты, которые в предписанные учебным планом сроки выполнили и защитили контрольную работу, а
также выполнили, оформили и защитили лабораторные работы.
Контрольная работа включает следующие разделы:
5
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
1. Общая характеристика, состав и классификация нефти и
природного газа, современные представления об их происхождении.
2.Алканы и циклоалканы нефти и природных газов.
3.Алкены, алкины, арены и углеводороды смешанного строения,
входящие в состав нефти.
4.Гетероатомные, высокомолекулярные и минеральные соединения нефти.
5.Нефть как сложная гетерогенная дисперсная система.
6.Сущность методов разделения компонентов нефти.
7.Представления о методах исследования состава нефти и нефтепродуктов.
8.Понятие о химических методах переработки нефти и основных направлених использования продуктов ее переработки.
Оформление контрольной работы должно соответствовать следующим требованиям. Обязательно указываются условия заданий.
Решения заданий и ответы на теоретические вопросы должны быть краткими, обоснованными, четко изложенными. Расчеты и математические преобразования необходимо приводить в полном виде и необходимой последовательности, писать четко и понятно. В конце работы необходимо привести список использованной литературы.
Работы должны быть датированы, подписаны студентом и представлены на кафедру общей химии для рецензирования согласно плану-графику учебного процесса.
Если в контрольном задании после его проверки преподавателем некоторые ответы на теоретические вопросы не будут зачтены, то их нужно выполнить в этой же тетради повторно в соответствии с его замечаниями. Исправления в контрольную работу следует вносить после текста выполненных заданий с указанием номера заново выполняемой задачи. После исправления ошибок работа представляется на кафедру
6
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
общей химии для повторного рецензирования. Допущенные к защите работы защищаются студентом в межсессионный период в форме собеседования с преподавателем.
Каждый студент выполняет вариант контрольной работы,
обозначенный двумя последними цифрами номера зачетной книжки.
Таблица с номерами контрольных заданий приведена в конце данного методического указания. Контрольные задания, выполненные не по своему варианту, преподавателем не рецензируются и не засчитываются.
Студенты очной формы обучения выполняют контрольные задания, приведенные в конце данного методического указания, в
качестве заданий для самостоятельной работы (домашних заданий) в
соответствии с вариантами, выданными им преподавателем.
II. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования по дисциплине "Химия нефти и газа" (индекс ОПД Ф.12) введен в 2000 г. Он включает следующие разделы:
–химический состав нефтей, природных и попутных газов и газов нефтепереработки;
–основные физико-химические методы исследования химического состава нефти, нефтепродуктов и газов;
–углеводороды нефти: алканы, нафтены, арены,
–гетероатомные соединения;
–нефть и нефтепродукты как дисперсные системы;
–гипотезы происхождения нефти.
В соответствии с указанным стандартом, утвержденным
Министерством образования РФ, на кафедре общей химии составлен
7
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
перечень тем, изучаемых студентами специальностей 130501, 130503, 130504 по данной дисциплине.
III. СОДЕРЖАНИЕ ИЗУЧАЕМЫХ ТЕМ
Тема 1. Понятие о происхождении и химическом составе нефти и природных горючих газов. Основные типы нефтей и природных горючих газов в зависимости от их химического состава, происхождения и назначения.
Тема 2. Классы органических соединений нефти и природных горючих газов.
2.1. Углеводородный состав нефти. Особенности строения алкановых, циклоалкановых и ароматических углеводородов нефти.
Химическая номенклатура углеводородов нефти.
2.2. Химические свойства алканов и циклоалканов нефти в реакциях нитрования, сульфирования и сульфохлорирования.
Направления использования продуктов этих реакций, в т. ч. в
нефтегазовой промышленности.
2.3.Реакции термического свободнорадикального расщепления С-
Си С-Н связей в алканах и циклоалканах нефти. Основные термические превращения свободных углеводородных радикалов ( -распад,
изомеризация, диспропорционирование, реакции замещения,
присоединение к кратным связям, рекомбинация). Дегидрирование нефтяных алканов и циклоалканов.
2.4. Понятие об окислении углеводородов нефти и природных горючих газов в различных условиях:
Механизм и состав продуктов автоокисления алканов и циклоалканов нефти. Представление об отрицательной роли автоокисления в процессах добычи, хранения, траспортировки и
8
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
переработки нефти. Способы торможения автоокислительных процессов углеводородов нефти.
Особенности, условия протекания, продукты и практическое значение процесса горения углеводородов нефти.
2.5. Химические свойства алкенов и алкинов, присутствующих в нефтях или продуктах их переработки:
Представление о реакциях присоединения к алкенам и алкинам
(гидрирование, алкилирование, гидратация).
Понятие о полимеризации алкенов (этилена и пропилена),
сополимеризации 1,4-бутадиена и стирола.
Представление об окислении алкенов до продуктов расщепления углеводородной цепи, гликолей и эпоксидов.
Представление о реакции образования ацетиленидов металлов.
Использование алкинов для получения виниловых мономеров
(присоединение галогенводородов, циановодорода, спиртов, карбоновых кислот).
Направления использования продуктов химических превращений алкенов и алканов, в т. ч. в нефтегазовой промышленности.
2.6.Признаки ароматичности органических соединений.
Электронное строение и причина повышенной устойчивости бензольного кольца. Реакции электрофильного замещения в аренах нефти
(нитрование, сульфирование, алкилирование). Понятие о влиянии заместителей в бензольном цикле на направленность электрофильного замещения в ароматическом ядре. Использование продуктов электрофильного замещения нефтяных аренов.
2.7. Состав, строение и свойства гетероатомных соединений нефти:
спиртов, фенолов, нафтеновых кислот, диалкил(арил)сульфидов,
меркаптанов, S-, O-, N-содержащих гетероциклических веществ,
металлсодержащих порфиринов, неорганических газообразных
9
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
соединений. Представление о путях их образования в природных условиях. Особенности поведения гетероатомных соединений нефти, в т.
ч. смолисто-асфальтеновых веществ в процессах добычи,
транспортировки и переработки нефти.
2.8. Состав, строение и физико-химические свойства наиболее высокомолекулярных соединений нефти – смолисто-асфальтеновых веществ (САВ). Роль реакций полимеризации и поликонденсации в их образовании. Перспективные направления использования САВ в различных отраслях, в т. ч. в нефтегазовой промышленности.
Тема 3. Понятие о нефти как сложной гетерогенной дисперсной системе.
Состав и строение нефтяных мицелл.
Нефтяные поверхностно-активные вещества и их роль в процессах сорбции, смачивания, образования водонефтяных эмульсий и нефтеотдачи скважин. Типы водонефтяных эмульсий и способы их разрушения. Понятие о эмульгаторах и деэмульгаторах.
Тема 4. Классификация важнейших природных и синтетических поверхностно-активных веществ, применяемых в нефтегазовой промышленности и направления их использования.
Тема 5. Понятие о сорбционных и рН-метрических методах исследования химического состава нефтей, нефтепродуктов и природных горючих газов. Химические методы определения в нефти и нефтепродуктах непредельных и ароматических углеводородов,
органических гидропероксидов, спиртов, фенолов, карбоновых кислот,
серосодержащих соединений.
Тема 6. Основные методы очистки и разделения нефти.
6.1. Представления о методах предварительной очистки нефти.
Удаление сероводорода и осушка нефти методами сорбции и конденсации при охлаждении.
10
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
6.2. Атмосферная и вакуумная перегонка нефти как основные физические методы разделения углеводородов нефти. Фракционный состав нефти. Характеристика нефтяных фракций (названия, состав и температурные интервалы кипения).
6.3. Представления о термических процессах химической переработки нефти и природных горючих газов. Условия и продукты термического и каталитического крекинга, пиролиза, риформинга и гидрокрекинга углеводородов различных классов.
Тема 7. Области применения продуктов перегонки нефти:
Понятие о топливе. Виды нефтяных и газовых топлив в зависимости от их назначения, энергетических и технологических характеристик. Направления использования углеводородных топлив, в т.
ч. в нефтегазовой промышленности. Понятие об октановом числе топлив.
Пути получения высокооктановых топлив. Понятие о побочных продуктах горения топлив (оксидах азота, серы и др.).
Нефтяные масла. Классификация и направления использования нефтяных масел.
Понятие о природных асфальтах и битумах как органических вяжущих. Пути их использования в строительных и нефте-,
газодобывающих технологиях.
IV. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная литература:
1. Посконин В.В., Поварова Л.В. Лабораторный практикум с элементами УИРС по дисциплине "Химия нефти и газа" для студентов очной и дневной форм обучения специальностей 0906 и 0908 и
дисциплине "Химия" для студентов дневной формы обучения специальности 1702. – Кубан. гос. технол. ун-т. – Краснодар, 2004. – 62 с.
11
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Дополнительная литература:
2. Рябов В.Д. Химия нефти и газа. – М.: Техника, ТУМА ГРУПП,
2004. – 288 с.
3. Артеменко А.И. Органическая химия. – М.: Высшая школа, 2010
г. и др. г.г. изд.
4. Бадовская Л.А., Дедикова Т.Г., Посконин В.В., Грунская Е.П.
Химия неметаллов IV группы периодической системы, органические соединения и химия нефти и газа (для инженерно-технических и технологических специальностей). Методические указания к практическим занятиям и тестовые вопросы для самостоятельной работы студентов дневной и заочной форм обучения. – Кубан. гос. технол. ун-т.
– Краснодар, 2002. – 36 с.
5. Бадовская Л.А., Пестунова С.А., Тюхтенева З.И., Найденов Ю.В.
Закономерности процессов в химических системах: кинетика,
энергетика, поверхностные явления и их практическое использование.
Лабораторный практикум с элементами УИРС по дисциплине "Химия"
для студентов первого курса инженерно-технических (нехимических)
специальностей. Часть 1. – Кубанский гос. технол. ун-т. – Краснодар,
2001. – 85 с.
6. Бадовская Л.А., Солоненко Л.А., Дедикова Т.Г., Поварова Л.В.,
Грунская Е.П. Свойства и идентификация органических соединений.
Лабораторный практикум с элементами УИРС и методуказания к самостоятельной работе по дисциплине «Химия» для студентов инженерно-технических (нехимических) специальностей очной и заочной форм обучения. Часть III. – Кубанский гос. технол. ун-т. –
Краснодар, 2000. – 82 с.
12