Анализ химического и биотехнологического методов снижения соединений серы и азота в процессе переработки нефти

-

Весь текст будет доступен после покупки

Соединения серы и азота в нефти снижают эксплуатационные характеристики нефтепродуктов, вызывая их потемнение и осмоление. При переработке нефтяного сырья и нефтепродуктов эти соединения представляют серьёзную опасность, поскольку являются сильными ядами для катализаторов крекинга и риформинга.
Активные серосодержащие соединения вызывают коррозию, что приводит к повреждению оборудования, а гетероциклы склонны к поликонденсации и способствуют формированию смол и образованию нагара. Кроме того, содержание серы в нефти оказывает влияние на загрязнение атмосферы, так как при сгорании сернистых примесей образуется токсичный серный ангидрид.

Весь текст будет доступен после покупки

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 Компонентный состав нефти
Нефти – это природные маслянистые горючие жидкости со своеобразным запахом. Они обладают различной консистенцией – от легкотекучих до густых, малоподвижных. Цвет нефтей в большинстве случаев бурый и темно-коричневый (до черного), реже желтый и зеленоватый и совсем редко встречается почти бесцветная, так называемая «белая нефть». Цвет нефтей зависит от растворенных в них смол.
Нефть представляет собой смесь жидких углеводородов (парафиновых, нафтеновых и ароматических), в которой растворены газообразные и твердые углеводороды. В незначительных количествах она содержит серные и азотные соединения, органические кислоты и некоторые другие химические соединения.
В процессе переработки примеси, содержащиеся в нефти оказывают негативное влияние на оборудование нефтеперерабатывающих установок и качество получаемых нефтепродуктов, а следовательно на эксплуатационные свойства товарных топлив.
Нефть представляет собой смесь около 1000 индивидуальных веществ, из которых большая часть (80–90 %) – жидкие углеводороды с числом атомов углерода в молекуле от 1 до 40 и гетероатомные органические соединения преимущественно сернистые, азотистые и кислородные, содержание которых в нефти не более 4–5 %. Остальные компоненты – растворенные углеводородные газы с числом атомов углерода в молекуле от 1 до 4, их содержание в нефти колеблется от десятых долей до 4 %; вода (от следов до 10 %); минеральные соли (хлориды); растворы солей органических кислот, а также механические примеси. Средний элементный состав нефти (в %): С – 83–87; Н – 12–14; S – 0,5–6,0; N – 0,02–1,7; O – 0,005–3,6.
Нефти всех месторождений мира отличает, с одной стороны, огромное разнообразие видов, с другой – единство ее состава и структуры, сходство по некоторым параметрам. Элементарный состав разнообразных индивидуальных представителей нефти во всем мире изменяется в пределах 3–4 % по каждому элементу. Главные нефтеобразующие элементы – углерод, водород, азот, сера, кислород. Десятые и сотые доли процента нефти составляют многочисленные микроэлементы, набор которых в любой нефти примерно одинаков.
Углеводороды, составляющие основу нефти и горючих газов, представлены множеством индивидуальных соединений. Химический состав нефти полностью не известен, но уже установлено 425 углеводородных соединений, каждое из которых в свою очередь является исходным для более сложных соединений. В зависимости от строения молекул углеводороды, входящие в состав нефтей и природных газов, подразделяются на три основные группы: метановые, или парафиновые (алканы), нафтеновые (цикланы) и ароматические (арены).
Представители этих групп отличаются друг от друга соотношением числа атомов углерода и водорода, которое выражается общей формулой группы, и характером их внутренних структурных связей.
Рис 1. Структурные формулы нафтеновых углеводородов
Таким образом, групповым химическим составом нефти называют содержание в ней углеводородов определенных химических групп, которые характеризуются соотношением и структурой соединений атомов углерода и водорода.
Метановые углеводороды (алканы) – насыщенные углеводороды, в которых отсутствуют двойные связи. Общая формула СnН2n+2,
гдеn– число атомов углерода. Такое атомарное соотношение углерода и водорода в углеводородах данной группы было установлено английскими химиками еще в 1833 г. В указанной формулеnизменяется от 1 до 60. Это значит, что в природе существует последовательный ряд постепенно усложняющихся метановых углеводородов. Каждый последующий член в этом ряду отличается от предыдущего на один атом углерода и два атома водорода. Подобный ряд называется гомологическим (греч. «хомос» – похожий), а его члены – гомологами.
Существование гомологических рядов для углеводородных соединений было установлено в 1843 г. выдающимся французским химиком Шарлем Фредериком Жераром. Это открытие имело большое значение для понимания закономерностей изменения состава нефтей.
В молекулах углеводородов метанового ряда валентность всех атомов углерода насыщена до предела, поэтому метановые углеводороды называются насыщенными, или предельными. В силу этого они обладают малой химической активностью. Отсюда произошло еще одно их название – парафиновые (лат. «парум аффинис» – малородственный, т.е. инертный, не склонный к реакциям) углеводороды. Парафинами называется смесь углеводородов метанового ряда с молекулярной массой от 240 и выше. Содержание парафиновых углеводородов в нефтях колеблется от долей процента до 20% и больше.
В зависимости от молекулярной массы и химической структуры метановые углеводороды находятся в газообразной, жидкой и твердой фазах. Так, первые четыре члена ряда (метан, этан, пропан, бутан) при нормальных условиях (101,32 кПа и 0°С) – газы, углеводороды от пентана до пентадекана C 15H32 при тех же условиях – жидкости, а от гексадекана C 16H34и выше – твердые вещества.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Пат. 2093478 Российская Федерация. Способ очистки воды и почвы от нефтепродуктов и полимерных добавок в буровой раствор / Мавлютов М.Р., Спивак А.И., Ягафаров И.Р. и др.; Бюл. № 29. - с.282.
2. Пат. 2126041 Российская Федерация. Штамм микромицета Fusarium sp. №56 для очистки воды и почвы от нефти и нефтепродуктов / Ягафаров И.Р., Гатауллина Э.М., Сафаров А.Х. и др.; Бюл. № 4. - с. 593.
3. Пат. 2160718 Российская Федерация. Способ очистки почвы и воды от нефти и нефтепродуктов / Сухаревич М.Э., Ягафаров И.Р., Ильина Е.Г. и др.; Бюл. № 35 - с. 214.
4. Пат. 2179953 Российская Федерация. Способ очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов. / Ягафаров И.Р., Сафронов В.П., Сафаров А.Х. и др. // Изобретения. – 2022. – Бюл. № 6. – с. 199.
5. Патент РФ №1805097 С02F 3/34, Е02В 15/04, Бюл. 12, 1993.
6. Патент РФ №2198747 от 20.02.2003. Способ обработки нефтяного шлама.
7. Производственный регламент Сызранского нефтеперерабатывающего завода, АО «Сызранский НПЗ», НК «Роснефть» 2007 г.
8. Алтунина Л.К. Биодеструкция высокомолекулярных гетероатомных компонентов тяжелой нефти/ Копытов М.А., Филатов Д.А., Алтунина Л.К.// Нефтехимия. 2019. Т. 54. № 1. С. 59.
9. Алтунина Л.К. Изучение взаимосвязи физико-химических свойств и микробиологических показателей пластовой микрофлоры / Алтунина Л.К., Сваровская Л.И., Полищук Ю.М., Ященко И.Г., Перемитина Т.О.// Нефтехимия. Т. 54. № 6. 2019. с.415

Весь текст будет доступен после покупки