Написать пост

ganjainbox

Про бензин


Ребята, я тут решил написать сборный пост про бензин. От скважины до бензоколонки.
Сам я к нефти имею такое же отношение, как и к бензину - а ровно никакого. Вся информация собрана с помощью гугления интернетов, и совсем не претендует на истину в последней инстанции.
С радостью приму ваши замечания и исправления в комментариях.
Приятного прочтения;)


UPD: Добавил про изомеризацию и каталитический риформинг.
UPD2: Добавил исправления от @Svobodniy. Спасибо ему!)

Итак, как все знают, все начинается с нефти, которая является сырьем для производства бензина. Существует 3 теории образования нефти:
1 — Органическая — дерево-болото-торф–гумус=нефть. ( В нее верят 90% геологов)
2 — Неорганическая — углерод+тепло+вода=нефть (В нее верил Меделеев)
3 — Космическая, нефть образовалась при образовании земли (в нее верят параноики)
В целом ни одна теория, не подтверждается.
Википедия говорит, что нефть образовалась из остатков морских водорослей и зоопланктона в пермский период (298,9 - 252,2 млн. лет назад).
Основные современные залежи нефти расположены на глубинах от 800 м. до 2.5 км. Но они уже исчерпываются и многие месторождения в мире уже имеют гулбины 5-6 км. Есть и 8 км. Самая глубокая в мире скважина - геологоразведочная Кольская сверхглубокая скважина - почти 11,3 км.

Бурение


Для начала, чтобы добраться до заветной массы, нужно пробурить скважину с помощью бура. Бурят долотами с 2-3 крутящимися шарошками, на которых обычно впаяны зубцы из твердых сплавов, типа корунда. Алмазные долота используются для выбуривания керна. Для охлаждения, а так же для создания противодавления на забой (нижняя точка скважины, там где бурится), чтобы при вскрытии каких либо флюидосодержащих пластов не было выброса бурильной головки, в трубу постоянно закачивается буровой раствор под высоким давлением. Этот же раствор перебрасывает буровой шлам на поверхность в виде буровой мути. Во время бурения трубу постоянно наращивают, тем самым углубляясь в недры. Скорость бурения сильно зависит от применяемых технологий, от пород, от глубины и т.д. По одной российской компании, за январь коммерческая скорость проходки составила примерно 2700 м станко-месяц. Т.е. в среднем 1 станок проходил 2700 метров. 2700 / 31 / 24 = 3,6 м. Но сюда входят подготовительные работы, различные остановки, аварии и т.д. Чистая скорость бурения долота, на вскидку, 10 метров в час, а то и больше.
Есть технологии "беспрерывного" бурения, например, колтьюбинг. Там скорость проходки в разы выше.

Добыча


Существует несколько способов добычи «черного золота» - фонтанный, компрессорный (газлифтный) и насосный.
Фонтанный способ применяется при начальной эксплуатации скважины, когда пластовое давление залежи достаточно велико, и нефть сама лупит струей из-под земли. Когда давления перестает хватать, а нефти в скважине еще огого - требуется ее от-туда выкачивать.



При компрессорном, или газлифтном, методе в скважину компрессором закачивают газ, который смешивается с нефтью. Плотность нефти снижается, забойное давление становится ниже пластового, что вызывает движение жидкости к поверхности земли. Закачивается очищенный сухой газ (не воздух и с воздухом он никак не смешивается). Давно уже есть технологии по отделению и повторной очистке этого газа для последующей закачки. И никакой коррозии. Точнее она не из-за этого метода, а из-за того, что в нефти есть вода и зачастую сероводород. Газлифтный метод применяется на месторождениях Западной Сибири, Туркмении, Западного Казахстана.

Насосный способ предполагает наличие насоса, который спускают на определенную глубину.
Больше всего в мире ЭЦНов (электроцентробежных насосов) - спускаемый в скважину двигатель с надетыми на его вал десятками-сотнями насосных ступеней. И он выталкивает нефть как бы снизу. Штанговые глубинные насосы (ШГН) – качающие головой ослы являются вторыми по популярности. Круговое движение вращающегося махового колеса преобразуется в вертикальное, и оно, подобно гигантскому металлическому шприцу, вытягивает нефть на поверхность.


Переработка


Нефть, поступающая из недр на поверхность земли, содержит попутный газ, воду, минеральные соли и механические примеси. Перед транспортировкой и подачей на переработку газы, механические примеси, основная часть воды и солей должны быть удалены из нефти.
Сырая нефть состоит из смеси углеводородов, каждый из которых имеет разное количество атомов углерода. У них различный вес. Самый легкий – пропан, а самый тяжелый используется для изготовления асфальта.

При переработке нефть нагревают до температуры свыше 370° C и закачивают в основание башни сепаратора. В результате поднимается пар. При тепловой обработке конденсируются молекулы, сначала самые тяжелые – битумные(в основании). Более легкие молекулы, входящие в бензин и керосин продолжают подниматься, пока тоже не обратятся в жидкость, и их можно будет откачать. Трудность такого процесса состоит в том, что теперь бензин становится чрезвычайно взрывоопасным.
Методом выпаривания легких фракций из нефти мы получаем бензин, октановое число которого составляет около 60. Дальше топливо проходит последующие ступени крекинга и различных видов очистки (физических и химических). И в зависимости от всех этих ступеней мы получим октановое число 90 и выше. Конечно, чем больше ступеней и их технологичность, тем дороже топливо. В основном получают 92-95 бензины. А вот до 98 догоняют присадками. Для отдельных отраслей получают и 98 бензины без присадок... но дорого.




4,2% выход бензина нет даже из самой плохой тяжелой нефти... минимум 10% и то при прямой перегонке. А кому хочется терять дорогое топливо? Поэтому придумали еще различные последующие обработки... в основном крекинг (он тоже бывает различных типов). Итого выход бензина из средней нефти составляет 40-50%. Из хорошей легкой до 80-85%...

Сортность бензина (антидетонационная стойкость)


Скорость горения бензина в цилиндре - около 30-40 метров в секунду. Скорость детонации - не менее полутора километров в секунду. Взрыв, обращенный навстречу двигающемуся поршню, запросто поломает кольца и много еще чего натворит. Поверхность цилиндра в таком случае полностью невредимой остается редко.

В 1926 году американский химик Грэхэм Эдгар предложил способность бензина противостоять детонации измерять октановым числом по предложенной им шкале. В основу он положил очень низкие антидетонационные свойства гептана (октановое число 0) и очень высокие - изооктана (октановое число 100), двух углеводородов, входящих в состав бензина. Например, октановое число 93 означает, что бензин детонирует при тех же условиях, что и смесь из 93% гептана и 7% изооктана. В те годы, максимальное октановое число, которое удавалось получить колебалось от 40 до 60.

Существует два метода определения сортности бензина - исследовательский и моторный. Исследовательский тестируют на малых оборотах. Именно его мы покупаем на заправках (АИ-92, АИ-95)
Моторный же разогревают до 149 градусов и тестируют на повышенных оборотах, тем самым увеличивая вероятность детонации. Разница между моторным и исследовательским методами в абсолютных числах составляет не более 10 единиц. Т.е. АИ-95 соответствует А-85.

Как писалось выше, октановое число, полученного выпариванием нефти, бензина - около 60. Далеко на нем мы не уедем.

Для увеличения ОЧ применяются такие процессы как изомеризация и каталитический риформинг.
Изомеризация приводит к получению соединения с иным расположением атомов или групп, но при этом не происходит изменение состава и молекулярной массы соединения. Большинство действующих, проектируемых и строя­щихся в России установок изомериза­ции основано на технологиях компа­нии UOP, которая ведет их разработку с 60-х годов X века. В соответствии с технологией октановое число изомеризата до 85-86 пунктов может быть полу­чено в режиме рециркуляции нормаль­ных парафинов, которые выделяются из реакционной смеси фракционирова­нием с дальнейшей экстракцией и адсорбцией на молекулярных ситах. Сочетание процессов Репех (изомери­зации) и Mole (селективной жидкофазной адсорбции на молекулярных ситах) фирмы UOP позволяет за счет увеличе­ния конверсии н-парафинов повысить антидетонационные характеристики легкого прямогонного бензина. Про­цесс ТИП также представляет собой комбинированную технологию, соче­тающую процессы изомеризации, выделения и рециркуляции н-парафинов.
Процесс изомеризации является одним из самых легко встраиваемых звеньев для получения высокооктановых компонентов бензинов. Сырьем для него главным образом служат легкие фракции прямогонных, газовых бензинов, а также бензинов риформинга и гидрокрекинга, имеющие низкое октановое число — от 69 до 85 пунктов. В процессе изомеризации, получают так называемый изомеризат, октановое число кото­рого в результате увеличивается и находится в интервале 85-90 пунк­тов, причем выход продукта из сырья очень высокий и составляет 98%.

Процесс каталитического риформинга бензиновых фракций (от англ. Reforming - переделывать, улучшать) - это промышленный процесс переработки бензиновых и лигроиновых фракций нефти с целью получения высококачественных бензинов и ароматических углеводородов. При этом молекулы углеводородов в основном не расщепляются, а преобразуются. Сырьем служит бензинолигроиновая фракция нефти.
До 30-х годов 20 века риформинг представлял собой разновидность термического крекинга и проводился при 5400 С для получения бензина с октановым числом 70-72.
С 40-х годов риформинг - каталитический процесс, научные основы которого разработаны Н.Д. Зелинским, а также В.И. Каржевым, Б.Л. Молдавским. Впервые этот процесс был осуществлен в 1940 г в США.
Его проводят в промышленной установке, имеющей нагревательную печь и не менее 3-4 реакторов при t 350-5200 С, в присутствии различных катализаторов: платиновых и полиметаллических, содержащих платину, рений, иридий, германий и др. во избежание дезактивации катализатора продуктом уплотнения коксом, риформинг осуществляется под высоким давлением водорода, который циркулирует через нагревательную печь и реакторы. В результате риформинга бензиновых фракций нефти получают 80-85 % бензин с октановым числом 90-95, 1-2% водорода и остальное количество газообразных углеводородов. Из трубчатой печи под давлением нефть подается в реакционную камеру, где и находится катализатор, отсюда она идет в ректификационную колонну, где разделяется на продукты

Присадки



В 1921 году General Motors впервые открыли и начали применять тетраэтилсвинец, который, даже при небольших дозах, способен увеличить октановое число на 20 единиц. Тетраэтилсвинец - сильнейший и опаснейший яд, вызывающий поражения нервной системы. В чистом виде не применялся, а смешивался с этиловой жидкостью. Такой бензин назывался этилированным. Мощность двигателей существенно возросла, благодаря высокой степени сжатия. Через 30 лет в США таки заметили, что травят народ свинцом. В 1986 году, в США, этилированный бензин был вытеснен с продажи. В России ТЭС запретили в 2002.

После этого, в качестве антидетонатора бензина начали использовать ферроцен, который во многом безопаснее, экологичнее и проще в применении. Добавление 160-180 грамм на тонну бензина способно повысить октановое число на 4-5 единиц. Побочный эффект ферроцена - ярко красный токопроводящий налет на свечах и катализаторе.



В последнее время, для увеличение октанового числа используется метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ). При добавлении 10 - 20 % повышает октановое число от 6 - 15 единиц в зависимости от качества топлива. Бензины с добавкой МТБЭ обладает меньшим нагарообразованием, пониженной токсичностью, высокой детанационной стойкостью и стабильностью. Октановое число МТБЭ - от 115 до 135 по исследовательскому методу или от 98 до 100 — по моторному. При испытаниях отмечено, что применение МТБЭ ведет лишь к незначительному увеличению расхода бензина. Температура кипения МТБЭ составляет 55° C, что в некоторых случаях ограничивает его применение в летний период.


Спасибо, что дочитали до конца:)


Источники:
http://bmwservice.livejournal.com/
http://engs1.blogspot.ru/2011/06/48.html
http://www.ngpedia.ru/
http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/97567/Компрессия
http://auto.lafa.kz/info/news/8681/etot-den-v-istorii
http://akteon.livejournal.com/97723.html
http://www.ngpedia.ru/id418192p1.html
http://e-him.ru/
http://www.phas.ru
http://www.indpg.ru/nik/2008/04/2929.html
http://www.nefthim.ru/manual/slot1/
http://oils.himdetail.ru/oil12.php
30 комментариев 47нравится 14избранное
SaltLake
ride
angelform
SKrai
Aldekein
vitalyu
payalnic
Lexy
Net-burst
Kalashmatik
Mt
neosasha
ex3me4me
Allalala
spiridon
Dretun
scr1pt
bm9701
Delfi
  • k102
    27 22 фев 2013 в 11:17
    Спасибо! Интересно!
    • ganjainbox
      3 22 фев 2013 в 11:18
      рад стараться)
  • freewood
    1 22 фев 2013 в 11:25
    Спасибо, весьма интересно. Я правильно понял, что в США "свинцовый" бензин запретили в 86-м, а у нас только в 2002-ом?
    • krusha
      22 фев 2013 в 11:32
      да, до 2002 свинец можно было мазать на хлев как масло , но потом оказалось что он опасен , вот и решили запретить)))
    • ganjainbox
      2 22 фев 2013 в 11:39
      В США вытеснение этилированного бензина длилось 10 лет (с 1976 по 1986). В СССР же процесс отказа начался только в 80х.
      • ganjainbox
        2 22 фев 2013 в 11:40
        а закончился в 2002
  • Turbocat
    2 22 фев 2013 в 13:03
    Было бы неплохо написать как из бензина с ОЧ 60 получают то, на чем мы ездим, ведь не одними присадками.
    • ganjainbox
      3 22 фев 2013 в 13:49
      Добавил про изомеризацию и каталитический риформинг.
  • musicxz
    22 фев 2013 в 14:13
    Игрушка от лукойла — Менеджер НПЗ http://www.luknef.lukoil.ru/main/static.asp?art_id=3807 (39 мб.)
  • Svobodniy
    11 22 фев 2013 в 14:45
    Я по образованию разработчик нефтяных месторождений... Внесу пару корректировок.

    "Основные залежи нефти расположены на глубинах от 800 м. до 2.5 км."
    Основные современные... Но они уже исчерпываются и многие месторождения в мире уже имеют глубины 5-6 км. Есть и 8 км. Самая глубокая в мире скважина - геологоразведочная Кольская сверхглубокая скважина - почти 11,3 км.

    "нужно пробурить скважину с помощью бура с алмазным долотом"
    Алмазными долотами бурят богатые буржуи (шутка) :) Вообще, если честно, то алмазные долота используются для выбуривания керна. А просто скважину бурят долотами с 2-3 крутящимися шарошками, на которых обычно впаяны зубцы из твердых сплавов, типа карбида вольфрама.

    "Для охлаждения бурильной головки в трубу постоянно закачивается вода под высоким давлением"
    Не вода, а буровой раствор. Нужен он не только для охлаждения (1), а так же для создания противодавления (2) на забой (нижняя точка скважины, там где бурится), чтобы при вскрытии каких либо флюидосодержащих пластов не было выброса, ну и для отвода бурового шлама с забоя (3)

    "Скорость бурения составляет примерно 5 метров в час."
    Скорость бурения сильно зависит от применяемых технологий, от пород, от глубины и т.д. Ну вот по одной российской компании, не скажу какой, за январь коммерческая скорость проходки составила примерно 2700 м станко-месяц. Т.е. в среднем 1 станок проходил 2700 метров. 2700 / 31 / 24 = 3,6 м в час. Но сюда входят подготовительные работы, различные остановки, аварии и т.д. Чистая скорость бурения долота у нас, на вскидку, 10 метров в час, а то и больше.
    Есть технологии "беспрерывного" бурения, например, колтьюбинг. Там скорость проходки в разы выше.

    "Недостатки этого метода — необходимость сжигания попутного нефтяного газа, смешанного с воздухом, повышенная коррозия трубопроводов."
    Откуда вы взяли этот бред? Закачивается очищенный сухой газ (не воздух и с воздухом он никак не смешивается). Давно уже есть технологии по отделению и повторной очистке этого газа для последующей закачки. И никакой коррозии. Точнее она не из-за этого метода, а из-за того, что в нефти есть вода и зачастую сероводород.

    "На большинстве нефтедобывающих месторождений мира получили распространение штанговые глубинные насосы (ШГН) – качающие головой ослы."
    Опять бред. Больше всего в мире ЭЦНов (электроцентробежных насосов) - спускаемый в скважину двигатель с надетыми на его вал десятками-сотнями насосных ступеней. И он выталкивает нефть как бы снизу. ШГН - штанговые глубинные насосы, вторые по популярности насосы.

    "Из 190 литров сырой нефти производят 8 литров бензина, 48 литров дизеля, 26 литров реактивного топлива и мазута, 7 литров пропана, около 38 литров смазочных материалов и пластмассы."
    Совсем не точно. 4,2% выход бензина нет даже из самой плохой тяжелой нефти... минимум 10% и то при прямой перегонке. А кому хочется терять дорогое топливо? Поэтому придумали еще различные последующие обработки... в основном крекинг (он тоже бывает различных типов). Итого выход бензина из средней нефти составляет 40-50%. Из хорошей легкой до 80-85%...

    "Методом выпаривания легких фракций из нефти мы получаем бензин, октановое число которого составляет около 60. Дальше в дело вступают присадки."
    Опять же не присадки, а последующие ступени крекинга и различных видов очистки (физических и химических). И в зависимости от всех этих ступеней мы получим октановое число 90 и выше. Конечно, чем больше ступеней и их технологичность, тем дороже топливо. В основном получают 92-95 бензины. А вот до 98 догоняют присадками. Для отдельных отраслей получают и 98 бензины без присадок... но дорого.

    П.С. Остальное комментировать не могу, т.к. не моя специализация.
    П.С.2. Писал до добавления автором пунктов про "изомеризация и каталитический риформинг". Но в принципе смысл остается тот же.
    • ganjainbox
      3 22 фев 2013 в 14:50
      Большое спасибо! Все добавил в пост.
      • Svobodniy
        22 фев 2013 в 14:58
        Не за что.
        Добавили, да не все :) Про насосы и выход бензина не добавили :)
        Вообще все в одном посте уместить нереально (не зря этому учат 5 лет по одной специальности.. а тут аж 4-5 специальностей, начиная от бурильщиков и заканчивая химиками). В общих словах тоже не сильно получается, т.к. в любой части этой статьи есть ньюансы, которые зачастую сильно отклоняются от среднего значения.
        • ganjainbox
          1 22 фев 2013 в 15:02
          Все) Под картинкой с сепаратором про выход. А про насосы в насосном способе.
          • Svobodniy
            22 фев 2013 в 15:11
            Видимо не обновил :)

            Если есть вопрос - пишите, попытаюсь вспомнить курс университета :)
            • ganjainbox
              22 фев 2013 в 15:13
              Можно найти в продаже МТБЭ в небольших кол-вах, чтоб доливать в бак?
              • Svobodniy
                22 фев 2013 в 15:25
                Ну это уже не ко мне. Я не химик и тем более не поставщик... Гугл в помощь, если вообще эта штука продается в розницу...

                А вообще присадок в бутылках полно. Поищите, почитайте состав. Может как раз МТБЭ туда и входит.
    • name-no
      22 фев 2013 в 15:15
      А вот кстати про эфир и 98-й бенз, я немного не понял. По идее, за счёт более высокой степени сжатия топлива, мы можем получить более высокий выход мощности, используя 98-й. Но с другой стороны, 98-й бодяжат из 95-го, добавляя эфир, много эфира, у которого выделяемая при горении энергия меньше, чем у бензина.

      Вопрос в чём: снижение энергии горения случайно не сводит на ноль плюсы от повышения степени сжатия? Ведь если сводит, то лучше брать движок, рассчитанный на 95-й бензин, это выйдет тупо дешевле.
      • Svobodniy
        22 фев 2013 в 15:27
        К сожалению, я не нефтехимик... я разработчик :) так что не могу ничего авторитетного тут заявить.
      • ganjainbox
        22 фев 2013 в 15:41
        Более высокий выход мощности мы можем проучить увеличением сжатия, это верно. Но используя 98 бензин вместо 95 мы всего лишь защищаем двигатель от детонации.
        Теплота сгорания бензина - 47 000 кДж/кг
        Теплота сгорания метилтретбутилового эфира - 35 200 кДж/кг.
        Количество МТБЭ в 98 бензине не более 15%.
        Думаю, что степень сжатия в любом случае даст больший выход, даже с учетом потерь по энергии.
  • xdemax
    22 фев 2013 в 20:51
    ух наворотили то... дОлото подбирается в зависимости от породы, в основном используются шарошечные долота и лопастные. алмазные долота с искусственными алмазами (pdc -- polycrystalline diamond bits) это подвид лопастных, бурят и теми и теми в зависимости от типа геологического разреза. керн отбирается бурильной коронкой которая может быть как с искусственными алмазами, так и с любыми другими твердыми вставками (типа победита). pdc очень капризны к абразивным породам которые могут "сжечь" алмазы и матрицу в которые они вставлены. к примеру одно шарошечное долото зарубежной фирмы стоит 250 тысяч рублей, алмазное стоит 1 миллион рублей, при кустовом бурении (~10 скважин на кусте) в интервале 1000м - 2000м породы средней крепости, при бурении данного интервала мы полностью израсходуем одно шарошечное долото, учитывая что скважин 10 -- 10*250000 = понятно сколько, а если мы будем использовать алмазное (металлическая болванка с впаянными алмазами) то пробурим все 10 скважин одним и еще сможем 10 пробурить. вот и вся математика. по поводу измерения скорости проходки: существует механическая скорость и дмк, мех скорость это м/ч, а дмк это мин/м. скорость зависит от нагрузки на долото, породы, породоразрущающего инструмента и правильности подбора его компоновки. в начале бурения скважины в мягких породах скорость может быть свыше 100м/ч, в твердых коллекторах скорость снижается, бывает до 0,2 м/ч. на моей памяти при неправильном подборе низа бурильной колонны мы умудрялись бурить по 4 см в сутки! в общем как то-так. про противодавление уже лень писать.
    • Svobodniy
      22 фев 2013 в 20:55
      Слишком углубляетесь :)
      Почти все чем Вы недовольны написал я тут - http://autokadabra.ru/shouts/56489#comment_825871
      Автор только добавил в топик.

      П.С. Где вы бурили кусты алмазным? Компания, регион? Видимо не наша...
      • xdemax
        22 фев 2013 в 21:09
        в коми так бурят, месторождения разные.
        • Svobodniy
          22 фев 2013 в 22:17
          Кто подрядчик? Наши? В Коми от Лукойла или Роснефти? Почитать бы... интересно. Алмазные лопастные долота?
          • xdemax
            23 фев 2013 в 10:37
            вот первая ссылка с гугла http://drillpoint.ru/product/instrument/rotate-tools/pdc-bits.html
            позволяет увидеть внешний вид этих долот. подрядчики разные, в последнее время существуют отдельные подрядчики обеспечивающие сервис долотного сопровождения бурения. на лукойл к примеру -- halliburton international inc. а вообще лучшими по износу считаются долота фирмы hughes christensen.
            • Svobodniy
              23 фев 2013 в 14:12
              Ну вот о том и речь, что подрядчики не наши :)
              Да и алмазы не алмазы... Это поликтисталлические алмазы... искуственные на карбидо-волфрамовой основе, как я писал выше.
  • xdemax
    22 фев 2013 в 21:16
    кстати по поводу колтюбинга. с чего вы взяли что скорость выше? временные затраты на спуск-подъем меньше, а породы то мягче не стали =)
  • Allalala
    22 фев 2013 в 22:08
    "Буровой шлам", "буровая муть" :D
  • Allalala
    1 22 фев 2013 в 22:30
    Интересно, но с нулевыми знаниями по химии не все понятно.
  • xdemax
    23 фев 2013 в 10:41
    химия нужна только при составлении рецептуры бурового раствора. вот вы когда яму копаете землю на верх выкидываете? вот одна из целей бурового раствора в этом и заключается -- вынос выбуренной породы (это и есть шлам), понятия "буровая муть" не существует.
    • Allalala
      1 23 фев 2013 в 14:10
      Для меня в тексте слишком много неизвестных непонятных слов, что мешает мне составить полное впечатление об описанных процессах.
  • DjFiesto
    25 фев 2013 в 10:59
    А ты кричал - Ослиная моча не хуже!..

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста, или зарегистрируйтесь.