Спору нет: нефть и газ - наиболее эффективное и наиболее удобное на сегодня топливо. К сожалению, более 90 % добытых нефти и газа сжигаются в промышленных топках и в двигателях автомашин. В связи с этим и в ближайшие десятилетия УВ будут составлять львиную долю в топливном балансе человечества. Разумно ли использовать нефть и газ лишь как источник энергии? Стало крылатым высказывание Д.И. Менделеева о том, что сжигать нефть и газ - это все равно, что растапливать печь ассигнациями. К этой мысли специалисты возвра­щаются и теперь. Американский ученый Ральф Лэпп в одной из своих статей пишет: „Я считаю варварством сжигание уникального наследия Земли - углеводородов - в форме нефти и природного газа. Сжигание этих молекулярных структур только для получения тепла следует считать преступлением". Красноречивее не скажешь.

Нефть и её основные характеристики

Состав нефти и её свойства.

Нефть - это горная порода. Она относятся к группе осадоч­ных пород вместе с песками, глинами, известняками, каменной солью и др. Мы привыкли считать, что порода - это твердое вещество, из которого состоит земная кора и более глубокие недра Земли. Оказы­вается, есть и жидкие породы, и даже газообразные. Одно из важных свойств нефти - способность гореть. Таким же качеством обла­дает и ряд других осадочных пород: торф, бурый и каменный уголь, антрацит. Все вместе горючие породы образуют особое семейство, получившее название каустобиолитов (от греческих слов „каустос" - горючий, „биос" - жизнь, „литое" - камень, т. е. горючий органический камень). Среди них различают каустобиолиты угольного ряда и нефтяного ряда, последние называются битумами. К ним-то и относится нефть.

Все каустобиолиты содержат углерод, водород и кислород, но в разном соотношении. В химическом отношении нефть - это сложная смесь углеводоро­дов и углеродистых соединений, она состоит из следующих основных элементов: углерод (84-87 %), водород (12-14 %), кислород, азот и сера (1-2 %), содержание серы возрастает иногда до 3-5 %. В нефти выде­ляют углеводородную, асфальто-смолистую части, порфириты, серу и зольную часть.

Главную часть нефти составляют три группы УВ: метановые, нафтеновые и ароматические.

Метановые УВ (алкановые или алканы) химически наиболее устойчивы, они относятся к предельным УВ и имеют формулу CnH2n+2. Если количество атомов углерода в молекуле колеблется от 1 до 4 (СН4- СН4Н10), то УВ представляет собой газ, от 5 до 16 (C5H16-C16H34) то это жидкие УВ, а если оно выше 16 (С17Н36 и т.д.) - твердые (напри­мер, парафин).

Нафтеновые (алициклические) УВ (CnH2n) имеют кольчатое строение, поэтому их иногда называют карбоциклическими соединениями. Все связи углерода с водородом здесь также насыщены, поэтому нафтеновые нефти обладают устойчивыми свойствами.

Ароматические УВ, или арены (СnНn), наиболее бедны водоро­дом. Молекула имеет вид кольца с ненасыщенными связями углерода. Они так и называются - ненасыщенными, или непредельными УВ. Отсюда их неустойчивость в химическом отношении.

Асфальто-смолистая часть нефти - это темноокрашенное вещест­во. Оно частично растворяется в бензине. Растворившаяся часть назы­вается асфальтеном, нерастворившаяся - смолой. В составе смол содержится кислород до 93 % от общего его количества в нефти.

Порфирины – особые азотистые соединения органического происхождения. Считают, что они образованы из хлорофилла растений и гемоглобина животных. При температуре 200-250оС порфирины разрушаются.

Сера широко распространена в нефти и в углеводородном газе и содержится либо в свободном состоянии, либо в виде соединений (сероводород, меркаптаны). Количество ее колеблется от 0,1% до 5 %.

Зольная часть - остаток, получающийся при сжигании нефти. Это различные минеральные соединения, чаще всего железо, никель, ванадий, иногда соли натрия.

К физическим свойствам нефти относят плотность, вязкость, температуры застывания, кипения и испарения, теплотворную способность, растворимость, электрические и оптические свойства, люминесценцию и др.[13. Стр. 25-28]

Проблема происхождения нефти

История науки знает много случаев, когда вокруг какой-нибудь проблемы разгораются жаркие споры. Такие споры идут и о происхож­дении нефти. Они начались в конце прошлого столетия и продолжают­ся до сих пор, то, затихая, то, вспыхивая вновь.

Один из первых, кто высказал научно обоснованную концепцию о происхождении нефти, был М.В.Ломоносов. В середине восемнадцатого века в своём тракте «О слоях земных» великий русский учёный писал: „Выгоняется подземным жаром из приготовляющихся каменных углей она бурая и черная масляная материя. И сие есть рождение жидких разного сорта горючих и сухих затверделых материй, каковы суть каменное масло, жидовская смола, нефть, гагат, и сим подобное, которые хотя чистотой разнятся, однако из одного начала происхо­дят". Таким образом, более 200 лет назад была высказана мысль об органическом происхождении нефти из каменного угля. Исходное вещество было одно: органический материал, преобразованный снача­ла в уголь, а потом в нефть.

М.В. Ломоносов был не единственный, кто высказывался по инте­ресующему нас вопросу в XVIII в. Правда, другие гипотезы того време­ни носили курьезный характер. Один варшавский каноник утверждал, что Земля в райский период была настолько плодородна, что на боль­шую глубину содержала жировые примеси. После грехопадения этот жир частично испарился, а частично погрузился в землю, смешиваясь с разными веществами. Всемирный потоп содействовал превращению его в нефть.

Известны и другие гипотезы о происхождении нефти. Немецкий геолог-нефтяник Г.Гефер рассказывает об одном американском нефтепромышленнике конца прошлого века, считавшем, что нефть возникла из мочи китов на дне полярных морей. По подземным каналам она проникла в Пенсильванию.

В XIX в. среди ученых были распространены идеи, близкие к представлениям М.В. Ломоносова. Споры велись главным образом вокруг исходного материала: животные или растения? Немецкие ученые Г. Гефер и К. Энглер в 1888 г. поставили опыты, доказавшие возможность получения нефти из животных организмов. Была произ­ведена перегонка сельдевого жира при температуре 400 °С и давлении 1 МПа. Из 492 кг жира было получено масло, горючие газы, вода, жиры и разные кислоты. Больше всего было отогнано масла (299 кг, или 61 %) плотностью 0,8105 г/см3, состоящего на девять десятых из УВ коричне­вого цвета. Последующей разгонкой из масла получили предельные УВ (от пентана до нонана), парафин, смазочные масла, в состав которых входили олефины и ароматические УВ. Позднее, в 1919 г. академиком Н.Д. Зелинским был осуществлен похожий опыт, но исходным мате­риалом служил органогенный ил преимущественно растительного происхождения (сапропель) из озера Балхаш. При его перегонке были получены: сырая смола - 63,2 %; кокс - 16,0%; газы (метан, оксид угле­рода, водород, сероводород) - 20,8 %. При последующей переработке смолы из нее извлекли бензин, керосин и тяжелые масла.