Neft va gazni qayta ishlash texnologiyasi

I-BOB

NEFT, GAZ KONDENSATI VA MAZUTNI BIRLAMCHI QAYTA ISHLASH SANOATI QURULMALARI
1.1.§. Neft va gaz paydo bo`lishining organik va noorganik nazariyalari

Neft va yonuvchi gazlarning kelib chiqishini tushuntirishda asosan ikkita konsepsiya bo'lib, ular 100 yildan ortiq bir-biriga qarama-qarshi kelmoqda. Ularning birini vakillari organiklar neft va tabiiy gaz yer po'stining cho'kindi qoplama qismida qadimgi dengiz va ko'llarda yashagan hayvon va o'simliklar qoldiqlarini uzoq vaqt davomida chuqur o'zgarishi (chirishi) natijasida hosil bo'lgan deyishadi. Ularning muxoliflari noorganik nazariya tarafdorlari neft va yonuvchi gaz, yer mantiyasida noorganik yo'l bilan hosil bo'lganligini isbotlamoqchi bo'ladilar. Birinchi konsepsiya organik yoki biogen (grekcha «bios» hayot, «genezis» kelib chiqish), ikkinchisi noorganik yoki abiogen (grekcha «a» - «no» ma'nosida) deyiladi.

Afsuski neftni va yonuvchi gazni qanday hosil bo'lganligi haqida hanuzgacha bir aniq javobga ega emasmiz.

Shu bilan birga, bu savolning to'g'ri javobiga boshqa muhim savol javobi ham bog'liq, neft va tabiiy gaz konlari qayerda hosil bo'ladi? Ular Yer po'stining qanday aniq nuqtalarida ko'p to'plangan? Neft va gaz konlarini izlash va qidirish ishlarining keng rivojlanishi bilan bu savollar alohida dolzarb va amaliy ahamiyat kasb etadi. 1932-yilda akademik I.M.Gubkin: «Neft hosil bo'lishi jarayoni haqida to'g'ri tasavvurga ega bo'lganimizdagina yer qatlamida qanday qilib neft uyumlari hosil bo'lganligini bilib olamiz va qayerlarda neftni izlash kerakligini va ularni izlashni maqsadga muvofiq qanday amalga oshirish haqida aniq ko'rsatmalar olamiz» deb yozgan edi. Hozirgi vaqtga kelib geologlar neft va tabiiy gaz konlarini izlashning nаzariу asoslarida katta yutuqlarga ega bo'ldilar. Neft va yonuvchi gazni o'rganishni tashkil etishda fan katta yutuqlarga erishdi, ammo ular to'g'risida hali bahsli va aniqlanmagan muammolar juda ko'p. Shuning uchun, amaliyotchi - neftchilar orasida izlov-qidiruv jarayonining bosh tarkibiy qismi burg'ilash ekanligi haqidagi fikr hali ham saqlanib qolmoqda.

Neftning kelib chiqishi muammosiga olimlardan birinchi bo'lib M.V.Lomonosov e'tibor qaratdi.

XVIII asrning 50-yillari boshlarida u neft noorganik yo'l bilan kelib chiqqanini ta'kidladi. Ammo 1763-yilda M.V.Lomonosov o'zining "О слоях земных" nomli mashhur asarida neft haqida: «Yer ostidagi issiqlik natijasida hosil bo'layotgan tosh ko'mirlardan o'sha qo'ng'ir va qora moyli modda Yer ostidan haydab chiqariladi hamda quruq, nam va suv bilan to'ldirilgan turli teshik va kavaklarga tushadi...», ko'mir o'simlik qoldiqlaridan hosil bo'lganligi sababli neftni ham shu o'simliklardan kelib chiqqan deb yozgan edi. M.V.Lomonosov, neftning zichligini kichikligi bilan bu nuqtayi nazarni asoslab bergan. U yuqoridagi asarida: «O'sha yonuvchi yer osti moddalarining o'simliklardan kelib chiqqanligiga ularning yengilligiga qarab ishonch hosil qilish mumkin degan edi, chunki hamma minerallar suvda cho'kadi, neft esa unda suzadi» M.V.Lomonosovning bu ishi bilan neft va yonuvchi gazlarning organik yo'l bilan paydo bo'lganligi haqidagi konsepsiya tarixi boshlanadi.

Neft va yonuvchi gazlarning kelib chiqishini organik konsepsiyasi tashqi muxolif - noorganiklar bilan ham, ichki muxoliflar bilan ham kuchli kurash natijasida rivojlandi va takomillashdi. Organik tarafdorlar orasida ham goh-goh jiddiy bahslar yuzaga kelgan. Masalan, neft uchun boshlang'ich modda o'simlik bo'lganmi yoki hayvon organizmlaridan hosil bo'lganmi degan tortishuv qizg'in bo'lgan. Natijada neft ham o'simliklardan, ham hayvonlar qoldiqlaridan hosil bo'lgan deganlar yutib chiqqan. Tortishuvga sabab bo'lgan yana bir mavzu - neftning yotish joyidir. Ba'zi bir olimlar neft o'zining dastlab (birinchi) hosil bo'lgan joyidagi uyumlarda yotadi deb hisoblaydilar. Bu tushuncha lotincha «in situ», ya'ni «joyda» deb ataladi. Qarama-qarshi nuqtayi nazardagi olimlar esa neft avval bir joyda hosil bo'lgan, keyin boshqa joyda yig'ilgan, ya'ni neft ikkinchi yotishi joyidagi uyumlarda to'plangan deb ta'kidlashgan. Mana shu nuqtayi nazar to'g'ri deb topildi.

Neft va tabiiy gazlarning organik kelib chiqish konsepsiyasi o'zining rivojlanish davrida turli fanlar yutuqlariga, birinchi navbatda geologik kuzatishlarga tayangan. Muhim dalillardan biri neft va tabiiy gazlarning ma'lum to'plangan joylarining 99,9% ko'prog'i cho’kindi qatlamlar bilan bog'liq. Bu esa olimlarni eng muhim xulosaga keltirdi. Neft cho'kindilarning yig'ilish jarayoni mahsuli ekan.

Geologlar e'tiborni neft va tabiiy gazlar konlarini Yer qatlamida notekis joylashganligiga qaratdilar. Bu konlar cho'kindi jinslarning aniq majmualari bilan bog'liq.

Bunda ayrim mahsuldor majmualar boshqalaridan o'tkazmaydigan jinslar (tuz, angidridlar) deb ataluvchi katta qalinlikdagi majmualar bilan ajralib turadi. Bu esa bir majmuadagi neft va gazlarning boshqasiga o'lmasligini keng miqyosda ta'minlaydi. Neft va gaz konlari ko'pincha o'tkazmaydigan jinslar bilan o'ralgan o'tkazuvchi jinslar linzalarda joylashishi aniqlangan.

Cho'kindi jinslar tarkibini bevosita o'rganish natijalari juda qiziq bo'ldi. Hamma cho'kindilarda - yuqori arxeydan boshlab (ya'ni Yerda hayot boshlangan vaqtdan) to hozirgi cho'kindilargacha - har doim tarqalgan organik moddalar va ularning o'zgargan mahsulotlari bor. Jinslardagi organik moddaning umumiy miqdori cho'kindi jinslar massasining 0,2-0,9% oralig'ida o'zgaradi. Ammo cho'kindi jinslarning juda qalin qatlamlari orasida organik moddalar bilan boyigan jinslarning ayrim qatlamlari bor. Masalan, gil qumlarga va karbonatlarga nisbatan o'rtacha 2-4 marta organik moddalarga boy.

Cho'kindi jinslar tarkibidagi organik moddalar nimalardan iborat? Ular turlicha ta'riflanishi mumkin, xususan, moddani organik erituvchilariga; xloroformga, to'rt xloridli uglerodga, benzolga, efirga va boshqalarga nisbatan ta'riflanishi misoli shular jumlasidandir. Ulardagi moddalarning eruvchanlik darajasiga qarab cho'kindi jinslarning organik moddalari uchta fraksiyaga bo'linadi: bitumoidlar. guminali kislotalar va kerogen.

Bitumoidlar - organik moddalar qismi bo'lib ulardan organik erituvchilar ta'sirida olinishi mumkin.

Bitumoidlar tarqoq organik modda umumiy hajmining foiz ulushidan to 10-15% qismini tashkil etadi. Ular tarkibi bo'yicha uyumlardagi neft tarkibiga o'xshash. Ularda 5% dan 55% gacha suyuq va qattiq uglevodorodlarning uchala guruhi mavjud. Hamma tarqoq organik moddalarda uglevodorodlarning umumiy miqdori 0,05%i dan 2% gacha o'zgarib turadi. Bu esa olimlarni ushbu xulosaga olib keldi: cho'kindilar organik moddalarga qancha boy bo'lsa va ulardan olinadigan bitumoid qancha yuqori bo'lsa, ulardan olinadigan uglevodorodlar shuncha ko'p bo'ladi. Guminali kislotalar tarqoq organik moddalarga ishqorli ishlov berish natijasida olinadi. Tarqoq organik moddalar umumiy massasining 15-20% guminli kislotalardir. Organik moddaning erimaydigan qoldig'i kerogen deyiladi (grekcha "keros" mum, ''gennao" tug'aman). Kerogen tarkibi va xossalariga ko'ra qo'ng'ir va tosh ko'mirga o'xshaydi. Uning miqdori tarqoq organik modda umumiy massasining 70-80 foizidan ortiqdir.

Organik yo'l bilan neft olish mumkinligini tasdiqlash uchun maxsus ilmiy tatqiqotlar o'tkazildi. Taxminan yuz yil avval nemis kimyogari K.Engler birinchi bolib moyni 1 MPa bosim va 420°C haroratda haydashni amalga oshirdi. Natijada 492 kg baliq moyidan zichligi 0,8105 bo'lgan 299 kg yog' (61%), yonuvchi gaz va suv olindi. Yog'ning 90% jigar rangdagi uglevodorodlardan iborat edi. Yog'ni bo’lib haydalgandan so'ng uning past fraksiyalarida asosan metanli uglevodorodlar paydo bo'ldi (pentandan boshlab va yuqori). 300°C dan yuqori haroratda qaynagan fraksiyadan parafin ajralib chiqdi. Undan tashqari, tarkibida juda kam miqdorda olefinlar, naftenlar va aromatik uglevodorodlar bo'lgan surtma yog'lar olindi. Tarkibi bo'yicha tabiiy neftlardan farq qiluvchi moylarni bosim ostida haydash natijasida hosil bo'lgan bu mahsulotga K.Engler "protopetroleum" (grekcha "protos" - birinchi, inglizcha "petroleum" neft) degan nom berdi. K.Engler nemis geologi G.Gyofer bilan birgalikda bu tajribaga asoslanib, neft hayvon moylaridan hosil bo'lgan, degan xulosa chiqardilar.

Ammo shu davrning o'zida K.Engler va boshqa tadqiqotchilar tomonidan chakamux, zaytun va boshqa o'simlik yog'laridan ham uglevodorodlar olingan edi.

XX asrning boshlarida G.Potonye neft suv o'tlari va hayvon qoldiqlarining aralashmasidan hosil bo'lgan ashyodan - soprapeldan chiqqan degan farazni ilgari surdi. Soprapel suv o'tlari va hayvon qoldiqlari bilan boy ko'l va ko'rfazlardagi loyqa va chirigan balchiqdir. 1919-yilda akademik N.D.Zelinskiy Balxash ko'lidagi soprapelni qayta haydadi. Natijada beqaror (xom) qoramoy (63,2%), koks (16,0%) va gaz (20,8%) ajralib chiqadi. Gaz metan, uglerod ikki oksidi, vodorod va vodorod sulfitdan iborat edi. Suvsiz qoramoyni ikkinchi marta qayta haydalganda benzin, kerosin va og'ir moylar ajratib olindi. Benzin tarkibi to’yingan uglevodorodlar, naftenli uglevodorodlardan, aromatik uglevodorodlardan iborat.

1912-yilda K.Engler neftning hosil bo'lish jarayonida tabiiy alyumosilikatlarning (gillarning) muayyan o'rni haqida taxmin qildi. 1921-yilda yapon olimi Kobayasi baliq moyini bosimsiz qayta haydab sun’iy neft oldi, katalizator qo'ygandan keyin esa alyumin gidrosilikatini oldi. Shunga o'xshash tajribalarni boshqa tadqiqotchilar ham o'tkazdilar. Bu esa tadqiqotchilarni tabiiy sharoitda tarkibida dastlabki tarqoq organik moddalar bo'lgan gilli qatlamlar bunday katalizatorlar bo'lishi mumkin degan fikrga olib keldi.

Akademik A.D.Arxangelskiy mana shu gilli jinslarda tarqoq organik moddalarning qayta o'zgarishini ko'rsatdi. Shuning uchun gilli jinslar neft hosil qiluvchi yoki neft yaratuvchi jinslar deb atala boshlandi. I.M.Gubkin balchiqlardagi tarqoq organik moddalardan neftning hosil bo'lishi cho'kindi jinsli qatlamlarning juda keng maydonlarda sodir bo'layotgan o'lkaviy jarayonlardan iborat ekanligini ko'rsatdi.

Hozirgi vaqtda organik konsepsiya nuqtayi nazaridan neft va yonuvchi gazlarning hosil bo'lishi quyidagicha talqin qilinadi.

Dengiz va ko'llardagi suvning yuqori qatlamlari plankton deb ataluvchi mayda organizmlardan, asosan, suv o'tlaridan hamda qisqichbaqasimonlardan iborat. Mana shular tufayli cho'kindilarda organik moddalarning asosiy massasi hosil bo'lgan. Plankton qurib nobud bo'lgandan keyin katta miqdordagi o'simlik va hayvon organizmlari qoldiqlari havzalar tubiga cho'kib, mineral zarrachalar orasiga tarqaladi va balchiqlarda to'planadi.

Tarqoq organik moddalardan juda katta miqdorda suyuq uglevodorodlar mikroneft hosil bo'ladi. Bu yerdagi harorat 60 dan 160°C gacha bo'ladi. Bu zonani N.B.Vassoyevich neft hosil bo'lish o'chog'i yoki neft hosil bo'lishining bosh zonasi deb atadi. Keyinchalik u bu zonaning quyi chegarasini 6 km tushirdi. Mana shu chuqurlikkacha neft hosil bo'lishi mumkin. Katta chuqurlikda (bu chuqurliklardagi harorat 150-200°C yuqori bo'ladi) asosan metan hosil bo'ladi. Bu mintaqani gaz hosil bo'luvchi asosiy zona sifatida S.G.Neruchev, O.M.Akramxo'jayev va boshqa olimlar ham ajratishgan.

1) Muhim savollardan biri bo'lib tarqoq neftni – mikroneftni turli miqyosdagi uglevodorod to'plariga to'planish mexanizmi hisoblanadi. Qaralayotgan konsepsiyaga muvofiq gil va ohakli balchiqlar neft hosil qiluvchi jinslardir.

2) Ular chuqurlashgan va zichlashgan sari, tarqoq neft gaz holatidagi uglevodorodlar va suv bilan birgalikda balchiqlardan yuqori yotuvchi g'ovak jinslarga (qumtoshlar va boshqalar) siqib chiqarila boshlanadi. Bu jarayon birlamchi ko'chish (lotincha "migrasio" - ko'chish) deb ataladi. Bu jarayon bilan cho'kindilarda ko'milgan tarqoq organik moddalar o'zgarishining uchinchi - termokatalilik (grekcha "lerme" issiqlik, ''katalisis" erish, bo'linish) bosqichi tugaydi.

G'ovak jinslarga tushgan mikroneft o'zining kimyoviy tarkibi bo'yicha hali haqiqiy neftga mos kelmaydi. Unda hali yengil komponentlar mavjud emas, og'irroq qismida esa uglevodorodning hamma guruhlari yo'q. Mikroneft g’ovak muhitdagina haqiqiy neft xossalariga ega bo'ladi.

Keyingi tektonik o'zgarishlar vaqtida gravitatsiya va boshqa kuchlar ta'siri ostida mikroneft qatlamlarining qiyaligi bo'yicha sekin yuqoriga siljiy boshlaydi. Shunday qilib, neft va tabiiy gazlarning ikkinchi ko'chishi boshlanadi. I.M.Gubkinning fikricha bu vaqtni neft koni shakllanishining boshlanishi desa bo'ladi. Bu jarayonning o'tmishda bo'lganligiga quyidagi kuzatishlar misol bo'ladi. 1934-yilda T.L.Ginzburg-Karagicheva boshchiligidagi kimyogarlar Qora dengizdagi hozirgi balchiqlarda uglevodorodlar borligini aniqladilar. 1950-yilda V.V.Veber va boshqa tadqiqotchilar Taman yarim orolidagi ko'l, ko'rfaz va qo'ltiqlardagi hozirgi cho'kindilarning gaz fazasida metandan ham og'irroq uglevodorodlar borligini aniqladilar. O'sha yilning o'zida amerikalik olim P.V.Smit Meksika ko'rfazida, Tinch okeanining Kaliforniya qirg'oqlarida, Orinoko daryosining deltasida va boshqa joylardagi hozirgi cho'kindilarda uglevodorodlar borligini aniqladi. Keyinchalik neftli uglevodorodlar hamma suv havzalarining hozirgi cho'kindilarida aniqlandi. Missisipi, Volga va boshqa daryolar deltallarida metan gazining to'plangan joylari aniqlangan.

Xitoydagi Shanxay tumanida joylashgan Yanszi daryosi, Vyetnamdagi Txay-Bin provinsiyasida joylashgan Qizil daryosi delta cho'kindilaridan uncha chuqur bo'lmagan (15-30 m) quduqlar yordamida gaz olinib, mahalliy aholining turmush ehtiyojlari uchun foydalanilgan.

Hozirgi zamon cho'kindilarida uglevodorodlarning borligi, cho'kindilardagi tarqoq organik moddalarning neftga aylanishidagi dastlabki bosqich mahsuli ekanligini taxmin qilishga asos bo'ladi. Yuqorida ta'kidlaganimizdek, neftning noorganik kelib chiqishi haqidagi dastlabki taxminni aytgan olimlardan biri M.V.Lomonosov (1742-y.) edi.

XIX asrning boshlarida mashhur nemis tabiatshunosi A.Gumboldt neftning chuqurlikda kelib chiqishini aytgan. U, jumladan, hozirgi vaqtda harakatdagi vulqonlaniing mahsuloti tarkibida uglevodorodlarning borligiga asoslandi. 1866-yilda fransuz kimyogari P.Bertlo tajribalar o'tkaza turib, atsetilenni juda past haroratda og'ir uglevodorodlarga o'tishi mumkinligini aniqladi. U mana shunga asoslanib, umumiy xulosa chiqardi: meteoritlarning uglevodorodli birikmalari sun'iy yo’l bilan hosil bo'lgan chamasi va sayyoralar massasidagi uglevodorodlar ham xuddi shu yo'l bilan yuzaga kelgan.

Keyinchalik neftning noorganik hosil bo’lish konsepsiyasining turli variantlari ishlab chiqildi. Bu variantlarning eng e'tiborlisi rus olimi D.I.Mendeleyev ishlab chiqqan mineralli (karbidli) farazdir. U 1877-yilda Rus kimyogarlari jamiyatining yig'ilishida o'z qarashlarini bayon qildi. D.I.Mendeleyev o'z farazini bunday ta'rifladi: "Daraxtni, suv o'tlarini va o'simlik qoldiqlarini quruq qayta haydalganda moylarning yemirilishidagi kabi - harorat ta'sirida neft uglevodorodiga o'xshash uglevodorodlar hosil bo'ladi, natijada xayolingiz birinchi navbatda mana shu neft hosil bo'lish manbayiga qaratiladi. Ammo neftning o'simlik qoldiqlaridan hosil bo'lganligi haqidagi fаrаz albatta yemirilishning asosiy qoldig'i bo’lgan ko'mirni nazarda tutadi. Neft esa Pensilvaniya va Kanadaning silur va devon davri yotqiziqlarida ham uchrab turadi, ularning tarkibida esa ko'mir yo'q hamda u davrlar organizmlarga uncha boy emas.

1) Toshko'mir, yura va umuman yangi davrlardagi o'simlik qoldiqlaridan toshko'mir hosil bolgan, ularning tarkibi va tuzilishiga qarab, ular torf kabi parchalanishga uchragan, biroq suyuq uglevodorodlar neftda bor massadan hosil bo'la olmaydi.

Neftni suv bosishgacha bo’lgan deyilsa, biz uchta tushuntirish murakkab bo'lgan qiyinchiliklarga duch kelamiz: hayvon qoldiqlari juda ko'p nitrit moddalar berishi kerak edi, lekin ular neftda juda kam;

2) ochilgan konlardagi neft massasining juda ko'pligi bilan hayvon tanasidagi moyning juda kamligini mos kelmasligi;

3) neft konlarining tog' tizmalari bilan parallelligi mutloq tushunarsiz qolmoqda.

D.I.Mendeleyev geologik faktlarga qarab bunday deydi: "Neft hatto silur davridagi jinslarda ham aniqlangan, bu jinslar yerdagi hayotning shunday davriga to'g'ri keladiki, ularda organizmlarning juda kam qoldiqlari qolgan. Neft yerning yuqori qatlamlaridan pastki (juda qadimgi) qatlamlariga o'ta olmaydi, negaki u suv yuziga qalqib chiqadi (suv esa yerning hamma qatlamlariga o'tadi), shuning uchun neft suv sirtiga o'tishga harakat qiladi. Neft konlari tog'oldi mintaqalarida bo'lib, tog' yo'nalishi bilan parallel bo'lgani uchun neftning organik qoldiqlardan hosil bo'lgani juda shubhalidir, ehtimolga yaqini neftning hosil bo'lishini tog'larning o'sishida paydo bo’lgan yoriqlar orqali o'tib yer qa'ridagi tarkibida qizigan metall bo'lgan yadrogacha o'tadigan suv ta'siri natijasi deyish mumkin (yadroni yer ichida deb olishimiz zarur). Meteoritlardagi temir tarkibida ko'pincha uglerod (cho'yanga o'xshash) bo'lgani uchun yer ichidagi yetib bo'lmaydigan chuqurliklarda bunday uglerod temir bor deb, neft tog' tizmalarning o'sishida paydo bo'lgan jinslaridagi yoriqlar orqali oqib o'tadigan suv ta'siri natijasida hosil bo'lgan deyish mumkin, negaki suv uglerodli temir bilan birga temirli oksidlarni va uglevodorodlarni berishi kerak. To'g'ridan-to'g'ri tajribalar shuni ko'rsatadiki (Kloes, Mendeleyev va boshqalar), oynasimon (manganatli, uglerodga boy, kimyoviy bog'liq) cho'yan kislotalar bilan ishlov berilganda suyuq uglevodorodlarni beradi, bu suyuq uglevodorodlar tarkibi, ko'rinishi va xossalari bo’yicha neft bilan bir xil, uglerodli uran esa suv ta'siri ostida uglevodorodlarni to'g'ridan-to'g'ri beradi..."

D.I.Mendeleyev davom etadi: “Suv yer qa'riga kirib neft va suv bug'larining aralashmasini hosil qiladi, bu aralashma esa Yer qatlamining sovuq qismlariga yoriqlardan chiqadi. Neft bug'lari quyuqlashib neft hosil qiladi, agar to'siqlar bo'lmasa ular yer va suv sirtiga chiqar edi. Neftning bir qismini jinslar shimib oladi (balki shuning uchun ko'pgina smolali slaneslar, bogxetlar, domanikit va boshqalar yonuvchi mahsulotlardir), ikkinchi qismi suv ustida suzib, oksidlanadi, bug'lanadi va qirg'oqlarga yorib chiqadi, katta qismi esa yonib CO₂ va H₂O hosil qiladi. Agar yer qa'ridagi suv va neft bug'larining aralashmasi yer sirtiga to'g'ridan-to'g'ri chiqa olmasa, u yoriqlar bo'yicha yer sirtiga, sovuqroq qatlamlarga chiqib va u yerda sovushi kerak.”