În timpul lecției vei putea studia tema „Surse naturale de hidrocarburi. Rafinarea petrolului". Peste 90% din toată energia consumată în prezent de umanitate este obținută din compuși organici naturali fosili. Veți afla despre resursele naturale (gaze naturale, petrol, cărbune), ce se întâmplă cu petrolul după extragerea acestuia.
Tema: Hidrocarburi saturate
Lecția: Surse naturale de hidrocarburi
Aproximativ 90% din energia consumată de civilizația modernă este generată din arderea combustibililor fosili naturali - gaze naturale, petrol și cărbune.
Rusia este o țară bogat în rezerve combustibili fosili naturali. Există rezerve mari de petrol și gaze naturale în Siberia de Vest și Urali. Cărbunele este extras în bazinele Kuznetsk, South Yakutsk și în alte regiuni.
Gaz natural constă în medie 95% metan în volum.
Pe lângă metan, gazele naturale din diverse câmpuri conțin azot, dioxid de carbon, heliu, hidrogen sulfurat, precum și alcani ușori - etan, propan și butani.
Gazele naturale sunt extrase din zăcăminte subterane unde se află sub presiune ridicată. Metanul și alte hidrocarburi se formează din substanțe organice de origine vegetală și animală în timpul descompunerii lor fără acces la aer. Metanul se formează în mod constant ca urmare a activității microorganismelor.
Metan descoperit pe planete sistem solarși tovarășii lor.
Metanul pur nu are miros. Cu toate acestea, gazul folosit în viața de zi cu zi are o caracteristică miros urât. Așa miros aditivii speciali - mercaptani. Mirosul de mercaptani vă permite să detectați la timp o scurgere de gaz casnic. Amestecuri de metan cu aer sunt exploziveîntr-o gamă largă de rapoarte - de la 5 la 15% gaz în volum. Prin urmare, dacă simțiți miros de gaz într-o cameră, nu ar trebui doar să aprindeți un foc, ci și să nu folosiți întrerupătoare electrice. Cea mai mică scânteie poate provoca o explozie.
Orez. 1. Petrol din diferite domenii
Ulei- un lichid gros asemanator uleiului. Culoarea sa variază de la galben deschis la maro și negru.
Orez. 2. Câmpuri de petrol
Compoziția petrolului din diferite domenii variază foarte mult. Orez. 1. Partea principală a petrolului este hidrocarburile care conțin 5 sau mai mulți atomi de carbon. Practic, aceste hidrocarburi sunt clasificate drept limitative, adică. alcani. Orez. 2.
Uleiul contine si compusi organici care contin sulf, oxigen, azot.Uleiul contine apa si impuritati anorganice.
Gazele care sunt eliberate în timpul producerii sale sunt dizolvate în ulei - gazele petroliere asociate. Acestea sunt metan, etan, propan, butani cu amestecuri de azot, dioxid de carbon și hidrogen sulfurat.
Cărbune, ca și uleiul, este un amestec complex. Ponderea carbonului în el reprezintă 80-90%. Restul este hidrogen, oxigen, sulf, azot și alte câteva elemente. În cărbune brun proporția de carbon și materie organică este mai mică decât în piatră. Chiar și mai puțină materie organică în șisturi petroliere.
În industrie, cărbunele este încălzit la 900-1100 0 C fără acces la aer. Acest proces se numește cocsificabil. Rezultatul este cocs cu un conținut ridicat de carbon, necesar pentru metalurgie, gaz de cocs și gudron de cărbune. Multe substanțe organice sunt eliberate din gaz și gudron. Orez. 3.
Orez. 3. Construcția unui cuptor de cocs
Gazele naturale și petrolul sunt cele mai importante surse de materii prime pentru industria chimică. Uleiul așa cum este extras sau „țițeiul” este greu de folosit chiar și ca combustibil. Prin urmare, țițeiul este împărțit în fracții (din engleză „fracție” - „parte”), folosind diferențele în punctele de fierbere ale substanțelor sale constitutive.
Metoda de separare a uleiului bazată pe temperaturi diferite fierberea hidrocarburilor sale constitutive se numește distilare sau distilare. Orez. 4.
Orez. 4. Produse petroliere
Fracția care distilează de la aproximativ 50 la 180 0 C se numește benzină.
Kerosenul fierbe la temperaturi de 180-300 0 C.
Se numește un reziduu gros negru care nu conține substanțe volatile păcură.
Există, de asemenea, o serie de fracții intermediare care fierb în intervale mai înguste - eteri de petrol (40-70 0 C și 70-100 0 C), spirit alb (149-204 ° C) și motorină (200-500 0 C) . Sunt folosiți ca solvenți. Păcură poate fi distilată sub presiune redusă pentru a produce uleiuri lubrifiante și parafină. Reziduu solid din distilarea păcurului - asfalt. Este utilizat pentru producția de suprafețe rutiere.
Prelucrarea gazelor petroliere asociate este o industrie separată și produce o serie de produse valoroase.
Rezumând lecția
În timpul lecției ați studiat tema „Surse naturale de hidrocarburi. Rafinarea petrolului". Peste 90% din toată energia consumată în prezent de umanitate este obținută din compuși organici naturali fosili. Ați învățat despre resursele naturale (gaze naturale, petrol, cărbune), ce se întâmplă cu petrolul după extragerea acestuia.
Bibliografie
1. Rudzitis G.E. Chimie. Fundamentele chimiei generale. Clasa a X-a: manual pentru instituțiile de învățământ general: un nivel de bază al/ G. E. Rudzitis, F. G. Feldman. - ediția a XIV-a. - M.: Educație, 2012.
2. Chimie. Clasa 10. Nivel de profil: academic. pentru învăţământul general instituții/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin și colab. - M.: Bustard, 2008. - 463 p.
3. Chimie. Clasa a 11a. Nivel de profil: academic. pentru învăţământul general instituții/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin și colab. - M.: Bustard, 2010. - 462 p.
4. Hhomcenko G.P., Hhomcenko I.G. Culegere de probleme de chimie pentru cei care intră în universități. - Ed. a 4-a. - M.: RIA „New Wave”: Editura Umerenkov, 2012. - 278 p.
Teme pentru acasă
1. Nr. 3, 6 (p. 74) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Chimie: chimie organică. Clasa a X-a: manual pentru instituţiile de învăţământ general: nivel de bază / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - ediția a XIV-a. - M.: Educație, 2012.
2. Cum diferă gazele petroliere asociate de gazele naturale?
3. Cum este distilat uleiul?
Cele mai importante surse naturale de hidrocarburi sunt ulei , gaz natural Și cărbune . Ele formează depozite bogate în diferite regiuni ale Pământului.
Anterior, produsele naturale extrase erau folosite exclusiv ca combustibil. În prezent, metodele de prelucrare a acestora au fost dezvoltate și sunt utilizate pe scară largă, făcând posibilă izolarea hidrocarburilor valoroase, care sunt utilizate atât ca combustibil de înaltă calitate, cât și ca materii prime pentru diferite sinteze organice. Prelucrează surse naturale de materii prime industria petrochimică . Să ne uităm la principalele metode de prelucrare a hidrocarburilor naturale.
Cea mai valoroasă sursă de materii prime naturale este ulei . Este un lichid uleios de culoare maro închis sau negru cu miros caracteristic, practic insolubil în apă. Densitatea uleiului este 0,73–0,97 g/cm3. Petrolul este un amestec complex de diferite hidrocarburi lichide în care sunt dizolvate hidrocarburi gazoase și solide, iar compoziția petrolului din diferite câmpuri poate diferi. Alcanii, cicloalcanii, hidrocarburile aromatice, precum și compușii organici care conțin oxigen, sulf și azot pot fi prezenți în ulei în proporții diferite.
Țițeiul practic nu este folosit, dar este procesat.
Distinge rafinarea petrolului primar (distilare ), adică împărțindu-l în fracții cu diferite puncte de fierbere și reciclare (cracare ), timp în care se modifică structura hidrocarburilor
dovs incluse în componența sa.
Rafinarea petrolului primar se bazează pe faptul că, cu cât este mai mare punctul de fierbere al hidrocarburilor, cu atât este mai mare masa molară a acestora. Uleiul conține compuși cu puncte de fierbere de la 30 la 550°C. Ca urmare a distilării, uleiul este împărțit în fracții care fierb la diferite temperaturi și conțin amestecuri de hidrocarburi cu mase molare diferite. Aceste fracții au o varietate de utilizări (vezi Tabelul 10.2).
Tabelul 10.2. Produse de rafinare primară a petrolului.
| Fracțiune | Punct de fierbere, °C | Compus | Aplicație |
| Gaz lichefiat | <30 | Hidrocarburi C3-C4 | Combustibili gazoși, materii prime pentru industria chimică |
| Benzină | 40-200 | Hidrocarburi C 5 – C 9 | Combustibil pentru aviație și automobile, solvent |
| Nafta | 150-250 | Hidrocarburi C 9 – C 12 | Combustibil diesel, solvent |
| Kerosenul | 180-300 | Hidrocarburi C9-C16 | Combustibil pentru motoare diesel, combustibil de uz casnic, combustibil pentru iluminat |
| Motorina | 250-360 | Hidrocarburi C 12 -C 35 | Combustibil diesel, materie primă pentru cracare catalitică |
| Păcură | > 360 | Hidrocarburi superioare, substanțe care conțin O-, N-, S-, Me | Combustibil pentru centralele de cazane și cuptoare industriale, materii prime pentru distilare ulterioară |
Păcură reprezintă aproximativ jumătate din masa uleiului. Prin urmare, este supus și procesării termice. Pentru a preveni descompunerea, păcurul este distilat sub presiune redusă. În acest caz, se obțin mai multe fracții: hidrocarburi lichide, care sunt folosite ca uleiuri lubrifiante ; amestec de hidrocarburi lichide si solide - petrolatum , folosit la prepararea unguentelor; amestec de hidrocarburi solide - parafină , folosit pentru producerea de lac de pantofi, lumânări, chibrituri și creioane, precum și pentru impregnarea lemnului; reziduu nevolatil - gudron , folosit la producerea bitumului rutier, pentru constructii si acoperisuri.
Reciclarea uleiului implică reacții chimice care modifică compoziția și structura chimică a hidrocarburilor. Varietatea sa este
ty – cracare termică, cracare catalitică, reformare catalitică.
Fisura termica de obicei supuse păcurului și altor fracțiuni grele de ulei. La o temperatură de 450-550°C și o presiune de 2-7 MPa, moleculele de hidrocarburi sunt împărțite prin mecanismul radicalilor liberi în fragmente cu un număr mai mic de atomi de carbon și se formează compuși saturați și nesaturați:
S 16 H 34 ¾® S 8 H 18 + S 8 H 16
C8H18¾®C4H10 +C4H8
Această metodă este utilizată pentru obținerea benzinei de motor.
Cracare catalitică efectuată în prezența catalizatorilor (de obicei aluminosilicați) la presiune atmosferică iar temperatura 550 - 600°C. În același timp, benzina de aviație este produsă din kerosen și fracțiuni de petrol din petrol.
Descompunerea hidrocarburilor în prezența aluminosilicaților are loc conform mecanismului ionic și este însoțită de izomerizare, adică. formarea unui amestec de hidrocarburi saturate și nesaturate cu un schelet de carbon ramificat, de exemplu:
CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3
pisică., t||
C 16 H 34 ¾¾® CH 3 -C -C-CH 3 + CH 3 -C = C - CH-CH 3
Reformare catalitică efectuat la o temperatură de 470-540°C și o presiune de 1–5 MPa folosind catalizatori de platină sau platină-reniu depuși pe o bază de Al 2 O 3. În aceste condiţii, transformarea parafinelor şi
cicloparafinele petrolului în hidrocarburi aromatice
pisică., t, p
¾¾¾¾® + 3Н 2
pisică., t, p
C 6 H 14 ¾¾¾¾® + 4H 2
Procesele catalitice fac posibilă obținerea de benzină de calitate îmbunătățită datorită conținutului ridicat de hidrocarburi ramificate și aromatice. Calitatea benzinei se caracterizează prin ea cifra octanica. Cu cât amestecul de combustibil și aer este comprimat mai mult de pistoane, cu atât puterea motorului este mai mare. Cu toate acestea, compresia poate fi efectuată doar până la o anumită limită, peste care are loc detonarea (explozia).
amestec de gaze, provocând supraîncălzirea și uzura prematură a motorului. Parafinele normale au cea mai scăzută rezistență la detonare. Cu o scădere a lungimii lanțului, o creștere a ramificării sale și a numărului de duble
Crește numărul de conexiuni; este deosebit de bogat în hidrocarburi aromatice
înainte de a naște. Pentru a evalua rezistența la detonare a diferitelor tipuri de benzină, acestea sunt comparate cu indicatori similari pentru amestec izooctan Și n-hep-tana cu diferite rapoarte ale componentelor; cifra octanica egal cu procentul de izooctan din acest amestec. Cu cât este mai mare, cu atât calitatea benzinei este mai mare. Cifra octanica poate fi crescuta si prin adaugarea de agenti antidetonantii speciali, de exemplu, plumb tetraetil Pb(C2H5)4, totuși, o astfel de benzină și produsele sale de combustie sunt toxice.
Pe lângă combustibilul lichid, procesele catalitice produc hidrocarburi gazoase mai mici, care sunt apoi folosite ca materii prime pentru sinteza organică.
O altă sursă naturală importantă de hidrocarburi, a cărei importanță este în continuă creștere, este gaz natural. Conține până la 98% vol. metan, 2–3% vol. omologii săi cei mai apropiați, precum și impuritățile de hidrogen sulfurat, azot, dioxid de carbon, gaze nobile și apă. Gaze eliberate în timpul producției de petrol ( trecere ), conțin mai puțin metan, dar mai mulți omologi.
Gazul natural este folosit drept combustibil. În plus, hidrocarburile saturate individuale sunt izolate din acesta prin distilare, precum și gaz de sinteză , constând în principal din CO și hidrogen; sunt folosite ca materii prime pentru diverse sinteze organice.
Minat în cantități mari cărbune – material solid eterogen de culoare neagră sau gri-negru. Este un amestec complex de diverși compuși cu greutate moleculară mare.
Cărbunele este folosit ca combustibil solid și este, de asemenea, supus cocsificabil – distilare uscata fara acces aer la 1000-1200°C. În urma acestui proces, se formează următoarele: Coca-Cola , care este grafit măcinat fin și este folosit în metalurgie ca agent reducător; gudron de cărbune , care este distilat pentru a produce hidrocarburi aromatice (benzen, toluen, xilen, fenol etc.) și pas folosit pentru prepararea pâslăi de acoperiș; apa cu amoniac Și gaz de cuptor de cocs , care conține aproximativ 60% hidrogen și 25% metan.
Astfel, sursele naturale de hidrocarburi furnizează
industria chimică cu o varietate de materii prime și relativ ieftine pentru realizarea sintezelor organice, care fac posibilă obținerea a numeroși compuși organici care nu se găsesc în natură, dar sunt necesari omului.
Schema generală de utilizare a materiilor prime naturale pentru sinteza organică și petrochimică de bază poate fi prezentată după cum urmează.
Arenas Gaz de sinteză Acetilenă AlcheneAlcani
Sinteză organică și petrochimică de bază
Sarcini de testare.
1222. Care este diferența dintre rafinarea primară a petrolului și rafinarea secundară?
1223. Ce compuși determină benzina de înaltă calitate?
1224. Sugerați o metodă care să facă posibilă obținerea alcoolului etilic din ulei.
În timpul lecției vei putea studia tema „Surse naturale de hidrocarburi. Rafinarea petrolului". Peste 90% din toată energia consumată în prezent de umanitate este obținută din compuși organici naturali fosili. Veți afla despre resursele naturale (gaze naturale, petrol, cărbune), ce se întâmplă cu petrolul după extragerea acestuia.
Tema: Hidrocarburi saturate
Lecția: Surse naturale de hidrocarburi
Aproximativ 90% din energia consumată de civilizația modernă este generată din arderea combustibililor fosili naturali - gaze naturale, petrol și cărbune.
Rusia este o țară bogată în rezerve naturale de combustibili fosili. Există rezerve mari de petrol și gaze naturale în Siberia de Vest și Urali. Cărbunele este extras în bazinele Kuznetsk, South Yakutsk și în alte regiuni.
Gaz natural constă în medie 95% metan în volum.
Pe lângă metan, gazele naturale din diverse câmpuri conțin azot, dioxid de carbon, heliu, hidrogen sulfurat, precum și alcani ușori - etan, propan și butani.
Gazele naturale sunt extrase din zăcăminte subterane unde se află sub presiune ridicată. Metanul și alte hidrocarburi se formează din substanțe organice de origine vegetală și animală în timpul descompunerii lor fără acces la aer. Metanul se formează în mod constant ca urmare a activității microorganismelor.
Metanul a fost descoperit pe planetele sistemului solar și pe sateliții acestora.
Metanul pur nu are miros. Cu toate acestea, gazul folosit în viața de zi cu zi are un miros neplăcut caracteristic. Așa miros aditivii speciali - mercaptani. Mirosul de mercaptani vă permite să detectați la timp o scurgere de gaz casnic. Amestecuri de metan cu aer sunt exploziveîntr-o gamă largă de rapoarte - de la 5 la 15% gaz în volum. Prin urmare, dacă simțiți miros de gaz într-o cameră, nu ar trebui doar să aprindeți un foc, ci și să nu folosiți întrerupătoare electrice. Cea mai mică scânteie poate provoca o explozie.
Orez. 1. Petrol din diferite domenii
Ulei- un lichid gros asemanator uleiului. Culoarea sa variază de la galben deschis la maro și negru.
Orez. 2. Câmpuri de petrol
Compoziția petrolului din diferite domenii variază foarte mult. Orez. 1. Partea principală a petrolului este hidrocarburile care conțin 5 sau mai mulți atomi de carbon. Practic, aceste hidrocarburi sunt clasificate drept limitative, adică. alcani. Orez. 2.
Uleiul contine si compusi organici care contin sulf, oxigen, azot.Uleiul contine apa si impuritati anorganice.
Gazele care sunt eliberate în timpul producerii sale sunt dizolvate în ulei - gazele petroliere asociate. Acestea sunt metan, etan, propan, butani cu amestecuri de azot, dioxid de carbon și hidrogen sulfurat.
Cărbune, ca și uleiul, este un amestec complex. Ponderea carbonului în el reprezintă 80-90%. Restul este hidrogen, oxigen, sulf, azot și alte câteva elemente. În cărbune brun proporția de carbon și materie organică este mai mică decât în piatră. Chiar și mai puțină materie organică în șisturi petroliere.
În industrie, cărbunele este încălzit la 900-1100 0 C fără acces la aer. Acest proces se numește cocsificabil. Rezultatul este cocs cu un conținut ridicat de carbon, necesar pentru metalurgie, gaz de cocs și gudron de cărbune. Multe substanțe organice sunt eliberate din gaz și gudron. Orez. 3.
Orez. 3. Construcția unui cuptor de cocs
Gazele naturale și petrolul sunt cele mai importante surse de materii prime pentru industria chimică. Uleiul așa cum este extras sau „țițeiul” este greu de folosit chiar și ca combustibil. Prin urmare, țițeiul este împărțit în fracții (din engleză „fracție” - „parte”), folosind diferențele în punctele de fierbere ale substanțelor sale constitutive.
Metoda de separare a uleiului pe baza diferitelor puncte de fierbere ale hidrocarburilor sale constitutive se numește distilare sau distilare. Orez. 4.
Orez. 4. Produse petroliere
Fracția care distilează de la aproximativ 50 la 180 0 C se numește benzină.
Kerosenul fierbe la temperaturi de 180-300 0 C.
Se numește un reziduu gros negru care nu conține substanțe volatile păcură.
Există, de asemenea, o serie de fracții intermediare care fierb în intervale mai înguste - eteri de petrol (40-70 0 C și 70-100 0 C), spirit alb (149-204 ° C) și motorină (200-500 0 C) . Sunt folosiți ca solvenți. Păcură poate fi distilată sub presiune redusă pentru a produce uleiuri lubrifiante și parafină. Reziduu solid din distilarea păcurului - asfalt. Este utilizat pentru producția de suprafețe rutiere.
Prelucrarea gazelor petroliere asociate este o industrie separată și produce o serie de produse valoroase.
Rezumând lecția
În timpul lecției ați studiat tema „Surse naturale de hidrocarburi. Rafinarea petrolului". Peste 90% din toată energia consumată în prezent de umanitate este obținută din compuși organici naturali fosili. Ați învățat despre resursele naturale (gaze naturale, petrol, cărbune), ce se întâmplă cu petrolul după extragerea acestuia.
Bibliografie
1. Rudzitis G.E. Chimie. Fundamentele chimiei generale. Clasa a X-a: manual pentru instituţiile de învăţământ general: nivel de bază / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - ediția a XIV-a. - M.: Educație, 2012.
2. Chimie. Clasa 10. Nivel de profil: academic. pentru învăţământul general instituții/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin și colab. - M.: Bustard, 2008. - 463 p.
3. Chimie. Clasa a 11a. Nivel de profil: academic. pentru învăţământul general instituții/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin și colab. - M.: Bustard, 2010. - 462 p.
4. Hhomcenko G.P., Hhomcenko I.G. Culegere de probleme de chimie pentru cei care intră în universități. - Ed. a 4-a. - M.: RIA „New Wave”: Editura Umerenkov, 2012. - 278 p.
Teme pentru acasă
1. Nr. 3, 6 (p. 74) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Chimie: chimie organică. Clasa a X-a: manual pentru instituţiile de învăţământ general: nivel de bază / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - ediția a XIV-a. - M.: Educație, 2012.
2. Cum diferă gazele petroliere asociate de gazele naturale?
3. Cum este distilat uleiul?
Disputele legate de forma Pământului nu diminuează importanța conținutului său. Cea mai importantă resursă a fost întotdeauna apa subterană. Ele oferă o nevoie prioritară corpul uman. Cu toate acestea, fără combustibilii fosili, care sunt principalul furnizor de energie pentru civilizația umană, viața umană pare cu totul diferită.
Combustibilul este o sursă de energie
Dintre toate fosilele ascunse în adâncurile Pământului, combustibilul aparține tipului combustibil (sau sedimentar).
Baza este hidrocarbură, așa că unul dintre efectele reacției de ardere este eliberarea de energie, care poate fi folosită cu ușurință pentru a îmbunătăți confortul vieții umane. In spate ultimul deceniu Aproximativ 90% din toată energia folosită pe Pământ a fost produsă folosind combustibili fosili. Acest fapt ne dă multe de gândit, având în vedere că bogățiile din interiorul planetei sunt surse de energie neregenerabile și se epuizează în timp.
Tipuri de combustibil
Principalii combustibili |
|||
greu | lichid | gazos | dispersat |
Furnizorii tuturor combustibililor fosili sunt petrolul, cărbunele și gazele naturale.
Utilizare scurtă ca combustibil
Materiile prime pentru producerea resurselor energetice sunt petrolul, cărbunele, șisturile bituminoase, gazele naturale, hidrații de gaz și turba.
Ulei- un lichid legat de fosile combustibile (sedimentare). Constă din hidrocarburi și altele elemente chimice. Culoarea lichidului, în funcție de compoziție, variază între maro deschis, maro închis și negru. Compozițiile de culoare galben-verde și incoloră sunt rareori găsite. Prezența elementelor care conțin azot, sulf și oxigen în ulei determină culoarea și mirosul acestuia.
Cărbune- nume de origine latină. Carbō este numele internațional pentru carbon. Compoziția conține mase de bitum și resturi vegetale. Acesta este un compus organic care a devenit obiectul unei descompunere lentă sub influența factorilor externi (geologici și biologici).
șisturi bituminoase, ca cărbunele, sunt un reprezentant al grupului de fosile solide combustibile, sau caustobiolite (care s-au tradus literalmente din greacă sunete ca „piatră de viață combustibilă”). În timpul distilării uscate (sub influența temperaturilor ridicate) formează rășini de natură similară compoziție chimică la ulei. Compoziția șisturilor este dominată de minerale(calcid, dolomit, cuarț, pirit etc.), dar există și organice (kerogen), care doar în roci de calitate superioară ajung la 50% din compoziția totală.
Gaz natural- o substanta gazoasa formata in timpul descompunerii substantelor organice. În intestinele Pământului există trei tipuri de acumulare de amestecuri de gaze: acumulări individuale, capace de gaze ale câmpurilor petroliere și ca parte a petrolului sau apei. La optim condiții climatice substanța este doar în stare gazoasă. Poate fi găsit în intestinele pământului sub formă de cristale (hidrati de gaze naturale).
Hidrații de gaz- formațiuni cristaline formate din apă și gaz în anumite condiții. Ei aparțin grupului de compuși cu compoziție variabilă.
Turbă- rocă afanată folosită ca combustibil, material termoizolant, îngrășământ. Este un mineral cu gaz și este folosit ca combustibil în multe regiuni.
Origine
Tot ce omul modern se extrage din intestinele pământului și este o resursă naturală neregenerabilă. A fost nevoie de milioane de ani și de condiții geologice speciale pentru apariția lor. Un numar mare de combustibilii fosili s-au format în Mezozoic.
Ulei- conform teoriei biogene a originii sale, formarea a durat sute de milioane de ani din substanțele organice ale rocilor sedimentare.
Cărbune- se formează atunci când materialul vegetal în descompunere este completat mai repede decât are loc descompunerea acestuia. Mlaștinile sunt un loc potrivit pentru un astfel de proces. Apa stătătoare protejează stratul de masă vegetală de distrugerea completă de către bacterii datorită conținutului său scăzut de oxigen. Cărbunele este împărțit în humic (provine din resturi de lemn, frunze, tulpini) și sapropelit (format în principal din alge).
Materia primă pentru formarea cărbunelui poate fi numită turbă. Dacă este scufundat sub straturi de sedimente, apa și gazele se pierd sub compresie și se formează cărbune.
șisturi bituminoase- componenta organică se formează folosind transformări biochimice ale celor mai simple alge. Împărțit în două tipuri: talomoalginit (conține alge cu intacte structura celulara) și coloalginită (alge cu pierderea structurii celulare).
Gaz natural- conform aceleiași teorii a originii biogenice a fosilelor, gazele naturale se formează la valori de presiune și temperatură mai mari decât petrolul, ceea ce este dovedit de apariția mai profundă a depozitelor. Ele sunt formate din aceeași material natural(rămășițe de organisme vii).
Hidrații de gaz- sunt formatiuni al caror aspect necesita conditii termobarice speciale. Prin urmare, ele se formează în principal pe sedimentele de pe fundul mării și pe roci înghețate. Ele se pot forma și pe pereții țevilor în timpul producției de gaz și, prin urmare, fosila este încălzită la o temperatură peste formarea de hidrat.
Turbă- formată în condiţii de mlaştină din resturi vegetale organice incomplet descompuse. Depus pe suprafața solului.
Productie
Cărbunele și gazele naturale diferă nu numai prin modul în care ies la suprafață. Depozitele de gaze sunt situate mai adânc decât altele - de la unul la câțiva kilometri adâncime. Substanța este situată în porii rezervoarelor (un strat care conține gaz natural). Forța care forțează substanța să se ridice în sus este diferența de presiune în formațiunile subterane și în sistemul de colectare. Extracția are loc folosind puțuri, pe care încearcă să le distribuie uniform pe întregul câmp. Extracția combustibilului evită astfel fluxurile de gaz între locații și udarea intempestivă a depozitelor.
Tehnologiile de producție de petrol și gaze au unele asemănări. Tipurile de producție de ulei se disting prin metode de ridicare a substanței la suprafață:
- fântână (o tehnologie similară cu gazul, bazată pe diferența de presiune în subteran și în sistemul de livrare a lichidului);
- lift cu gaz;
- folosind o pompă centrifugă electrică;
- cu instalarea unei pompe electrice cu șurub;
- pompe cu tijă (uneori conectate la o pompă de pământ).
Metoda de extracție depinde de adâncimea substanței. Există un număr mare de opțiuni pentru a aduce uleiul la suprafață.
Metoda de dezvoltare a unui zăcământ de cărbune depinde și de caracteristicile apariției cărbunelui în sol. Exploatarea în cariera se desfășoară atunci când fosila este găsită la un nivel de o sută de metri de suprafață. Produs adesea tip mixt producție: în primul rând metoda deschisa, apoi subteran (folosind chipuri). Zăcămintele de cărbune sunt bogate în alte resurse de importanță pentru consum: acestea sunt metale valoroase, metan, metale rare, Apele subterane.
Zăcămintele de șist sunt dezvoltate fie prin exploatare (considerată a fi ineficientă), fie prin exploatare in situ, care presupune încălzirea rocii în subteran. Datorită complexității tehnologiei, producția se realizează în cantități foarte limitate.
Turba este extrasă prin drenarea mlaștinilor. Datorită apariției oxigenului, microorganismele aerobe sunt activate, descompunându-i materia organică, ceea ce duce la eliberarea de dioxid de carbon cu o viteză enormă. Turba este cel mai ieftin tip de combustibil; extragerea sa se efectuează în mod constant cu respectarea anumitor reguli.
Rezerve recuperabile
Una dintre evaluările bunăstării societății se bazează pe consumul de combustibil pe cap de locuitor: cu cât este mai mare consumul, cu atât oamenii trăiesc mai confortabil. Acest fapt (și nu numai) obligă omenirea să crească volumul producției de combustibil, afectând prețurile. Prețul petrolului astăzi este determinat de un termen economic precum „netback”. Acest termen implică un preț care include costul mediu ponderat al produselor petroliere (produse din substanța achiziționată) și livrarea materiilor prime către întreprindere.
Bursele comerciale vând petrol la prețuri CIF, ceea ce se traduce literal prin „cost, asigurare și transport”. Din aceasta putem concluziona că prețul petrolului astăzi pe baza cotațiilor de tranzacție include prețul materiilor prime și costurile de transport pentru livrarea acestuia.
Ratele de consum
Ținând cont de ratele în creștere ale consumului resurse naturale Este dificil să se ofere o evaluare fără ambiguitate a disponibilității combustibilului pentru o perioadă lungă de timp. Având în vedere dinamica actuală, producția de petrol în 2018 va fi de 3 miliarde de tone, ceea ce va duce la epuizarea rezervelor mondiale cu 80% până în 2030. Se estimează că oferta de aur negru va fi în 55-50 de ani. Gazele naturale ar putea fi epuizate în 60 de ani la ratele de consum actuale.
Există mult mai multe rezerve de cărbune pe Pământ decât petrol și gaze. Cu toate acestea, în ultimul deceniu producția sa a crescut, iar dacă ritmul nu încetinește, atunci din cei 420 de ani planificați (prognoze existente) rezervele se vor epuiza în 200.
Impact asupra mediului
Utilizarea activă a combustibililor fosili duce la o creștere a emisiilor de dioxid de carbon (CO2) în atmosferă, al cărui efect negativ asupra climei planetei a fost confirmat de organizațiile internaționale de mediu. Dacă emisiile de CO2 nu sunt reduse, este inevitabil catastrofie ecologică, al cărui început poate fi observat de contemporani. Potrivit estimărilor preliminare, între 60% și 80% din toate rezervele de combustibili fosili trebuie să rămână neatinse pentru a stabiliza situația de pe Pământ. Totuși, acesta nu este singurul prin efect utilizarea combustibililor fosili. Extracția în sine, transportul și rafinarea la rafinării contribuie la poluare mediu inconjurator substante mult mai toxice. Un exemplu este accidentul din Golful Mexic, care a dus la suspendarea Gulf Stream.
Limitări și alternative
Exploatarea combustibililor fosili - afaceri profitabile pentru companiile a căror principală limitare este epuizarea rezervelor naturale. Oamenii uită de obicei să menționeze că golurile formate de activitatea umană în măruntaiele pământului contribuie la dispariția apei proaspete de la suprafață și la retragerea acesteia în straturi mai adânci. Dispariție bând apă pe Pământ, niciun beneficiu al exploatării combustibililor fosili nu poate fi justificat. Și se va întâmpla dacă omenirea nu își raționalizează șederea pe planetă.
În urmă cu cinci ani, în China au apărut motociclete și mașini cu motoare de nouă generație (fără combustibil). Dar au fost lansate în cantități strict limitate (pentru un anumit cerc de oameni), iar tehnologia a devenit clasificată. Aceasta vorbește doar despre mioparea lăcomiei umane, pentru că dacă poți „face bani” pe petrol și gaze, nimeni nu va interveni magnati ai petrolului fa asta.
Concluzie
Alături de sursele de energie alternative (regenerabile) binecunoscute, există tehnologii mai puțin costisitoare, dar clasificate. Cu toate acestea, utilizarea lor trebuie să intre inevitabil în viața unei persoane, altfel viitorul nu va fi atât de lung și fără nori pe cât își imaginează „oamenii de afaceri”.
Cele mai importante surse de hidrocarburi sunt gazele naturale și asociate, petrolul și cărbunele.
Prin rezerve gaz natural Primul loc în lume îi aparține țării noastre. Gazul natural conține hidrocarburi cu greutate moleculară mică. Are următoarea compoziție aproximativă (în volum): 80–98% metan, 2–3% dintre cei mai apropiați omologi ai săi - etan, propan, butan și o cantitate mică de impurități - hidrogen sulfurat H 2 S, azot N 2, gaze nobile , monoxid de carbon (IV ) CO 2 și vapori de apă H 2 O . Compoziția gazului este specifică fiecărui câmp. Există următorul model: cu cât greutatea moleculară relativă a hidrocarburii este mai mare, cu atât este mai puțin conținută în gazul natural.
Gazul natural este utilizat pe scară largă ca combustibil ieftin cu o putere calorică mare (se eliberează până la 54.400 kJ la arderea a 1 m 3). Acesta este unul dintre cele mai bune vederi combustibili pentru nevoile casnice si industriale. În plus, gazele naturale servesc ca materie primă valoroasă pentru industria chimică: producția de acetilenă, etilenă, hidrogen, funingine, diverse materiale plastice, acid acetic, coloranți, medicamente și alte produse.
Gaze petroliere asociate sunt în zăcăminte împreună cu petrol: sunt dizolvate în acesta și sunt situate deasupra uleiului, formând un „capac”. Când uleiul este extras la suprafață, gazele sunt separate de acesta datorită unei scăderi puternice a presiunii. Anterior, gazele asociate nu au fost folosite și au fost arse în timpul producției de petrol. În prezent, acestea sunt capturate și utilizate ca combustibil și materii prime chimice valoroase. Gazele asociate conțin mai puțin metan decât gazul natural, dar mai mult etan, propan, butan și hidrocarburi mai mari. În plus, ele conțin practic aceleași impurități ca și în gazele naturale: H 2 S, N 2, gaze nobile, vapori de H 2 O, CO 2 . Hidrocarburile individuale (etan, propan, butan etc.) sunt extrase din gazele asociate; prelucrarea lor face posibilă obținerea hidrocarburilor nesaturate prin dehidrogenare - propilenă, butilenă, butadienă, din care apoi se sintetizează cauciucuri și materiale plastice. Un amestec de propan și butan (gaz lichefiat) este folosit ca combustibil de uz casnic. Benzina pe gaz (un amestec de pentan și hexan) este folosită ca aditiv la benzină pentru o mai bună aprindere a combustibilului la pornirea motorului. Oxidarea hidrocarburilor produce acizi organici, alcooli si alti produse.
Ulei– un lichid uleios, inflamabil, de culoare maro închis sau aproape negru, cu miros caracteristic. Este mai ușor decât apa (= 0,73–0,97 g/cm3) și este practic insolubil în apă. Din punct de vedere al compoziției, uleiul este un amestec complex de hidrocarburi de diferite greutăți moleculare, deci nu are un punct de fierbere specific.
Uleiul este format în principal din hidrocarburi lichide (în ele sunt dizolvate hidrocarburi solide și gazoase). De obicei, aceștia sunt alcani (în cea mai mare parte cu structură normală), cicloalcani și arene, al căror raport în uleiurile din diferite domenii variază foarte mult. Uleiul Ural conține mai multe arene. Pe lângă hidrocarburi, uleiul conține oxigen, sulf și compuși organici azotați.
De obicei nu se folosește țiței. Pentru a obține produse valoroase din punct de vedere tehnic din ulei, acesta este supus prelucrării.
Prelucrare primară uleiul constă în distilarea acestuia. Distilarea se efectuează la rafinăriile de petrol după separarea gazelor asociate. La distilarea uleiului, se obțin produse petroliere ușoare:
benzina ( t fierbere = 40–200 °C) conține hidrocarburi C 5 – C 11,
nafta ( t fierbere = 150–250 °C) conține hidrocarburi C 8 – C 14,
kerosen ( t fierbere = 180–300 °C) conține hidrocarburi C 12 – C 18,
motorina ( t kip > 275 °C),
iar restul este un lichid negru vâscos - păcură.
Păcura este supusă unei prelucrări ulterioare. Se distilează sub presiune redusă (pentru a preveni descompunerea) și se izolează uleiurile lubrifiante: ax, mașină, cilindru etc. Vaselina și parafina sunt izolate din păcură a unor tipuri de ulei. Restul de păcură după distilare - gudron - după oxidarea parțială este folosit pentru a produce asfalt. Principalul dezavantaj al distilării uleiului este randamentul scăzut al benzinei (nu mai mult de 20%).
Produsele de distilare a petrolului au diverse utilizări.
Benzină Este folosit în cantități mari ca combustibil pentru aviație și automobile. De obicei, constă din hidrocarburi care conțin în medie 5 până la 9 atomi de C în moleculele lor. Nafta Este folosit ca combustibil pentru tractoare și, de asemenea, ca solvent în industria vopselelor și lacurilor. Cantități mari din acesta sunt transformate în benzină. Kerosenul Este folosit ca combustibil pentru tractoare, avioane cu reacție și rachete, precum și pentru nevoile casnice. Ulei solar - motorina– folosit ca combustibil pentru motor și uleiuri lubrifiante– pentru lubrifierea mecanismelor. Petrolatum folosit în medicină. Constă dintr-un amestec de hidrocarburi lichide și solide. Parafină folosit la producerea acizilor carboxilici superiori, la impregnarea lemnului la producerea chibriturilor si a creioanelor, la confectionarea lumanarilor, lustruirii pantofilor etc. Este format dintr-un amestec de hidrocarburi solide. Păcură Pe lângă procesarea în uleiuri lubrifiante și benzină, este folosit ca combustibil lichid pentru cazan.
La metode de prelucrare secundară petrol, structura hidrocarburilor incluse în compoziția sa se modifică. Printre aceste metode mare importanță are cracarea hidrocarburilor petroliere, efectuată pentru a crește randamentul benzinei (până la 65–70%).
Cracare– procesul de scindare a hidrocarburilor conținute în ulei, care are ca rezultat formarea de hidrocarburi cu un număr mai mic de atomi de C în moleculă. Există două tipuri principale de cracare: termică și catalitică.
Fisura termica se realizează prin încălzirea materiei prime (pacură etc.) la o temperatură de 470–550 °C și o presiune de 2–6 MPa. În acest caz, moleculele de hidrocarburi cu un număr mare de atomi de C sunt împărțite în molecule cu un număr mai mic de atomi de hidrocarburi atât saturate, cât și nesaturate. De exemplu:
(mecanism radical),
Această metodă este utilizată pentru a produce în principal benzină de motor. Randamentul său din petrol ajunge la 70%. Cracarea termică a fost descoperită de inginerul rus V.G. Shukhov în 1891.
Cracare catalitică efectuată în prezența catalizatorilor (de obicei aluminosilicați) la 450–500 °C și presiunea atmosferică. Această metodă produce benzină de aviație cu un randament de până la 80%. Acest tip de fisurare afectează în principal kerosenul și fracțiunile de motorină ale petrolului. În timpul cracării catalitice, împreună cu reacțiile de scindare, au loc reacții de izomerizare. Ca urmare a acestora din urmă, se formează hidrocarburi saturate cu un schelet de carbon ramificat de molecule, ceea ce îmbunătățește calitatea benzinei:
Benzina de cracare catalitică are o calitate superioară. Procesul de obținere a acestuia decurge mult mai rapid, cu un consum mai mic de energie termică. În plus, cracarea catalitică produce relativ multe hidrocarburi cu lanț ramificat (izocompuși), care sunt de mare valoare pentru sinteza organică.
La t= 700 °C și peste are loc piroliza.
Piroliza– descompunerea substanţelor organice fără acces de aer în timpul temperatura ridicata. În piroliza uleiului, principalii produși de reacție sunt hidrocarburile gazoase nesaturate (etilenă, acetilena) și hidrocarburile aromatice - benzen, toluen etc. Deoarece piroliza uleiului este una dintre cele mai importante modalități de obținere a hidrocarburilor aromatice, acest proces este adesea numit ulei. aromatizare.
Aromatizarea– transformarea alcanilor si cicloalcanilor in arene. Când fracțiile grele de produse petroliere sunt încălzite în prezența unui catalizator (Pt sau Mo), hidrocarburile care conțin 6-8 atomi de C per moleculă sunt transformate în hidrocarburi aromatice. Aceste procese au loc în timpul reformării (actualizarea benzinei).
Reformare- Aceasta este aromatizarea benzinei, realizată ca urmare a încălzirii lor în prezența unui catalizator, de exemplu Pt. În aceste condiții, alcanii și cicloalcanii sunt transformați în hidrocarburi aromatice, drept urmare și numărul octanic al benzinei crește semnificativ. Aromatizarea este utilizată pentru a obține hidrocarburi aromatice individuale (benzen, toluen) din fracțiunile de benzină ale uleiului.
ÎN anul trecut Hidrocarburile petroliere sunt utilizate pe scară largă ca sursă de materii prime chimice. Căi diferite din acestea obtinem substante necesare producerii materialelor plastice, fibre textile sintetice, cauciuc sintetic, alcooli, acizi, detergenti sintetici, explozivi, pesticide, grăsimi sintetice etc.
Cărbune La fel ca gazul natural și petrolul, este o sursă de energie și materii prime chimice valoroase.
Principala metodă de prelucrare a cărbunelui este cocsificabil(distilarea uscată). La cocsificare (încălzire la 1000 °C - 1200 °C fără acces la aer), se obțin diverse produse: cocs, gudron de cărbune, apă de gudron și gaz de cocs (diagrama).
Sistem
Cocsul este folosit ca agent reducător în producția de fontă în fabricile metalurgice.
Gudronul de cărbune servește ca sursă de hidrocarburi aromatice. Este supus distilarii prin rectificare si se obtin benzen, toluen, xilen, naftalina, precum si fenoli, compusi care contin azot etc.. Smul este o masa neagra groasa ramasa dupa distilarea rasinii, folosita la prepararea electrozilor si pâslă de acoperiș.
Din apa de gudron se obțin amoniacul, sulfatul de amoniu, fenolul etc.
Gazul cuptorului de cocs este folosit pentru încălzirea cuptoarelor de cocs (aproximativ 18.000 kJ se eliberează la arderea a 1 m 3), dar este supus în principal unei prelucrări chimice. Astfel, hidrogenul este izolat din acesta pentru sinteza amoniacului, care este apoi folosit pentru a produce îngrășăminte cu azot, precum și metan, benzen, toluen, sulfat de amoniu și etilenă.