Fuentes naturales de hidrocarburos. Refinación de petróleo. Fuentes naturales de hidrocarburos Fuentes naturales de hidrocarburos gas oil coque

Las fuentes más importantes de hidrocarburos son los gases de petróleo naturales y asociados, el petróleo y el carbón.

Por reservas gas natural el primer lugar en el mundo pertenece a nuestro país. El gas natural contiene hidrocarburos de bajo peso molecular. Tiene la siguiente composición aproximada (en volumen): 80-98% metano, 2-3% de sus homólogos más cercanos - etano, propano, butano y una pequeña cantidad de impurezas - sulfuro de hidrógeno H 2 S, nitrógeno N 2 , gases nobles , monóxido de carbono (IV ) CO 2 y vapor de agua H 2 O . La composición del gas es específica para cada campo. Existe el siguiente patrón: cuanto mayor es el peso molecular relativo del hidrocarburo, menos está contenido en el gas natural.

El gas natural es ampliamente utilizado como combustible económico y de alto poder calorífico (la combustión de 1m 3 libera hasta 54.400 kJ). Es uno de los mejores tipos de combustible para las necesidades domésticas e industriales. Además, el gas natural es una materia prima valiosa para la industria química: la producción de acetileno, etileno, hidrógeno, hollín, diversos plásticos, ácido acético, colorantes, medicamentos y otros productos.

gases de petroleo asociados están en depósitos junto con el petróleo: se disuelven en él y se ubican por encima del petróleo, formando una “capa” de gas. Al extraer petróleo a la superficie, los gases se separan de él debido a una fuerte caída de presión. Anteriormente, los gases asociados no se usaban y se quemaban durante la producción de petróleo. Actualmente, son capturados y utilizados como combustible y valiosas materias primas químicas. Los gases asociados contienen menos metano que el gas natural, pero más etano, propano, butano e hidrocarburos superiores. Además, contienen básicamente las mismas impurezas que el gas natural: H 2 S, N 2, gases nobles, vapor de H 2 O, CO 2 . Los hidrocarburos individuales (etano, propano, butano, etc.) se extraen de los gases asociados, su procesamiento permite obtener hidrocarburos insaturados por deshidrogenación: propileno, butileno, butadieno, a partir de los cuales se sintetizan cauchos y plásticos. Una mezcla de propano y butano (gas licuado) se utiliza como combustible doméstico. La gasolina natural (una mezcla de pentano y hexano) se utiliza como aditivo de la gasolina para un mejor encendido del combustible al arrancar el motor. La oxidación de hidrocarburos produce ácidos orgánicos, alcoholes y otros productos.

Petróleo- Líquido aceitoso inflamable de color marrón oscuro o casi negro con olor característico. Es más ligero que el agua (= 0,73–0,97 g / cm 3), prácticamente insoluble en agua. Por composición, el petróleo es una mezcla compleja de hidrocarburos de varios pesos moleculares, por lo que no tiene un punto de ebullición específico.

El petróleo se compone principalmente de hidrocarburos líquidos (en ellos se disuelven hidrocarburos sólidos y gaseosos). Por lo general, estos son alcanos (principalmente de estructura normal), cicloalcanos y arenos, cuya proporción en aceites de varios campos varía ampliamente. El aceite de Ural contiene más arenos. Además de hidrocarburos, el petróleo contiene oxígeno, azufre y compuestos orgánicos nitrogenados.

Normalmente no se utiliza petróleo crudo. Para obtener productos técnicamente valiosos del petróleo, se somete a procesamiento.

Procesamiento primario el aceite consiste en su destilación. La destilación se lleva a cabo en las refinerías después de la separación de los gases asociados. Durante la destilación del petróleo se obtienen productos petrolíferos ligeros:

gasolina ( t kip \u003d 40–200 ° С) contiene hidrocarburos С 5 -С 11,

nafta ( t kip \u003d 150–250 ° С) contiene hidrocarburos С 8 -С 14,

queroseno ( t kip \u003d 180–300 ° С) contiene hidrocarburos С 12 -С 18,

gasóleo ( t kip > 275 °C),

y en el resto, un líquido negro viscoso, fueloil.

El aceite se somete a un procesamiento posterior. Se destila a presión reducida (para evitar su descomposición) y se aíslan los aceites lubricantes: husillo, motor, cilindro, etc. Del fuel oil se aíslan vaselina y parafina de algunos grados de aceite. El residuo de fuel oil después de la destilación - alquitrán - después de la oxidación parcial se utiliza para producir asfalto. La principal desventaja de la refinación de petróleo es el bajo rendimiento de la gasolina (no más del 20%).

Los productos de la destilación del petróleo tienen varios usos.

Gasolina utilizado en grandes cantidades como combustible de aviación y de automoción. Por lo general, consiste en hidrocarburos que contienen un promedio de 5 a 9 átomos de C en moléculas. Nafta Se utiliza como combustible para tractores, así como disolvente en la industria de pinturas y barnices. Grandes cantidades se transforman en gasolina. Queroseno Se utiliza como combustible para tractores, aviones a reacción y cohetes, así como para necesidades domésticas. aceite solar - gasoil- utilizado como combustible para motores, y aceites lubricantes- para mecanismos de lubricación. vaselina utilizado en medicina. Consiste en una mezcla de hidrocarburos líquidos y sólidos. Parafina utilizado para la obtención de ácidos carboxílicos superiores, para impregnar la madera en la elaboración de cerillas y lápices, para la fabricación de velas, betún para zapatos, etc. Consiste en una mezcla de hidrocarburos sólidos. gasolina además de ser procesado en aceites lubricantes y gasolina, se utiliza como combustible líquido para calderas.

En métodos de procesamiento secundario El petróleo es un cambio en la estructura de los hidrocarburos que forman su composición. Entre estos métodos, de gran importancia es el craqueo de hidrocarburos de petróleo, que se lleva a cabo para aumentar el rendimiento de la gasolina (hasta 65–70%).

Agrietamiento- el proceso de división de los hidrocarburos contenidos en el aceite, como resultado de lo cual se forman hidrocarburos con un menor número de átomos de C en la molécula. Hay dos tipos principales de craqueo: térmico y catalítico.

Craqueo térmico se lleva a cabo calentando la materia prima (aceite combustible, etc.) a una temperatura de 470–550 °C y una presión de 2–6 MPa. En este caso, las moléculas de hidrocarburos con una gran cantidad de átomos de C se dividen en moléculas con una menor cantidad de átomos de hidrocarburos saturados e insaturados. Por ejemplo:

(mecanismo radical),

De esta manera, se obtiene principalmente gasolina para automóviles. Su producción de petróleo alcanza el 70%. El craqueo térmico fue descubierto por el ingeniero ruso V.G. Shukhov en 1891.

craqueo catalítico se lleva a cabo en presencia de catalizadores (generalmente aluminosilicatos) a 450–500 °C y presión atmosférica. De esta forma se obtiene gasolina de aviación con un rendimiento de hasta el 80%. Este tipo de craqueo está sujeto principalmente a fracciones de petróleo de queroseno y gasóleo. En el craqueo catalítico, junto con las reacciones de escisión, se producen reacciones de isomerización. Como resultado de esto último, se forman hidrocarburos saturados con un esqueleto de moléculas de carbono ramificado, lo que mejora la calidad de la gasolina:

La gasolina craqueada catalíticamente es de mayor calidad. El proceso de obtención es mucho más rápido, con un menor consumo de energía térmica. Además, durante el craqueo catalítico se forman relativamente muchos hidrocarburos de cadena ramificada (isocompuestos), que son de gran valor para la síntesis orgánica.

En t= 700 °C y superior, se produce pirólisis.

pirólisis- descomposición de sustancias orgánicas sin acceso al aire a alta temperatura. Durante la pirólisis de aceite, los principales productos de reacción son hidrocarburos gaseosos insaturados (etileno, acetileno) e hidrocarburos aromáticos: benceno, tolueno, etc. Dado que la pirólisis de aceite es una de las formas más importantes de obtener hidrocarburos aromáticos, este proceso a menudo se denomina aromatización de aceite.

Aromatización– transformación de alcanos y cicloalcanos en arenos. Cuando se calientan fracciones pesadas de productos derivados del petróleo en presencia de un catalizador (Pt o Mo), los hidrocarburos que contienen de 6 a 8 átomos de C por molécula se convierten en hidrocarburos aromáticos. Estos procesos ocurren durante el reformado (mejora de la gasolina).

reformando- esta es la aromatización de gasolinas, realizada como resultado de calentarlas en presencia de un catalizador, por ejemplo, Pt. En estas condiciones, los alcanos y cicloalcanos se convierten en hidrocarburos aromáticos, como resultado de lo cual el número de octanos de la gasolina también aumenta significativamente. La aromatización se utiliza para obtener hidrocarburos aromáticos individuales (benceno, tolueno) a partir de fracciones de gasolina del aceite.

En los últimos años, los hidrocarburos de petróleo se han utilizado ampliamente como fuente de materias primas químicas. De ellos se obtienen de diversas formas las sustancias necesarias para la producción de plásticos, fibras textiles sintéticas, caucho sintético, alcoholes, ácidos, detergentes sintéticos, explosivos, pesticidas, grasas sintéticas, etc.

Carbón al igual que el gas natural y el petróleo, es una fuente de energía y una valiosa materia prima química.

El principal método de procesamiento del carbón es procesión de coca(destilación seca). Durante la coquización (calentamiento hasta 1000 °С - 1200 °С sin acceso de aire), se obtienen varios productos: coque, alquitrán de hulla, agua de alquitrán y gas de horno de coque (esquema).

Esquema

El coque se utiliza como agente reductor en la producción de hierro en plantas metalúrgicas.

El alquitrán de hulla sirve como fuente de hidrocarburos aromáticos. Se somete a una destilación de rectificación y se obtienen benceno, tolueno, xileno, naftaleno, así como fenoles, compuestos nitrogenados, etc.

A partir del agua de alquitrán se obtienen amoníaco, sulfato de amonio, fenol, etc.

El gas de horno de coque se utiliza para calentar los hornos de coque (la combustión de 1 m 3 libera alrededor de 18 000 kJ), pero se somete principalmente a procesamiento químico. Entonces, se extrae hidrógeno para la síntesis de amoníaco, que luego se usa para producir fertilizantes nitrogenados, así como metano, benceno, tolueno, sulfato de amonio y etileno.

Refinación de petróleo

El petróleo es una mezcla multicomponente de varias sustancias, principalmente hidrocarburos. Estos componentes difieren entre sí en los puntos de ebullición. En este sentido, si se calienta el aceite, primero se evaporarán los componentes de menor punto de ebullición, luego los compuestos con un punto de ebullición más alto, etc. En base a este fenómeno refinacion de petroleo primario , consistente en destilación (rectificación) petróleo. Este proceso se denomina primario, ya que se supone que durante su transcurso no ocurren transformaciones químicas de las sustancias, y el aceite solo se separa en fracciones con diferentes puntos de ebullición. A continuación se muestra un diagrama esquemático de una columna de destilación con una breve descripción del proceso de destilación en sí:

Antes del proceso de rectificación, el aceite se prepara de una manera especial, es decir, se elimina del agua impura con sales disueltas y de las impurezas mecánicas sólidas. El aceite así preparado entra en el horno tubular, donde se calienta a alta temperatura (320-350 o C). Después de calentarse en un horno tubular, el aceite de alta temperatura ingresa a la parte inferior de la columna de destilación, donde las fracciones individuales se evaporan y sus vapores ascienden por la columna de destilación. Cuanto mayor sea la sección de la columna de destilación, menor será su temperatura. Así, las siguientes fracciones se toman a diferentes alturas:

1) gases de destilación (tomados de la parte superior de la columna y, por lo tanto, su punto de ebullición no supera los 40 ° C);

2) fracción de gasolina (punto de ebullición de 35 a 200 o C);

3) fracción nafta (puntos de ebullición de 150 a 250 o C);

4) fracción de queroseno (puntos de ebullición de 190 a 300 o C);

5) fracción diesel (punto de ebullición de 200 a 300 o C);

6) fueloil (punto de ebullición superior a 350 o C).

Cabe señalar que las fracciones promedio aisladas durante la rectificación del aceite no cumplen con los estándares de calidad del combustible. Además, como resultado de la destilación del petróleo, se forma una cantidad considerable de fuel oil, lejos de ser el producto más demandado. A este respecto, después del procesamiento primario del petróleo, la tarea es aumentar el rendimiento de fracciones de gasolina más caras, en particular, así como mejorar la calidad de estas fracciones. Estas tareas se resuelven mediante varios procesos. refinación de petróleo , como agrietamiento yreformando .

Cabe señalar que la cantidad de procesos utilizados en el procesamiento secundario del petróleo es mucho mayor, y mencionamos solo algunos de los principales. Comprendamos ahora cuál es el significado de estos procesos.

Craqueo (térmico o catalítico)

Este proceso está diseñado para aumentar el rendimiento de la fracción de gasolina. Para ello, las fracciones pesadas, como el fuel oil, se someten a un fuerte calentamiento, la mayoría de las veces en presencia de un catalizador. Como resultado de esta acción, las moléculas de cadena larga que forman parte de las fracciones pesadas se rompen y se forman hidrocarburos de menor peso molecular. De hecho, esto conduce a un rendimiento adicional de una fracción de gasolina más valiosa que el fueloil original. La esencia química de este proceso se refleja en la ecuación:

reformando

Este proceso cumple la tarea de mejorar la calidad de la fracción de gasolina, en particular, aumentando su resistencia al golpe (número de octano). Es esta característica de las gasolinas la que se indica en las gasolineras (gasolina 92, 95, 98, etc.).

Como resultado del proceso de reformado, aumenta la proporción de hidrocarburos aromáticos en la fracción de gasolina, que entre otros hidrocarburos tiene uno de los índices de octano más altos. Tal aumento en la proporción de hidrocarburos aromáticos se logra principalmente como resultado de las reacciones de deshidrociclación que ocurren durante el proceso de reformado. Por ejemplo, cuando se calienta lo suficiente norte-hexano en presencia de un catalizador de platino, se convierte en benceno y n-heptano de manera similar - en tolueno:

Procesamiento de carbón

El principal método de procesamiento del carbón es procesión de coca . coquización de carbón llamado el proceso en el que el carbón se calienta sin acceso al aire. Al mismo tiempo, como resultado de dicho calentamiento, se aíslan cuatro productos principales del carbón:

1) coca cola

Una sustancia sólida que es casi carbono puro.

2) alquitrán de hulla

Contiene una gran cantidad de diversos compuestos predominantemente aromáticos, como benceno, sus homólogos, fenoles, alcoholes aromáticos, naftaleno, homólogos de naftaleno, etc.;

3) Agua amoniacal

A pesar de su nombre, esta fracción, además de amoníaco y agua, también contiene fenol, sulfuro de hidrógeno y algunos otros compuestos.

4) gas de horno de coque

Los principales componentes del gas de horno de coque son hidrógeno, metano, dióxido de carbono, nitrógeno, etileno, etc.

– consiste (principalmente) de metano y (en cantidades más pequeñas) de sus homólogos más cercanos: etano, propano, butano, pentano, hexano, etc.; observado en el gas de petróleo asociado, es decir, gas natural que se encuentra en la naturaleza por encima del petróleo o disuelto en él bajo presión.

Petróleo

- es un líquido combustible aceitoso, compuesto por alcanos, cicloalcanos, arenos (predominantes), así como compuestos que contienen oxígeno, nitrógeno y azufre.

Carbón

- Combustible sólido mineral de origen orgánico. Contiene poco grafito a y muchos compuestos cíclicos complejos, incluidos los elementos C, H, O, N y S. Hay antracita (casi anhidra), carbón (-4 % de humedad) y lignito (50-60 % de humedad). Mediante la coquización, el carbón se convierte en hidrocarburos (gaseosos, líquidos y sólidos) y coque (más bien grafito puro).

coquización de carbón

Calentar carbón sin acceso de aire a 900-1050 ° C conduce a su descomposición térmica con la formación de productos volátiles (alquitrán de hulla, agua de amoníaco y gas de horno de coque) y un residuo sólido: coque.

Productos principales: coque - 96-98% de carbono; gas de horno de coque - 60% hidrógeno, 25% metano, 7% monóxido de carbono (II), etc.

Subproductos: alquitrán de hulla (benceno, tolueno), amoníaco (de gas de horno de coque), etc.

Refinación de petróleo por método de rectificación

El aceite prepurificado se somete a destilación atmosférica (o al vacío) en fracciones con ciertos rangos de punto de ebullición en columnas de destilación continua.

Principales productos: gasolina ligera y pesada, queroseno, gas oil, aceites lubricantes, fuel oil, alquitrán.

Refinación de petróleo por craqueo catalítico

Materias primas: fracciones de aceite de alto punto de ebullición (queroseno, gasóleo, etc.)

Materiales auxiliares: catalizadores (aluminosilicatos modificados).

El proceso químico principal: a una temperatura de 500-600 ° C y una presión de 5 10 5 Pa, las moléculas de hidrocarburos se dividen en moléculas más pequeñas, el craqueo catalítico se acompaña de reacciones de aromatización, isomerización y alquilación.

Productos: mezcla de hidrocarburos de bajo punto de ebullición (combustible, materia prima para petroquímica).

C 16. H 34 → C 8 H 18 + C 8 H 16
do 8 h 18 → do 4 h 10 + do 4 h 8
do 4 h 10 → do 2 h 6 + do 2 h 4

Durante la lección, podrá estudiar el tema “Fuentes naturales de hidrocarburos. Refinación de petróleo". Más del 90% de toda la energía consumida actualmente por la humanidad se extrae de compuestos orgánicos naturales fósiles. Aprenderá sobre los recursos naturales (gas natural, petróleo, carbón), qué sucede con el petróleo después de que se extrae.

Tema: Limitar hidrocarburos

Lección: Fuentes Naturales de Hidrocarburos

Alrededor del 90% de la energía consumida por la civilización moderna se genera quemando combustibles fósiles naturales: gas natural, petróleo y carbón.

Rusia es un país rico en combustibles fósiles naturales. Hay grandes reservas de petróleo y gas natural en Siberia occidental y los Urales. El carbón duro se extrae en las cuencas de Kuznetsk, South Yakutsk y otras regiones.

Gas natural consiste en un promedio de 95% en volumen de metano.

Además del metano, el gas natural de varios campos contiene nitrógeno, dióxido de carbono, helio, sulfuro de hidrógeno y otros alcanos ligeros: etano, propano y butanos.

El gas natural se extrae de depósitos subterráneos, donde se encuentra a alta presión. El metano y otros hidrocarburos se forman a partir de sustancias orgánicas de origen vegetal y animal durante su descomposición sin acceso al aire. El metano se produce constantemente y actualmente como resultado de la actividad de los microorganismos.

El metano se encuentra en los planetas del sistema solar y sus satélites.

El metano puro es inodoro. Sin embargo, el gas que se usa en la vida cotidiana tiene un olor desagradable característico. Este es el olor de aditivos especiales: mercaptanos. El olor a mercaptanos permite detectar a tiempo una fuga de gas doméstico. Las mezclas de metano con aire son explosivas. en una amplia gama de proporciones: del 5 al 15% de gas por volumen. Por lo tanto, si huele a gas en la habitación, no solo puede encender un fuego, sino también usar interruptores eléctricos. La chispa más pequeña puede causar una explosión.

Arroz. 1. Petróleo de diferentes campos

Petróleo- un líquido espeso como el aceite. Su color es de amarillo claro a marrón y negro.

Arroz. 2. Campos petroleros

El petróleo de diferentes campos varía mucho en su composición. Arroz. 1. La parte principal del petróleo son hidrocarburos que contienen 5 o más átomos de carbono. Básicamente, estos hidrocarburos están saturados, es decir, alcanos. Arroz. 2.

La composición del aceite también incluye compuestos orgánicos que contienen azufre, oxígeno, nitrógeno El aceite contiene agua e impurezas inorgánicas.

Los gases se disuelven en el petróleo, que se liberan durante su extracción - gases de petroleo asociados. Estos son metano, etano, propano, butanos con impurezas de nitrógeno, dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno.

Carbón, como el aceite, es una mezcla compleja. La proporción de carbono en él representa el 80-90%. El resto es hidrógeno, oxígeno, azufre, nitrógeno y algunos otros elementos. en lignito la proporción de carbono y materia orgánica es menor que en la piedra. Aún menos orgánico esquisto bituminoso.

En la industria, el carbón se calienta a 900-1100 0 C sin aire. Este proceso se llama procesión de coca. El resultado es coque con alto contenido de carbono, gas de coque y alquitrán de hulla, necesarios para la metalurgia. Muchas sustancias orgánicas se liberan del gas y el alquitrán. Arroz. 3.

Arroz. 3. El dispositivo del horno de coque.

El gas natural y el petróleo son las fuentes más importantes de materias primas para la industria química. El petróleo tal como se produce, o "petróleo crudo", es difícil de utilizar incluso como combustible. Por lo tanto, el petróleo crudo se divide en fracciones (del inglés "fracción" - "parte"), utilizando diferencias en los puntos de ebullición de sus sustancias constituyentes.

El método de separación del petróleo, basado en los diferentes puntos de ebullición de sus hidrocarburos constituyentes, se denomina destilación o destilación. Arroz. 4.

Arroz. 4. Productos de la refinación del petróleo

La fracción que se destila desde alrededor de 50 a 180 0 C se llama gasolina.

Queroseno hierve a temperaturas de 180-300 0 С.

Un residuo negro espeso que no contiene sustancias volátiles se llama gasolina.

También hay una serie de fracciones intermedias que hierven en rangos más estrechos: éteres de petróleo (40-70 0 C y 70-100 0 C), aguarrás (149-204 ° C) y también gasóleo (200-500 0 C) . Se utilizan como disolventes. El fuel oil se puede destilar a presión reducida, de esta forma se obtienen aceites lubricantes y parafinas. Residuos sólidos de la destilación de fuel oil - asfalto. Se utiliza para la producción de superficies de carreteras.

El procesamiento de gases de petróleo asociados es una industria separada y permite obtener una serie de productos valiosos.

Resumiendo la lección

Durante la lección, estudió el tema “Fuentes naturales de hidrocarburos. Refinación de petróleo". Más del 90% de toda la energía consumida actualmente por la humanidad se extrae de compuestos orgánicos naturales fósiles. Aprendiste sobre los recursos naturales (gas natural, petróleo, carbón), sobre lo que sucede con el petróleo después de que se extrae.

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2. ¿Cuál es la diferencia entre el gas de petróleo asociado y el gas natural?

3. ¿Cómo se lleva a cabo la refinación del petróleo?

Compuestos que contienen solo átomos de carbono e hidrógeno.

Los hidrocarburos se dividen en cíclicos (compuestos carbocíclicos) y acíclicos.

Los compuestos cíclicos (carbocíclicos) se denominan compuestos que incluyen uno o más ciclos que consisten solo en átomos de carbono (a diferencia de los compuestos heterocíclicos que contienen heteroátomos: nitrógeno, azufre, oxígeno, etc.). Los compuestos carbocíclicos, a su vez, se dividen en compuestos aromáticos y no aromáticos (alicíclicos).

Los hidrocarburos acíclicos incluyen compuestos orgánicos cuyo esqueleto de carbono de moléculas son cadenas abiertas.

Estas cadenas pueden estar formadas por enlaces simples (al-canos), contener un doble enlace (alquenos), dos o más dobles enlaces (dienos o polienos), un triple enlace (alquinos).

Como sabes, las cadenas de carbono forman parte de la mayoría de las sustancias orgánicas. Por lo tanto, el estudio de los hidrocarburos es de particular importancia, ya que estos compuestos son la base estructural de otras clases de compuestos orgánicos.

Además, los hidrocarburos, especialmente los alcanos, son las principales fuentes naturales de compuestos orgánicos y la base de las síntesis industriales y de laboratorio más importantes (Esquema 1).

Ya sabes que los hidrocarburos son la materia prima más importante para la industria química. A su vez, los hidrocarburos están bastante extendidos en la naturaleza y pueden aislarse de diversas fuentes naturales: petróleo, petróleo asociado y gas natural, carbón. Considerémoslos con más detalle.

Petróleo- una mezcla natural compleja de hidrocarburos, principalmente alcanos lineales y ramificados, que contienen de 5 a 50 átomos de carbono en moléculas, con otras sustancias orgánicas. Su composición depende significativamente del lugar de su producción (yacimiento), puede, además de alcanos, contener cicloalcanos e hidrocarburos aromáticos.

Los componentes gaseosos y sólidos del petróleo se disuelven en sus componentes líquidos, lo que determina su estado de agregación. El aceite es un líquido aceitoso de color oscuro (de marrón a negro) con un olor característico, insoluble en agua. Su densidad es menor que la del agua, por lo tanto, al entrar, el aceite se esparce por la superficie, evitando la disolución del oxígeno y otros gases del aire en el agua. Obviamente, al entrar en cuerpos de agua naturales, el petróleo provoca la muerte de microorganismos y animales, lo que lleva a desastres ambientales e incluso catástrofes. Existen bacterias que pueden utilizar los componentes del aceite como alimento, convirtiéndolo en productos inocuos de su actividad vital. Está claro que el uso de cultivos de estas bacterias es la forma más segura y prometedora para el medio ambiente de combatir la contaminación por petróleo en el proceso de su producción, transporte y procesamiento.

En la naturaleza, el petróleo y el gas de petróleo asociado, que se discutirán más adelante, llenan las cavidades del interior de la tierra. Al ser una mezcla de varias sustancias, el aceite no tiene un punto de ebullición constante. Es claro que cada uno de sus componentes conserva sus propiedades físicas individuales en la mezcla, lo que permite separar el aceite en sus componentes. Para ello, se purifica de impurezas mecánicas, compuestos que contienen azufre y se somete a la denominada destilación fraccionada, o rectificación.

La destilación fraccionada es un método físico para separar una mezcla de componentes con diferentes puntos de ebullición.

La destilación se lleva a cabo en instalaciones especiales: columnas de destilación, en las que se repiten los ciclos de condensación y evaporación de sustancias líquidas contenidas en el aceite (Fig. 9).

Los vapores formados durante la ebullición de una mezcla de sustancias se enriquecen con un componente de punto de ebullición más ligero (es decir, que tiene una temperatura más baja). Estos vapores se recogen, se condensan (se enfrían por debajo del punto de ebullición) y se vuelven a hervir. En este caso, se forman vapores que se enriquecen aún más con una sustancia de bajo punto de ebullición. Mediante la repetición repetida de estos ciclos, es posible lograr una separación casi completa de las sustancias contenidas en la mezcla.

La columna de destilación recibe aceite calentado en un horno tubular a una temperatura de 320-350 °C. La columna de destilación tiene particiones horizontales con orificios, las llamadas placas, en las que se condensan las fracciones de aceite. Las fracciones de punto de ebullición ligero se acumulan en las superiores, las fracciones de punto de ebullición alto en las inferiores.

En el proceso de rectificación, el aceite se divide en las siguientes fracciones:

Gases de rectificación: una mezcla de hidrocarburos de bajo peso molecular, principalmente propano y butano, con un punto de ebullición de hasta 40 ° C;

Fracción de gasolina (gasolina) - hidrocarburos de composición de C 5 H 12 a C 11 H 24 (punto de ebullición 40-200 ° C); con una separación más fina de esta fracción, se obtienen gasolina (éter de petróleo, 40-70 °C) y gasolina (70-120 °C);

Fracción de nafta: hidrocarburos de composición de C8H18 a C14H30 (punto de ebullición 150-250 ° C);

Fracción de queroseno: hidrocarburos de composición de C12H26 a C18H38 (punto de ebullición 180-300 ° C);

Combustible diesel: hidrocarburos de composición de C13H28 a C19H36 (punto de ebullición 200-350 ° C).

Residuo de la destilación de petróleo - fuel oil- contiene hidrocarburos con un número de átomos de carbono de 18 a 50. La destilación a presión reducida del fuel oil produce aceite solar (C18H28-C25H52), aceites lubricantes (C28H58-C38H78), vaselina y parafina - mezclas fusibles de hidrocarburos sólidos. Los residuos sólidos de la destilación de fuel oil - alquitrán y sus productos de procesamiento - betunes y asfaltos se utilizan para la fabricación de superficies de carreteras.

Los productos obtenidos como resultado de la rectificación del aceite se someten a un procesamiento químico, que incluye una serie de procesos complejos. Uno de ellos es el craqueo de productos derivados del petróleo. Ya sabe que el fuel oil se separa en componentes a presión reducida. Esto se debe a que a presión atmosférica sus componentes comienzan a descomponerse antes de alcanzar el punto de ebullición. Esto es lo que subyace al agrietamiento.

Agrietamiento - descomposición térmica de productos derivados del petróleo, que conduce a la formación de hidrocarburos con menor número de átomos de carbono en la molécula.

Hay varios tipos de craqueo: craqueo térmico, craqueo catalítico, craqueo a alta presión, craqueo por reducción.

El craqueo térmico consiste en la división de moléculas de hidrocarburos con una cadena de carbono larga en otras más cortas bajo la influencia de altas temperaturas (470-550 ° C). En el proceso de esta división, junto con los alcanos, se forman alquenos.

En general, esta reacción se puede escribir de la siguiente manera:

C n H 2n+2 -> C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k
alcano alcano alqueno
cadena larga

Los hidrocarburos resultantes pueden volver a sufrir craqueo para formar alcanos y alquenos con una cadena aún más corta de átomos de carbono en la molécula:

Durante el craqueo térmico convencional se forman muchos hidrocarburos gaseosos de bajo peso molecular, que se pueden utilizar como materia prima para la producción de alcoholes, ácidos carboxílicos y compuestos de alto peso molecular (por ejemplo, polietileno).

craqueo catalítico ocurre en presencia de catalizadores, que se utilizan como aluminosilicatos naturales de la composición

La implementación del craqueo usando catalizadores conduce a la formación de hidrocarburos que tienen una cadena ramificada o cerrada de átomos de carbono en la molécula. El contenido de hidrocarburos de esta estructura en el combustible para motores mejora significativamente su calidad, principalmente la resistencia a los golpes: el octanaje de la gasolina.

El craqueo de los productos derivados del petróleo se produce a altas temperaturas, por lo que a menudo se forman depósitos de carbono (hollín), que contaminan la superficie del catalizador, lo que reduce drásticamente su actividad.

Limpiar la superficie del catalizador de los depósitos de carbón, su regeneración, es la condición principal para la implementación práctica del craqueo catalítico. La forma más sencilla y económica de regenerar un catalizador es su tostado, durante el cual los depósitos de carbón son oxidados por el oxígeno atmosférico. Los productos de oxidación gaseosos (principalmente dióxido de carbono y dióxido de azufre) se eliminan de la superficie del catalizador.

El craqueo catalítico es un proceso heterogéneo que involucra sustancias sólidas (catalizador) y gaseosas (vapor de hidrocarburo). Es obvio que la regeneración del catalizador, la interacción de los depósitos sólidos con el oxígeno atmosférico, es también un proceso heterogéneo.

reacciones heterogéneas(gas - sólido) fluyen más rápido a medida que aumenta el área superficial del sólido. Por lo tanto, el catalizador se tritura, y su regeneración y craqueo de hidrocarburos se lleva a cabo en un "lecho fluidizado", familiar para usted por la producción de ácido sulfúrico.

La materia prima de craqueo, como el gasóleo, ingresa al reactor cónico. La parte inferior del reactor tiene un diámetro más pequeño, por lo que el caudal de vapor de alimentación es muy alto. El gas moviéndose a alta velocidad capta las partículas del catalizador y las lleva a la parte superior del reactor, donde, debido al aumento de su diámetro, el caudal disminuye. Bajo la acción de la gravedad, las partículas de catalizador caen en la parte inferior y más estrecha del reactor, desde donde son nuevamente transportadas hacia arriba. Así, cada grano del catalizador está en constante movimiento y es lavado por todos lados por un reactivo gaseoso.

Algunos granos de catalizador ingresan a la parte exterior más ancha del reactor y, sin encontrar resistencia al flujo de gas, se hunden a la parte inferior, donde son recogidos por el flujo de gas y llevados al regenerador. Allí también, en el modo de "lecho fluidizado", el catalizador se quema y se devuelve al reactor.

Así, el catalizador circula entre el reactor y el regenerador, y se eliminan de ellos los productos gaseosos del craqueo y la tostación.

El uso de catalizadores de craqueo permite aumentar ligeramente la velocidad de reacción, reducir su temperatura y mejorar la calidad de los productos craqueados.

Los hidrocarburos obtenidos de la fracción de gasolina tienen principalmente una estructura lineal, lo que conduce a una baja resistencia a la detonación de la gasolina obtenida.

Consideraremos el concepto de "resistencia al golpe" más adelante, por ahora solo notamos que los hidrocarburos con moléculas ramificadas tienen una resistencia a la detonación mucho mayor. Es posible aumentar la proporción de hidrocarburos isoméricos ramificados en la mezcla formada durante el craqueo agregando catalizadores de isomerización al sistema.

Los campos de petróleo contienen, por regla general, grandes acumulaciones del llamado gas de petróleo asociado, que se acumula sobre el petróleo en la corteza terrestre y se disuelve parcialmente en él bajo la presión de las rocas que lo recubren. Al igual que el petróleo, el gas de petróleo asociado es una valiosa fuente natural de hidrocarburos. Contiene principalmente alcanos, que tienen de 1 a 6 átomos de carbono en sus moléculas. Obviamente, la composición del gas de petróleo asociado es mucho más pobre que la del petróleo. Sin embargo, a pesar de ello, también es muy utilizado tanto como combustible como materia prima para la industria química. Hasta hace algunas décadas, en la mayoría de los campos petroleros, el gas de petróleo asociado se quemaba como una adición inútil al petróleo. En la actualidad, por ejemplo, en Surgut, la despensa petrolera más rica de Rusia, se genera la electricidad más barata del mundo utilizando gas de petróleo asociado como combustible.

Como ya se ha señalado, el gas de petróleo asociado tiene una composición más rica en varios hidrocarburos que el gas natural. Dividiéndolos en fracciones, se obtiene:

Gasolina natural: una mezcla altamente volátil que consiste principalmente en lentano y hexano;

Mezcla de propano-butano, que consiste, como su nombre lo indica, en propano y butano y se convierte fácilmente en estado líquido cuando aumenta la presión;

Gas seco - una mezcla que contiene principalmente metano y etano.

La gasolina natural, al ser una mezcla de componentes volátiles con un peso molecular pequeño, se evapora bien incluso a bajas temperaturas. Esto hace posible el uso de gasolina de gas como combustible para motores de combustión interna en el extremo norte y como aditivo para combustible de motor, lo que facilita el arranque de motores en condiciones invernales.

Una mezcla de propano-butano en forma de gas licuado se usa como combustible doméstico (cilindros de gas que le son familiares en el país) y para llenar encendedores. La transición gradual del transporte por carretera al gas licuado es una de las principales vías para superar la crisis mundial de los combustibles y resolver los problemas medioambientales.

El gas seco, de composición cercana al gas natural, también se usa ampliamente como combustible.

Sin embargo, el uso de gas de petróleo asociado y sus componentes como combustible está lejos de ser la forma más prometedora de usarlo.

Es mucho más eficiente utilizar los componentes asociados del gas de petróleo como materia prima para la producción química. El hidrógeno, el acetileno, los hidrocarburos insaturados y aromáticos y sus derivados se obtienen a partir de los alcanos, que forman parte del gas de petróleo asociado.

Los hidrocarburos gaseosos no solo pueden acompañar al petróleo en la corteza terrestre, sino también formar acumulaciones independientes: depósitos de gas natural.

Gas natural - una mezcla de hidrocarburos saturados gaseosos de bajo peso molecular. El principal componente del gas natural es el metano, cuya proporción, según el yacimiento, oscila entre el 75 y el 99 % en volumen. Además de metano, el gas natural contiene etano, propano, butano e isobutano, así como nitrógeno y dióxido de carbono.

Al igual que el gas de petróleo asociado, el gas natural se utiliza tanto como combustible como materia prima para la producción de diversas sustancias orgánicas e inorgánicas. Ya sabes que del metano, principal componente del gas natural, se obtiene hidrógeno, acetileno y alcohol metílico, formaldehído y ácido fórmico, y muchas otras sustancias orgánicas. Como combustible, el gas natural se utiliza en centrales eléctricas, en sistemas de calderas para calentar agua en edificios residenciales y edificios industriales, en altos hornos y en la producción en hornos abiertos. Al encender una cerilla y encender el gas en la estufa de gas de la cocina de una casa de la ciudad, se "inicia" una reacción en cadena de oxidación de los alcanos que forman parte del gas natural. Además del petróleo, los gases de petróleo naturales y asociados, el carbón es una fuente natural de hidrocarburos. 0n forma poderosas capas en las entrañas de la tierra, sus reservas exploradas superan significativamente las reservas de petróleo. Al igual que el petróleo, el carbón contiene una gran cantidad de diversas sustancias orgánicas. Además de las orgánicas, también incluye sustancias inorgánicas, como agua, amoníaco, sulfuro de hidrógeno y, por supuesto, el propio carbono: el carbón. Una de las principales formas de procesamiento del carbón es la coquización: calcinación sin acceso al aire. Como resultado de la coquización, que se realiza a una temperatura de unos 1000 °C, se forman:

gas de horno de coque, que incluye hidrógeno, metano, monóxido de carbono y dióxido de carbono, impurezas de amoníaco, nitrógeno y otros gases;
alquitrán de hulla que contiene varios cientos de sustancias orgánicas diferentes, incluidos benceno y sus homólogos, fenol y alcoholes aromáticos, naftaleno y varios compuestos heterocíclicos;
supra-alquitrán, o agua de amoníaco, que contiene, como su nombre lo indica, amoníaco disuelto, así como fenol, sulfuro de hidrógeno y otras sustancias;
coque - residuo sólido de la coquización, carbono casi puro.

coca cola usada en la producción de hierro y acero, amoníaco - en la producción de nitrógeno y fertilizantes combinados, y la importancia de los productos de coque orgánicos difícilmente puede sobreestimarse.

Así, asociados al petróleo y los gases naturales, el carbón no sólo son las fuentes más valiosas de hidrocarburos, sino que también forman parte de la única despensa de recursos naturales insustituibles, cuyo uso cuidadoso y razonable es condición necesaria para el desarrollo progresivo de la sociedad humana.

1. Enumerar las principales fuentes naturales de hidrocarburos. ¿Qué sustancias orgánicas se incluyen en cada uno de ellos? ¿Qué tienen en común?

2. Describir las propiedades físicas del aceite. ¿Por qué no tiene un punto de ebullición constante?

3. Después de resumir los informes de los medios, describe los desastres ambientales causados ​​por el derrame de petróleo y cómo superar sus consecuencias.

4. ¿Qué es la rectificación? ¿En qué se basa este proceso? Nombre las fracciones obtenidas como resultado de la rectificación del aceite. ¿Cómo se diferencian entre sí?

5. ¿Qué es el agrietamiento? Dé las ecuaciones de tres reacciones correspondientes al craqueo de productos derivados del petróleo.

6. ¿Qué tipos de grietas conoces? ¿Qué tienen en común estos procesos? ¿Cómo se diferencian entre sí? ¿Cuál es la diferencia fundamental entre los diferentes tipos de productos craqueados?

7. ¿Por qué se llama así al gas de petróleo asociado? ¿Cuáles son sus principales componentes y sus usos?

8. ¿En qué se diferencia el gas natural del gas de petróleo asociado? ¿Qué tienen en común? Proporcione las ecuaciones de las reacciones de combustión de todos los componentes del gas de petróleo asociado que conoce.

9. Dé las ecuaciones de reacción que se pueden usar para obtener benceno a partir de gas natural. Especifique las condiciones para estas reacciones.

10. ¿Qué es la coquización? ¿Cuáles son sus productos y su composición? Proporcione las ecuaciones de las reacciones típicas de los productos de la coquización del carbón que conoce.

11. Explique por qué la quema de petróleo, carbón y gas de petróleo asociado está lejos de ser la forma más racional de usarlos.