Luonnolliset hiilivetyjen lähteet. Öljynjalostus. Luonnolliset hiilivetyjen lähteet Hiilivetyjen luonnolliset lähteet kaasuöljykoksi

Tärkeimmät hiilivetyjen lähteet ovat luonnonkaasut ja niihin liittyvät maakaasut, öljy ja kivihiili.

Varausten mukaan maakaasu ensimmäinen paikka maailmassa kuuluu maallemme. Maakaasu sisältää alhaisen molekyylipainon hiilivetyjä. Sillä on likimääräinen koostumus (tilavuuden mukaan): 80-98 % metaania, 2-3 % sen lähimmistä homologeista - etaani, propaani, butaani ja pieni määrä epäpuhtauksia - rikkivetyä H 2 S, typpeä N 2, jalokaasuja , hiilimonoksidi (IV ) CO 2 ja vesihöyry H 2 O . Kaasun koostumus on kullekin kentälle ominaista. On seuraava kaava: mitä suurempi hiilivedyn suhteellinen molekyylipaino on, sitä vähemmän sitä on maakaasussa.

Maakaasua käytetään laajalti halvana polttoaineena, jolla on korkea lämpöarvo (1m 3 palaessa vapautuu jopa 54 400 kJ). Se on yksi parhaista polttoainetyypeistä kotitalouksien ja teollisuuden tarpeisiin. Lisäksi maakaasu on arvokas raaka-aine kemianteollisuudelle: asetyleenin, eteenin, vedyn, noen, erilaisten muovien, etikkahapon, väriaineiden, lääkkeiden ja muiden tuotteiden tuotannossa.

Liittyvät maaöljykaasut ovat kerrostumissa yhdessä öljyn kanssa: ne ovat liuenneet siihen ja sijaitsevat öljyn yläpuolella muodostaen kaasun "korkin". Kun öljyä uutetaan pintaan, kaasut erottuvat siitä jyrkän paineen laskun vuoksi. Aikaisemmin niihin liittyviä kaasuja ei käytetty, ja ne poltettiin öljyntuotannon aikana. Tällä hetkellä niitä kerätään ja käytetään polttoaineena ja arvokkaina kemiallisina raaka-aineina. Liitännäiskaasut sisältävät vähemmän metaania kuin maakaasu, mutta enemmän etaania, propaania, butaania ja korkeampia hiilivetyjä. Lisäksi ne sisältävät periaatteessa samoja epäpuhtauksia kuin maakaasussa: H 2 S, N 2, jalokaasut, H 2 O -höyry, CO 2 . Yksittäiset hiilivedyt (etaani, propaani, butaani jne.) uutetaan assosioituneista kaasuista, joiden käsittely mahdollistaa tyydyttymättömien hiilivetyjen saamiseksi dehydrauksella - propeenin, buteenin, butadieenin, joista syntetisoidaan kumeja ja muoveja. Kotitalouksien polttoaineena käytetään propaanin ja butaanin seosta (nestekaasua). Luonnonbensiiniä (pentaanin ja heksaanin seos) käytetään bensiinin lisäaineena polttoaineen syttymisen parantamiseksi moottoria käynnistettäessä. Hiilivetyjen hapettuminen tuottaa orgaanisia happoja, alkoholeja ja muita tuotteita.

Öljy- öljymäinen syttyvä neste, jonka väri on tummanruskea tai melkein musta ja jolla on ominainen haju. Se on vettä kevyempää (= 0,73–0,97 g / cm 3), käytännöllisesti katsoen veteen liukenematon. Koostumuksen mukaan öljy on monimutkainen seos eri molekyylipainoisia hiilivetyjä, joten sillä ei ole tiettyä kiehumispistettä.

Öljy koostuu pääasiassa nestemäisistä hiilivedyistä (kiinteitä ja kaasumaisia ​​hiilivetyjä on liuennut niihin). Yleensä nämä ovat alkaaneja (pääasiassa normaalirakenteisia), sykloalkaaneja ja areeneja, joiden suhde eri kenttien öljyissä vaihtelee suuresti. Uralöljy sisältää enemmän areeneja. Öljy sisältää hiilivetyjen lisäksi happea, rikkiä ja typpipitoisia orgaanisia yhdisteitä.

Raakaöljyä ei yleensä käytetä. Teknisesti arvokkaiden tuotteiden saamiseksi öljystä se käsitellään.

Ensisijainen käsittelyöljy koostuu sen tislauksesta. Tislaus suoritetaan jalostamoissa siihen liittyvien kaasujen erottamisen jälkeen. Öljyn tislauksen aikana saadaan kevytöljytuotteita:

bensa ( t kip \u003d 40–200 ° С) sisältää hiilivetyjä С 5 -С 11,

teollisuusbensiini ( t kip \u003d 150–250 ° С) sisältää hiilivetyjä С 8 -С 14,

kerosiini ( t kip \u003d 180–300 ° С) sisältää hiilivetyjä С 12 -С 18,

kaasuöljy ( t kip > 275 °C),

ja loput - viskoosi musta neste - polttoöljy.

Öljyä käsitellään edelleen. Se tislataan alennetussa paineessa (hajoamisen estämiseksi) ja voiteluöljyt eristetään: kara, moottori, sylinteri jne. Vaseliini ja parafiini eristetään joidenkin öljylaatujen polttoöljystä. Polttoöljyn jäännös tislauksen jälkeen - terva - osittaisen hapettumisen jälkeen käytetään asfaltin valmistukseen. Öljynjalostuksen suurin haittapuoli on bensiinin alhainen saanto (enintään 20 %).

Öljyn tislaustuotteilla on useita käyttötarkoituksia.

Bensiini käytetään suuria määriä lento- ja autopolttoaineena. Se koostuu yleensä hiilivedyistä, jotka sisältävät molekyyleissä keskimäärin 5-9 C-atomia. Teollisuusbensiini Sitä käytetään polttoaineena traktoreissa sekä liuottimena maali- ja lakkateollisuudessa. Suuria määriä jalostetaan bensiiniksi. Kerosiini Sitä käytetään traktoreiden, suihkukoneiden ja rakettien polttoaineena sekä kotitalouksien tarpeisiin. aurinkoöljy - kaasuöljy- käytetään moottoripolttoaineena ja voiteluöljyt- voitelumekanismeihin. Vaseliini käytetään lääketieteessä. Se koostuu nestemäisten ja kiinteiden hiilivetyjen seoksesta. Parafiini sitä käytetään korkeampien karboksyylihappojen saamiseksi, puun kyllästämiseen tulitikkujen ja lyijykynien valmistuksessa, kynttilöiden, kengänkiillokkeiden jne. Se koostuu kiinteiden hiilivetyjen seoksesta. polttoöljy Voiteluöljyiksi ja bensiiniksi jalostuksen lisäksi sitä käytetään kattilan nestemäisenä polttoaineena.

klo toissijaiset käsittelymenetelmätöljy on muutos sen koostumuksen muodostavien hiilivetyjen rakenteessa. Näistä menetelmistä erittäin tärkeä on öljyn hiilivetyjen krakkaus, joka suoritetaan bensiinin saannon lisäämiseksi (jopa 65–70 %).

Halkeilu- öljyn sisältämien hiilivetyjen pilkkomisprosessi, jonka seurauksena muodostuu hiilivetyjä, joissa on pienempi määrä C-atomeja molekyylissä. Krakkauksia on kahta päätyyppiä: lämpö ja katalyyttinen.

Terminen halkeilu suoritetaan kuumentamalla raaka-ainetta (polttoöljy jne.) 470–550 °C:n lämpötilaan ja 2–6 MPa:n paineeseen. Tässä tapauksessa hiilivetymolekyylit, joissa on suuri määrä C-atomeja, jaetaan molekyyleiksi, joissa on pienempi määrä sekä tyydyttyneiden että tyydyttymättömien hiilivetyjen atomeja. Esimerkiksi:

(radikaali mekanismi),

Tällä tavalla saadaan pääasiassa autobensiiniä. Sen tuotanto öljystä saavuttaa 70%. Venäläinen insinööri V.G. Shukhov löysi lämpöhalkeilun vuonna 1891.

katalyyttinen krakkaus suoritetaan katalyyttien (yleensä alumiinisilikaattien) läsnä ollessa 450–500 °C:ssa ja ilmakehän paineessa. Tällä tavalla saadaan lentobensiiniä jopa 80 %:n saannolla. Tämän tyyppinen krakkaus altistuu pääasiassa öljyn kerosiini- ja kaasuöljyjakeille. Katalyyttisessä krakkauksessa tapahtuu pilkkoutumisreaktioiden ohella isomerointireaktioita. Jälkimmäisen seurauksena muodostuu tyydyttyneitä hiilivetyjä, joissa on haarautunut molekyylien hiilirunko, mikä parantaa bensiinin laatua:

Katalyyttisesti krakattu bensiini on laadukkaampaa. Sen hankintaprosessi etenee paljon nopeammin, ja lämpöenergian kulutus vähenee. Lisäksi katalyyttisen krakkauksen aikana muodostuu suhteellisen paljon haaraketjuisia hiilivetyjä (isoyhdisteitä), joilla on suuri arvo orgaanisessa synteesissä.

klo t= 700 °C ja yli, tapahtuu pyrolyysi.

Pyrolyysi- orgaanisten aineiden hajoaminen ilman pääsyä ilmaan korkeassa lämpötilassa. Öljypyrolyysin aikana pääreaktiotuotteet ovat tyydyttymättömät kaasumaiset hiilivedyt (etyleeni, asetyleeni) ja aromaattiset hiilivedyt - bentseeni, tolueeni jne. Koska öljypyrolyysi on yksi tärkeimmistä tavoista saada aromaattisia hiilivetyjä, tätä prosessia kutsutaan usein öljyaromaattiseksi.

Aromatisointi– alkaanien ja sykloalkaanien muuttaminen areeneiksi. Kun öljytuotteiden raskaita fraktioita kuumennetaan katalyytin (Pt tai Mo) läsnä ollessa, hiilivedyt, jotka sisältävät 6–8 C-atomia molekyyliä kohden, muuttuvat aromaattisiksi hiilivedyiksi. Nämä prosessit tapahtuvat reformoinnin (bensiinin jalostuksen) aikana.

Uudistaminen- tämä on bensiinien aromatisointi, joka suoritetaan kuumentamalla niitä katalyytin, esimerkiksi Pt:n, läsnä ollessa. Näissä olosuhteissa alkaanit ja sykloalkaanit muuttuvat aromaattisiksi hiilivedyiksi, minkä seurauksena myös bensiinin oktaaniluku kasvaa merkittävästi. Aromatisointia käytetään yksittäisten aromaattisten hiilivetyjen (bentseeni, tolueeni) saamiseksi öljyn bensiinijakeista.

Viime vuosina öljyhiilivetyjä on käytetty laajalti kemiallisten raaka-aineiden lähteenä. Niistä saadaan eri tavoin muovien, synteettisten tekstiilikuitujen, synteettisen kumin, alkoholien, happojen, synteettisten pesuaineiden, räjähteiden, torjunta-aineiden, synteettisten rasvojen jne. valmistukseen tarvittavia aineita.

Hiili aivan kuten maakaasu ja öljy, se on energianlähde ja arvokas kemiallinen raaka-aine.

Pääasiallinen kivihiilen käsittelymenetelmä on koksaus(kuivatislaus). Koksauksen aikana (kuumennus 1000 - 1200 °С ilman ilman pääsyä) saadaan erilaisia ​​tuotteita: koksi, kivihiiliterva, tervavesi ja koksiuunikaasu (kaavio).

Kaavio

Koksia käytetään pelkistimenä raudan tuotannossa metallurgisissa laitoksissa.

Kivihiiliterva toimii aromaattisten hiilivetyjen lähteenä. Se puhdistetaan tislaamalla ja saadaan bentseeniä, tolueenia, ksyleeniä, naftaleenia sekä fenoleja, typpeä sisältäviä yhdisteitä jne.

Tervavedestä saadaan ammoniakkia, ammoniumsulfaattia, fenolia jne.

Koksausuunikaasua käytetään koksiuunien lämmittämiseen (1 m 3:n palamisesta vapautuu noin 18 000 kJ), mutta se käsitellään pääasiassa kemiallisesti. Joten siitä uutetaan vetyä ammoniakin synteesiä varten, jota sitten käytetään typpilannoitteiden sekä metaanin, bentseenin, tolueenin, ammoniumsulfaatin ja eteenin valmistukseen.

Öljynjalostus

Öljy on monikomponenttinen seos eri aineita, pääasiassa hiilivetyjä. Nämä komponentit eroavat toisistaan ​​kiehumispisteissä. Tältä osin, jos öljyä kuumennetaan, siitä haihtuu ensin kevyimmät kiehuvat komponentit, sitten yhdisteet, joilla on korkeampi kiehumispiste jne. Tämän ilmiön perusteella primäärinen öljynjalostus , joka koostuu tislaus (oikaisu) öljy. Tätä prosessia kutsutaan primääriseksi, koska oletetaan, että sen aikana ei tapahdu aineiden kemiallisia muutoksia ja öljy erottuu vain jakeiksi, joilla on eri kiehumispisteet. Alla on kaaviollinen kaavio tislauskolonnista, jossa on lyhyt kuvaus itse tislausprosessista:

Ennen rektifikaatioprosessia öljy valmistetaan erityisellä tavalla, eli se poistetaan epäpuhtaudesta vedestä siihen liuenneilla suoloilla ja kiinteistä mekaanisista epäpuhtauksista. Tällä tavalla valmistettu öljy menee putkimaiseen uuniin, jossa se kuumennetaan korkeaan lämpötilaan (320-350 o C). Putkiuunissa kuumentamisen jälkeen korkean lämpötilan öljy tulee tislauskolonnin alaosaan, jossa yksittäiset fraktiot haihtuvat ja niiden höyryt nousevat tislauskolonniin. Mitä korkeampi tislauskolonnin osuus on, sitä alhaisempi sen lämpötila on. Näin ollen seuraavat jakeet otetaan eri korkeuksilta:

1) tislauskaasut (otettu kolonnin yläosasta, joten niiden kiehumispiste ei ylitä 40 ° C);

2) bensiinijae (kiehumispiste 35 - 200 o C);

3) teollisuusbensiinifraktio (kiehumispisteet 150 - 250 o C);

4) kerosiinifraktio (kiehumispisteet 190 - 300 o C);

5) dieselfraktio (kiehumispiste 200 - 300 o C);

6) polttoöljy (kiehumispiste yli 350 o C).

On huomattava, että öljyn rektifioinnin aikana eristetyt keskimääräiset jakeet eivät täytä polttoaineen laatustandardeja. Lisäksi öljyn tislauksen seurauksena muodostuu huomattava määrä polttoöljyä - kaukana kysytyimmistä tuotteista. Tältä osin öljyn ensikäsittelyn jälkeen tehtävänä on lisätä kalliimpien, erityisesti bensiinijakeiden saantoa, sekä parantaa näiden jakeiden laatua. Nämä tehtävät ratkaistaan ​​erilaisilla prosesseilla. Öljynjalostus , kuten halkeilua jauudistamassa .

On huomattava, että öljyn toissijaisessa käsittelyssä käytettyjen prosessien määrä on paljon suurempi, ja käsittelemme vain joitain tärkeimmistä. Ymmärrämme nyt, mikä näiden prosessien merkitys on.

Halkeilu (lämpö tai katalyyttinen)

Tämä prosessi on suunniteltu lisäämään bensiinijakeen saantoa. Tätä tarkoitusta varten raskaita fraktioita, kuten polttoöljyä, kuumennetaan voimakkaasti, useimmiten katalyytin läsnä ollessa. Tämän toiminnan seurauksena raskaisiin fraktioihin kuuluvat pitkäketjuiset molekyylit repeytyvät ja muodostuu alhaisemman molekyylipainon omaavia hiilivetyjä. Itse asiassa tämä johtaa alkuperäistä polttoöljyä arvokkaamman bensiinijakeen lisäsaantoon. Tämän prosessin kemiallinen olemus näkyy yhtälössä:

Uudistaminen

Tämä prosessi suorittaa tehtävän parantaa bensiinijakeen laatua, erityisesti lisäämällä sen nakutuskestävyyttä (oktaaniluku). Tämä bensiinien ominaisuus ilmoitetaan huoltoasemilla (92., 95., 98. bensiini jne.).

Reformointiprosessin seurauksena aromaattisten hiilivetyjen osuus bensiinijakeessa kasvaa, jolla on muiden hiilivetyjen joukossa yksi korkeimmista oktaaniluvuista. Tällainen aromaattisten hiilivetyjen osuuden lisäys saavutetaan pääasiassa reformointiprosessin aikana tapahtuvien dehydrosyklisointireaktioiden seurauksena. Esimerkiksi kun se on lämmitetty riittävästi n-heksaani platinakatalyytin läsnäollessa muuttuu bentseeniksi ja n-heptaani samalla tavalla - tolueeniksi:

Hiilen käsittely

Pääasiallinen kivihiilen käsittelymenetelmä on koksaus . Hiilen koksaus kutsutaan prosessiksi, jossa hiiltä lämmitetään ilman pääsyä ilmaan. Samaan aikaan tällaisen lämmityksen seurauksena hiilestä eristetään neljä päätuotetta:

1) koksi

Kiinteä aine, joka on lähes puhdasta hiiltä.

2) Kivihiiliterva

Sisältää suuren määrän erilaisia ​​pääasiassa aromaattisia yhdisteitä, kuten bentseeniä, sen homologeja, fenoleja, aromaattisia alkoholeja, naftaleenia, naftaleenin homologeja jne.;

3) Ammoniakkivesi

Nimestään huolimatta tämä fraktio sisältää ammoniakin ja veden lisäksi myös fenolia, rikkivetyä ja joitain muita yhdisteitä.

4) koksiuunikaasu

Koksauskaasun pääkomponentit ovat vety, metaani, hiilidioksidi, typpi, eteeni jne.

– koostuu (pääasiassa) metaanista ja (pienempinä määrinä) sen lähimmistä homologeista - etaanista, propaanista, butaanista, pentaanista, heksaanista jne.; havaitaan siihen liittyvässä maakaasussa, eli maakaasussa, joka on luonnossa öljyn yläpuolella tai liuennut siihen paineen alaisena.

Öljy

- se on öljymäinen palava neste, joka koostuu alkaaneista, sykloalkaaneista, areeneista (pääasiassa) sekä happea, typpeä ja rikkiä sisältävistä yhdisteistä.

Hiili

- orgaanista alkuperää oleva kiinteä polttoaine. Se sisältää vähän grafiittia a ja monia monimutkaisia ​​syklisiä yhdisteitä, mukaan lukien alkuaineet C, H, O, N ja S. On antrasiittia (melkein vedetön), hiiltä (-4 % kosteus) ja ruskohiiltä (50-60 % kosteutta). Koksaamalla kivihiili muuttuu hiilivedyiksi (kaasumaiseksi, nestemäiseksi ja kiinteäksi) ja koksiksi (melko puhdas grafiitti).

Hiilen koksaus

Hiilen lämmittäminen ilman ilman pääsyä 900-1050 ° C:een johtaa sen lämpöhajoamiseen, jolloin muodostuu haihtuvia tuotteita (kivihiiliterva, ammoniakkivesi ja koksiuunikaasu) ja kiinteää jäännöstä - koksia.

Tärkeimmät tuotteet: koksi - 96-98% hiiltä; koksiuunikaasu - 60 % vetyä, 25 % metaania, 7 % hiilimonoksidia (II) jne.

Sivutuotteet: kivihiiliterva (bentseeni, tolueeni), ammoniakki (koksauskaasusta) jne.

Öljynjalostus rektifikaatiomenetelmällä

Esipuhdistettu öljy alistetaan ilmakehän (tai tyhjötislaukseen) jakeiksi, joilla on tietyt kiehumispistealueet jatkuvatoimisissa tislauskolonneissa.

Päätuotteet: kevyt ja raskas bensiini, kerosiini, kaasuöljy, voiteluöljyt, polttoöljy, terva.

Öljynjalostus katalyyttisellä krakkauksella

Raaka-aineet: korkealla kiehuvat öljyjakeet (petroli, kaasuöljy jne.)

Apuaineet: katalyytit (muunnetut alumiinisilikaatit).

Pääasiallinen kemiallinen prosessi: lämpötilassa 500-600 ° C ja paineessa 5 10 5 Pa hiilivetymolekyylit jaetaan pienemmiksi molekyyleiksi, katalyyttiseen krakkaukseen liittyy aromatisaatio, isomerointi, alkylointireaktiot.

Tuotteet: matalalla kiehuvien hiilivetyjen seos (polttoaine, petrokemian raaka-aine).

C 16. H 34 → C 8 H 18 + C 8 H 16
C8H18 → C4H10 + C4H8
C 4 H 10 → C 2 H 6 + C 2 H 4

Oppitunnin aikana pääset tutkimaan aihetta ”Hiilivetyjen luonnolliset lähteet. Öljynjalostus". Yli 90 % kaikesta ihmiskunnan tällä hetkellä kuluttamasta energiasta uutetaan fossiilisista luonnollisista orgaanisista yhdisteistä. Opit luonnonvaroista (maakaasu, öljy, hiili), mitä öljylle tapahtuu sen louhinnan jälkeen.

Aihe: Rajoita hiilivetyjä

Oppitunti: Hiilivetyjen luonnolliset lähteet

Noin 90 % nykyajan sivilisaation kuluttamasta energiasta tuotetaan polttamalla luonnollisia fossiilisia polttoaineita - maakaasua, öljyä ja hiiltä.

Venäjä on maa, jossa on runsaasti luonnollisia fossiilisia polttoaineita. Länsi-Siperiassa ja Uralilla on suuria öljy- ja maakaasuvarantoja. Kivihiiltä louhitaan Kuznetskin, Etelä-Jakutskin altaissa ja muilla alueilla.

Maakaasu koostuu keskimäärin 95 tilavuusprosenttia metaanista.

Eri kentiltä peräisin oleva maakaasu sisältää metaanin lisäksi typpeä, hiilidioksidia, heliumia, rikkivetyä ja muita kevyitä alkaaneita - etaania, propaania ja butaaneja.

Maakaasua saadaan maanalaisista esiintymistä, joissa se on korkean paineen alaisena. Metaani ja muut hiilivedyt muodostuvat kasvi- ja eläinperäisistä orgaanisista aineista hajoaessaan ilman, että ilma pääsee käsiksi. Metaania syntyy jatkuvasti ja tällä hetkellä mikro-organismien toiminnan seurauksena.

Metaania löytyy aurinkokunnan planeetoilta ja niiden satelliiteilta.

Puhdas metaani on hajuton. Arkielämässä käytetyllä kaasulla on kuitenkin tyypillinen epämiellyttävä haju. Tämä on erityisten lisäaineiden - merkaptaanien - tuoksu. Merkaptaanien hajun avulla voit havaita kotikaasuvuodon ajoissa. Metaanin ja ilman seokset ovat räjähtäviä monenlaisissa suhteissa - 5 - 15 tilavuusprosenttia kaasusta. Siksi, jos haistat kaasua huoneessa, et voi vain sytyttää tulta, vaan myös käyttää sähkökytkimiä. Pieninkin kipinä voi aiheuttaa räjähdyksen.

Riisi. 1. Öljyä eri kentiltä

Öljy- paksu neste, kuten öljy. Sen väri on vaaleankeltaisesta ruskeaan ja mustaan.

Riisi. 2. Öljykentät

Eri kentiltä peräisin olevan öljyn koostumus vaihtelee suuresti. Riisi. 1. Suurin osa öljystä on hiilivetyjä, jotka sisältävät vähintään 5 hiiliatomia. Pohjimmiltaan nämä hiilivedyt ovat tyydyttyneitä, ts. alkaanit. Riisi. 2.

Öljyn koostumuksessa on myös rikkiä, happea, typpeä sisältäviä orgaanisia yhdisteitä Öljy sisältää vettä ja epäorgaanisia epäpuhtauksia.

Kaasut liukenevat öljyyn, jotka vapautuvat sen uuttamisen aikana - niihin liittyvät maakaasut. Näitä ovat metaani, etaani, propaani, butaanit, joissa on typen, hiilidioksidin ja rikkivedyn epäpuhtauksia.

Hiili, kuten öljy, on monimutkainen seos. Hiilen osuus siinä on 80-90 %. Loput ovat vetyä, happea, rikkiä, typpeä ja joitain muita alkuaineita. Ruskeassa hiilessä hiilen ja orgaanisen aineen osuus on pienempi kuin kivessä. Vielä vähemmän luomua öljyliuske.

Teollisuudessa kivihiili lämmitetään 900-1100 0 C ilman ilmaa. Tätä prosessia kutsutaan koksaus. Tuloksena on korkeahiilipitoinen koksi, koksikaasu ja kivihiiliterva, joita tarvitaan metallurgiassa. Kaasusta ja tervasta vapautuu paljon orgaanisia aineita. Riisi. 3.

Riisi. 3. Koksausuunin laite

Maakaasu ja öljy ovat kemianteollisuuden tärkeimpiä raaka-ainelähteitä. Öljyä sellaisenaan se tuotetaan eli "raakaöljyä" on vaikea käyttää edes polttoaineena. Siksi raakaöljy jaetaan fraktioihin (englanninkielisestä "fraction" - "osa") käyttämällä eroja sen aineosien kiehumispisteissä.

Öljyn erotusmenetelmää, joka perustuu sen sisältämien hiilivetyjen erilaisiin kiehumispisteisiin, kutsutaan tislaamiseksi tai tislaamiseksi. Riisi. 4.

Riisi. 4. Öljynjalostustuotteet

Fraktiota, joka tislataan noin 50 - 180 0 C:ssa kutsutaan bensiini.

Kerosiini kiehuu 180-300 0 С lämpötiloissa.

Paksua mustaa jäännöstä, joka ei sisällä haihtuvia aineita, kutsutaan polttoöljy.

On myös joukko välijakeita, jotka kiehuvat kapeammilla alueilla - petrolieetterit (40-70 0 C ja 70-100 0 C), lakkabensiiniä (149-204 °C) ja myös kaasuöljyä (200-500 0 C) . Niitä käytetään liuottimina. Polttoöljyä voidaan tislata alennetussa paineessa, jolloin siitä saadaan voiteluöljyjä ja parafiinia. Kiinteä jäännös polttoöljyn tislauksesta - asfaltti. Sitä käytetään tienpintojen valmistukseen.

Siihen liittyvien öljykaasujen jalostus on erillinen toimiala ja mahdollistaa useiden arvokkaiden tuotteiden saamisen.

Yhteenveto oppitunnista

Oppitunnin aikana opiskelit aihetta "Hiilivetyjen luonnolliset lähteet. Öljynjalostus". Yli 90 % kaikesta ihmiskunnan tällä hetkellä kuluttamasta energiasta uutetaan fossiilisista luonnollisista orgaanisista yhdisteistä. Opit luonnonvaroista (maakaasu, öljy, hiili) ja siitä, mitä öljylle tapahtuu sen louhinnan jälkeen.

Bibliografia

1. Rudzitis G.E. Kemia. Yleisen kemian perusteet. Luokka 10: oppikirja oppilaitoksille: perustaso / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. painos. - M.: Koulutus, 2012.

2. Kemia. Luokka 10. Profiilitaso: oppikirja. yleissivistävää koulutusta varten laitokset / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin ja muut - M.: Drofa, 2008. - 463 s.

3. Kemia. Luokka 11. Profiilitaso: oppikirja. yleissivistävää koulutusta varten laitokset / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin ja muut - M.: Drofa, 2010. - 462 s.

4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Kokoelma kemian tehtäviä yliopistoihin tuleville. - 4. painos - M.: RIA "New Wave": Kustantaja Umerenkov, 2012. - 278 s.

Kotitehtävät

1. Nro 3, 6 (s. 74) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Kemia: Orgaaninen kemia. Luokka 10: oppikirja oppilaitoksille: perustaso / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. painos. - M.: Koulutus, 2012.

2. Mitä eroa on siihen liittyvällä öljykaasulla ja maakaasulla?

3. Miten öljynjalostus suoritetaan?

Yhdisteet, jotka sisältävät vain hiili- ja vetyatomeja.

Hiilivedyt jaetaan syklisiin (karbosykliset yhdisteet) ja asyklisiin.

Syklisiä (karbosyklisiä) yhdisteitä kutsutaan yhdisteiksi, jotka sisältävät yhden tai useamman syklin, joka koostuu vain hiiliatomeista (toisin kuin heterosyklisiä yhdisteitä, jotka sisältävät heteroatomeja - typpeä, rikkiä, happea jne.). Karbosykliset yhdisteet puolestaan ​​jaetaan aromaattisiin ja ei-aromaattisiin (alisyklisiin) yhdisteisiin.

Asykliset hiilivedyt sisältävät orgaanisia yhdisteitä, joiden molekyylien hiilirunko on avoimia ketjuja.

Nämä ketjut voivat muodostua yksittäisistä sidoksista (al-kaaneista), sisältää yhden kaksoissidoksen (alkeenit), kaksi tai useampia kaksoissidoksia (dieenit tai polyeenit), yhden kolmoissidoksen (alkyynit).

Kuten tiedät, hiiliketjut ovat osa useimpia orgaanisia aineita. Siten hiilivetyjen tutkiminen on erityisen tärkeää, koska nämä yhdisteet ovat muiden orgaanisten yhdisteiden luokkien rakenteellinen perusta.

Lisäksi hiilivedyt, erityisesti alkaanit, ovat tärkeimpiä luonnollisia orgaanisten yhdisteiden lähteitä ja tärkeimpien teollisuus- ja laboratorio synteesien perusta (kaavio 1).

Tiedät jo, että hiilivedyt ovat kemianteollisuuden tärkein raaka-aine. Hiilivedyt puolestaan ​​ovat melko yleisiä luonnossa ja niitä voidaan eristää useista luonnollisista lähteistä: öljystä, siihen liittyvästä öljystä ja maakaasusta, hiilestä. Tarkastellaanpa niitä tarkemmin.

Öljy- luonnollinen monimutkainen seos hiilivetyjä, pääasiassa lineaarisia ja haaroittuneita alkaaneja, jotka sisältävät molekyyleissä 5-50 hiiliatomia, muiden orgaanisten aineiden kanssa. Sen koostumus riippuu merkittävästi sen tuotantopaikasta (esiintymä), alkaanien lisäksi se voi sisältää sykloalkaaneja ja aromaattisia hiilivetyjä.

Öljyn kaasumaiset ja kiinteät komponentit liukenevat sen nestemäisiin komponentteihin, mikä määrää sen aggregaatiotilan. Öljy on öljymäinen neste, jonka väri on tumma (ruskeasta mustaan), jolla on ominainen haju ja joka ei liukene veteen. Sen tiheys on pienempi kuin veden, joten joutuessaan siihen öljy leviää pinnalle, mikä estää hapen ja muiden ilmakaasujen liukenemisen veteen. On selvää, että öljyn joutuminen luonnollisiin vesistöihin aiheuttaa mikro-organismien ja eläinten kuoleman, mikä johtaa ympäristökatastrofeihin ja jopa katastrofeihin. On bakteereja, jotka voivat käyttää öljyn ainesosia ravinnoksi ja muuntaa ne vaarattomiksi elintärkeän toimintansa tuotteiksi. On selvää, että näiden bakteeriviljelmien käyttö on ympäristön kannalta turvallisin ja lupaavin tapa torjua öljyn saastumista tuotanto-, kuljetus- ja jalostusprosessissa.

Luonnossa öljy ja siihen liittyvä öljykaasu, joista keskustellaan jäljempänä, täyttävät maan sisätilojen ontelot. Eri aineiden seoksena öljyllä ei ole jatkuvaa kiehumispistettä. On selvää, että jokainen sen komponentti säilyttää seoksessa yksilölliset fysikaaliset ominaisuutensa, mikä mahdollistaa öljyn erottamisen sen komponentteihin. Tätä varten se puhdistetaan mekaanisista epäpuhtauksista, rikkiä sisältävistä yhdisteistä ja alistetaan ns. jakotislaukseen tai puhdistukseen.

Jakotislaus on fysikaalinen menetelmä eri kiehumispisteiden omaavien komponenttien seoksen erottamiseksi.

Tislaus suoritetaan erityisissä laitteissa - tislauskolonneissa, joissa öljyn sisältämien nestemäisten aineiden kondensaatio- ja haihtumissyklit toistetaan (kuva 9).

Aineseoksen kiehumisen aikana muodostuneita höyryjä rikastetaan kevyemmällä kiehuvalla (eli alhaisemmalla lämpötilalla) komponentilla. Nämä höyryt kerätään, kondensoidaan (jäähdytetään kiehumispisteen alapuolelle) ja palautetaan kiehumispisteeseen. Tässä tapauksessa muodostuu höyryjä, jotka ovat vieläkin rikastuneet matalalla kiehuvalla aineella. Toistamalla näitä syklejä on mahdollista saavuttaa lähes täydellinen seoksen sisältämien aineiden erottaminen.

Tislauskolonni saa putkimaisessa uunissa 320-350 °C lämpötilaan kuumennettua öljyä. Tislauskolonnissa on vaakasuorat väliseinät, joissa on reikiä - niin sanotut levyt, joille öljyfraktiot tiivistyvät. Kevyesti kiehuvat jakeet kerääntyvät korkeampiin ja korkeassa kiehuvat jakeet alemmille.

Oikaisuprosessissa öljy jaetaan seuraaviin fraktioihin:

Rektifiointikaasut - pienimolekyylipainoisten hiilivetyjen, pääasiassa propaanin ja butaanin, seos, jonka kiehumispiste on jopa 40 °C;

Bensiinifraktio (bensiini) - hiilivedyt, joiden koostumus on C5H12-C11H24 (kiehumispiste 40-200 °C); tämän fraktion hienommalla erotuksella saadaan bensiiniä (petrolieetteri, 40-70 °C) ja bensiiniä (70-120 °C);

Teollisuusbensiinifraktio - hiilivedyt, joiden koostumus on C8H18 - C14H30 (kiehumispiste 150-250 °C);

Kerosiinifraktio - hiilivedyt, joiden koostumus on C12H26 - C18H38 (kiehumispiste 180-300 °C);

Dieselpolttoaine - hiilivedyt, joiden koostumus on C13H28 - C19H36 (kiehumispiste 200-350 °C).

Öljyn tislauksen jäännös - polttoöljy- sisältää hiilivetyjä, joiden hiiliatomien lukumäärä on 18 - 50. Polttoöljystä alennetussa paineessa tapahtuva tislaus tuottaa aurinkoöljyä (C18H28-C25H52), voiteluöljyjä (C28H58-C38H78), vaseliinia ja parafiinia - kiinteiden hiilivetyjen sulavia seoksia. Polttoöljyn tislauksen kiinteää jäännöstä - tervaa ja sen jalostustuotteita - bitumia ja asfalttia käytetään tienpintojen valmistukseen.

Öljyn puhdistuksen tuloksena saadut tuotteet alistetaan kemialliseen käsittelyyn, joka sisältää useita monimutkaisia ​​prosesseja. Yksi niistä on öljytuotteiden krakkaus. Tiedät jo, että polttoöljy erotetaan komponenteiksi alennetussa paineessa. Tämä johtuu siitä, että ilmakehän paineessa sen komponentit alkavat hajota ennen kiehumispisteen saavuttamista. Tämä on halkeilun taustalla.

Halkeilu - öljytuotteiden lämpöhajoaminen, mikä johtaa hiilivetyjen muodostumiseen, joissa on pienempi määrä hiiliatomeja molekyylissä.

Krakkauksia on useita tyyppejä: lämpökrakkaus, katalyyttinen krakkaus, korkeapainekrakkaus, pelkistyskrakkaus.

Terminen krakkaus koostuu pitkän hiiliketjun omaavien hiilivetymolekyylien pilkkomisesta lyhyemmiksi korkean lämpötilan (470-550 °C) vaikutuksesta. Tämän halkeamisen aikana alkaanien kanssa muodostuu alkeeneja.

Yleensä tämä reaktio voidaan kirjoittaa seuraavasti:

C n H 2n+2 -> C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k
alkaani alkaani alkeeni
pitkä ketju

Tuloksena olevat hiilivedyt voivat jälleen halkeilla, jolloin muodostuu alkaaneja ja alkeeneja, joiden molekyylissä on vielä lyhyempi hiiliatomiketju:

Perinteisessä lämpökrakkauksessa muodostuu monia pienimolekyylipainoisia kaasumaisia ​​hiilivetyjä, joita voidaan käyttää raaka-aineina alkoholien, karboksyylihappojen ja korkeamolekyylipainoisten yhdisteiden (esimerkiksi polyeteenin) valmistukseen.

katalyyttinen krakkaus tapahtuu katalyyttien läsnä ollessa, joita käytetään koostumuksen luonnollisina alumiinisilikaateina

Krakkauksen toteuttaminen katalyyteillä johtaa hiilivetyjen muodostumiseen, joissa on haarautunut tai suljettu hiiliatomiketju molekyylissä. Tämän rakenteen hiilivetyjen pitoisuus moottoripolttoaineessa parantaa merkittävästi sen laatua, ensisijaisesti iskunkestävyyttä - bensiinin oktaanilukua.

Öljytuotteiden krakkaus etenee korkeissa lämpötiloissa, joten usein muodostuu hiilikerrostumia (noki), jotka saastuttavat katalyytin pinnan, mikä vähentää jyrkästi sen aktiivisuutta.

Katalyytin pinnan puhdistaminen hiilikertymistä - sen regenerointi - on pääedellytys katalyyttisen krakkauksen käytännön toteuttamiselle. Yksinkertaisin ja halvin tapa regeneroida katalyytti on sen pasuttaminen, jonka aikana ilmakehän happi hapettaa hiilikertymiä. Katalyytin pinnalta poistetaan kaasumaiset hapettumistuotteet (pääasiassa hiilidioksidi ja rikkidioksidi).

Katalyyttinen krakkaus on heterogeeninen prosessi, jossa on mukana kiinteitä (katalyytti) ja kaasumaisia ​​(hiilivetyhöyry) aineita. On selvää, että katalyytin regenerointi - kiinteiden kerrostumien vuorovaikutus ilmakehän hapen kanssa - on myös heterogeeninen prosessi.

heterogeeniset reaktiot(kaasu - kiinteä) virtaa nopeammin, kun kiinteän aineen pinta-ala kasvaa. Siksi katalyytti murskataan, ja sen regenerointi ja hiilivetyjen krakkaus suoritetaan "leijupedissä", joka on sinulle tuttu rikkihapon tuotannosta.

Krakkaussyöttö, kuten kaasuöljy, tulee kartiomaiseen reaktoriin. Reaktorin alaosan halkaisija on pienempi, joten syöttöhöyryn virtausnopeus on erittäin suuri. Suurella nopeudella liikkuva kaasu vangitsee katalyyttihiukkaset ja kuljettaa ne reaktorin yläosaan, jossa sen halkaisijan kasvaessa virtaus laskee. Painovoiman vaikutuksesta katalyyttihiukkaset putoavat reaktorin alempaan, kapeampaan osaan, josta ne kulkeutuvat jälleen ylöspäin. Siten jokainen katalyytin rake on jatkuvassa liikkeessä ja kaasumaisella reagenssilla pestään kaikilta puolilta.

Jotkut katalyyttirakeista pääsevät reaktorin ulompaan, leveämpään osaan ja kohdatmatta kaasuvirtauksen vastusta vajoavat alaosaan, missä kaasuvirtaus kerää ne ja kuljettaa ne pois regeneraattoriin. Sielläkin "leijupeti"-tilassa katalyytti poltetaan ja palautetaan reaktoriin.

Siten katalyytti kiertää reaktorin ja regeneraattorin välillä ja niistä poistetaan krakkauksen ja paahtamisen kaasumaiset tuotteet.

Krakkauskatalyyttien käyttö mahdollistaa reaktionopeuden hieman lisäämisen, sen lämpötilan alentamisen ja krakatun tuotteen laadun parantamisen.

Bensiinifraktion saaduilla hiilivedyillä on pääosin lineaarinen rakenne, mikä johtaa saadun bensiinin alhaiseen nakutuskestävyyteen.

Käsittelemme "nakutuskestävyyden" käsitettä myöhemmin, toistaiseksi huomaamme vain, että hiilivedyillä, joissa on haarautuneita molekyylejä, on paljon suurempi räjähdyskestävyys. On mahdollista lisätä isomeeristen haarautuneiden hiilivetyjen osuutta krakkauksen aikana muodostuneessa seoksessa lisäämällä järjestelmään isomerointikatalyyttejä.

Öljykentillä on pääsääntöisesti suuria kertymiä ns. assosioitunutta maaöljykaasua, joka kerääntyy maankuoreen öljyn yläpuolelle ja liukenee siihen osittain päällä olevien kivien paineen alaisena. Kuten öljy, myös siihen liittyvä maakaasu on arvokas luonnollinen hiilivetyjen lähde. Se sisältää pääasiassa alkaaneja, joiden molekyyleissä on 1-6 hiiliatomia. Ilmeisesti siihen liittyvän öljykaasun koostumus on paljon köyhempi kuin öljyn. Siitä huolimatta sitä käytetään kuitenkin laajalti sekä polttoaineena että kemianteollisuuden raaka-aineena. Vielä muutama vuosikymmen sitten useimmilla öljykentillä siihen liittyvää öljykaasua poltettiin hyödyttömänä lisäyksenä öljyyn. Tällä hetkellä esimerkiksi Surgutissa, Venäjän rikkaimmassa öljyvarastossa, maailman halvinta sähköä tuotetaan käyttämällä polttoaineena siihen liittyvää öljykaasua.

Kuten jo todettiin, siihen liittyvä öljykaasu on koostumukseltaan rikkaampi useissa hiilivedyissä kuin maakaasu. Jakamalla ne murto-osiin, he saavat:

Luonnonbensiini - erittäin haihtuva seos, joka koostuu pääasiassa lentaanista ja heksaanista;

Propaani-butaaniseos, joka koostuu nimensä mukaisesti propaanista ja butaanista ja muuttuu helposti nestemäiseksi paineen noustessa;

Kuiva kaasu - seos, joka sisältää pääasiassa metaania ja etaania.

Luonnonbensiini, joka on sekoitus haihtuvia komponentteja, joilla on pieni molekyylipaino, haihtuu hyvin myös alhaisissa lämpötiloissa. Tämä mahdollistaa kaasubensiinin käytön polttomoottoreiden polttoaineena Kauko-Pohjolassa sekä moottoripolttoaineen lisäaineena, mikä helpottaa moottoreiden käynnistämistä talviolosuhteissa.

Propaani-butaaniseosta nestekaasun muodossa käytetään kotitalouspolttoaineena (maassa tutut kaasupullot) ja sytyttimien täyttöön. Tieliikenteen asteittainen siirtyminen nestekaasuun on yksi tärkeimmistä tavoista voittaa globaali polttoainekriisi ja ratkaista ympäristöongelmia.

Myös kuivaa kaasua, jonka koostumus on lähellä maakaasua, käytetään laajalti polttoaineena.

Siihen liittyvän öljykaasun ja sen komponenttien käyttö polttoaineena ei kuitenkaan ole kaikkea muuta kuin lupaavin tapa käyttää sitä.

On paljon tehokkaampaa käyttää niihin liittyviä öljykaasukomponentteja kemian tuotannon raaka-aineena. Vetyä, asetyleenia, tyydyttymättömiä ja aromaattisia hiilivetyjä ja niiden johdannaisia ​​saadaan alkaaneista, jotka ovat osa niihin liittyvää maaöljykaasua.

Kaasumaiset hiilivedyt eivät voi vain seurata öljyä maankuoressa, vaan myös muodostaa itsenäisiä kertymiä - maakaasuesiintymiä.

Maakaasu - kaasumaisten tyydyttyneiden hiilivetyjen seos, jolla on pieni molekyylipaino. Maakaasun pääkomponentti on metaani, jonka osuus vaihtelee kentästä riippuen 75-99 tilavuusprosenttia. Maakaasu sisältää metaanin lisäksi etaania, propaania, butaania ja isobutaania sekä typpeä ja hiilidioksidia.

Maakaasua käytetään vastaavan maakaasun tavoin sekä polttoaineena että raaka-aineena erilaisten orgaanisten ja epäorgaanisten aineiden valmistuksessa. Tiedät jo, että vetyä, asetyleenia ja metyylialkoholia, formaldehydiä ja muurahaishappoa sekä monia muita orgaanisia aineita saadaan metaanista, joka on maakaasun pääkomponentti. Polttoaineena maakaasua käytetään voimalaitoksissa, asuin- ja teollisuusrakennusten vedenlämmityksen kattilajärjestelmissä, masuuni- ja tulisijatuotannossa. Lyömällä tulitikkua ja sytyttämällä kaasun kaupunkitalon keittiön kaasuliesiin "käynnistät" maakaasuun kuuluvien alkaanien hapettumisen ketjureaktion. Öljyn, luonnon ja niihin liittyvien öljykaasujen lisäksi kivihiili on luonnollinen hiilivetyjen lähde. 0n muodostaa voimakkaita kerroksia maan suolistossa, sen tutkitut varat ylittävät merkittävästi öljyvarat. Kuten öljy, myös kivihiili sisältää suuren määrän erilaisia ​​orgaanisia aineita. Orgaanisten lisäksi se sisältää myös epäorgaanisia aineita, kuten vettä, ammoniakkia, rikkivetyä ja tietysti itse hiiltä - hiiltä. Yksi tärkeimmistä kivihiilen käsittelytavoista on koksaus - kalsinointi ilman ilmaa. Koksauksen seurauksena, joka suoritetaan noin 1000 °C:n lämpötilassa, muodostuu:

Koksiuunikaasu, joka sisältää vetyä, metaania, hiilimonoksidia ja hiilidioksidia, ammoniakin epäpuhtauksia, typpeä ja muita kaasuja;
kivihiiliterva, joka sisältää useita satoja erilaisia ​​orgaanisia aineita, mukaan lukien bentseeni ja sen homologit, fenoli ja aromaattiset alkoholit, naftaleeni ja erilaiset heterosykliset yhdisteet;
supraterva eli ammoniakkivesi, joka sisältää nimensä mukaisesti liuennutta ammoniakkia sekä fenolia, rikkivetyä ja muita aineita;
koksi - kiinteä koksauksen jäännös, lähes puhdas hiili.

käytettyä koksia raudan ja teräksen tuotannossa, ammoniakin - typen ja yhdistelmälannoitteiden tuotannossa, ja orgaanisten koksaustuotteiden merkitystä tuskin voi yliarvioida.

Siten niihin liittyvät öljy- ja maakaasut, kivihiili, eivät ole vain arvokkaimmat hiilivetyjen lähteet, vaan myös osa ainutlaatuista korvaamattomien luonnonvarojen varastoa, jonka huolellinen ja järkevä käyttö on välttämätön edellytys ihmisyhteiskunnan asteittaiselle kehitykselle.

1. Luettelo tärkeimmät luonnolliset hiilivetyjen lähteet. Mitä orgaanisia aineita kukin niistä sisältää? Mitä yhteistä niillä on?

2. Kuvaile öljyn fysikaalisia ominaisuuksia. Miksi sillä ei ole jatkuvaa kiehumispistettä?

3. Kun olet tehnyt yhteenvedon tiedotusvälineistä, kuvaile öljyvuodon aiheuttamia ympäristökatastrofeja ja kuinka voit voittaa niiden seuraukset.

4. Mitä oikaisu on? Mihin tämä prosessi perustuu? Nimeä öljyn puhdistuksen tuloksena saadut jakeet. Miten ne eroavat toisistaan?

5. Mitä crack on? Esitä yhtälöt kolmesta reaktiosta, jotka vastaavat öljytuotteiden krakkautumista.

6. Millaisia ​​halkeilutyyppejä tiedät? Mitä yhteistä näillä prosesseilla on? Miten ne eroavat toisistaan? Mikä on perustavanlaatuinen ero erityyppisten säröillä olevien tuotteiden välillä?

7. Miksi siihen liittyvää öljykaasua kutsutaan näin? Mitkä ovat sen pääkomponentit ja niiden käyttötarkoitukset?

8. Miten maakaasu eroaa siihen liittyvästä maakaasusta? Mitä yhteistä niillä on? Esitä palamisreaktioiden yhtälöt kaikista tiedossasi olevan öljykaasun komponenteista.

9. Esitä reaktioyhtälöt, joilla voidaan saada bentseeniä maakaasusta. Määritä näiden reaktioiden olosuhteet.

10. Mitä koksaus on? Mitkä ovat sen tuotteet ja niiden koostumus? Esitä tuntemasi kivihiilen koksaustuotteille tyypillisten reaktioiden yhtälöt.

11. Selitä, miksi öljyn, hiilen ja niihin liittyvän öljykaasun polttaminen ei ole suinkaan järkevin tapa käyttää niitä.