Dabiskie ogļūdeņražu avoti. Naftas rafinēšana. Dabiskie ogļūdeņražu avoti Dabiskie ogļūdeņražu avoti gāzeļļas kokss

Svarīgākie ogļūdeņražu avoti ir dabiskās un saistītās naftas gāzes, nafta un ogles.

Pēc rezervēm dabasgāze pirmā vieta pasaulē pieder mūsu valstij. Dabasgāze satur zemas molekulmasas ogļūdeņražus. Tam ir šāds aptuvenais sastāvs (pēc tilpuma): 80-98% metāna, 2-3% tā tuvāko homologu - etāns, propāns, butāns un neliels daudzums piemaisījumu - sērūdeņradis H 2 S, slāpeklis N 2, cēlgāzes , oglekļa monoksīds (IV ) CO 2 un ūdens tvaiki H 2 O . Gāzes sastāvs ir raksturīgs katram laukam. Pastāv šāda shēma: jo lielāka ir ogļūdeņraža relatīvā molekulmasa, jo mazāk to satur dabasgāze.

Dabasgāze tiek plaši izmantota kā lēts kurināmais ar augstu siltumspēju (sadedzinot 1m 3, izdalās līdz 54 400 kJ). Tas ir viens no labākajiem degvielas veidiem sadzīves un rūpnieciskām vajadzībām. Turklāt dabasgāze ir vērtīga izejviela ķīmiskajai rūpniecībai: acetilēna, etilēna, ūdeņraža, kvēpu, dažādu plastmasu, etiķskābes, krāsvielu, medikamentu un citu produktu ražošanai.

Saistītās naftas gāzes atrodas nogulsnēs kopā ar eļļu: tajā ir izšķīdinātas un atrodas virs eļļas, veidojot gāzes “vāciņu”. Iegūstot eļļu uz virsmas, strauja spiediena krituma dēļ no tās tiek atdalītas gāzes. Iepriekš saistītās gāzes netika izmantotas un tika sadedzinātas naftas ieguves laikā. Pašlaik tie tiek notverti un izmantoti kā degviela un vērtīgas ķīmiskās izejvielas. Saistītās gāzes satur mazāk metāna nekā dabasgāze, bet vairāk etāna, propāna, butāna un augstākus ogļūdeņražus. Turklāt tie satur būtībā tādus pašus piemaisījumus kā dabasgāzē: H 2 S, N 2, cēlgāzes, H 2 O tvaiki, CO 2 . No saistītajām gāzēm tiek iegūti atsevišķi ogļūdeņraži (etāns, propāns, butāns u.c.), to apstrāde dod iespēju dehidrogenēšanas ceļā iegūt nepiesātinātos ogļūdeņražus - propilēnu, butilēnu, butadiēnu, no kuriem pēc tam tiek sintezētas gumijas un plastmasas. Kā mājsaimniecības degvielu izmanto propāna un butāna (sašķidrinātās gāzes) maisījumu. Dabisko benzīnu (pentāna un heksāna maisījumu) izmanto kā piedevu benzīnam, lai labāk aizdedzinātu degvielu, iedarbinot dzinēju. Ogļūdeņražu oksidēšanās rezultātā rodas organiskās skābes, spirti un citi produkti.

Eļļa- eļļains uzliesmojošs tumši brūnas vai gandrīz melnas krāsas šķidrums ar raksturīgu smaržu. Tas ir vieglāks par ūdeni (= 0,73–0,97 g / cm 3), praktiski nešķīst ūdenī. Pēc sastāva eļļa ir sarežģīts dažādu molekulmasu ogļūdeņražu maisījums, tāpēc tai nav noteiktas viršanas temperatūras.

Nafta sastāv galvenokārt no šķidriem ogļūdeņražiem (tajos ir izšķīdināti cietie un gāzveida ogļūdeņraži). Parasti tie ir alkāni (galvenokārt normālas struktūras), cikloalkāni un arēni, kuru attiecība dažādu lauku eļļās ir ļoti atšķirīga. Urālu eļļa satur vairāk arēnu. Papildus ogļūdeņražiem eļļa satur skābekli, sēru un slāpekļa organiskos savienojumus.

Jēlnafta parasti netiek izmantota. Lai no naftas iegūtu tehniski vērtīgus produktus, tā tiek pakļauta apstrādei.

Primārā apstrāde eļļa sastāv no tās destilācijas. Destilāciju veic rafinēšanas rūpnīcās pēc saistīto gāzu atdalīšanas. Eļļas destilācijas laikā iegūst vieglos naftas produktus:

benzīns ( t kip \u003d 40–200 ° С) satur ogļūdeņražus С 5 -С 11,

ligroīns ( t kip \u003d 150–250 ° С) satur ogļūdeņražus С 8 -С 14,

petroleja ( t kip \u003d 180–300 ° С) satur ogļūdeņražus С 12 -С 18,

gāzeļļa ( t kip > 275 °C),

un pārējā daļā - viskozs melns šķidrums - mazuts.

Eļļa tiek pakļauta turpmākai apstrādei. To destilē pazeminātā spiedienā (lai novērstu sadalīšanos) un tiek izolētas smēreļļas: vārpstas, dzinēja, cilindra utt. Vazelīns un parafīns tiek izolēti no dažu kategoriju eļļas mazuta. Mazuta atlikumus pēc destilācijas – darvu – pēc daļējas oksidēšanas izmanto asfalta ražošanai. Galvenais naftas pārstrādes trūkums ir zemā benzīna iznākums (ne vairāk kā 20%).

Eļļas destilācijas produktiem ir dažādi pielietojumi.

Benzīns izmanto lielos daudzumos kā aviācijas un automobiļu degvielu. Tas parasti sastāv no ogļūdeņražiem, kuru molekulās ir vidēji 5 līdz 9 C atomi. Ligroīns To izmanto kā degvielu traktoriem, kā arī šķīdinātāju krāsu un laku rūpniecībā. Lielos daudzumos tiek pārstrādāts benzīns. Petroleja To izmanto kā degvielu traktoriem, reaktīvajām lidmašīnām un raķetēm, kā arī sadzīves vajadzībām. saules eļļa - gāzeļļa- izmanto kā motordegvielu, un smēreļļas- eļļošanas mehānismiem. Petrolatums izmanto medicīnā. Tas sastāv no šķidru un cietu ogļūdeņražu maisījuma. Parafīns izmanto augstāku karbonskābju iegūšanai, koksnes impregnēšanai sērkociņu un zīmuļu ražošanā, sveču, apavu krēmu ražošanā u.c. Tas sastāv no cieto ogļūdeņražu maisījuma. mazuts papildus pārstrādei smēreļļās un benzīnā to izmanto kā katlu šķidro kurināmo.

Plkst sekundārās apstrādes metodes eļļa ir izmaiņas ogļūdeņražu struktūrā, kas veido tās sastāvu. Starp šīm metodēm liela nozīme ir naftas ogļūdeņražu krekingam, ko veic, lai palielinātu benzīna iznākumu (līdz 65–70%).

Krekinga- eļļā esošo ogļūdeņražu šķelšanās process, kā rezultātā veidojas ogļūdeņraži ar mazāku C atomu skaitu molekulā. Ir divi galvenie krekinga veidi: termiskais un katalītiskais.

Termiskā plaisāšana tiek veikta, karsējot izejvielu (maztu u.c.) 470–550 °C temperatūrā un 2–6 MPa spiedienā. Šajā gadījumā ogļūdeņražu molekulas ar lielu skaitu C atomu tiek sadalītas molekulās ar mazāku gan piesātināto, gan nepiesātināto ogļūdeņražu atomu skaitu. Piemēram:

(radikāls mehānisms),

Tādā veidā tiek iegūts galvenokārt automašīnu benzīns. Tās izlaide no naftas sasniedz 70%. Termisko plaisāšanu atklāja krievu inženieris V. G. Šuhovs 1891. gadā.

katalītiskā krekinga tiek veikta katalizatoru (parasti aluminosilikātu) klātbūtnē 450–500 °C temperatūrā un atmosfēras spiedienā. Tādā veidā tiek iegūts aviācijas benzīns ar iznākumu līdz 80%. Šāda veida plaisāšana galvenokārt tiek pakļauta naftas petrolejas un gāzeļļas frakcijām. Katalītiskā krekinga gadījumā kopā ar šķelšanās reakcijām notiek izomerizācijas reakcijas. Pēdējā rezultātā veidojas piesātināti ogļūdeņraži ar sazarotu molekulu oglekļa karkasu, kas uzlabo benzīna kvalitāti:

Katalītiskā krekinga benzīns ir augstākas kvalitātes. Tā iegūšanas process norit daudz ātrāk, ar mazāku siltumenerģijas patēriņu. Turklāt katalītiskā krekinga laikā veidojas salīdzinoši daudz sazarotu ķēžu ogļūdeņražu (izosavienojumu), kuriem ir liela nozīme organiskajā sintēzē.

Plkst t= 700 °C un augstāk, notiek pirolīze.

Pirolīze- organisko vielu sadalīšanās bez gaisa piekļuves augstā temperatūrā. Eļļas pirolīzes laikā galvenie reakcijas produkti ir nepiesātinātie gāzveida ogļūdeņraži (etilēns, acetilēns) un aromātiskie ogļūdeņraži - benzols, toluols u.c.. Tā kā eļļas pirolīze ir viens no svarīgākajiem veidiem, kā iegūt aromātiskos ogļūdeņražus, šo procesu bieži sauc par eļļas aromatizāciju.

Aromatizācija– alkānu un cikloalkānu pārvēršana arēnās. Karsējot smagās naftas produktu frakcijas katalizatora (Pt vai Mo) klātbūtnē, ogļūdeņraži, kas satur 6–8 C atomus vienā molekulā, pārvēršas aromātiskajos ogļūdeņražos. Šie procesi notiek reformēšanas (benzīna atjaunināšanas) laikā.

Reformēšana- šī ir benzīnu aromatizācija, ko veic, karsējot tos katalizatora, piemēram, Pt, klātbūtnē. Šādos apstākļos alkāni un cikloalkāni tiek pārvērsti aromātiskos ogļūdeņražos, kā rezultātā ievērojami palielinās arī benzīna oktānskaitlis. Aromatizāciju izmanto, lai no naftas benzīna frakcijām iegūtu atsevišķus aromātiskos ogļūdeņražus (benzolu, toluolu).

Pēdējos gados naftas ogļūdeņraži ir plaši izmantoti kā ķīmisko izejvielu avots. No tiem dažādos veidos tiek iegūtas plastmasas ražošanai nepieciešamās vielas, sintētiskās tekstilšķiedras, sintētiskais kaučuks, spirti, skābes, sintētiskie mazgāšanas līdzekļi, sprāgstvielas, pesticīdi, sintētiskie tauki u.c.

Ogles tāpat kā dabasgāze un nafta, tā ir enerģijas avots un vērtīga ķīmiskā izejviela.

Galvenā ogļu pārstrādes metode ir koksēšana(sausā destilācija). Koksēšanas laikā (karsējot līdz 1000 °С - 1200 °С bez gaisa piekļuves) tiek iegūti dažādi produkti: kokss, akmeņogļu darva, darvas ūdens un koksa krāsns gāze (shēma).

Shēma

Kokss tiek izmantots kā reducētājs dzelzs ražošanā metalurģijas rūpnīcās.

Akmeņogļu darva kalpo kā aromātisko ogļūdeņražu avots. Tas tiek pakļauts rektifikācijas destilācijai un tiek iegūts benzols, toluols, ksilols, naftalīns, kā arī fenoli, slāpekli saturoši savienojumi u.c.

No darvas ūdens iegūst amonjaku, amonija sulfātu, fenolu u.c.

Koksa krāšņu sildīšanai izmanto koksa krāšņu gāzi (1 m 3 sadegšana izdala ap 18 000 kJ), bet galvenokārt tiek pakļauta ķīmiskai apstrādei. Tātad no tā tiek iegūts ūdeņradis amonjaka sintēzei, ko pēc tam izmanto, lai ražotu slāpekļa mēslojumu, kā arī metānu, benzolu, toluolu, amonija sulfātu un etilēnu.

Naftas rafinēšana

Eļļa ir daudzkomponentu dažādu vielu, galvenokārt ogļūdeņražu, maisījums. Šīs sastāvdaļas atšķiras viena no otras viršanas temperatūrā. Šajā sakarā, ja eļļu karsē, tad no tās vispirms iztvaiko visvieglāk vārošie komponenti, pēc tam savienojumi ar augstāku viršanas temperatūru utt. Pamatojoties uz šo fenomenu primārā naftas rafinēšana , kas sastāv no destilācija (labojums) eļļa. Šo procesu sauc par primāro, jo tiek pieņemts, ka tā gaitā nenotiek vielu ķīmiskās pārvērtības, un eļļa tiek sadalīta tikai frakcijās ar dažādu viršanas temperatūru. Zemāk ir destilācijas kolonnas shematiska diagramma ar īsu paša destilācijas procesa aprakstu:

Pirms rektifikācijas procesa eļļu sagatavo īpašā veidā, proti, to atdala no piemaisījumu ūdens ar tajā izšķīdinātajiem sāļiem un no cietajiem mehāniskajiem piemaisījumiem. Tādā veidā sagatavotā eļļa nonāk cauruļveida krāsnī, kur tiek uzkarsēta līdz augstai temperatūrai (320-350 o C). Augstas temperatūras eļļa pēc karsēšanas cauruļveida krāsnī nonāk destilācijas kolonnas apakšējā daļā, kur atsevišķas frakcijas iztvaiko un to tvaiki paceļas augšup pa destilācijas kolonnu. Jo augstāka ir destilācijas kolonnas sekcija, jo zemāka ir tās temperatūra. Tādējādi dažādos augstumos tiek ņemtas šādas frakcijas:

1) destilācijas gāzes (ņemtas no pašas kolonnas augšdaļas, un tāpēc to viršanas temperatūra nepārsniedz 40 ° C);

2) benzīna frakcija (viršanas temperatūra no 35 līdz 200 o C);

3) ligroīna frakcija (viršanas temperatūra no 150 līdz 250 o C);

4) petrolejas frakcija (viršanas temperatūra no 190 līdz 300 o C);

5) dīzeļdegvielas frakcija (viršanas temperatūra no 200 līdz 300 o C);

6) mazuts (viršanas temperatūra virs 350 o C).

Jāņem vērā, ka eļļas rektifikācijas laikā izolētās vidējās frakcijas neatbilst degvielas kvalitātes standartiem. Turklāt eļļas destilācijas rezultātā veidojas ievērojams daudzums mazuta - tālu no tā, ka tas ir pieprasītākais produkts. Šajā sakarā pēc naftas primārās pārstrādes uzdevums ir palielināt dārgāku, jo īpaši benzīna frakciju iznākumu, kā arī uzlabot šo frakciju kvalitāti. Šie uzdevumi tiek risināti, izmantojot dažādus procesus. naftas rafinēšana , piemēram, plaisāšana unreformējot .

Jāpiebilst, ka naftas otrreizējā pārstrādē izmantoto procesu skaits ir daudz lielāks, un mēs pieskaramies tikai dažiem galvenajiem. Tagad sapratīsim, kāda ir šo procesu nozīme.

Krekinga (termiskā vai katalītiskā)

Šis process ir paredzēts, lai palielinātu benzīna frakcijas iznākumu. Šim nolūkam smagās frakcijas, piemēram, mazuts, tiek pakļautas spēcīgai karsēšanai, visbiežāk katalizatora klātbūtnē. Šīs darbības rezultātā tiek saplēstas garās ķēdes molekulas, kas ir daļa no smagajām frakcijām, un veidojas ogļūdeņraži ar mazāku molekulmasu. Faktiski tas rada vērtīgākas benzīna frakcijas papildu iznākumu nekā sākotnējā mazuta. Šī procesa ķīmisko būtību atspoguļo vienādojums:

Reformēšana

Šis process veic uzdevumu uzlabot benzīna frakcijas kvalitāti, jo īpaši palielinot tā triecienizturību (oktānskaitli). Tieši šī benzīnu īpašība ir norādīta degvielas uzpildes stacijās (92., 95., 98. benzīns utt.).

Reformēšanas procesa rezultātā benzīna frakcijā palielinās aromātisko ogļūdeņražu īpatsvars, kam citu ogļūdeņražu vidū ir viens no augstākajiem oktānskaitļiem. Šāds aromātisko ogļūdeņražu īpatsvara pieaugums tiek panākts galvenokārt dehidrociklizācijas reakciju rezultātā, kas notiek riforminga procesā. Piemēram, pietiekami uzkarsējot n-heksāns platīna katalizatora klātbūtnē pārvēršas benzolā, bet n-heptāns līdzīgā veidā - toluolā:

Ogļu pārstrāde

Galvenā ogļu pārstrādes metode ir koksēšana . Ogļu koksēšana sauc par procesu, kurā ogles karsē bez piekļuves gaisam. Tajā pašā laikā šādas apkures rezultātā no oglēm tiek izolēti četri galvenie produkti:

1) kokss

Cieta viela, kas ir gandrīz tīrs ogleklis.

2) Akmeņogļu darva

Satur lielu skaitu dažādu pārsvarā aromātisku savienojumu, piemēram, benzolu, tā homologus, fenolus, aromātiskos spirtus, naftalīnu, naftalīna homologus u.c.;

3) Amonjaka ūdens

Neskatoties uz nosaukumu, šī frakcija papildus amonjakam un ūdenim satur arī fenolu, sērūdeņradi un dažus citus savienojumus.

4) koksa krāsns gāze

Koksa krāsns gāzes galvenās sastāvdaļas ir ūdeņradis, metāns, oglekļa dioksīds, slāpeklis, etilēns utt.

– sastāv (galvenokārt) no metāna un (mazākos daudzumos) no tā tuvākajiem homologiem - etāna, propāna, butāna, pentāna, heksāna utt.; novērota saistītajā naftas gāzē, t.i., dabasgāzē, kas dabā atrodas virs naftas vai izšķīdusi tajā zem spiediena.

Eļļa

- tas ir eļļains degošs šķidrums, kas sastāv no alkāniem, cikloalkāniem, arēniem (pārsvarā), kā arī skābekli, slāpekli un sēru saturošiem savienojumiem.

Ogles

- organiskas izcelsmes cietā kurināmā minerāls. Tajā ir maz grafīta a un daudz sarežģītu ciklisku savienojumu, tostarp elementi C, H, O, N un S. Ir antracīts (gandrīz bezūdens), akmeņogles (-4% mitruma) un brūnogles (50-60% mitruma). Koksējot ogles tiek pārveidotas par ogļūdeņražiem (gāzveida, šķidru un cietu) un koksu (diezgan tīru grafītu).

Ogļu koksēšana

Ogļu sildīšana bez gaisa piekļuves līdz 900–1050 ° C izraisa to termisko sadalīšanos, veidojot gaistošus produktus (akmeņogļu darvu, amonjaka ūdeni un koksa krāsns gāzi) un cietu atlikumu - koksu.

Galvenie produkti: kokss - 96-98% oglekļa; koksa krāsns gāze - 60% ūdeņradis, 25% metāns, 7% oglekļa monoksīds (II) utt.

Blakusprodukti: akmeņogļu darva (benzols, toluols), amonjaks (no koksa krāsns gāzes) utt.

Eļļas rafinēšana ar rektifikācijas metodi

Iepriekš attīrītā eļļa tiek pakļauta atmosfēras (vai vakuuma) destilācijai frakcijās ar noteiktiem viršanas temperatūras diapazoniem nepārtrauktās destilācijas kolonnās.

Galvenie produkti: vieglais un smagais benzīns, petroleja, gāzeļļa, smēreļļas, mazuts, darva.

Eļļas rafinēšana ar katalītiskā krekinga palīdzību

Izejvielas: eļļas frakcijas ar augstu viršanas temperatūru (petroleja, gāzeļļa utt.)

Palīgmateriāli: katalizatori (modificēti aluminosilikāti).

Galvenais ķīmiskais process: 500-600 ° C temperatūrā un 5 10 5 Pa spiedienā ogļūdeņraža molekulas tiek sadalītas mazākās molekulās, katalītisko krekinga procesu pavada aromatizācijas, izomerizācijas, alkilēšanas reakcijas.

Produkti: zemas viršanas temperatūras ogļūdeņražu maisījums (degviela, naftas ķīmijas izejviela).

C 16. H 34 → C 8 H 18 + C 8 H 16
C8H18 → C4H10 + C4H8
C4H10 → C2H6 + C2H4

Nodarbības laikā varēs apgūt tēmu “Ogļūdeņražu dabiskie avoti. Naftas pārstrāde". Vairāk nekā 90% no visas cilvēces pašlaik patērētās enerģijas tiek iegūti no fosilajiem dabīgajiem organiskajiem savienojumiem. Uzzināsiet par dabas resursiem (dabasgāze, nafta, ogles), kas notiek ar naftu pēc tās ieguves.

Tēma: Ierobežot ogļūdeņražus

Nodarbība: Dabiskie ogļūdeņražu avoti

Apmēram 90% no mūsdienu civilizācijas patērētās enerģijas tiek iegūti, sadedzinot dabisko fosilo kurināmo – dabasgāzi, naftu un ogles.

Krievija ir valsts, kas bagāta ar dabisko fosilo kurināmo. Rietumsibīrijā un Urālos ir lielas naftas un dabasgāzes rezerves. Akmeņogles tiek iegūtas Kuzņeckas, Dienvidjakutskas baseinos un citos reģionos.

Dabasgāze sastāv vidēji 95% pēc tilpuma metāna.

Dabasgāze no dažādiem laukiem papildus metānam satur slāpekli, oglekļa dioksīdu, hēliju, sērūdeņradi un citus vieglos alkānus - etānu, propānu un butānus.

Dabasgāze tiek iegūta no pazemes atradnēm, kur tā atrodas zem augsta spiediena. Metāns un citi ogļūdeņraži veidojas no augu un dzīvnieku izcelsmes organiskām vielām to sadalīšanās laikā bez gaisa piekļuves. Metāns veidojas pastāvīgi un šobrīd mikroorganismu darbības rezultātā.

Metāns ir atrodams uz Saules sistēmas planētām un to pavadoņiem.

Tīram metānam nav smaržas. Taču ikdienā izmantotajai gāzei ir raksturīga nepatīkama smaka. Tā ir īpašu piedevu – merkaptānu – smarža. Merkaptānu smarža ļauj savlaicīgi atklāt sadzīves gāzes noplūdi. Metāna maisījumi ar gaisu ir sprādzienbīstami plašā attiecību diapazonā - no 5 līdz 15% gāzes tilpuma. Tāpēc, ja telpā jūtama gāzes smaka, var ne tikai iekurt uguni, bet arī izmantot elektrības slēdžus. Mazākā dzirkstele var izraisīt sprādzienu.

Rīsi. 1. Nafta no dažādiem laukiem

Eļļa- biezs šķidrums, piemēram, eļļa. Tās krāsa ir no gaiši dzeltenas līdz brūnai un melnai.

Rīsi. 2. Naftas lauki

Naftas no dažādiem laukiem sastāvs ir ļoti atšķirīgs. Rīsi. 1. Galvenā naftas daļa ir ogļūdeņraži, kas satur 5 vai vairāk oglekļa atomus. Pamatā šie ogļūdeņraži ir piesātināti, t.i. alkāni. Rīsi. 2.

Eļļas sastāvā ir arī organiskie savienojumi, kas satur sēru, skābekli, slāpekli.Eļļa satur ūdeni un neorganiskus piemaisījumus.

Eļļā tiek izšķīdinātas gāzes, kuras izdalās tās ekstrakcijas laikā - saistītās naftas gāzes. Tie ir metāns, etāns, propāns, butāni ar slāpekļa, oglekļa dioksīda un sērūdeņraža piemaisījumiem.

Ogles, tāpat kā eļļa, ir sarežģīts maisījums. Oglekļa daļa tajā veido 80-90%. Pārējais ir ūdeņradis, skābeklis, sērs, slāpeklis un daži citi elementi. Brūnoglēs oglekļa un organisko vielu īpatsvars ir mazāks nekā akmenī. Vēl mazāk organiski degslāneklis.

Rūpniecībā ogles karsē līdz 900-1100 0 C bez gaisa. Šo procesu sauc koksēšana. Rezultāts ir kokss ar augstu oglekļa saturu, koksa gāze un akmeņogļu darva, kas nepieciešama metalurģijai. No gāzes un darvas izdalās daudz organisko vielu. Rīsi. 3.

Rīsi. 3. Koksa krāsns iekārta

Dabasgāze un nafta ir svarīgākie ķīmiskās rūpniecības izejvielu avoti. Naftu, kā tā tiek ražota, jeb "jēlnaftu" ir grūti izmantot pat kā degvielu. Tāpēc jēlnafta tiek sadalīta frakcijās (no angļu valodas "fraction" - "daļa"), izmantojot tās sastāvā esošo vielu viršanas punktu atšķirības.

Eļļas atdalīšanas metodi, kuras pamatā ir tās sastāvā esošo ogļūdeņražu dažādie viršanas punkti, sauc par destilāciju vai destilāciju. Rīsi. 4.

Rīsi. 4. Naftas pārstrādes produkti

Frakciju, kas tiek destilēta no aptuveni 50 līdz 180 0 C, sauc benzīns.

Petroleja vārās 180-300 0 С temperatūrā.

Tiek saukts biezs melns atlikums, kas nesatur gaistošas ​​vielas mazuts.

Ir arī vairākas starpfrakcijas, kas vārās šaurākos diapazonos - petrolēteri (40-70 0 C un 70-100 0 C), vaitspirts (149-204 ° C) un gāzeļļa (200-500 0 C). Tos izmanto kā šķīdinātājus. Mazutu var destilēt pazeminātā spiedienā, tādā veidā no tās iegūstot smēreļļas un parafīnu. Cietie atlikumi no mazuta destilācijas - asfalts. To izmanto ceļu segumu ražošanai.

Saistīto naftas gāzu apstrāde ir atsevišķa nozare, kas ļauj iegūt vairākus vērtīgus produktus.

Apkopojot stundu

Nodarbības laikā apguvāt tēmu “Dabiskie ogļūdeņražu avoti. Naftas pārstrāde". Vairāk nekā 90% no visas cilvēces pašlaik patērētās enerģijas tiek iegūti no fosilajiem dabīgajiem organiskajiem savienojumiem. Jūs uzzinājāt par dabas resursiem (dabasgāzi, naftu, oglēm), par to, kas notiek ar naftu pēc tās ieguves.

Bibliogrāfija

1. Rudzītis G.E. Ķīmija. Vispārējās ķīmijas pamati. 10. klase: mācību grāmata izglītības iestādēm: pamatlīmenis / G. E. Rudzītis, F.G. Feldmanis. - 14. izdevums. - M.: Izglītība, 2012.

2. Ķīmija. 10. klase. Profila līmenis: mācību grāmata. vispārējai izglītībai iestādes / V.V. Eremins, N.E. Kuzmenko, V.V. Luņins un citi - M.: Drofa, 2008. - 463 lpp.

3. Ķīmija. 11. klase. Profila līmenis: mācību grāmata. vispārējai izglītībai iestādes / V.V. Eremins, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunins un citi - M.: Drofa, 2010. - 462 lpp.

4. Homčenko G.P., Homčenko I.G. Problēmu krājums ķīmijā tiem, kas iestājas augstskolās. - 4. izd. - M.: RIA "Jaunais vilnis": Izdevējs Umerenkov, 2012. - 278 lpp.

Mājasdarbs

1. Nr.3, 6 (74.lpp.) Rudzītis G.E., Feldmanis F.G. Ķīmija: organiskā ķīmija. 10. klase: mācību grāmata izglītības iestādēm: pamatlīmenis / G. E. Rudzītis, F.G. Feldmanis. - 14. izdevums. - M.: Izglītība, 2012.

2. Kāda ir atšķirība starp saistīto naftas gāzi un dabasgāzi?

3. Kā tiek veikta naftas pārstrāde?

Savienojumi, kas satur tikai oglekļa un ūdeņraža atomus.

Ogļūdeņražus iedala cikliskajos (karbocikliskajos savienojumos) un acikliskajos.

Cikliskos (karbocikliskos) savienojumus sauc par savienojumiem, kas ietver vienu vai vairākus ciklus, kas sastāv tikai no oglekļa atomiem (atšķirībā no heterocikliskiem savienojumiem, kas satur heteroatomus - slāpekli, sēru, skābekli utt.). Karbocikliskos savienojumus savukārt iedala aromātiskajos un nearomātiskajos (alicikliskajos) savienojumos.

Acikliskie ogļūdeņraži ietver organiskos savienojumus, kuru molekulu oglekļa karkass ir atvērtas ķēdes.

Šīs ķēdes var veidot ar vienkāršām saitēm (alkāniem), satur vienu dubultsaiti (alkānus), divas vai vairākas dubultsaites (diēnus vai poliēnus), vienu trīskāršu saiti (alkīnus).

Kā zināms, oglekļa ķēdes ir daļa no vairuma organisko vielu. Tādējādi ogļūdeņražu izpēte ir īpaši svarīga, jo šie savienojumi ir citu organisko savienojumu klašu strukturālais pamats.

Turklāt ogļūdeņraži, īpaši alkāni, ir galvenie organisko savienojumu dabiskie avoti un svarīgāko rūpniecisko un laboratorijas sintēžu pamatā (1. shēma).

Jūs jau zināt, ka ogļūdeņraži ir vissvarīgākā ķīmiskās rūpniecības izejviela. Savukārt ogļūdeņraži ir diezgan plaši izplatīti dabā un tos var izolēt no dažādiem dabas avotiem: naftas, saistītās naftas un dabasgāzes, akmeņoglēm. Apsvērsim tos sīkāk.

Eļļa- dabisks sarežģīts ogļūdeņražu maisījums, galvenokārt lineāri un sazaroti alkāni, kas satur no 5 līdz 50 oglekļa atomiem molekulās, ar citām organiskām vielām. Tā sastāvs būtiski ir atkarīgs no ražošanas (nogulsnes) vietas, tas var papildus alkāniem saturēt cikloalkānus un aromātiskos ogļūdeņražus.

Eļļas gāzveida un cietās sastāvdaļas ir izšķīdinātas tās šķidrajās sastāvdaļās, kas nosaka tās agregācijas stāvokli. Eļļa ir eļļains tumšas (no brūnas līdz melnai) krāsas šķidrums ar raksturīgu smaržu, nešķīst ūdenī. Tā blīvums ir mazāks nekā ūdens blīvums, tāpēc, nokļūstot tajā, eļļa izplatās pa virsmu, novēršot skābekļa un citu gaisa gāzu šķīšanu ūdenī. Acīmredzot, naftas nokļūšana dabiskajās ūdenstilpēs izraisa mikroorganismu un dzīvnieku nāvi, izraisot vides katastrofas un pat katastrofas. Ir baktērijas, kas var izmantot eļļas sastāvdaļas kā pārtiku, pārvēršot to nekaitīgos savas dzīvības darbības produktos. Ir skaidrs, ka šo baktēriju kultūru izmantošana ir videi drošākais un daudzsološākais veids, kā cīnīties ar naftas piesārņojumu tās ieguves, transportēšanas un pārstrādes procesā.

Dabā nafta un ar to saistītā naftas gāze, kas tiks apspriesta turpmāk, aizpilda zemes iekšpuses dobumus. Tā kā eļļa ir dažādu vielu maisījums, tai nav pastāvīgas viršanas temperatūras. Ir skaidrs, ka katra tā sastāvdaļa maisījumā saglabā savas individuālās fizikālās īpašības, kas ļauj sadalīt eļļu tā sastāvdaļās. Lai to izdarītu, to attīra no mehāniskiem piemaisījumiem, sēru saturošiem savienojumiem un pakļauj tā sauktajai frakcionētai destilācijai jeb rektifikācijai.

Frakcionālā destilācija ir fizikāla metode sastāvdaļu maisījuma atdalīšanai ar dažādiem viršanas punktiem.

Destilāciju veic īpašās iekārtās - destilācijas kolonnās, kurās atkārtojas eļļā esošo šķidro vielu kondensācijas un iztvaikošanas cikli (9. att.).

Tvaiki, kas veidojas vielu maisījuma viršanas laikā, tiek bagātināti ar vieglāk vārošu (t.i., ar zemāku temperatūru) komponentu. Šos tvaikus savāc, kondensē (atdzesē līdz vārīšanās temperatūrai) un atkal uzvāra. Šajā gadījumā veidojas tvaiki, kas ir vēl vairāk bagātināti ar zemu viršanas temperatūru. Atkārtoti atkārtojot šos ciklus, ir iespējams panākt gandrīz pilnīgu maisījumā esošo vielu atdalīšanu.

Destilācijas kolonna saņem eļļu, kas uzkarsēta cauruļveida krāsnī līdz 320-350 °C temperatūrai. Destilācijas kolonnai ir horizontālas starpsienas ar caurumiem - tā sauktās plāksnes, uz kurām kondensējas eļļas frakcijas. Uz augstākajām uzkrājas viegli viršanas frakcijas, uz zemākajām frakcijas ar augstu viršanas temperatūru.

Rektifikācijas procesā eļļu iedala šādās frakcijās:

Rektifikācijas gāzes - zemas molekulmasas ogļūdeņražu maisījums, galvenokārt propāns un butāns, ar viršanas temperatūru līdz 40 ° C;

Benzīna frakcija (benzīns) - ogļūdeņraži ar sastāvu no C 5 H 12 līdz C 11 H 24 (viršanas temperatūra 40-200 ° C); ar smalkāku šīs frakcijas atdalīšanu tiek iegūts benzīns (petrolēteris, 40–70 ° C) un benzīns (70–120 ° C);

Ligroīna frakcija - ogļūdeņraži ar sastāvu no C8H18 līdz C14H30 (viršanas temperatūra 150-250 °C);

Petrolejas frakcija - ogļūdeņraži ar sastāvu no C12H26 līdz C18H38 (viršanas temperatūra 180-300 °C);

Dīzeļdegviela - ogļūdeņraži ar sastāvu no C13H28 līdz C19H36 (viršanas temperatūra 200-350 °C).

Eļļas destilācijas atlikums - mazuts- satur ogļūdeņražus ar oglekļa atomu skaitu no 18 līdz 50. Destilējot pazeminātā spiedienā no mazuta, iegūst saules eļļu (C18H28-C25H52), smēreļļas (C28H58-C38H78), vazelīnu un parafīnu - kausējamus cieto ogļūdeņražu maisījumus. Mazuta destilācijas cietie atlikumi - darva un tā pārstrādes produkti - bitumens un asfalts tiek izmantoti ceļu segumu ražošanai.

Eļļas rektifikācijas rezultātā iegūtie produkti tiek pakļauti ķīmiskai apstrādei, kas ietver vairākus sarežģītus procesus. Viens no tiem ir naftas produktu plaisāšana. Jūs jau zināt, ka degvieleļļa tiek sadalīta komponentos zem pazemināta spiediena. Tas ir saistīts ar faktu, ka atmosfēras spiedienā tā sastāvdaļas sāk sadalīties pirms viršanas temperatūras sasniegšanas. Tas ir plaisāšanas pamatā.

Krekinga - naftas produktu termiskā sadalīšanās, kā rezultātā veidojas ogļūdeņraži ar mazāku oglekļa atomu skaitu molekulā.

Ir vairāki krekinga veidi: termiskā krekinga, katalītiskā krekinga, augstspiediena krekinga, reducēšanas krekinga.

Termiskā krekinga sastāv no ogļūdeņražu molekulu ar garu oglekļa ķēdi sadalīšanās īsākās augstas temperatūras (470-550 ° C) ietekmē. Šīs šķelšanās procesā kopā ar alkāniem veidojas alkēni.

Kopumā šo reakciju var uzrakstīt šādi:

C n H 2n+2 -> C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k
alkāns alkāns alkēns
gara ķēde

Iegūtie ogļūdeņraži var atkal plaisāt, veidojot alkānus un alkēnus ar vēl īsāku oglekļa atomu ķēdi molekulā:

Parastās termiskās krekinga laikā veidojas daudzi zemas molekulmasas gāzveida ogļūdeņraži, kurus var izmantot kā izejvielas spirtu, karbonskābju un augstas molekulmasas savienojumu (piemēram, polietilēna) ražošanai.

katalītiskā krekinga rodas katalizatoru klātbūtnē, kurus izmanto kā kompozīcijas dabiskos aluminosilikātus

Krekinga īstenošana, izmantojot katalizatorus, noved pie ogļūdeņražu veidošanās ar sazarotu vai slēgtu oglekļa atomu ķēdi molekulā. Šādas struktūras ogļūdeņražu saturs motordegvielā ievērojami uzlabo tās kvalitāti, galvenokārt triecienizturību - benzīna oktānskaitli.

Naftas produktu plaisāšana notiek augstā temperatūrā, tāpēc bieži veidojas oglekļa nogulsnes (kvēpi), piesārņojot katalizatora virsmu, kas krasi samazina tā aktivitāti.

Katalizatora virsmas attīrīšana no oglekļa nogulsnēm - tā reģenerācija - ir galvenais nosacījums katalītiskā krekinga praktiskai īstenošanai. Vienkāršākais un lētākais katalizatora reģenerācijas veids ir tā grauzdēšana, kuras laikā oglekļa nogulsnes tiek oksidētas ar atmosfēras skābekļa palīdzību. Gāzveida oksidācijas produkti (galvenokārt oglekļa dioksīds un sēra dioksīds) tiek noņemti no katalizatora virsmas.

Katalītiskā krekinga ir neviendabīgs process, kurā iesaistītas cietas (katalizators) un gāzveida (ogļūdeņraža tvaiki) vielas. Ir skaidrs, ka katalizatora reģenerācija - cieto nogulšņu mijiedarbība ar atmosfēras skābekli - arī ir neviendabīgs process.

neviendabīgas reakcijas(gāze - cieta) plūst ātrāk, palielinoties cietās vielas virsmas laukumam. Tāpēc katalizators tiek sasmalcināts, un tā reģenerācija un ogļūdeņražu krekinga tiek veikta "šķiedrā gultā", kas jums ir pazīstama no sērskābes ražošanas.

Krekinga izejviela, piemēram, gāzeļļa, nonāk koniskajā reaktorā. Reaktora apakšējai daļai ir mazāks diametrs, tāpēc padeves tvaika plūsmas ātrums ir ļoti augsts. Gāze, kas pārvietojas lielā ātrumā, uztver katalizatora daļiņas un pārnes tās uz reaktora augšējo daļu, kur, palielinoties tās diametram, plūsmas ātrums samazinās. Gravitācijas ietekmē katalizatora daļiņas nokrīt reaktora apakšējā, šaurākā daļā, no kurienes tās atkal tiek vestas uz augšu. Tādējādi katrs katalizatora graudiņš atrodas pastāvīgā kustībā un tiek mazgāts no visām pusēm ar gāzveida reaģentu.

Daži katalizatora graudi nonāk reaktora ārējā, platākajā daļā un, nesastopoties ar gāzes plūsmas pretestību, nogrimst apakšējā daļā, kur tos uzņem gāzes plūsma un aiznes uz reģeneratoru. Arī tur "šķiedrā slāņa" režīmā katalizators tiek sadedzināts un atgriezts reaktorā.

Tādējādi katalizators cirkulē starp reaktoru un reģeneratoru, un no tiem tiek noņemti krekinga un grauzdēšanas gāzveida produkti.

Krekinga katalizatoru izmantošana ļauj nedaudz palielināt reakcijas ātrumu, samazināt tā temperatūru un uzlabot krekinga produktu kvalitāti.

Iegūtajiem benzīna frakcijas ogļūdeņražiem galvenokārt ir lineāra struktūra, kas rada iegūtā benzīna zemu detonācijas pretestību.

Jēdzienu “detonācijas pretestība” aplūkosim vēlāk, pagaidām tikai atzīmējam, ka ogļūdeņražiem ar sazarotām molekulām ir daudz lielāka detonācijas pretestība. Krekinga laikā izveidotajā maisījumā ir iespējams palielināt izomēru sazaroto ogļūdeņražu īpatsvaru, pievienojot sistēmai izomerizācijas katalizatorus.

Naftas laukos parasti ir lielas tā sauktās saistītās naftas gāzes uzkrāšanās, kas sakrājas virs naftas zemes garozā un daļēji izšķīst tajā virsējo iežu spiediena ietekmē. Tāpat kā nafta, saistītā naftas gāze ir vērtīgs dabisks ogļūdeņražu avots. Tas satur galvenokārt alkānus, kuru molekulās ir no 1 līdz 6 oglekļa atomi. Acīmredzot saistītās naftas gāzes sastāvs ir daudz sliktāks nekā naftas. Tomēr, neskatoties uz to, to plaši izmanto gan kā degvielu, gan kā ķīmiskās rūpniecības izejvielu. Vēl pirms dažām desmitgadēm lielākajā daļā naftas atradņu saistītā naftas gāze tika sadedzināta kā nederīgs piedeva eļļai. Patlaban, piemēram, Surgutā, Krievijas bagātākajā naftas pieliekamajā, pasaulē lētākā elektroenerģija tiek ražota, kā kurināmo izmantojot saistīto naftas gāzi.

Kā jau minēts, saistītā naftas gāze ir bagātāka ar dažādiem ogļūdeņražiem nekā dabasgāze. Sadalot tos daļās, viņi iegūst:

Dabīgais benzīns - ļoti gaistošs maisījums, kas sastāv galvenokārt no lentāna un heksāna;

Propāna-butāna maisījums, kas, kā norāda nosaukums, sastāv no propāna un butāna un viegli pārvēršas šķidrā stāvoklī, kad spiediens palielinās;

Sausā gāze - maisījums, kas satur galvenokārt metānu un etānu.

Dabiskais benzīns, būdams gaistošu komponentu maisījums ar mazu molekulmasu, labi iztvaiko pat zemā temperatūrā. Tas ļauj izmantot benzīnu kā degvielu iekšdedzes dzinējiem Tālajos Ziemeļos un kā piedevu motordegvielai, kas atvieglo dzinēju iedarbināšanu ziemas apstākļos.

Propāna-butāna maisījumu sašķidrinātās gāzes veidā izmanto kā mājsaimniecības degvielu (gāzes baloni, kas jums pazīstami valstī) un šķiltavu uzpildīšanai. Autotransporta pakāpeniska pāreja uz sašķidrināto gāzi ir viens no galvenajiem veidiem, kā pārvarēt globālo degvielas krīzi un risināt vides problēmas.

Sausā gāze, kuras sastāvs ir tuvu dabasgāzei, tiek plaši izmantota arī kā degviela.

Tomēr saistītās naftas gāzes un tās sastāvdaļu izmantošana par degvielu nebūt nav visdaudzsološākais veids, kā to izmantot.

Daudz efektīvāk ir izmantot saistītās naftas gāzes sastāvdaļas kā ķīmiskās ražošanas izejvielas. Ūdeņradi, acetilēnu, nepiesātinātos un aromātiskos ogļūdeņražus un to atvasinājumus iegūst no alkāniem, kas ir daļa no saistītās naftas gāzes.

Gāzveida ogļūdeņraži var ne tikai pavadīt naftu zemes garozā, bet arī veidot neatkarīgus uzkrājumus – dabasgāzes atradnes.

Dabasgāze - gāzveida piesātinātu ogļūdeņražu maisījums ar mazu molekulmasu. Dabasgāzes galvenā sastāvdaļa ir metāns, kura īpatsvars atkarībā no lauka svārstās no 75 līdz 99% pēc tilpuma. Papildus metānam dabasgāze satur etānu, propānu, butānu un izobutānu, kā arī slāpekli un oglekļa dioksīdu.

Tāpat kā saistīto naftas gāzi, dabasgāzi izmanto gan kā kurināmo, gan kā izejvielu dažādu organisko un neorganisko vielu ražošanai. Jūs jau zināt, ka no metāna, dabasgāzes galvenās sastāvdaļas, iegūst ūdeņradi, acetilēnu un metilspirtu, formaldehīdu un skudrskābi, kā arī daudzas citas organiskas vielas. Kā kurināmo dabasgāzi izmanto elektrostacijās, dzīvojamo un ražošanas ēku ūdens sildīšanas katlu sistēmās, domnu un martena ražošanā. Sasitot sērkociņu un aizdedzinot gāzi pilsētas mājas virtuves gāzes plītī, jūs "sākat" dabasgāzes sastāvā esošo alkānu oksidēšanās ķēdes reakciju. Papildus naftai, dabiskajām un saistītajām naftas gāzēm ogles ir dabisks ogļūdeņražu avots. 0n veido spēcīgus slāņus zemes zarnās, tās izpētītās rezerves ievērojami pārsniedz naftas rezerves. Tāpat kā eļļa, ogles satur lielu daudzumu dažādu organisko vielu. Papildus organiskajām tajā ietilpst arī neorganiskas vielas, piemēram, ūdens, amonjaks, sērūdeņradis un, protams, pats ogleklis - ogles. Viens no galvenajiem akmeņogļu pārstrādes veidiem ir koksēšana – kalcinēšana bez gaisa piekļuves. Koksēšanas rezultātā, kas tiek veikta aptuveni 1000 ° C temperatūrā, veidojas:

Koka krāsns gāze, kas ietver ūdeņradi, metānu, oglekļa monoksīdu un oglekļa dioksīdu, amonjaka, slāpekļa un citu gāzu piemaisījumus;
akmeņogļu darva, kas satur vairākus simtus dažādu organisko vielu, tai skaitā benzolu un tā homologus, fenolu un aromātiskos spirtus, naftalīnu un dažādus heterocikliskos savienojumus;
supra-darva jeb amonjaka ūdens, kas satur, kā norāda nosaukums, izšķīdinātu amonjaku, kā arī fenolu, sērūdeņradi un citas vielas;
kokss - ciets koksēšanas atlikums, gandrīz tīrs ogleklis.

izmantots kokss dzelzs un tērauda ražošanā, amonjaks - slāpekļa un kombinētā mēslošanas līdzekļu ražošanā, un organisko koksēšanas produktu nozīmi diez vai var pārvērtēt.

Tādējādi saistītās naftas un dabasgāzes, ogles ir ne tikai vērtīgākie ogļūdeņražu avoti, bet arī daļa no unikālā neaizvietojamo dabas resursu krājuma, kuru rūpīga un saprātīga izmantošana ir nepieciešams nosacījums progresīvai cilvēku sabiedrības attīstībai.

1. Uzskaitiet galvenos dabiskos ogļūdeņražu avotus. Kādas organiskās vielas ir iekļautas katrā no tām? Kas viņiem kopīgs?

2. Raksturojiet eļļas fizikālās īpašības. Kāpēc tam nav pastāvīgas viršanas temperatūras?

3. Pēc mediju ziņojumu apkopošanas aprakstiet naftas noplūdes izraisītās vides katastrofas un to, kā pārvarēt to sekas.

4. Kas ir labošana? Uz ko balstās šis process? Nosauciet eļļas rektifikācijas rezultātā iegūtās frakcijas. Kā tie atšķiras viens no otra?

5. Kas ir krekinga? Norādiet trīs reakciju vienādojumus, kas atbilst naftas produktu plaisāšanai.

6. Kādus plaisāšanas veidus jūs zināt? Kas šiem procesiem ir kopīgs? Kā tie atšķiras viens no otra? Kāda ir būtiskā atšķirība starp dažādiem krekinga izstrādājumu veidiem?

7. Kāpēc saistītā naftas gāze tiek nosaukta šādi? Kādas ir tās galvenās sastāvdaļas un to pielietojums?

8. Kā dabasgāze atšķiras no saistītās naftas gāzes? Kas viņiem kopīgs? Norādiet visu jums zināmo saistītās naftas gāzes komponentu sadegšanas reakciju vienādojumus.

9. Norādiet reakciju vienādojumus, pēc kuriem var iegūt benzolu no dabasgāzes. Norādiet šo reakciju nosacījumus.

10. Kas ir koksēšana? Kādi ir tā produkti un to sastāvs? Norādiet jums zināmos ogļu koksēšanas produktiem raksturīgo reakciju vienādojumus.

11. Paskaidrojiet, kāpēc naftas, ogļu un saistītās naftas gāzes dedzināšana nebūt nav racionālākais veids, kā tos izmantot.