Związki zawierające tylko atomy węgla i wodoru.

Węglowodory dzielą się na cykliczne (związki karbocykliczne) i acykliczne.

Związki cykliczne (karbocykliczne) nazywane są związkami, które zawierają jeden lub więcej cykli składających się tylko z atomów węgla (w przeciwieństwie do związków heterocyklicznych zawierających heteroatomy - azot, siarka, tlen itp.). Z kolei związki karbocykliczne dzielą się na związki aromatyczne i niearomatyczne (alicykliczne).

Węglowodory acykliczne obejmują związki organiczne, których szkielet węglowy cząsteczek jest otwartymi łańcuchami.

Łańcuchy te mogą tworzyć wiązania pojedyncze (alkany), zawierać jedno wiązanie podwójne (alkeny), dwa lub więcej wiązań podwójnych (dieny lub polieny), jedno wiązanie potrójne (alkiny).

Jak wiesz, łańcuchy węglowe są częścią większości substancji organicznych. Dlatego badanie węglowodorów ma szczególne znaczenie, ponieważ związki te stanowią podstawę strukturalną innych klas związków organicznych.

Ponadto węglowodory, zwłaszcza alkany, są głównymi naturalnymi źródłami związków organicznych i podstawą najważniejszych syntez przemysłowych i laboratoryjnych (Schemat 1).

Wiesz już, że węglowodory są najważniejszym surowcem w przemyśle chemicznym. Z kolei węglowodory są dość rozpowszechnione w przyrodzie i można je izolować z różnych źródeł naturalnych: ropy naftowej, ropy naftowej i gazu ziemnego, węgla. Rozważmy je bardziej szczegółowo.

Olej- naturalna złożona mieszanina węglowodorów, głównie alkanów liniowych i rozgałęzionych, zawierająca od 5 do 50 atomów węgla w cząsteczkach, z innymi substancjami organicznymi. Jego skład w znacznym stopniu zależy od miejsca jego wydobycia (złoża), może oprócz alkanów zawierać cykloalkany i węglowodory aromatyczne.

Składniki gazowe i stałe oleju rozpuszczają się w jego składnikach ciekłych, co decyduje o stanie jego skupienia. Olej to oleista ciecz o ciemnej (od brązowej do czarnej) barwie o charakterystycznym zapachu, nierozpuszczalna w wodzie. Jego gęstość jest mniejsza niż wody, dlatego dostając się do niej, olej rozprzestrzenia się po powierzchni, zapobiegając rozpuszczaniu się tlenu i innych gazów powietrza w wodzie. Oczywiście, dostając się do naturalnych zbiorników wodnych, ropa powoduje śmierć mikroorganizmów i zwierząt, prowadząc do katastrof ekologicznych, a nawet katastrof. Istnieją bakterie, które potrafią wykorzystać składniki oleju jako pokarm, zamieniając go w nieszkodliwe produkty swojej życiowej aktywności. Oczywiste jest, że wykorzystanie kultur tych bakterii jest najbardziej bezpiecznym dla środowiska i obiecującym sposobem walki z zanieczyszczeniem ropą w procesie jej produkcji, transportu i przetwarzania.

W przyrodzie ropa naftowa i związany z nią gaz ropopochodny, które zostaną omówione poniżej, wypełniają puste przestrzenie we wnętrzu Ziemi. Będąc mieszaniną różnych substancji, olej nie ma stałej temperatury wrzenia. Oczywiste jest, że każdy z jego składników zachowuje swoje indywidualne właściwości fizyczne w mieszance, co umożliwia rozdzielenie oleju na jego składniki. W tym celu jest oczyszczany z zanieczyszczeń mechanicznych, związków zawierających siarkę i poddawany tak zwanej destylacji frakcyjnej, czyli rektyfikacji.

Destylacja frakcyjna to fizyczna metoda rozdzielania mieszaniny składników o różnych temperaturach wrzenia.

Destylację przeprowadza się w specjalnych instalacjach - kolumnach destylacyjnych, w których powtarzają się cykle kondensacji i parowania substancji ciekłych zawartych w oleju (rys. 9).

Pary powstające podczas wrzenia mieszaniny substancji wzbogacane są składnikiem lżej wrzącym (tj. posiadającym niższą temperaturę). Pary te są zbierane, skraplane (schładzane poniżej temperatury wrzenia) i ponownie doprowadzane do wrzenia. W tym przypadku powstają opary, które są jeszcze bardziej wzbogacone niskowrzącą substancją. Poprzez wielokrotne powtarzanie tych cykli można osiągnąć prawie całkowite oddzielenie substancji zawartych w mieszaninie.

Kolumna destylacyjna odbiera olej ogrzany w piecu rurowym do temperatury 320-350 °C. Kolumna destylacyjna posiada poziome przegrody z otworami - tzw. płyty, na których kondensują frakcje olejowe. Frakcje lekko wrzące gromadzą się na wyższych, wysokowrzące na niższych.

W procesie rektyfikacji olej dzieli się na następujące frakcje:

Gazy rektyfikacyjne - mieszanina węglowodorów o niskiej masie cząsteczkowej, głównie propanu i butanu, o temperaturze wrzenia do 40 ° C;

Frakcja benzynowa (benzyna) - węglowodory o składzie od C 5 H 12 do C 11 H 24 (temperatura wrzenia 40-200 ° C); przy dokładniejszym oddzieleniu tej frakcji otrzymuje się benzynę (eter naftowy, 40-70 ° C) i benzynę (70-120 ° C);

Frakcja naftowa - węglowodory o składzie od C8H18 do C14H30 (temperatura wrzenia 150-250 °C);

Frakcja naftowa - węglowodory o składzie od C12H26 do C18H38 (temperatura wrzenia 180-300 ° C);

Olej napędowy - węglowodory o składzie od C13H28 do C19H36 (temperatura wrzenia 200-350 °C).

Pozostałości po destylacji oleju – olej opałowy- zawiera węglowodory o liczbie atomów węgla od 18 do 50. Destylacja pod zmniejszonym ciśnieniem z oleju opałowego daje olej solarny (C18H28-C25H52), oleje smarowe (C28H58-C38H78), wazelinę i parafinę - topliwe mieszaniny stałych węglowodorów. Pozostałości stałe z destylacji oleju opałowego - smoła i produkty jej przetwarzania - bitum i asfalt są wykorzystywane do produkcji nawierzchni drogowych.

Produkty otrzymane w wyniku rektyfikacji oleju poddawane są obróbce chemicznej, która obejmuje szereg skomplikowanych procesów. Jednym z nich jest kraking produktów naftowych. Wiesz już, że olej opałowy jest rozdzielany na składniki pod zmniejszonym ciśnieniem. Wynika to z faktu, że pod ciśnieniem atmosferycznym jego składniki zaczynają się rozkładać przed osiągnięciem temperatury wrzenia. Na tym polega pękanie.

Pękanie - rozkład termiczny produktów naftowych, prowadzący do powstania węglowodorów o mniejszej liczbie atomów węgla w cząsteczce.

Istnieje kilka rodzajów krakingu: kraking termiczny, kraking katalityczny, kraking wysokociśnieniowy, kraking redukcyjny.

Kraking termiczny polega na rozszczepieniu pod wpływem wysokiej temperatury (470-550 °C) cząsteczek węglowodorów o długim łańcuchu węglowym na krótsze. W procesie tego rozszczepiania wraz z alkanami powstają alkeny.

Ogólnie tę reakcję można zapisać w następujący sposób:

C n H 2n+2 -> C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k
alkan alkano alken
długi łańcuch

Powstałe węglowodory mogą ponownie ulec krakingowi, tworząc alkany i alkeny o jeszcze krótszym łańcuchu atomów węgla w cząsteczce:

Podczas konwencjonalnego krakingu termicznego powstaje wiele węglowodorów gazowych o małej masie cząsteczkowej, które można wykorzystać jako surowce do produkcji alkoholi, kwasów karboksylowych i związków o dużej masie cząsteczkowej (na przykład polietylenu).

kraking katalityczny występuje w obecności katalizatorów, które są wykorzystywane jako naturalne glinokrzemiany składu

Realizacja krakingu przy użyciu katalizatorów prowadzi do powstania w cząsteczce węglowodorów o rozgałęzionym lub zamkniętym łańcuchu atomów węgla. Zawartość węglowodorów o takiej strukturze w paliwie silnikowym znacznie poprawia jego jakość, przede wszystkim odporność na uderzenia – liczbę oktanową benzyny.

Kraking produktów naftowych przebiega w wysokich temperaturach, dlatego często tworzą się osady węgla (sadza), zanieczyszczając powierzchnię katalizatora, co znacznie zmniejsza jego aktywność.

Oczyszczenie powierzchni katalizatora z nagaru – jego regeneracja – jest głównym warunkiem praktycznej realizacji krakingu katalitycznego. Najprostszym i najtańszym sposobem regeneracji katalizatora jest jego prażenie, podczas którego nagar utleniany jest tlenem atmosferycznym. Z powierzchni katalizatora usuwane są gazowe produkty utleniania (głównie dwutlenek węgla i dwutlenek siarki).

Kraking katalityczny to niejednorodny proces obejmujący substancje stałe (katalizator) i gazowe (opary węglowodorów). Oczywiste jest, że regeneracja katalizatora – oddziaływanie osadów stałych z tlenem atmosferycznym – jest również procesem niejednorodnym.

reakcje heterogeniczne(gaz - ciało stałe) płynie szybciej wraz ze wzrostem powierzchni ciała stałego. Dlatego katalizator jest kruszony, a jego regeneracja i kraking węglowodorów odbywa się w „złożu fluidalnym”, znanym Państwu z produkcji kwasu siarkowego.

Surowiec do krakowania, taki jak olej gazowy, wchodzi do reaktora stożkowego. Dolna część reaktora ma mniejszą średnicę, więc szybkość przepływu pary zasilającej jest bardzo duża. Poruszający się z dużą prędkością gaz wychwytuje cząstki katalizatora i przenosi je do górnej części reaktora, gdzie ze względu na wzrost jego średnicy zmniejsza się prędkość przepływu. Pod wpływem grawitacji cząstki katalizatora opadają do dolnej, węższej części reaktora, skąd ponownie są unoszone w górę. W ten sposób każde ziarno katalizatora jest w ciągłym ruchu i jest wypłukiwane ze wszystkich stron odczynnikiem gazowym.

Niektóre ziarna katalizatora przedostają się do zewnętrznej, szerszej części reaktora i nie napotykając oporów przepływu gazu opadają do dolnej części, gdzie są wychwytywane przez strumień gazu i odprowadzane do regeneratora. Również tam, w trybie „złoża fluidalnego”, katalizator jest spalany i zawracany do reaktora.

W ten sposób katalizator krąży między reaktorem a regeneratorem, a gazowe produkty krakingu i prażenia są z nich usuwane.

Zastosowanie katalizatorów krakowania pozwala na nieznaczne zwiększenie szybkości reakcji, obniżenie jej temperatury oraz poprawę jakości krakowanych produktów.

Otrzymane węglowodory frakcji benzynowej mają głównie strukturę liniową, co prowadzi do niskiej odporności na stukanie otrzymanej benzyny.

Pojęcie „odporności na uderzenia” rozważymy później, na razie zauważamy tylko, że węglowodory o rozgałęzionych cząsteczkach mają znacznie większą odporność na detonację. Możliwe jest zwiększenie udziału izomerycznych węglowodorów rozgałęzionych w mieszaninie powstającej podczas krakingu poprzez dodanie do układu katalizatorów izomeryzacji.

Pola naftowe zawierają z reguły duże nagromadzenia tzw. gazu skojarzonego, który gromadzi się nad ropą w skorupie ziemskiej i częściowo rozpuszcza się w niej pod naporem skał leżących na ich powierzchni. Podobnie jak ropa, gaz z ropy naftowej jest cennym naturalnym źródłem węglowodorów. Zawiera głównie alkany, które w swoich cząsteczkach mają od 1 do 6 atomów węgla. Oczywiście skład towarzyszącego gazu ropopochodnego jest znacznie uboższy niż ropy naftowej. Jednak mimo to znajduje szerokie zastosowanie zarówno jako paliwo, jak i surowiec dla przemysłu chemicznego. Jeszcze kilkadziesiąt lat temu na większości pól naftowych spalany był gaz z ropy naftowej jako bezużyteczny dodatek do ropy. Obecnie, na przykład, w Surgut, najbogatszej rosyjskiej spiżarni ropy naftowej, przy użyciu towarzyszącego mu gazu ropopochodnego wytwarzana jest najtańsza na świecie energia elektryczna.

Jak już wspomniano, towarzyszący gaz ropopochodny jest bogatszy w skład różnych węglowodorów niż gaz ziemny. Dzieląc je na ułamki, otrzymują:

Benzyna naturalna - wysoce lotna mieszanina składająca się głównie z lentanu i heksanu;

Mieszanina propan-butan, składająca się, jak sama nazwa wskazuje, z propanu i butanu, łatwo przechodząca w stan ciekły przy wzroście ciśnienia;

Gaz suchy - mieszanina zawierająca głównie metan i etan.

Benzyna naturalna będąca mieszaniną składników lotnych o małej masie cząsteczkowej dobrze paruje nawet w niskich temperaturach. Umożliwia to wykorzystanie benzyny gazowej jako paliwa do silników spalinowych na Dalekiej Północy oraz jako dodatku do paliw silnikowych, co ułatwia rozruch silników w warunkach zimowych.

Mieszanka propan-butan w postaci skroplonego gazu jest używana jako paliwo domowe (znane Państwu w kraju butle gazowe) oraz do napełniania zapalniczek. Stopniowe przechodzenie z transportu drogowego na gaz płynny jest jednym z głównych sposobów przezwyciężenia światowego kryzysu paliwowego i rozwiązania problemów środowiskowych.

Gaz suchy, zbliżony składem do gazu ziemnego, jest również szeroko stosowany jako paliwo.

Jednak wykorzystanie gazu ropopochodnego i jego składników jako paliwa nie jest najbardziej obiecującym sposobem jego wykorzystania.

O wiele bardziej efektywne jest wykorzystanie powiązanych składników gazu ropopochodnego jako surowca do produkcji chemicznej. Wodór, acetylen, węglowodory nienasycone i aromatyczne oraz ich pochodne otrzymuje się z alkanów wchodzących w skład towarzyszącego gazu naftowego.

Węglowodory gazowe mogą nie tylko towarzyszyć ropie w skorupie ziemskiej, ale także tworzyć niezależne akumulacje – złoża gazu ziemnego.

Gazu ziemnego - mieszanina gazowych węglowodorów nasyconych o małej masie cząsteczkowej. Głównym składnikiem gazu ziemnego jest metan, którego udział w zależności od złoża waha się od 75 do 99% objętości. Oprócz metanu gaz ziemny zawiera etan, propan, butan i izobutan oraz azot i dwutlenek węgla.

Podobnie jak gaz naftowy, gaz ziemny jest wykorzystywany zarówno jako paliwo, jak i surowiec do produkcji różnych substancji organicznych i nieorganicznych. Wiesz już, że z metanu, głównego składnika gazu ziemnego, otrzymuje się wodór, acetylen i alkohol metylowy, formaldehyd i kwas mrówkowy oraz wiele innych substancji organicznych. Jako paliwo gaz ziemny wykorzystywany jest w elektrowniach, w instalacjach kotłowych do ogrzewania wodnego budynków mieszkalnych i przemysłowych, w produkcji wielkopiecowej i martenowskiej. Zapalając zapałkę i zapalając gaz w kuchennej kuchence gazowej miejskiego domu, „rozpoczynasz” reakcję łańcuchową utleniania alkanów wchodzących w skład gazu ziemnego. Poza ropą naftową, naturalnymi i towarzyszącymi gazami ropopochodnymi węgiel jest naturalnym źródłem węglowodorów. Gdy tworzy w trzewiach ziemi potężne warstwy, jej zbadane złoża znacznie przewyższają zasoby ropy naftowej. Podobnie jak olej, węgiel zawiera dużą ilość różnych substancji organicznych. Oprócz organicznych obejmuje również substancje nieorganiczne, takie jak woda, amoniak, siarkowodór i oczywiście sam węgiel - węgiel. Jednym z głównych sposobów przeróbki węgla jest koksowanie – kalcynacja bez dostępu powietrza. W wyniku koksowania, które odbywa się w temperaturze około 1000 ° C, powstają:

Gaz koksowniczy, który zawiera wodór, metan, tlenek węgla i dwutlenek węgla, zanieczyszczenia amoniakiem, azot i inne gazy;
smoła węglowa zawierająca kilkaset różnych substancji organicznych, w tym benzen i jego homologi, fenole i alkohole aromatyczne, naftalen i różne związki heterocykliczne;
smoła lub woda amoniakalna, zawierająca, jak sama nazwa wskazuje, rozpuszczony amoniak, a także fenol, siarkowodór i inne substancje;
koks - stała pozostałość koksowania, prawie czysty węgiel.

zużyty koks w produkcji żelaza i stali, amoniaku - w produkcji nawozów azotowych i kombinowanych oraz znaczenia organicznych produktów koksowniczych trudno przecenić.

Tak więc związana z nią ropa naftowa i gazy naturalne, węgiel są nie tylko najcenniejszymi źródłami węglowodorów, ale także częścią unikalnej spiżarni niezastąpionych zasobów naturalnych, których ostrożne i rozsądne wykorzystanie jest niezbędnym warunkiem postępowego rozwoju społeczeństwa ludzkiego.

1. Wymień główne naturalne źródła węglowodorów. Jakie substancje organiczne znajdują się w każdym z nich? Co oni mają ze sobą wspólnego?

2. Opisać właściwości fizyczne oleju. Dlaczego nie ma stałej temperatury wrzenia?

3. Po podsumowaniu doniesień medialnych opisz katastrofy ekologiczne spowodowane wyciekiem ropy oraz sposoby przezwyciężenia ich skutków.

4. Co to jest sprostowanie? Na czym opiera się ten proces? Nazwij frakcje uzyskane w wyniku rektyfikacji oleju. Czym się od siebie różnią?

5. Co to jest pękanie? Podaj równania trzech reakcji odpowiadających krakingowi produktów naftowych.

6. Jakie znasz rodzaje crackowania? Co te procesy mają ze sobą wspólnego? Czym się od siebie różnią? Jaka jest zasadnicza różnica między różnymi rodzajami produktów krakowanych?

7. Dlaczego tak nazwany jest powiązany gaz naftowy? Jakie są jego główne składniki i ich zastosowania?

8. Czym różni się gaz ziemny od powiązanego gazu naftowego? Co oni mają ze sobą wspólnego? Podaj równania reakcji spalania wszystkich znanych Ci składników towarzyszącego gazu ropopochodnego.

9. Podaj równania reakcji, które można wykorzystać do otrzymywania benzenu z gazu ziemnego. Określ warunki dla tych reakcji.

10. Co to jest koksowanie? Jakie są jego produkty i ich skład? Podaj równania reakcji typowych dla znanych Ci produktów koksowania węgla.

11. Wyjaśnij, dlaczego spalanie ropy naftowej, węgla i związanego z nimi gazu nie jest najbardziej racjonalnym sposobem ich wykorzystania.

Sucha destylacja węgla.

Węglowodory aromatyczne pozyskiwane są głównie z suchej destylacji węgla. Gdy węgiel jest podgrzewany w retortach lub piecach koksowniczych bez powietrza w temperaturze 1000–1300 °C, materia organiczna węgla rozkłada się na produkty stałe, płynne i gazowe.

Stały produkt suchej destylacji - koks - to porowata masa składająca się z węgla z domieszką popiołu. Koks jest produkowany w ogromnych ilościach i zużywany głównie przez przemysł metalurgiczny jako reduktor w produkcji metali (przede wszystkim żelaza) z rud.

Ciekłymi produktami suchej destylacji są czarna lepka smoła (smoła węglowa), a warstwa wodna zawierająca amoniak to woda amoniakalna. Smołę węglową uzyskuje się średnio 3% masy pierwotnego węgla. Woda amoniakalna jest jednym z ważnych źródeł produkcji amoniaku. Gazowe produkty suchej destylacji węgla nazywane są gazem koksowniczym. Gaz koksowniczy ma różny skład w zależności od gatunku węgla, sposobu koksowania itp. Gaz koksowniczy wytwarzany w bateriach koksowniczych jest przepuszczany przez szereg absorberów, które zatrzymują opary smoły, amoniaku i lekkiego oleju. Lekki olej otrzymywany przez kondensację z gazu koksowniczego zawiera 60% benzenu, toluenu i innych węglowodorów. Większość benzenu (do 90%) uzyskuje się w ten sposób, a tylko niewiele - przez frakcjonowanie smoły węglowej.

Przeróbka smoły węglowej. Smoła węglowa ma wygląd czarnej żywicznej masy o charakterystycznym zapachu. Obecnie ze smoły węglowej wyizolowano ponad 120 różnych produktów. Wśród nich są aromatyczne węglowodory, a także aromatyczne substancje zawierające tlen o charakterze kwasowym (fenole), substancje zawierające azot o charakterze zasadowym (pirydyna, chinolina), substancje zawierające siarkę (tiofen) itp.

Smoła węglowa poddawana jest destylacji frakcyjnej, w wyniku której otrzymuje się kilka frakcji.

Lekki olej zawiera benzen, toluen, ksyleny i niektóre inne węglowodory. Średni lub karbolowy olej zawiera wiele fenoli.

Olej ciężki lub kreozotowy: Spośród węglowodorów zawartych w oleju ciężkim zawarty jest naftalen.

Pozyskiwanie węglowodorów z oleju Olej jest jednym z głównych źródeł węglowodorów aromatycznych. Większość gatunków

olej zawiera bardzo niewielką ilość węglowodorów aromatycznych. Z krajowego oleju bogatego w węglowodory aromatyczne pochodzi olej z pola Ural (Perm). Olej „Drugiego Baku” zawiera do 60% aromatycznych węglowodorów.

Ze względu na niedobór węglowodorów aromatycznych stosuje się obecnie „aromat olejowy”: produkty olejowe są podgrzewane w temperaturze około 700 ° C, w wyniku czego z produktów rozkładu oleju można uzyskać 15–18% węglowodorów aromatycznych .

32. Synteza, właściwości fizyczne i chemiczne węglowodorów aromatycznych

1. Synteza z węglowodorów aromatycznych i tłuszczowe pochodne halo w obecności katalizatorów (synteza Friedela-Craftsa).

2. Synteza z soli kwasów aromatycznych.

Gdy suche sole kwasów aromatycznych są ogrzewane z wapnem sodowanym, sole rozkładają się na węglowodory. Ta metoda jest podobna do produkcji węglowodorów tłuszczowych.

3. Synteza z acetylenu. Ta reakcja jest interesująca jako przykład syntezy benzenu z węglowodorów tłuszczowych.

Kiedy acetylen przechodzi przez ogrzany katalizator (w temperaturze 500 ° C), potrójne wiązania acetylenu zostają zerwane, a trzy jego cząsteczki polimeryzują w jedną cząsteczkę benzenu.

Właściwości fizyczne Węglowodory aromatyczne to ciecze lub ciała stałe o:

charakterystyczny zapach. Węglowodory z nie więcej niż jednym pierścieniem benzenowym w cząsteczkach są lżejsze od wody. Węglowodory aromatyczne są słabo rozpuszczalne w wodzie.

Widma IR węglowodorów aromatycznych charakteryzują się przede wszystkim trzema obszarami:

1) około 3000 cm-1, na skutek drgań rozciągających C-H;

2) obszar 1600–1500 cm-1 związany z drganiami szkieletowymi aromatycznych wiązań węgiel-węgiel i znacznie różniący się w położeniach pików w zależności od struktury;

3) obszar poniżej 900 cm-1 związany z drganiami zginającymi C-H pierścienia aromatycznego.

Właściwości chemiczne Najważniejsze ogólne właściwości chemiczne węglowodorów aromatycznych to:

ich skłonność do reakcji substytucji i wysoka wytrzymałość jądra benzenu.

Homologi benzenowe mają w swojej cząsteczce rdzeń benzenowy i łańcuch boczny, na przykład w węglowodorze C6H5-C2H5 grupa C6H5 jest rdzeniem benzenowym, a C2H5 jest łańcuchem bocznym. Nieruchomości

pierścień benzenowy w cząsteczkach homologów benzenowych zbliża się do właściwości samego benzenu. Właściwości łańcuchów bocznych, które są pozostałościami węglowodorów tłuszczowych, zbliżają się do właściwości węglowodorów tłuszczowych.

Reakcje węglowodorów benzenowych można podzielić na cztery grupy.

33. Reguły orientacji w jądrze benzenu

Podczas badania reakcji podstawienia w jądrze benzenowym stwierdzono, że jeśli jądro benzenowe zawiera już dowolną grupę podstawnikową, to druga grupa wchodzi w określoną pozycję w zależności od charakteru pierwszego podstawnika. Tak więc każdy podstawnik w jądrze benzenowym ma określone działanie kierujące lub orientujące.

Na pozycję nowo wprowadzonego podstawnika ma również wpływ charakter samego podstawnika, tj. elektrofilowy lub nukleofilowy charakter aktywnego odczynnika. Zdecydowana większość najważniejszych reakcji podstawienia w pierścieniu benzenowym to reakcje podstawienia elektrofilowego (zastąpienie odszczepionego w postaci protonu atomu wodoru przez cząstkę naładowaną dodatnio) - reakcje halogenowania, sulfonowania, nitrowania itp.

Wszystkie substytuty są podzielone na dwie grupy w zależności od charakteru ich działania przewodniego.

1. Podstawniki pierwszego rodzaju w reakcjach podstawienie elektrofilowe kieruje kolejne wprowadzane grupy na pozycje orto i para.

Do tego rodzaju podstawników należą np. następujące grupy, ułożone w porządku malejącym ich mocy kierunkowej: -NH2, -OH, -CH3.

2. Podstawniki drugiego rodzaju w reakcjach podstawienie elektrofilowe kieruje kolejne wprowadzane grupy do pozycji meta.

Do tego rodzaju podstawników należą następujące grupy, ułożone w porządku malejącym ich siły kierującej: -NO2, -C≡N, -SO3 H.

Podstawniki pierwszego rodzaju zawierają wiązania pojedyncze; podstawniki drugiego rodzaju charakteryzują się obecnością wiązań podwójnych lub potrójnych.

Podstawniki pierwszego rodzaju w przeważającej większości przypadków ułatwiają reakcje podstawienia. Np. aby azotować benzen, trzeba go podgrzać mieszaniną stężonego kwasu azotowego i siarkowego, natomiast fenol C6 H5 OH może być z powodzeniem

azotan rozcieńczonym kwasem azotowym w temperaturze pokojowej z wytworzeniem orto- i paranitrofenolu.

Podstawniki drugiego rodzaju na ogół całkowicie utrudniają reakcje podstawienia. Szczególnie trudna jest substytucja w pozycji orto i para, a substytucja w pozycji meta jest stosunkowo łatwiejsza.

Obecnie wpływ podstawników tłumaczy się tym, że podstawniki pierwszego rodzaju są odbiorcami elektronów (oddają elektrony), tj. ich chmury elektronowe są przesunięte w kierunku jądra benzenu, co zwiększa reaktywność atomów wodoru.

Wzrost reaktywności atomów wodoru w pierścieniu ułatwia przebieg reakcji podstawienia elektrofilowego. Czyli np. w obecności hydroksylu swobodne elektrony atomu tlenu są przesunięte w kierunku pierścienia, co zwiększa gęstość elektronową w pierścieniu, a gęstość elektronową atomów węgla w pozycjach orto i para do podstawnika szczególnie wzrasta.

34. Reguły substytucji w jądrze benzenu

Zasady substytucji w pierścieniu benzenowym mają duże znaczenie praktyczne, ponieważ pozwalają przewidzieć przebieg reakcji i wybrać właściwą ścieżkę syntezy tej lub innej pożądanej substancji.

Mechanizm reakcji podstawienia elektrofilowego w szeregach aromatycznych. Nowoczesne metody badawcze pozwoliły w dużym stopniu wyjaśnić mechanizm substytucji w szeregach aromatycznych. Co ciekawe, pod wieloma względami, zwłaszcza na pierwszych etapach, mechanizm substytucji elektrofilowej w szeregu aromatycznym okazał się podobny do mechanizmu addycji elektrofilowej w szeregu tłuszczowym.

Pierwszym krokiem w podstawieniu elektrofilowym jest (podobnie jak w przypadku addycji elektrofilowej) utworzenie kompleksu p. Elektrofilowa cząstka Xd+ wiąże się ze wszystkimi sześcioma elektronami p pierścienia benzenowego.

Drugim etapem jest tworzenie kompleksu p. W tym przypadku elektrofilowa cząstka „wyciąga” dwa elektrony z sześciu p-elektronów, tworząc zwykłe wiązanie kowalencyjne. Powstały p-kompleks nie ma już struktury aromatycznej: jest to niestabilna karbokation, w której cztery p-elektrony w stanie zdelokalizowanym są rozdzielone między pięć atomów węgla, podczas gdy szósty atom węgla przechodzi w stan nasycony. Wprowadzony podstawnik X i atom wodoru leżą w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny sześcioczłonowego pierścienia. Kompleks S jest półproduktem, którego powstawanie i strukturę potwierdzono wieloma metodami, w szczególności spektroskopią.

Trzecim etapem substytucji elektrofilowej jest stabilizacja kompleksu S, którą osiąga się poprzez eliminację atomu wodoru w postaci protonu. Dwa elektrony zaangażowane w tworzenie wiązania C-H, po usunięciu protonu, wraz z czterema zdelokalizowanymi elektronami o pięciu atomach węgla, dają zwykle stabilną strukturę aromatyczną podstawionego benzenu. Rola katalizatora (zwykle A 1 Cl3) w tym przypadku

Proces polega na wzmocnieniu polaryzacji haloalkilu z utworzeniem dodatnio naładowanej cząstki, która wchodzi w reakcję podstawienia elektrofilowego.

Reakcje addycji Węglowodory benzenowe reagują z dużą trudnością

odbarwić wodą bromową i roztworem KMnO4. Jednak w specjalnych warunkach reakcji

połączenia są nadal możliwe. 1. Dodatek halogenów.

Tlen w tej reakcji pełni rolę katalizatora ujemnego: w jego obecności reakcja nie przebiega. Dodatek wodoru w obecności katalizatora:

C6 H6 + 3H2 → C6 H12

2. Utlenianie węglowodorów aromatycznych.

Sam benzen jest wyjątkowo odporny na utlenianie – bardziej odporny niż parafiny. Pod wpływem energetycznych utleniaczy (KMnO4 w środowisku kwaśnym itp.) na homologi benzenowe rdzeń benzenowy nie ulega utlenieniu, natomiast łańcuchy boczne ulegają utlenieniu z wytworzeniem kwasów aromatycznych.

Naturalnymi źródłami węglowodorów są paliwa kopalne – ropa i

gaz, węgiel i torf. Złoża ropy naftowej i gazu powstały 100-200 mln lat temu

z powrotem z mikroskopijnych roślin i zwierząt morskich, które okazały się

zawarte w skałach osadowych utworzonych na dnie morza, Inaczej niż

że węgiel i torf zaczęły powstawać 340 milionów lat temu z roślin,

rośnie na suchym lądzie.

Gaz ziemny i ropa naftowa zwykle znajdują się wraz z wodą w

warstwy roponośne położone pomiędzy warstwami skał (rys. 2). Termin

„gaz ziemny” dotyczy również gazów, które powstają w naturalnym

warunki w wyniku rozkładu węgla. Gaz ziemny i ropa naftowa

rozwinęła się na wszystkich kontynentach z wyjątkiem Antarktydy. największy

producentami gazu ziemnego na świecie są Rosja, Algieria, Iran oraz

Stany Zjednoczone. Najwięksi producenci ropy naftowej to

Wenezuela, Arabia Saudyjska, Kuwejt i Iran.

Gaz ziemny składa się głównie z metanu (tabela 1).

Ropa naftowa to oleista ciecz, której kolor może

być najbardziej zróżnicowana – od ciemnego brązu lub zieleni do prawie

bezbarwny. Zawiera dużą ilość alkanów. Wśród nich są

alkany prostołańcuchowe, alkany rozgałęzione i cykloalkany z liczbą atomów

węgiel pięć do 40. Przemysłowa nazwa tych cykloalkanów jest ponumerowana. W

olej surowy dodatkowo zawiera około 10% aromatów

węglowodory, a także niewielka ilość innych związków zawierających

siarka, tlen i azot.

Tablica 1 Skład gazu ziemnego

Węgiel jest najstarszym znanym źródłem energii

ludzkość. Jest to minerał (ryc. 3), który powstał z

materia roślinna podczas metamorfizmu. Metamorficzny

zwane skałami, których skład ulegał zmianom w warunkach

wysokie ciśnienia i wysokie temperatury. Produkt pierwszego etapu w

proces powstawania węgla to torf, który jest

rozłożona materia organiczna. Węgiel powstaje z torfu po

jest pokryty skałami osadowymi. Te skały osadowe nazywają się

przeciążony. Przeciążone opady zmniejszają wilgotność torfu.

W klasyfikacji węgli stosowane są trzy kryteria: czystość (określona przez

względna zawartość węgla w procentach); typ (zdefiniowany

skład oryginalnej materii roślinnej); ocena (w zależności od

stopień metamorfizmu).

Tablica 2 Zawartość węgla w niektórych rodzajach paliw i ich wartość opałowa

umiejętność

Węgle kopalne najniższej jakości to węgiel brunatny i

węgiel brunatny (tab. 2). Są najbliżej torfu i charakteryzują się stosunkowo

charakteryzuje się niższą zawartością wilgoci i jest szeroko stosowany w

przemysł. Najsuchszym i najtwardszym gatunkiem węgla jest antracyt. Jego

używany do ogrzewania domu i gotowania.

W ostatnich latach, dzięki postępowi technologicznemu, staje się coraz bardziej

ekonomiczne zgazowanie węgla. Produkty zgazowania węgla obejmują

tlenek węgla, dwutlenek węgla, wodór, metan i azot. Są używane w

jako paliwo gazowe lub jako surowiec do produkcji różnych

chemikalia i nawozy.

Węgiel, jak omówiono poniżej, jest ważnym źródłem surowców dla

związki aromatyczne. Węgiel reprezentuje

złożona mieszanina chemikaliów, w skład której wchodzi węgiel,

wodór i tlen oraz niewielkie ilości azotu, siarki i innych zanieczyszczeń

elementy. Ponadto skład węgla, w zależności od jego gatunku, obejmuje

różne ilości wilgoci i różne minerały.

Węglowodory występują naturalnie nie tylko w paliwach kopalnych, ale także w

w niektórych materiałach pochodzenia biologicznego. kauczuk naturalny

jest przykładem naturalnego polimeru węglowodorowego. cząsteczka gumy

składa się z tysięcy jednostek strukturalnych, którymi są metylobuta-1,3-dien

(izopren);

kauczuk naturalny. Około 90% kauczuku naturalnego, który

obecnie wydobywany na całym świecie, pozyskiwany z Brazylii

kauczukowiec Hevea brasiliensis, uprawiany głównie w

równikowe kraje Azji. Sok tego drzewa, którym jest lateks

(koloidalny wodny roztwór polimeru), pobrany z nacięć wykonanych nożem

szczekać. Lateks zawiera około 30% gumy. Jego małe kawałki

zawieszony w wodzie. Sok przelewa się do aluminiowych pojemników, do których dodaje się kwas,

powodując koagulację gumy.

Wiele innych naturalnych związków zawiera również izopren strukturalny

paprochy. Na przykład limonen zawiera dwie grupy izoprenowe. Limonen

jest głównym składnikiem olejków pozyskiwanych ze skórek owoców cytrusowych,

takich jak cytryny i pomarańcze. To połączenie należy do klasy połączeń,

zwane terpenami. Terpeny zawierają w swoich cząsteczkach 10 atomów węgla (C

10-związków) i zawierają dwa połączone ze sobą fragmenty izoprenu

drugi po kolei („od głowy do ogona”). Związki z czterema izoprenem

fragmenty (związki C20) nazywane są diterpenami, a sześć

fragmenty izoprenowe - triterpeny (związki C30). Skwalen

znajdujący się w oleju z wątroby rekina jest triterpenem.

Tetraterpeny (związki C 40) zawierają osiem izoprenów

paprochy. Tetraterpeny znajdują się w barwnikach tłuszczów roślinnych i zwierzęcych.

pochodzenie. Ich zabarwienie wynika z obecności długiego układu sprzężonego

podwójne wiązania. Na przykład β-karoten odpowiada za charakterystyczną pomarańczę

barwienie marchwi.

Technologia przerobu ropy i węgla

Pod koniec XIX wieku. pod wpływem postępu w dziedzinie energetyki cieplnej, transportu, inżynierii, wojskowości i szeregu innych gałęzi przemysłu niezmiernie wzrosło zapotrzebowanie i pojawiła się pilna potrzeba nowych rodzajów paliw i produktów chemicznych.

W tym czasie narodził się i szybko rozwijał przemysł rafinacji ropy naftowej. Ogromnym impulsem do rozwoju przemysłu rafineryjnego był wynalazek i szybkie rozpowszechnienie się silnika spalinowego zasilanego produktami naftowymi. Intensywnie rozwijała się również technika przeróbki węgla, który nie tylko jest jednym z głównych rodzajów paliwa, ale, co szczególnie godne uwagi, stał się w badanym okresie podstawowym surowcem dla przemysłu chemicznego. Dużą rolę w tej materii odegrała chemia koksowa. Koksownie, które wcześniej dostarczały koks do hutnictwa żelaza, przekształciły się w przedsiębiorstwa koksowo-chemiczne, które dodatkowo produkowały szereg cennych produktów chemicznych: gaz koksowniczy, benzen surowy, smołę węglową i amoniak.

Produkcja syntetycznych substancji i materiałów organicznych zaczęła się rozwijać w oparciu o produkty przeróbki ropy naftowej i węgla. Znajdują szerokie zastosowanie jako surowce i półprodukty w różnych gałęziach przemysłu chemicznego.

Numer biletu 10

Cel. Uogólnia wiedzę o naturalnych źródłach związków organicznych i ich przetwarzaniu; pokazać sukcesy i perspektywy rozwoju petrochemii i koksownictwa, ich rolę w postępie technicznym kraju; pogłębić wiedzę z zakresu geografii ekonomicznej o gazownictwie, nowoczesnych kierunkach przeróbki gazu, problemach surowcowo-energetycznych; rozwijać samodzielność w pracy z podręcznikiem, literaturą źródłową i popularnonaukową.

PLAN

Naturalne źródła węglowodorów. Gazu ziemnego. Powiązane gazy ropopochodne.
Oleje i produkty naftowe, ich zastosowanie.
Kraking termiczny i katalityczny.
Produkcja koksu a problem pozyskiwania paliwa ciekłego.
Z historii rozwoju OJSC Rosneft-KNOS.
Zdolności produkcyjne zakładu. Artykuły przemysłowe.
Komunikacja z laboratorium chemicznym.
Ochrona środowiska w fabryce.
Plany roślinne na przyszłość.

Naturalne źródła węglowodorów.
Gazu ziemnego. Powiązane gazy ropopochodne

Przed Wielką Wojną Ojczyźnianą zapasy przemysłowe gazu ziemnego były znane w regionie karpackim, na Kaukazie, w regionie Wołgi i na północy (Komi ASSR). Badanie zasobów gazu ziemnego wiązało się jedynie z poszukiwaniem ropy naftowej. Zasoby przemysłowe gazu ziemnego w 1940 r. wyniosły 15 mld m 3 . Następnie odkryto złoża gazu na Kaukazie Północnym, Zakaukaziu, Ukrainie, Wołdze, Azji Środkowej, zachodniej Syberii i na Dalekim Wschodzie. Na
1 stycznia 1976 r. rozpoznane złoża gazu ziemnego wyniosły 25,8 bln m 3, z czego 4,2 bln m 3 (16,3%) w europejskiej części ZSRR, 21,6 bln m 3 (83,7 %), w tym
18,2 bln m 3 (70,5%) - na Syberii i Dalekim Wschodzie, 3,4 bln m 3 (13,2%) - w Azji Środkowej i Kazachstanie. Według stanu na 1 stycznia 1980 r. potencjalne zasoby gazu ziemnego wynosiły 80–85 bln m 3 , zbadane 34,3 bln m 3 . Ponadto rezerwy wzrosły głównie dzięki odkryciu złóż we wschodniej części kraju – eksplorowane tam rezerwy kształtowały się na poziomie ok.
30,1 bln m 3, co stanowiło 87,8% powierzchni ogólnounijnej.
Dziś Rosja posiada 35% światowych rezerw gazu ziemnego, czyli ponad 48 bilionów m 3 . Główne obszary występowania gazu ziemnego w Rosji i krajach WNP (pola):

Zachodnia Syberyjska prowincja naftowo-gazowa:
Urengojskoje, Yamburgskoye, Zapolyarnoye, Medvezhye, Nadymskoye, Tazovskoye – Jamalo-Nenets Autonomous Okrug;
Pokhromskoye, Igrimskoye - region gazonośny Bieriezowskaja;
Meldzhinskoye, Luginetskoye, Ust-Silginskoye - region gazonośny Wasiugan.
Wołga-Ural prowincja naftowo-gazowa:
najbardziej znaczącym jest Wuktylskoje, w regionie naftowo-gazowym Timan-Peczora.
Azja Środkowa i Kazachstan:
najważniejsza w Azji Środkowej jest Gazli w Dolinie Fergańskiej;
Kyzylkum, Bairam-Ali, Darvaza, Achak, Shatlyk.
Kaukaz Północny i Zakaukazie:
Karadag, Duvanny – Azerbejdżan;
Światła Dagestanu - Dagestan;
Severo-Stavropolskoye, Pelagiadinskoye - Terytorium Stawropola;
Leningradskoje, Majkopskoje, Staro-Minskoje, Berezanskoye - Terytorium Krasnodarskie.

Złoża gazu ziemnego znane są również na Ukrainie, Sachalinie i na Dalekim Wschodzie.
Pod względem zasobów gazu ziemnego wyróżnia się Syberia Zachodnia (Urengojskoje, Jamburgskoje, Zapolyarnoye, Miedvezhye). Zasoby przemysłowe sięgają tu 14 bilionów m 3 . Obecnie szczególnego znaczenia nabierają jamalskie złoża kondensatu gazowego (Bowanienkowskie, Kruzenszternskoje, Kharasaveyskoje itp.). Na ich podstawie realizowany jest projekt Jamał-Europa.
Produkcja gazu ziemnego jest silnie skoncentrowana i skoncentrowana na obszarach o największych i najbardziej dochodowych złożach. Tylko pięć złóż - Urengoyskoje, Jamburgskoye, Zapolyarnoye, Medvezhye i Orenburgskoye - zawiera 1/2 wszystkich rezerw przemysłowych Rosji. Zasoby Medvezhye szacuje się na 1,5 bln m 3 , a Urengoy na 5 bln m 3 .
Kolejną cechą jest dynamiczna lokalizacja zakładów wydobycia gazu ziemnego, co tłumaczy się szybkim poszerzaniem granic zidentyfikowanych zasobów, a także względną łatwością i taniością ich zaangażowania w rozwój. W krótkim czasie główne ośrodki wydobycia gazu ziemnego przeniosły się z regionu Wołgi na Ukrainę, Kaukaz Północny. Dalsze przesunięcia terytorialne spowodowane były rozwojem złóż Syberii Zachodniej, Azji Środkowej, Uralu i Północy.

Po rozpadzie ZSRR w Rosji nastąpił spadek wydobycia gazu ziemnego. Spadek zaobserwowano głównie w północnym regionie gospodarczym (8 mld m 3 w 1990 r. i 4 mld m 3 w 1994 r.), na Uralu (43 mld m 3 i 35 mld m i
555 mld m 3) oraz na Kaukazie Północnym (6 i 4 mld m 3). Produkcja gazu ziemnego utrzymała się na tym samym poziomie w regionie Wołgi (6 mld m3) oraz w regionach gospodarczych Dalekiego Wschodu.
Pod koniec 1994 r. nastąpił wzrost poziomu produkcji.
Spośród republik byłego ZSRR najwięcej gazu dostarcza Federacja Rosyjska, na drugim miejscu jest Turkmenistan (ponad 1/10), a następnie Uzbekistan i Ukraina.
Szczególne znaczenie ma wydobycie gazu ziemnego na szelfie Oceanu Światowego. W 1987 r. pola podmorskie wyprodukowały 12,2 mld m 3 , czyli około 2% gazu produkowanego w kraju. Powiązane wydobycie gazu w tym samym roku wyniosło 41,9 mld m3. Dla wielu obszarów jednym z zasobów paliwa gazowego jest zgazowanie węgla i łupków. Podziemne zgazowanie węgla odbywa się w Donbasie (Łysiczańsk), Kuzbasie (Kiselewsk) i Zagłębiu Moskiewskim (Tula).
Gaz ziemny był i pozostaje ważnym produktem eksportowym w rosyjskim handlu zagranicznym.
Główne centra przetwarzania gazu ziemnego znajdują się na Uralu (Orenburg, Shkapovo, Almetyevsk), w zachodniej Syberii (Niżniewartowsk, Surgut), w regionie Wołgi (Saratow), na Północnym Kaukazie (Grozny) oraz w innych niosące prowincje. Można zauważyć, że zakłady przetwarzania gazu mają tendencję do sięgania po źródła surowców – złoża i duże gazociągi.
Najważniejszym zastosowaniem gazu ziemnego jest jako paliwo. W ostatnim czasie obserwuje się tendencję do zwiększania udziału gazu ziemnego w bilansie paliwowym kraju.

Najbardziej cenionym gazem ziemnym o wysokiej zawartości metanu jest Stawropol (97,8% CH 4), Saratów (93,4%), Urengoj (95,16%).
Zasoby gazu ziemnego na naszej planecie są bardzo duże (około 1015 m 3). W Rosji znanych jest ponad 200 złóż, znajdują się one w zachodniej Syberii, w dorzeczu Wołgi-Uralu, na Północnym Kaukazie. Rosja zajmuje pierwsze miejsce na świecie pod względem rezerw gazu ziemnego.
Najcenniejszym paliwem jest gaz ziemny. Podczas spalania gazu wydziela się dużo ciepła, dzięki czemu służy jako energooszczędne i tanie paliwo w kotłowniach, wielkich piecach, piecach martenowskich i piecach do topienia szkła. Wykorzystanie gazu ziemnego w produkcji pozwala na znaczne zwiększenie wydajności pracy.
Gaz ziemny jest źródłem surowców dla przemysłu chemicznego: do produkcji acetylenu, etylenu, wodoru, sadzy, różnych tworzyw sztucznych, kwasu octowego, barwników, leków i innych produktów.

Powiązany gaz naftowy- jest to gaz, który istnieje razem z olejem, rozpuszcza się w oleju i znajduje się nad nim tworząc „korek gazowy”, pod ciśnieniem. Na wyjściu ze studni ciśnienie spada, a związany z nim gaz jest oddzielany od ropy. Gaz ten nie był używany w przeszłości, po prostu był spalany. Obecnie jest wychwytywany i wykorzystywany jako paliwo i cenny surowiec chemiczny. Możliwości wykorzystania gazów towarzyszących są jeszcze szersze niż gazu ziemnego. ich skład jest bogatszy. Powiązane gazy zawierają mniej metanu niż gaz ziemny, ale zawierają znacznie więcej homologów metanu. W celu bardziej racjonalnego wykorzystania gazu towarzyszącego dzieli się go na mieszanki o węższym składzie. Po oddzieleniu otrzymuje się gazową benzynę, propan i butan, suchy gaz. Wydobywane są również poszczególne węglowodory – etan, propan, butan i inne. Odwodorniając je, otrzymuje się nienasycone węglowodory - etylen, propylen, butylen itp.

Olej i produkty naftowe, ich zastosowanie

Olej to oleista ciecz o ostrym zapachu. Występuje w wielu miejscach na kuli ziemskiej, impregnując porowate skały na różnych głębokościach.
Według większości naukowców ropa to zmienione geochemicznie szczątki roślin i zwierząt, które kiedyś zamieszkiwały kulę ziemską. Za tą teorią organicznego pochodzenia oleju przemawia fakt, że olej zawiera pewne substancje azotowe – produkty rozkładu substancji obecnych w tkankach roślinnych. Istnieją również teorie o nieorganicznym pochodzeniu ropy naftowej: jej powstawanie w wyniku działania wody w warstwach kuli ziemskiej na gorące węgliki metali (związki metali z węglem), a następnie zmiana powstałych węglowodorów pod wpływem wysokiej temperatury, wysokiego ciśnienia, ekspozycji na metale, powietrze, wodór itp.
Kiedy ropa jest wydobywana z warstw roponośnych, które czasami leżą w skorupie ziemskiej na głębokości kilku kilometrów, ropa albo wypływa na powierzchnię pod ciśnieniem znajdujących się na niej gazów, albo jest wypompowywana przez pompy.

Dzisiejszy przemysł naftowy jest dużym narodowym kompleksem gospodarczym, który żyje i rozwija się zgodnie z własnymi prawami. Co dziś oznacza ropa dla gospodarki narodowej kraju? Olej to surowiec dla petrochemii przy produkcji kauczuku syntetycznego, alkoholi, polietylenu, polipropylenu, szerokiej gamy różnych tworzyw sztucznych i wyrobów gotowych z nich, sztucznych tkanin; źródło do produkcji paliw silnikowych (benzyna, nafta, olej napędowy i do silników odrzutowych), olejów i smarów, a także paliwa kotłowego i opałowego (olej opałowy), materiałów budowlanych (bitum, smoła, asfalt); surowiec do otrzymywania szeregu preparatów białkowych stosowanych jako dodatki do pasz dla zwierząt gospodarskich w celu stymulowania ich wzrostu.
Ropa to nasze bogactwo narodowe, źródło potęgi kraju, podstawa jego gospodarki. Kompleks naftowy Rosji obejmuje 148 tys. szybów naftowych, 48,3 tys. km głównych rurociągów naftowych, 28 rafinerii ropy naftowej o łącznej wydajności ponad 300 milionów ton ropy rocznie, a także wiele innych obiektów produkcyjnych.
W przedsiębiorstwach przemysłu naftowego i jego branżach usługowych zatrudnionych jest ok. 900 tys. osób, w tym ok. 20 tys. w dziedzinie nauki i usług naukowych.
W ostatnich dziesięcioleciach w strukturze przemysłu paliwowego zaszły zasadnicze zmiany związane ze spadkiem udziału przemysłu węglowego oraz rozwojem przemysłu wydobywczego i przetwórczego ropy i gazu. Jeśli w 1940 r. wynosiły 20,5%, to w 1984 r. - 75,3% całkowitej produkcji paliw mineralnych. Teraz na pierwszy plan wysuwa się gaz ziemny i węgiel z odkrywek. Zmniejszy się zużycie ropy naftowej do celów energetycznych, a wręcz przeciwnie, zwiększy się jej wykorzystanie jako surowca chemicznego. Obecnie w strukturze bilansu paliwowo-energetycznego ropa naftowa i gaz stanowią 74%, podczas gdy udział ropy naftowej spada, natomiast udział gazu rośnie i wynosi około 41%. Udział węgla wynosi 20%, pozostałe 6% to energia elektryczna.
Rafinację ropy naftowej po raz pierwszy rozpoczęli bracia Dubinin na Kaukazie. Rafinacja oleju pierwotnego polega na jego destylacji. Destylacja prowadzona jest w rafineriach po oddzieleniu gazów naftowych.

Z oleju izoluje się wiele produktów o dużym znaczeniu praktycznym. Najpierw usuwane są z niego rozpuszczone węglowodory gazowe (głównie metan). Po destylacji lotnych węglowodorów olej jest podgrzewany. Węglowodory o niewielkiej liczbie atomów węgla w cząsteczce, które mają stosunkowo niską temperaturę wrzenia, jako pierwsze przechodzą w stan pary i są oddestylowywane. Wraz ze wzrostem temperatury mieszaniny destylowane są węglowodory o wyższej temperaturze wrzenia. W ten sposób można zbierać poszczególne mieszaniny (frakcje) oleju. Najczęściej przy tej destylacji uzyskuje się cztery lotne frakcje, które następnie poddawane są dalszej separacji.
Główne frakcje oleju są następujące.
Frakcja benzynowa, zbierany od 40 do 200 ° C, zawiera węglowodory od C 5 H 12 do C 11 H 24. Po dalszej destylacji wydzielonej frakcji, benzyna (t kip = 40–70 °C), benzyna
(t kip \u003d 70–120 ° С) - lotnictwo, samochód itp.
Frakcja benzyny ciężkiej, zbierany w zakresie od 150 do 250°C, zawiera węglowodory od C 8 H 18 do C 14 H 30. Benzyna jest wykorzystywana jako paliwo do ciągników. Duże ilości benzyny przerabia się na benzynę.
Frakcja naftowa obejmuje węglowodory od C12H26 do C18H38 o temperaturze wrzenia od 180 do 300 °C. Nafta po oczyszczeniu jest wykorzystywana jako paliwo do ciągników, samolotów odrzutowych i rakiet.
Frakcja oleju napędowego (t bela > 275 °C), inaczej nazywana olej napędowy.
Pozostałości po destylacji oleju - olej opałowy- zawiera w cząsteczce węglowodory o dużej liczbie atomów węgla (do kilkudziesięciu). Olej opałowy jest również frakcjonowany przez destylację pod obniżonym ciśnieniem, aby uniknąć rozkładu. W rezultacie uzyskaj oleje słoneczne(olej napędowy), oleje smarowe(samochodowy, lotniczy, przemysłowy itp.), wazelina(wazelina techniczna służy do smarowania wyrobów metalowych w celu ich ochrony przed korozją, wazelina oczyszczona jest wykorzystywana jako baza do kosmetyków oraz w medycynie). Z niektórych rodzajów oleju parafina(do produkcji zapałek, świec itp.). Po destylacji lotnych składników z pozostałości oleju opałowego smoła. Jest szeroko stosowany w budownictwie drogowym. Oprócz przetwarzania na oleje smarowe olej opałowy wykorzystywany jest również jako paliwo płynne w kotłowniach. Benzyna pozyskiwana podczas destylacji oleju nie wystarcza na zaspokojenie wszystkich potrzeb. W najlepszym przypadku do 20% benzyny można uzyskać z oleju, reszta to produkty wysokowrzące. W związku z tym chemia stanęła przed zadaniem znalezienia sposobów na uzyskanie benzyny w dużych ilościach. Wygodny sposób znaleziono za pomocą teorii struktury związków organicznych stworzonej przez A.M. Butlerova. Produkty destylacji oleju o wysokiej temperaturze wrzenia nie nadają się do stosowania jako paliwo silnikowe. Ich wysoka temperatura wrzenia wynika z faktu, że cząsteczki takich węglowodorów mają zbyt długie łańcuchy. W przypadku rozbicia dużych cząsteczek zawierających do 18 atomów węgla otrzymuje się produkty o niskiej temperaturze wrzenia, takie jak benzyna. Tą drogą poszedł rosyjski inżynier W.G. Szuchow, który w 1891 r. opracował metodę rozszczepiania złożonych węglowodorów, nazwaną później krakingiem (co oznacza rozszczepienie).

Zasadniczym usprawnieniem krakingu było wprowadzenie do praktyki procesu krakingu katalitycznego. Proces ten został po raz pierwszy przeprowadzony w 1918 roku przez N.D. Zelinsky'ego. Kraking katalityczny umożliwił na szeroką skalę pozyskiwanie benzyny lotniczej. W jednostkach krakingu katalitycznego w temperaturze 450 °C, pod wpływem katalizatorów, długie łańcuchy węglowe ulegają rozszczepieniu.

Kraking termiczny i katalityczny

Głównym sposobem przerobu frakcji olejowych są różnego rodzaju krakingi. Po raz pierwszy (1871-1878) kraking ropy naftowej został przeprowadzony w skali laboratoryjnej i półprzemysłowej przez A.A. Letniy, pracownika Instytutu Technologicznego w Petersburgu. Pierwszy patent na instalację do krakowania został złożony przez Szuchowa w 1891 roku. Kraking jest szeroko rozpowszechniony w przemyśle od lat dwudziestych XX wieku.
Kraking to termiczny rozkład węglowodorów i innych składników oleju. Im wyższa temperatura, tym większa szybkość pękania i większa wydajność gazów i aromatów.
Z krakingu frakcji olejowych, oprócz produktów płynnych, powstaje surowiec o pierwszorzędnym znaczeniu - gazy zawierające nienasycone węglowodory (olefiny).
Istnieją następujące główne rodzaje pękania:
faza ciekła (20-60 atm, 430-550 °C), daje benzynę nienasyconą i nasyconą, wydajność benzyny około 50%, gazy 10%;
przestrzeń nad głową(ciśnienie normalne lub obniżone, 600 °C), daje nienasyconą benzynę aromatyczną, wydajność jest mniejsza niż w przypadku krakingu w fazie ciekłej, powstaje duża ilość gazów;
piroliza olej (normalne lub obniżone ciśnienie, 650-700 °C), daje mieszaninę aromatycznych węglowodorów (pirobenzen), wydajność około 15%, ponad połowa surowca jest przekształcana w gazy;
niszczące uwodornienie (ciśnienie wodoru 200–250 atm, 300–400 °C w obecności katalizatorów – żelaza, niklu, wolframu itp.) daje marginalną benzynę z wydajnością do 90%;
kraking katalityczny (300–500 °C w obecności katalizatorów - AlCl 3 , glinokrzemiany, MoS 3 , Cr 2 O 3 , itp.) daje produkty gazowe oraz benzyny wysokiej jakości z przewagą węglowodorów aromatycznych i nasyconych o izostrukturze.
W technologii tzw reforming katalityczny– konwersja benzyn niskogatunkowych na wysokogatunkowe benzyny wysokooktanowe lub węglowodory aromatyczne.
Głównymi reakcjami podczas krakingu są reakcje rozszczepiania łańcuchów węglowodorowych, izomeryzacja i cyklizacja. Ogromną rolę w tych procesach odgrywają wolne rodniki węglowodorowe.

Produkcja koksu
i problem pozyskania paliwa płynnego

Dyby twardy węgiel w przyrodzie znacznie przekraczają rezerwy ropy naftowej. Dlatego węgiel jest najważniejszym surowcem dla przemysłu chemicznego.
Obecnie przemysł wykorzystuje kilka sposobów przeróbki węgla: suchą destylację (koksowanie, półkoksowanie), uwodornianie, niepełne spalanie oraz produkcję węglika wapnia.

Sucha destylacja węgla służy do pozyskiwania koksu w hutnictwie lub gazie domowym. Podczas koksowania otrzymuje się koks, smołę węglową, wodę smołową i gazy koksownicze.
Smoła węglowa zawiera szeroką gamę związków aromatycznych i innych organicznych. Jest rozdzielany na kilka frakcji przez destylację pod normalnym ciśnieniem. Węglowodory aromatyczne, fenole itp. otrzymuje się ze smoły węglowej.
gazy koksownicze zawierają głównie metan, etylen, wodór i tlenek węgla (II). Niektóre są palone, inne poddawane recyklingowi.
Uwodornianie węgla odbywa się w temperaturze 400–600 °C pod ciśnieniem wodoru do 250 atm w obecności katalizatora tlenków żelaza. W ten sposób powstaje płynna mieszanina węglowodorów, które zwykle poddaje się uwodornieniu na niklu lub innych katalizatorach. Węgle brunatne niskiej jakości mogą być uwodorniane.

Węglik wapnia CaC 2 otrzymuje się z węgla (koksu, antracyt) i wapna. Później przekształcany jest w acetylen, który na coraz większą skalę jest wykorzystywany w przemyśle chemicznym wszystkich krajów.

Z historii rozwoju OJSC Rosneft-KNOS

Historia rozwoju zakładu jest ściśle związana z przemysłem naftowo-gazowym Kubania.
Początek wydobycia ropy w naszym kraju to odległa przeszłość. W X wieku. Azerbejdżan handlował ropą naftową z różnymi krajami. W Kubaniu przemysłowy rozwój ropy naftowej rozpoczął się w 1864 roku w regionie Majkopu. Na prośbę szefa obwodu kubańskiego generała Karmalina D.I. Mendelejewa w 1880 roku wydał opinię na temat zawartości oleju w Kubanie: Ilskaya”.
W latach pierwszych planów pięcioletnich prowadzono zakrojone na szeroką skalę prace poszukiwawcze i rozpoczęto komercyjne wydobycie ropy naftowej. Powiązany gaz z ropy naftowej był częściowo używany jako paliwo domowe w osiedlach robotniczych, a większość tego cennego produktu była spalana. Aby położyć kres marnotrawstwu zasobów naturalnych, Ministerstwo Przemysłu Naftowego ZSRR w 1952 r. Podjęło decyzję o budowie elektrowni gazowo-benzynowej we wsi Afipsky.
W 1963 roku podpisano ustawę o uruchomieniu pierwszego etapu gazowni i benzyny Afipsky.
Na początku 1964 r. rozpoczęto przetwarzanie kondensatów gazowych z Terytorium Krasnodarskiego od produkcji benzyny A-66 i oleju napędowego. Surowcem był gaz z Kanevsky, Berezansky, Leningradsky, Maikopsky i innych dużych złóż. Usprawniając produkcję, pracownicy zakładu opanowali produkcję benzyn lotniczych B-70 i A-72.
W sierpniu 1970 roku uruchomiono dwie nowe instalacje technologiczne do przerobu kondensatu gazowego z produkcją związków aromatycznych (benzen, toluen, ksylen): instalację destylacji wtórnej oraz instalację reformingu katalitycznego. Jednocześnie wybudowano oczyszczalnie z biologicznym oczyszczaniem ścieków oraz bazę towarową i surowcową zakładu.
W 1975 roku uruchomiono instalację do produkcji ksylenów, a w 1978 uruchomiono importowaną instalację demetylacji toluenu. Zakład stał się jednym z liderów Minneftepromu w zakresie produkcji węglowodorów aromatycznych dla przemysłu chemicznego.
W celu usprawnienia struktury zarządzania przedsiębiorstwem i organizacji jednostek produkcyjnych w styczniu 1980 roku powstało stowarzyszenie produkcyjne Krasnodarnefteorgsintez. Stowarzyszenie obejmowało trzy zakłady: zakład w Krasnodar (działa od sierpnia 1922), rafinerię ropy naftowej Tuapse (działa od 1929) i rafinerię Afipsky (działa od grudnia 1963).
W grudniu 1993 roku przedsiębiorstwo zostało zreorganizowane, aw maju 1994 roku Krasnodarnefteorgsintez OJSC została przemianowana na Rosneft-Krasnodarnefteorgsintez OJSC.

Artykuł powstał przy wsparciu Met S LLC. Jeśli potrzebujesz pozbyć się żeliwnej wanny, zlewu lub innego metalowego śmiecia, najlepszym rozwiązaniem będzie kontakt z firmą Met C. Na stronie internetowej, znajdującej się pod adresem „www.Metalloloms.Ru”, możesz bez opuszczania ekranu monitora zlecić demontaż i wywiezienie złomu po okazyjnej cenie. Firma Met S zatrudnia wyłącznie wysoko wykwalifikowanych specjalistów z wieloletnim stażem pracy.

Kończąc się być

Węglowodory mają duże znaczenie gospodarcze, gdyż służą jako najważniejszy surowiec do otrzymywania prawie wszystkich produktów współczesnego przemysłu syntezy organicznej i są szeroko wykorzystywane do celów energetycznych. Wydaje się, że akumulują ciepło i energię słoneczną, które są uwalniane podczas spalania. Torf, węgiel, łupki naftowe, ropa naftowa, gaz ziemny i towarzyszące mu gazy ropopochodne zawierają węgiel, którego połączeniu z tlenem podczas spalania towarzyszy wydzielanie ciepła.

węgiel	torf	olej	gazu ziemnego
solidny	solidny	ciekły	gaz
bez zapachu	bez zapachu	Silny zapach	bez zapachu
jednolity skład	jednolity skład	mieszanina substancji	mieszanina substancji
skała o ciemnej barwie z dużą zawartością materii palnej powstałą w wyniku zakopywania nagromadzeń różnych roślin w warstwach osadowych	nagromadzenie na wpół rozłożonej masy roślinnej nagromadzonej na dnie bagien i zarośniętych jezior	naturalna palna oleista ciecz, składa się z mieszaniny ciekłych i gazowych węglowodorów	mieszanina gazów powstających w jelitach Ziemi podczas beztlenowego rozkładu substancji organicznych, gaz należy do grupy skał osadowych
Wartość opałowa - liczba kalorii uwolnionych przez spalenie 1 kg paliwa
7 000 - 9 000	500 - 2 000	10000 - 15000	?

Węgiel.

Węgiel zawsze był obiecującym surowcem energetycznym i wielu produktów chemicznych.

Od XIX wieku pierwszym znaczącym konsumentem węgla był transport, potem węgiel zaczęto wykorzystywać do produkcji energii elektrycznej, koksu metalurgicznego, produkcji różnych produktów w procesach chemicznych, materiałów konstrukcyjnych węglowo-grafitowych, tworzyw sztucznych, wosku skalnego, wysokokaloryczne paliwa syntetyczne, płynne i gazowe, kwasy wysokoazotowe do produkcji nawozów.

Węgiel jest złożoną mieszaniną związków wielkocząsteczkowych, w skład której wchodzą następujące pierwiastki: C, H, N, O, S. Węgiel podobnie jak ropa zawiera dużą ilość różnych substancji organicznych, a także nieorganicznych, takich jak np. , woda, amoniak, siarkowodór i oczywiście sam węgiel – węgiel.

Przerób węgla kamiennego przebiega w trzech głównych kierunkach: koksowanie, uwodornianie i niecałkowite spalanie. Jednym z głównych sposobów przetwarzania węgla jest: spiekanie– kalcynacja bez dostępu powietrza w piecach koksowniczych w temperaturze 1000–1200°C. W tej temperaturze, bez dostępu tlenu, węgiel przechodzi najbardziej złożone przemiany chemiczne, w wyniku których powstają koks i produkty lotne:

1. gaz koksowniczy (wodór, metan, tlenek i dwutlenek węgla, zanieczyszczenia amoniakiem, azot i inne gazy);

2. smoła węglowa (kilkaset różnych substancji organicznych, w tym benzen i jego homologi, fenole i alkohole aromatyczne, naftalen i różne związki heterocykliczne);

3. supra-smoła lub amoniak, woda (rozpuszczony amoniak, a także fenol, siarkowodór i inne substancje);

4. koks (stała pozostałość koksowania, praktycznie czysty węgiel).

Schłodzony koks kierowany jest do zakładów hutniczych.

Po schłodzeniu lotnych produktów (gaz koksowniczy) skrapla się smoła węglowa i woda amoniakalna.

Przepuszczając nieskondensowane produkty (amoniak, benzen, wodór, metan, CO 2 , azot, etylen itp.) Przez roztwór kwasu siarkowego wyodrębnia się siarczan amonu, który stosuje się jako nawóz mineralny. Benzen zostaje rozpuszczony w rozpuszczalniku i oddestylowany z roztworu. Następnie gaz koksowniczy jest wykorzystywany jako paliwo lub surowiec chemiczny. Smoła węglowa pozyskiwana jest w niewielkich ilościach (3%). Jednak biorąc pod uwagę skalę produkcji, smołę węglową uważa się za surowiec do otrzymywania szeregu substancji organicznych. Jeśli produkty wrzące do 350 ° C zostaną odepchnięte od żywicy, pozostanie stała masa - smoła. Służy do produkcji lakierów.

Uwodornianie węgla odbywa się w temperaturze 400–600°C pod ciśnieniem wodoru do 25 MPa w obecności katalizatora. W tym przypadku powstaje mieszanina ciekłych węglowodorów, którą można wykorzystać jako paliwo silnikowe. Pozyskiwanie paliw płynnych z węgla. Syntetyczne paliwa płynne to wysokooktanowa benzyna, olej napędowy i paliwa kotłowe. Aby uzyskać paliwo płynne z węgla, konieczne jest zwiększenie jego zawartości wodoru poprzez uwodornienie. Uwodornianie odbywa się za pomocą wielokrotnego obiegu, co pozwala zamienić w ciecz i gaz całą masę organiczną węgla. Zaletą tej metody jest możliwość uwodornienia niskogatunkowego węgla brunatnego.

Zgazowanie węgla umożliwi wykorzystanie w elektrowniach cieplnych niskiej jakości węgla brunatnego i czarnego bez zanieczyszczania środowiska związkami siarki. Jest to jedyna metoda otrzymywania stężonego tlenku węgla (tlenku węgla) CO. Niepełne spalanie węgla wytwarza tlenek węgla (II). Na katalizatorze (nikiel, kobalt) pod normalnym lub podwyższonym ciśnieniem wodór i CO można wykorzystać do produkcji benzyny zawierającej węglowodory nasycone i nienasycone:

nCO + (2n+1)H2 → CnH2n+2 + nH2O;

nCO + 2nH2 → CnH2n + nH2O.

W przypadku suchej destylacji węgla w temperaturze 500–550°C uzyskuje się smołę, która wraz z bitumem jest wykorzystywana w budownictwie jako spoiwo przy produkcji pokryć dachowych, hydroizolacji (filc dachowy, papa, itp.).

W naturze węgiel występuje w następujących regionach: region moskiewski, dorzecze południowego Jakucka, dorzecze Kuzbasu, Donbasu, dorzecza Peczory, dorzecza Tunguski, dorzecza Leny.

Gazu ziemnego.

Gaz ziemny to mieszanina gazów, której głównym składnikiem jest metan CH 4 (od 75 do 98% w zależności od dziedziny), reszta to etan, propan, butan oraz niewielka ilość zanieczyszczeń - azot, tlenek węgla (IV ), siarkowodór i pary wodne, i prawie zawsze siarkowodór oraz organiczne związki oleju - merkaptany. To oni nadają gazowi specyficzny nieprzyjemny zapach, a po spaleniu prowadzą do powstania toksycznego dwutlenku siarki SO 2.

Ogólnie rzecz biorąc, im wyższa masa cząsteczkowa węglowodoru, tym mniej jest zawarte w gazie ziemnym. Skład gazu ziemnego z różnych złóż nie jest taki sam. Jego średni skład w procentach objętościowych przedstawia się następująco:

CH 4	C2H6	C3H8	C 4 H 10	N 2 i inne gazy
75-98	0,5 - 4	0,2 – 1,5	0,1 – 1	1-12

Metan powstaje podczas beztlenowej (bez dostępu powietrza) fermentacji resztek roślinnych i zwierzęcych, dlatego powstaje w osadach dennych i jest nazywany gazem bagiennym.

Złoża metanu w uwodnionej postaci krystalicznej, tzw hydrat metanu, znaleziono pod warstwą wiecznej zmarzliny i na dużych głębokościach oceanów. W niskich temperaturach (-800ºC) i wysokich ciśnieniach cząsteczki metanu znajdują się w pustych przestrzeniach sieci krystalicznej lodu wodnego. W pustkach lodowych jednego metra sześciennego hydratu metanu, 164 metry sześcienne gazu są "kulkami na mokro".

Kawałki hydratu metanu wyglądają jak brudny lód, ale w powietrzu palą się żółto-niebieskim płomieniem. Szacuje się, że na planecie znajduje się od 10 000 do 15 000 gigaton węgla w postaci hydratu metanu (giga to 1 miliard). Takie ilości są wielokrotnie większe niż wszystkie znane obecnie rezerwy gazu ziemnego.

Gaz ziemny jest odnawialnym zasobem naturalnym, ponieważ jest stale syntetyzowany w przyrodzie. Nazywany jest również „biogazem”. Dlatego wielu naukowców zajmujących się ochroną środowiska kojarzy dziś perspektywy dostatniej egzystencji ludzkości właśnie z wykorzystaniem gazu jako paliwa alternatywnego.

Jako paliwo gaz ziemny ma wielką przewagę nad paliwami stałymi i płynnymi. Jego kaloryczność jest znacznie wyższa, spalana nie pozostawia popiołu, produkty spalania są znacznie czystsze pod względem środowiskowym. Dlatego około 90% całkowitej ilości produkowanego gazu ziemnego spalane jest jako paliwo w elektrociepłowniach i kotłowniach, w procesach termicznych w przedsiębiorstwach przemysłowych oraz w życiu codziennym. Około 10% gazu ziemnego jest wykorzystywane jako cenny surowiec dla przemysłu chemicznego: do produkcji wodoru, acetylenu, sadzy, różnych tworzyw sztucznych i leków. Metan, etan, propan i butan są izolowane od gazu ziemnego. Produkty, które można otrzymać z metanu mają duże znaczenie przemysłowe. Metan wykorzystywany jest do syntezy wielu substancji organicznych – gazu syntezowego i dalszej syntezy na jego bazie alkoholi; rozpuszczalniki (czterochlorek węgla, chlorek metylenu itp.); formaldehyd; acetylen i sadza.

Gaz ziemny tworzy niezależne złoża. Główne złoża naturalnych gazów palnych znajdują się w północnej i zachodniej Syberii, w basenie Wołga-Ural, na Północnym Kaukazie (Stawropol), w Republice Komi, w regionie Astrachania, na Morzu Barentsa.