Naturliga källor till kolväten. Naturgas: sammansättning, användning som bränsle. Naturliga källor till kolväten, deras bearbetning Naturliga källor till kolväten meddelande
Ursprunget för fossila bränslen.
Förutom det faktum att alla levande organismer består av organiska ämnen, är den huvudsakliga källan till organiska föreningar: olja, kol, naturliga och tillhörande petroleumgaser.
Olja, kol och naturgas är källor till kolväten.
Dessa naturresurser används:
· Som bränsle (energikälla och värme) - detta är konventionell förbränning;
I form av råvaror för vidare bearbetning - detta är organisk syntes.
Teorier om ursprunget för organiska ämnen:
1- Teori om organiskt ursprung.
Enligt denna teori bildades avlagringar från resterna av utdöda växt- och djurorganismer, som förvandlades till en blandning av kolväten i tjockleken av jordskorpan under inverkan av bakterier, högt tryck och temperatur.
2- Teori om mineraliskt (vulkaniskt) ursprung för olja.
Enligt denna teori bildades olja, kol och naturgas i det inledande skedet av bildandet av planeten jorden. I det här fallet kombineras metallerna med kol och bildar karbider. Som ett resultat av reaktionen av karbider med vattenånga bildades gasformiga kolväten i planetens djup, särskilt metan och acetylen. Och under påverkan av uppvärmning, strålning och katalysatorer bildades andra föreningar i olja från dem. I de övre skikten av litosfären förångades flytande oljekomponenter, vätskan tjocknade, förvandlades till asfalt och sedan till kol.
Denna teori uttrycktes först av D.I. Mendeleev, och sedan på 1900-talet simulerade den franska vetenskapsmannen P. Sabatier den beskrivna processen i laboratoriet och fick en blandning av kolväten som liknar olja.
huvudkomponent naturgasär metan. Den innehåller också etan, propan, butan. Ju högre molekylvikt kolvätet har, desto mindre finns det i naturgas.
Ansökan: När naturgas förbränns frigörs mycket värme, så det fungerar som ett energieffektivt och billigt bränsle inom industrin. Naturgas är också en källa till råvaror för den kemiska industrin: produktion av acetylen, eten, väte, sot, olika plaster, ättiksyra, färgämnen, mediciner och andra produkter.
Associerade petroleumgaser finns naturligt ovanför olja eller löst i den under tryck. Tidigare användes inte tillhörande petroleumgaser, de brändes. För närvarande fångas de och används som bränsle och värdefulla kemiska råvaror. Associerade gaser innehåller mindre metan än naturgas, men de innehåller mycket mer av dess homologer. Associerade petroleumgaser separeras till en smalare sammansättning.
Till exempel: gasbensin - en blandning av pentan, hexan och andra kolväten läggs till bensin för att förbättra motorstarten; propan-butanfraktion i form av flytande gas används som bränsle; torr gas - som till sin sammansättning liknar naturgas - används för att producera acetylen, väte, och även som bränsle.Ibland utsätts tillhörande petroleumgaser för en mer grundlig separation och individuella kolväten utvinns ur dem, från vilka omättade kolväten sedan erhålls.
Kol är fortfarande ett av de vanligaste bränslena och råvarorna för organisk syntes. Vilka typer av kol finns det, var kommer kolet ifrån och vilka produkter som används för att få det - det här är huvudfrågorna som vi kommer att överväga idag i lektionen. Som kemikaliekälla användes kol tidigare än olja och naturgas.
Kol är inte ett individuellt ämne. Den består av: fritt kol (upp till 10%), organiska ämnen som förutom kol och väte innehåller syre, svavel, kväve, mineraler som blir kvar i form av slagg när kol bränns.
Kol är ett fast fossilt bränsle av organiskt ursprung. Enligt den biogena hypotesen bildades den från döda växter som ett resultat av den vitala aktiviteten hos mikroorganismer under karbonperioden under paleozoiska eran (för cirka 300 miljoner år sedan). Kol är billigare än olja, det är mer jämnt fördelat i jordskorpan, dess naturreserver överstiger vida oljans och kommer, enligt forskare, inte att vara uttömda förrän ett århundrade till.
Bildandet av kol från växtrester (koalifiering) sker i flera steg: torv - brunkol - stenkol - antracit.
Koalifieringsprocessen består i en gradvis ökning av det relativa innehållet av kol i organiskt material på grund av dess utarmning av syre och väte. Bildandet av torv och brunkol sker som ett resultat av biokemisk nedbrytning av växtrester utan syre. Övergången av brunt kol till - sten sker under påverkan av förhöjda temperaturer och tryck i samband med bergsbildande och vulkaniska processer.
NATURLIGA KÄLLOR TILL KOL
Kolväten är alla så olika -
Flytande, fast och gasformig.
Varför finns det så många av dem i naturen?
Det är omättligt kol.
Faktum är att detta element, som inget annat, är "omättligt": det strävar efter att bilda kedjor, raka och grenade, sedan ringar, sedan galler från en mängd av dess atomer. Därav de många föreningarna av kol- och väteatomer.
Kolväten är både naturgas - metan, och en annan brännbar hushållsgas, som är fylld med cylindrar - propan C 3 H 8. Kolväten är olja, bensin och fotogen. Och också - ett organiskt lösningsmedel C 6 H 6, paraffin, från vilket nyårsljus är gjorda, vaselin från ett apotek och till och med en plastpåse för matförpackning ...
De viktigaste naturliga källorna till kolväten är mineraler - kol, olja, gas.
KOL
Mer känd runt om i världen 36 tusen kolbassänger och fyndigheter, som tillsammans upptar 15% jordens territorier. Kolfält kan sträcka sig över tusentals kilometer. Totalt är de allmänna geologiska reserverna av kol på jordklotet 5 biljoner 500 miljarder ton inklusive utforskade fyndigheter - 1 biljon 750 miljarder ton.
Det finns tre huvudtyper av fossila kol. Vid förbränning av brunkol, antracit, är lågan osynlig, förbränningen är rökfri, och kol gör en hög spricka vid förbränning.
Antracitär det äldsta fossila kolet. Skiljer sig i den stora densiteten och glansen. Innehåller upp till 95% kol.
Kol- innehåller upp till 99% kol. Av alla fossila kol är det det mest använda.
brunkol- innehåller upp till 72% kol. Har en brun färg. Som det yngsta fossila kolet har det ofta kvar spår av strukturen hos trädet från vilket det bildades. Skiljer sig i hög hygroskopicitet och hög askhalt ( från 7 % till 38 %), därför används det endast som ett lokalt bränsle och som råmaterial för kemisk bearbetning. I synnerhet erhålls värdefulla typer av flytande bränslen genom hydrering: bensin och fotogen.
Kol är den huvudsakliga beståndsdelen i kol 99% ), brunkol ( upp till 72 %). Ursprunget till namnet kol, det vill säga "bärande kol". På samma sätt innehåller det latinska namnet "carboneum" vid basen roten kol.
Liksom olja innehåller kol en stor mängd organiskt material. Förutom organiska ämnen ingår även oorganiska ämnen, som vatten, ammoniak, svavelväte och naturligtvis kolet i sig - kol. Ett av de viktigaste sätten att bearbeta kol är koksning - förbränning utan lufttillgång. Som ett resultat av koksning, som utförs vid en temperatur av 1000 0 C, bildas följande:
koksugnsgas- den består av väte, metan, kolmonoxid och koldioxid, föroreningar av ammoniak, kväve och andra gaser.
Stenkolstjära - innehåller flera hundra olika organiska ämnen, inklusive bensen och dess homologer, fenol och aromatiska alkoholer, naftalen och olika heterocykliska föreningar.
Top-tjära eller ammoniakvatten - innehållande, som namnet antyder, löst ammoniak samt fenol, vätesulfid och andra ämnen.
Koks– fast koksrester, praktiskt taget rent kol.
Koks används vid tillverkning av järn och stål, ammoniak används vid tillverkning av kväve och kombinerade gödselmedel, och vikten av ekologiska koksprodukter kan inte överskattas. Vilken är geografin för distributionen av detta mineral?
Huvuddelen av kolresurserna faller på norra halvklotet - Asien, Nordamerika, Eurasien. Vilka länder sticker ut när det gäller reserver och kolproduktion?
Kina, USA, Indien, Australien, Ryssland.
Länderna är de största exportörerna av kol.
USA, Australien, Ryssland, Sydafrika.
huvudsakliga importcentra.
Japan, Europa utomlands.
Det är ett mycket miljösmutsigt bränsle. Explosioner och bränder av metan inträffar vid kolbrytning och vissa miljöproblem uppstår.
Miljöförorening - detta är varje oönskad förändring av tillståndet i denna miljö som ett resultat av mänskliga aktiviteter. Detta händer även inom gruvdrift. Föreställ dig en situation i ett kolbrytningsområde. Tillsammans med kol stiger en enorm mängd gråberg till ytan, som, som onödigt, helt enkelt skickas till soptippar. Gradvis bildas avfallshögar- enorma, tiotals meter höga, konformade berg av gråberg, som förvränger det naturliga landskapets utseende. Och kommer allt kol som lyfts upp till ytan nödvändigtvis att exporteras till konsumenten? Självklart inte. När allt kommer omkring är processen inte hermetisk. En enorm mängd koldamm lägger sig på jordens yta. Som ett resultat förändras sammansättningen av jordar och grundvatten, vilket oundvikligen kommer att påverka regionens flora och fauna.
Kol innehåller radioaktivt kol - C, men efter att bränslet har förbränts kommer det farliga ämnet, tillsammans med rök, in i luften, vattnet, jorden och bakas till slagg eller aska, som används för att producera byggmaterial. Som ett resultat "glöder" väggar och tak i bostadshus och utgör ett hot mot människors hälsa.
OLJA
Olja har varit känd för mänskligheten sedan urminnes tider. På Eufrats strand bröts den
6-7 tusen år f.Kr eh . Den användes för att belysa bostäder, för att förbereda murbruk, som mediciner och salvor och för balsamering. Olja i den antika världen var ett formidabelt vapen: brinnande floder strömmade över huvudet på dem som stormade fästningens murar, brinnande pilar doppade i olja flög till de belägrade städerna. Olja var en integrerad del av brandmedlet som gick till historien under namnet "grekisk eld" På medeltiden användes den främst för gatubelysning.
Mer än 600 olje- och gasbassänger har utforskats, 450 håller på att utvecklas , och det totala antalet oljefält når 50 tusen.
Skilj mellan lätt och tung olja. Lättolja utvinns ur undergrunden med pumpar eller med fontänmetoden. Mestadels tillverkas bensin och fotogen av sådan olja. Tunga kvaliteter av olja utvinns ibland till och med genom gruvmetoden (i Komirepubliken), och bitumen, eldningsolja och olika oljor framställs från det.
Olja är det mest mångsidiga bränslet, högkalori. Dess utvinning är relativt enkel och billig, för när man utvinner olja finns det ingen anledning att sänka människor under jorden. Att transportera olja genom rörledningar är inget stort problem. Den största nackdelen med denna typ av bränsle är den låga tillgången på resurser (cirka 50 år). ) . Allmänna geologiska reserver är lika med 500 miljarder ton, inklusive utforskade 140 miljarder ton .
PÅ 2007 Ryska forskare bevisade för världssamfundet att undervattensryggarna i Lomonosov och Mendeleev, som ligger i Ishavet, är en hylla på fastlandet och därför tillhör Ryska federationen. Kemiläraren kommer att berätta om sammansättningen av olja, dess egenskaper.
Olja är ett "energiknippe". Med bara 1 ml av det kan du värma en hel hink vatten med en grad, och för att koka en hinksamovar behöver du mindre än ett halvt glas olja. När det gäller energikoncentration per volymenhet hamnar olja på första plats bland naturliga ämnen. Även radioaktiva malmer kan inte konkurrera med den i detta avseende, eftersom innehållet av radioaktiva ämnen i dem är så litet att 1 mg kan utvinnas. kärnbränsle måste bearbetas ton stenar.
Olja är inte bara grunden för bränsle- och energikomplexet i någon stat.
Här är D. I. Mendeleevs berömda ord på plats ”Att bränna olja är detsamma som att värma en ugn sedlar". Varje droppe olja innehåller mer än 900 olika kemiska föreningar, mer än hälften av de kemiska grundämnena i det periodiska systemet. Detta är verkligen ett mirakel av naturen, grunden för den petrokemiska industrin. Cirka 90 % av all olja som produceras används som bränsle. Trots “ äga 10%” , petrokemisk syntes ger tusentals organiska föreningar som tillfredsställer det moderna samhällets akuta behov. Inte konstigt att folk respektfullt kallar olja "svart guld", "jordens blod".
Olja är en oljig mörkbrun vätska med en rödaktig eller grönaktig nyans, ibland svart, röd, blå eller ljus och till och med genomskinlig med en karakteristisk stickande lukt. Ibland är olja vit eller färglös, som vatten (till exempel i Surukhanskoye-fältet i Azerbajdzjan, på vissa fält i Algeriet).
Oljans sammansättning är inte densamma. Men alla innehåller vanligtvis tre typer av kolväten - alkaner (främst normal struktur), cykloalkaner och aromatiska kolväten. Förhållandet mellan dessa kolväten i oljan från olika fält är olika: till exempel är Mangyshlak-olja rik på alkaner och olja i Baku-regionen är rik på cykloalkaner.
De viktigaste oljereserverna finns på norra halvklotet. Total 75 länder i världen producerar olja, men 90% av dess produktion faller på andelen av endast 10 länder. Nära ? världens oljereserver finns i utvecklingsländer. (Läraren ringer och visar på kartan).
Huvudproducerande länder:
Saudiarabien, USA, Ryssland, Iran, Mexiko.
Samtidigt mer 4/5 oljekonsumtionen faller på andelen ekonomiskt utvecklade länder, som är de viktigaste importländerna:
Japan, Europa utomlands, USA.
Olja i sin råa form används inte någonstans, men raffinerade produkter används.
Oljeraffinering
En modern anläggning består av en oljeuppvärmningsugn och en destillationskolonn där oljan separeras i fraktioner - individuella blandningar av kolväten enligt deras kokpunkter: bensin, nafta, fotogen. Ugnen har ett långt rör lindat till en spole. Ugnen värms upp av förbränningsprodukter av eldningsolja eller gas. Olja tillförs kontinuerligt till spolen: där värms den upp till 320 - 350 0 C i form av en blandning av vätska och ånga och går in i destillationskolonnen. Destillationskolonnen är en cylindrisk stålapparat med en höjd av ca 40m. Den har inuti flera dussin horisontella skiljeväggar med hål - de så kallade plattorna. Oljeångor, som kommer in i kolonnen, stiger upp och passerar genom hålen i plattorna. När de gradvis svalnar när de rör sig uppåt, blir de delvis flytande. Mindre flyktiga kolväten kondenseras redan på de första plattorna och bildar en gasolfraktion; mer flyktiga kolväten uppsamlas ovan och bildar en fotogenfraktion; ännu högre - naftafraktion. De mest flyktiga kolvätena lämnar kolonnen som ångor och bildar efter kondensering bensin. En del av bensinen matas tillbaka till kolonnen för "bevattning", vilket bidrar till ett bättre driftsätt. (Inmatning i en anteckningsbok). Bensin - innehåller kolväten C5 - C11, kokar i intervallet från 40 0C till 200 0 C; nafta - innehåller kolväten C8 - C14 med en kokpunkt på 120 0 C till 240 0 C, fotogen - innehåller kolväten C12 - C18, kokande vid en temperatur av 180 0 C till 300 0 C; gasolja - innehåller kolväten C13 - C15, avdestillerat vid en temperatur av 230 0 C till 360 0 C; smörjoljor - C16 - C28, koka vid en temperatur av 350 0 C och över.
Efter destillation av lätta produkter från olja återstår en viskös svart vätska - eldningsolja. Det är en värdefull blandning av kolväten. Smörjoljor erhålls från eldningsolja genom ytterligare destillation. Den icke-destillerande delen av eldningsolja kallas tjära, som används i konstruktion och vid asfaltering av vägar.(Demonstration av ett videofragment). Den mest värdefulla delen av direkt destillation av olja är bensin. Utbytet av denna fraktion överstiger emellertid inte 17-20 viktprocent råolja. Problemet uppstår: hur kan man möta samhällets ständigt ökande behov av fordons- och flygbränsle? Lösningen hittades i slutet av 1800-talet av en rysk ingenjör Vladimir Grigorievich Shukhov. PÅ 1891 år utförde han först en industri krackning fotogenfraktion av olja, vilket gjorde det möjligt att öka utbytet av bensin till 65-70% (beräknat som råolja). Endast för utvecklingen av processen för termisk krackning av petroleumprodukter skrev den tacksamma mänskligheten in namnet på denna unika person i civilisationens historia med gyllene bokstäver.
Produkterna som erhålls som ett resultat av oljekorrigering utsätts för kemisk bearbetning, som inkluderar ett antal komplexa processer, en av dem är krackning av petroleumprodukter (från engelska "Cracking" - splitting). Det finns flera typer av sprickbildning: termisk, katalytisk, högtryckssprickning, reduktion. Termisk krackning består i delning av kolvätemolekyler med lång kedja till kortare under inverkan av hög temperatur (470-550 0 C). I processen med denna splittring bildas, tillsammans med alkaner, alkener:
För närvarande är katalytisk sprickbildning den vanligaste. Det utförs vid en temperatur på 450-500 0 C, men med en högre hastighet och låter dig få bensin av högre kvalitet. Under betingelserna för katalytisk krackning, tillsammans med klyvningsreaktioner, sker isomeriseringsreaktioner, det vill säga omvandlingen av kolväten med normal struktur till grenade kolväten.
Isomerisering påverkar kvaliteten på bensin, eftersom närvaron av grenade kolväten kraftigt ökar dess oktantal. Sprickning hänvisas till de så kallade sekundära processerna vid oljeraffinering. Ett antal andra katalytiska processer, såsom reformering, klassificeras också som sekundära. Reformera- detta är aromatisering av bensin genom att värma dem i närvaro av en katalysator, till exempel platina. Under dessa förhållanden omvandlas alkaner och cykloalkaner till aromatiska kolväten, vilket gör att oktantalet för bensin också ökar avsevärt.
Ekologi och oljefält
För petrokemisk produktion är miljöproblemet särskilt relevant. Oljeproduktion är förknippad med energikostnader och miljöföroreningar. En farlig källa till förorening av haven är oljeproduktion till havs, och haven förorenas även under transporten av olja. Var och en av oss har sett konsekvenserna av oljetankerolyckor på TV. Svarta, oljetäckta stränder, svart surf, kvävande delfiner, Fåglar vars vingar är i trögflytande eldningsolja, människor i skyddsdräkter som samlar olja med spadar och hinkar. Jag skulle vilja citera uppgifterna om en allvarlig miljökatastrof som inträffade i Kerchsundet i november 2007. 2 000 ton oljeprodukter och cirka 7 000 ton svavel kom ner i vattnet. Tuzla-spetten, som ligger i korsningen mellan Svarta och Azovska havet, och Chushka-spetten drabbades hårdast av katastrofen. Efter olyckan lade sig eldningsolja till botten, vilket dödade en liten skal-hjärtformad, den huvudsakliga födan för invånarna i havet. Det kommer att ta 10 år att återställa ekosystemet. Mer än 15 tusen fåglar dog. En liter olja, som har fallit i vattnet, sprider sig över dess yta i fläckar på 100 kvm. Oljefilmen, även om den är mycket tunn, utgör en oöverstiglig barriär för syrevägen från atmosfären till vattenpelaren. Som ett resultat störs syreregimen och havet. "kväva". Plankton, som är ryggraden i havets näringskedja, håller på att dö. För närvarande är cirka 20% av världshavets yta täckt av oljeutsläpp, och området som påverkas av oljeföroreningar växer. Förutom att världshavet är täckt av en oljefilm kan vi även observera det på land. Till exempel, i västra Sibiriens oljefält spills mer olja per år än vad en tanker kan hålla - upp till 20 miljoner ton. Ungefär hälften av denna olja hamnar på marken till följd av olyckor, resten är "planerade" fontäner och läckor under brunnsstarter, undersökningsborrningar och reparationer av rörledningar. Det största området med oljeförorenad mark, enligt kommittén för miljön i Yamalo-Nenets autonoma Okrug, faller på Purovsky-distriktet.
NATURGAS OCH ASSOCIERAD PETROLEUMGAS
Naturgas innehåller kolväten med låg molekylvikt, huvudkomponenterna är metan. Dess innehåll i gasen från olika fält varierar från 80 % till 97 %. Förutom metan - etan, propan, butan. Oorganiskt: kväve - 2%; CO2; H2O; H2S, ädelgaser. När naturgas förbränns frigörs mycket värme.
När det gäller dess egenskaper överträffar naturgas som bränsle till och med olja, den är mer kaloririk. Detta är den yngsta grenen av bränsleindustrin. Gas är ännu lättare att utvinna och transportera. Det är det mest ekonomiska av alla bränslen. Det finns sant att det också finns nackdelar: den komplexa interkontinentala transporten av gas. Tankfartyg - metangödsel, som transporterar gas i flytande tillstånd, är extremt komplexa och dyra strukturer.
Det används som: effektivt bränsle, råvara i den kemiska industrin, vid produktion av acetylen, etylen, väte, sot, plast, ättiksyra, färgämnen, läkemedel, etc. produktion. Petroleumgas innehåller mindre metan, men mer propan, butan och andra högre kolväten. Var produceras gasen?
Mer än 70 länder i världen har kommersiella gasreserver. Dessutom, som i fallet med olja, har utvecklingsländerna mycket stora reserver. Men gasproduktion utförs främst av utvecklade länder. De har möjligheter att använda den eller ett sätt att sälja gas till andra länder som är på samma kontinent som dem. Internationell gashandel är mindre aktiv än oljehandel. Cirka 15 % av världens producerade gas kommer in på den internationella marknaden. Nästan 2/3 av världens gasproduktion kommer från Ryssland och USA. Utan tvekan är den ledande gasproduktionsregionen inte bara i vårt land utan också i världen Yamalo-Nenets Autonomous Okrug, där denna industri har utvecklats i 30 år. Vår stad Novy Urengoy är med rätta erkänd som gashuvudstad. De största fyndigheterna inkluderar Urengoyskoye, Yamburgskoye, Medvezhye, Zapolyarnoye. Urengoyfältet ingår i Guinness rekordbok. Reserverna och produktionen av fyndigheten är unika. Utforskade reserver överstiger 10 biljoner. m 3 , 6 trln. m 3. Under 2008 planerar JSC "Gazprom" att producera 598 miljarder m 3 "blått guld" på Urengoyfältet.
Gas och ekologi
Ofullkomligheten i tekniken för olje- och gasproduktion, deras transport orsakar den konstanta förbränningen av gasvolymen i värmeenheterna i kompressorstationer och i facklar. Kompressorstationer står för cirka 30 % av dessa utsläpp. Cirka 450 000 ton naturgas och tillhörande gas förbränns årligen vid fakkelinstallationer, medan mer än 60 000 ton föroreningar kommer ut i atmosfären.
Olja, gas, kol är värdefulla råvaror för den kemiska industrin. Inom en snar framtid kommer de att hitta en ersättare i vårt lands bränsle- och energikomplex. För närvarande letar forskare efter sätt att använda sol- och vindenergi, kärnbränsle för att helt ersätta olja. Vätgas är framtidens mest lovande bränsle. Att minska användningen av olja i termisk kraftteknik är vägen inte bara till dess mer rationella användning, utan också till bevarandet av denna råvara för framtida generationer. Kolväteråvaror bör endast användas i bearbetningsindustrin för att få fram en mängd olika produkter. Tyvärr har situationen inte förändrats ännu, och upp till 94 % av den producerade oljan används som bränsle. D. I. Mendeleev sa klokt: "Att bränna olja är detsamma som att värma ugnen med sedlar."
Under lektionen kommer du att kunna studera ämnet ”Naturliga källor till kolväten. Oljeraffinering". Mer än 90 % av all energi som för närvarande förbrukas av mänskligheten utvinns från fossila naturliga organiska föreningar. Du kommer att lära dig om naturresurser (naturgas, olja, kol), vad som händer med olja efter att den har utvunnits.
Ämne: Begränsa kolväten
Lektion: Naturliga källor till kolväten
Cirka 90 % av den energi som förbrukas av den moderna civilisationen genereras genom förbränning av naturliga fossila bränslen - naturgas, olja och kol.
Ryssland är ett land rikt på naturliga fossila bränslen. Det finns stora reserver av olja och naturgas i västra Sibirien och Ural. Stenkol bryts i Kuznetsk, South Yakutsk bassängerna och andra regioner.
Naturgas består i genomsnitt av 95 volymprocent metan.
Förutom metan innehåller naturgas från olika områden kväve, koldioxid, helium, vätesulfid och andra lätta alkaner - etan, propan och butaner.
Naturgas utvinns från underjordiska fyndigheter, där den står under högt tryck. Metan och andra kolväten bildas av organiska ämnen av vegetabiliskt och animaliskt ursprung under deras nedbrytning utan lufttillgång. Metan produceras konstant och för närvarande som ett resultat av mikroorganismernas aktivitet.
Metan finns på solsystemets planeter och deras satelliter.
Ren metan är luktfri. Gasen som används i vardagen har dock en karakteristisk obehaglig lukt. Detta är lukten av speciella tillsatser - merkaptaner. Lukten av merkaptaner gör att du kan upptäcka ett läckage av hushållsgas i tid. Blandningar av metan med luft är explosiva i ett brett spektrum av förhållanden - från 5 till 15 volymprocent gas. Därför, om du luktar gas i rummet, kan du inte bara tända en eld, utan också använda elektriska strömbrytare. Den minsta gnistan kan orsaka en explosion.
Ris. 1. Olja från olika områden
Olja- en tjock vätska som olja. Dess färg är från ljusgul till brun och svart.
Ris. 2. Oljefält
Olja från olika områden varierar mycket i sammansättning. Ris. 1. Huvuddelen av oljan är kolväten som innehåller 5 eller fler kolatomer. I grund och botten är dessa kolväten mättade, d.v.s. alkaner. Ris. 2.
Oljans sammansättning inkluderar även organiska föreningar som innehåller svavel, syre, kväve Olja innehåller vatten och oorganiska föroreningar.
Gaser löses i olja, som frigörs under dess utvinning - associerade petroleumgaser. Dessa är metan, etan, propan, butaner med föroreningar av kväve, koldioxid och vätesulfid.
Kol, liksom olja, är en komplex blandning. Andelen kol i den står för 80-90%. Resten är väte, syre, svavel, kväve och några andra grundämnen. I brunkol andelen kol och organiskt material är lägre än i sten. Ännu mindre ekologiskt oljeskiffer.
Inom industrin värms kol till 900-1100 0 C utan luft. Denna process kallas koksning. Resultatet är koks med hög kolhalt, koksgas och stenkolstjära, nödvändiga för metallurgin. Från gasen och tjäran frigörs mycket organiska ämnen. Ris. 3.
Ris. 3. Koksugnens anordning
Naturgas och olja är de viktigaste råvarukällorna för den kemiska industrin. Olja som den produceras, eller "råolja", är svår att använda även som bränsle. Därför delas råolja in i fraktioner (från engelska "fraktion" - "del"), med hjälp av skillnader i kokpunkterna för dess ingående ämnen.
Metoden för att separera olja, baserad på de olika kokpunkterna för dess ingående kolväten, kallas destillation eller destillation. Ris. 4.
Ris. 4. Produkter från oljeraffinering
Fraktionen som destilleras från ca 50 till 180 0 C kallas bensin.
Fotogen kokar vid temperaturer på 180-300 0 C.
En tjock svart rest som inte innehåller flyktiga ämnen kallas eldningsolja.
Det finns också ett antal mellanfraktioner som kokar i smalare intervall - petroleumeter (40-70 0 C och 70-100 0 C), lacknafta (149-204 ° C) och även gasolja (200-500 0 C) . De används som lösningsmedel. Brännolja kan destilleras under reducerat tryck, på så sätt erhålls smörjoljor och paraffin från den. Fast återstod från destillation av eldningsolja - asfalt. Den används för tillverkning av vägytor.
Bearbetning av tillhörande petroleumgaser är en separat industri och gör det möjligt att få fram ett antal värdefulla produkter.
Sammanfattning av lektionen
Under lektionen studerade du ämnet ”Naturliga källor till kolväten. Oljeraffinering". Mer än 90 % av all energi som för närvarande förbrukas av mänskligheten utvinns från fossila naturliga organiska föreningar. Du lärde dig om naturresurser (naturgas, olja, kol), om vad som händer med olja efter att den har utvunnits.
Bibliografi
1. Rudzitis G.E. Kemi. Grunderna i allmän kemi. Årskurs 10: lärobok för utbildningsinstitutioner: grundläggande nivå / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14:e upplagan. - M.: Utbildning, 2012.
2. Kemi. Årskurs 10. Profilnivå: lärobok. för allmänbildning institutioner / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin och andra - M.: Drofa, 2008. - 463 s.
3. Kemi. Årskurs 11. Profilnivå: lärobok. för allmänbildning institutioner / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin och andra - M.: Drofa, 2010. - 462 s.
4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Samling av problem i kemi för de som kommer in på universiteten. - 4:e uppl. - M.: RIA "New Wave": Förlag Umerenkov, 2012. - 278 sid.
Läxa
1. Nr 3, 6 (s. 74) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Kemi: Organisk kemi. Årskurs 10: lärobok för utbildningsinstitutioner: grundläggande nivå / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14:e upplagan. - M.: Utbildning, 2012.
2. Vad är skillnaden mellan tillhörande petroleumgas och naturgas?
3. Hur går oljeraffineringen till?
Naturlig källa till kolväten | Dess huvuddrag |
Olja | Flerkomponentblandning bestående huvudsakligen av kolväten. Kolväten representeras huvudsakligen av alkaner, cykloalkaner och arener. |
Associerad petroleumgas | En blandning som nästan uteslutande består av alkaner med en lång kolkedja från 1 till 6 kolatomer, bildas tillsammans med utvinningen av olja, därav ursprunget till namnet. Det finns en trend: ju lägre molekylvikt alkanen har, desto högre andel av associerad petroleumgas. |
Naturgas | En blandning som huvudsakligen består av lågmolekylära alkaner. Huvudkomponenten i naturgas är metan. Dess andel, beroende på gasfältet, kan vara från 75 till 99 %. På andra plats när det gäller koncentration med bred marginal kommer etan, propan är ännu mindre innehållet osv. Den grundläggande skillnaden mellan naturgas och tillhörande petroleumgas är att andelen propan och isomera butaner i tillhörande petroleumgas är mycket högre. |
Kol | Flerkomponentblandning av olika föreningar av kol, väte, syre, kväve och svavel. Sammansättningen av kol innehåller också en betydande mängd oorganiska ämnen, vars andel är betydligt högre än i olja. |
Oljeraffinering
Olja är en flerkomponentblandning av olika ämnen, främst kolväten. Dessa komponenter skiljer sig från varandra i kokpunkter. I detta avseende, om olja värms upp, kommer de lättast kokande komponenterna först att avdunsta från den, sedan föreningar med högre kokpunkt, etc. Baserat på detta fenomen primär oljeraffinering , bestående av destillering (rättelse) olja. Denna process kallas primär, eftersom det antas att kemiska omvandlingar av ämnen inte sker under dess förlopp, och olja separeras endast i fraktioner med olika kokpunkter. Nedan är ett schematiskt diagram över en destillationskolonn med en kort beskrivning av själva destillationsprocessen:
Före rektifikationsprocessen framställs olja på ett speciellt sätt, nämligen att den avlägsnas från föroreningsvatten med salter lösta i det och från fasta mekaniska föroreningar. Oljan som framställs på detta sätt kommer in i den rörformade ugnen, där den värms upp till en hög temperatur (320-350 o C). Efter att ha värmts upp i en rörformig ugn kommer högtemperaturolja in i den nedre delen av destillationskolonnen, där enskilda fraktioner avdunstar och deras ångor stiger upp i destillationskolonnen. Ju högre sektionen av destillationskolonnen är, desto lägre är dess temperatur. Således tas följande fraktioner på olika höjder:
1) destillationsgaser (tagna från toppen av kolonnen, och därför överstiger deras kokpunkt inte 40 ° C);
2) bensinfraktion (kokpunkt från 35 till 200 o C);
3) naftafraktion (kokpunkter från 150 till 250 o C);
4) fotogenfraktion (kokpunkter från 190 till 300 o C);
5) dieselfraktion (kokpunkt från 200 till 300 o C);
6) eldningsolja (kokpunkt över 350 o C).
Det bör noteras att de genomsnittliga fraktionerna som isoleras under rektifieringen av olja inte uppfyller standarderna för bränslekvalitet. Dessutom, som ett resultat av oljedestillation, bildas en ansenlig mängd eldningsolja - långt ifrån den mest efterfrågade produkten. I detta avseende, efter den primära bearbetningen av olja, är uppgiften att öka utbytet av dyrare, särskilt bensinfraktioner, samt att förbättra kvaliteten på dessa fraktioner. Dessa uppgifter löses med hjälp av olika processer. oljeraffinering , Till exempel krackning ochreformera .
Det bör noteras att antalet processer som används vid sekundär bearbetning av olja är mycket större, och vi berör bara några av de viktigaste. Låt oss nu förstå vad som är meningen med dessa processer.
Sprickbildning (termisk eller katalytisk)
Denna process är utformad för att öka utbytet av bensinfraktionen. För detta ändamål utsätts tunga fraktioner, såsom eldningsolja, för stark uppvärmning, oftast i närvaro av en katalysator. Som ett resultat av denna verkan rivs långkedjiga molekyler som ingår i de tunga fraktionerna och kolväten med lägre molekylvikt bildas. I själva verket leder detta till ett ytterligare utbyte av en mer värdefull bensinfraktion än den ursprungliga eldningsoljan. Den kemiska essensen av denna process återspeglas av ekvationen:
Reformera
Denna process utför uppgiften att förbättra kvaliteten på bensinfraktionen, i synnerhet genom att öka dess slagmotstånd (oktantal). Det är denna egenskap hos bensin som anges på bensinstationer (92:a, 95:e, 98:e bensin, etc.).
Som ett resultat av reformeringsprocessen ökar andelen aromatiska kolväten i bensinfraktionen, som bland andra kolväten har ett av de högsta oktantalen. En sådan ökning av andelen aromatiska kolväten uppnås huvudsakligen som ett resultat av dehydrocykliseringsreaktionerna som inträffar under reformeringsprocessen. Till exempel när den värms upp tillräckligt n-hexan i närvaro av en platinakatalysator omvandlas den till bensen och n-heptan på liknande sätt - till toluen:
Kolbearbetning
Den huvudsakliga metoden för kolbearbetning är koksning . Kolkoksning kallas den process där kol värms upp utan tillgång till luft. Samtidigt, som ett resultat av sådan uppvärmning, isoleras fyra huvudprodukter från kol:
1) koks
Ett fast ämne som nästan är rent kol.
2) Stenkolstjära
Innehåller ett stort antal olika övervägande aromatiska föreningar, såsom bensen, dess homologer, fenoler, aromatiska alkoholer, naftalen, naftalenhomologer, etc.;
3) Ammoniakvatten
Trots sitt namn innehåller denna fraktion, förutom ammoniak och vatten, även fenol, vätesulfid och några andra föreningar.
4) koksugnsgas
Huvudkomponenterna i koksugnsgas är väte, metan, koldioxid, kväve, eten, etc.
De viktigaste källorna till kolväten är naturliga och tillhörande petroleumgaser, olja och kol.
Av reserver naturgas den första platsen i världen tillhör vårt land. Naturgas innehåller kolväten med låg molekylvikt. Den har följande ungefärliga sammansättning (i volym): 80-98% metan, 2-3% av dess närmaste homologer - etan, propan, butan och en liten mängd föroreningar - vätesulfid H 2 S, kväve N 2, ädelgaser , kolmonoxid (IV) CO 2 och vattenånga H 2 O . Gasens sammansättning är specifik för varje område. Det finns följande mönster: ju högre den relativa molekylvikten för kolväten är, desto mindre finns det i naturgas.
Naturgas används i stor utsträckning som ett billigt bränsle med högt värmevärde (förbränning på 1m 3 släpper ut upp till 54 400 kJ). Det är en av de bästa typerna av bränsle för hushålls- och industribehov. Dessutom är naturgas en värdefull råvara för den kemiska industrin: produktion av acetylen, eten, väte, sot, olika plaster, ättiksyra, färgämnen, mediciner och andra produkter.
Associerade petroleumgaser finns i avlagringar tillsammans med olja: de löses upp i den och är placerade ovanför oljan och bildar ett gaslock. Vid utvinning av olja till ytan separeras gaser från den på grund av ett kraftigt tryckfall. Tidigare användes inte tillhörande gaser och flammades upp under oljeproduktion. För närvarande fångas de och används som bränsle och värdefulla kemiska råvaror. Associerade gaser innehåller mindre metan än naturgas, men mer etan, propan, butan och högre kolväten. Dessutom innehåller de i princip samma föroreningar som i naturgas: H 2 S, N 2, ädelgaser, H 2 O-ånga, CO 2 . Individuella kolväten (etan, propan, butan, etc.) extraheras från associerade gaser, deras bearbetning gör det möjligt att erhålla omättade kolväten genom dehydrering - propen, butylen, butadien, från vilken gummi och plast sedan syntetiseras. En blandning av propan och butan (flytande gas) används som hushållsbränsle. Naturlig bensin (en blandning av pentan och hexan) används som tillsats till bensin för bättre antändning av bränslet vid start av motorn. Oxidation av kolväten ger organiska syror, alkoholer och andra produkter.
Olja- oljig brandfarlig vätska av mörkbrun eller nästan svart färg med en karakteristisk lukt. Det är lättare än vatten (= 0,73–0,97 g/cm 3), praktiskt taget olösligt i vatten. Till sin sammansättning är olja en komplex blandning av kolväten med olika molekylvikter, så den har ingen specifik kokpunkt.
Olja består huvudsakligen av flytande kolväten (fasta och gasformiga kolväten är lösta i dem). Vanligtvis är dessa alkaner (främst av normal struktur), cykloalkaner och arener, vars förhållande i oljor från olika områden varierar kraftigt. Uralolja innehåller fler arener. Förutom kolväten innehåller olja syre, svavel och kvävehaltiga organiska föreningar.
Råolja används normalt inte. För att få tekniskt värdefulla produkter från olja, utsätts den för bearbetning.
Primär bearbetning olja består av dess destillation. Destillation utförs vid raffinaderier efter separation av tillhörande gaser. Under destillationen av olja erhålls lätta oljeprodukter:
bensin ( t kip \u003d 40–200 ° С) innehåller kolväten С 5 -С 11,
nafta ( t kip \u003d 150–250 ° С) innehåller kolväten С 8 -С 14,
fotogen ( t kip \u003d 180–300 ° С) innehåller kolväten С 12 -С 18,
gasolja ( t kip > 275 °C),
och i resten - en trögflytande svart vätska - eldningsolja.
Oljan utsätts för vidare bearbetning. Det destilleras under reducerat tryck (för att förhindra sönderdelning) och smörjoljor isoleras: spindel, motor, cylinder, etc. Vaselin och paraffin isoleras från eldningsolja av vissa oljekvaliteter. Återstoden av eldningsolja efter destillation - tjära - efter partiell oxidation används för att producera asfalt. Den största nackdelen med oljeraffinering är det låga utbytet av bensin (inte mer än 20%).
Oljedestillationsprodukter har olika användningsområden.
Bensin används i stora mängder som flyg- och fordonsbränsle. Den består vanligtvis av kolväten som innehåller i genomsnitt 5 till 9 C-atomer i molekyler. Nafta Det används som bränsle för traktorer, samt som lösningsmedel i färg- och lackindustrin. Stora mängder förädlas till bensin. Fotogen Det används som bränsle för traktorer, jetplan och raketer, såväl som för hushållsbehov. sololja - gasolja- används som motorbränsle, och smörjoljor- för smörjmekanismer. Vaselin används inom medicin. Den består av en blandning av flytande och fasta kolväten. Paraffin används för att erhålla högre karboxylsyror, för att impregnera trä vid tillverkning av tändstickor och pennor, för tillverkning av ljus, skokräm m.m. Den består av en blandning av fasta kolväten. eldningsolja förutom att bearbetas till smörjoljor och bensin, används det som flytande bränsle för pannan.
På sekundära bearbetningsmetoder olja är en förändring i strukturen hos de kolväten som utgör dess sammansättning. Bland dessa metoder är av stor betydelse krackningen av oljekolväten, som utförs för att öka utbytet av bensin (upp till 65–70%).
Krackning- processen att spjälka kolväten som finns i olja, som ett resultat av vilket kolväten med ett mindre antal C-atomer i molekylen bildas. Det finns två huvudtyper av sprickbildning: termisk och katalytisk.
Termisk sprickbildning utförs genom att råvaran (eldningsolja etc.) värms upp till en temperatur på 470–550 °C och ett tryck på 2–6 MPa. I detta fall delas kolvätemolekyler med ett stort antal C-atomer i molekyler med ett mindre antal atomer av både mättade och omättade kolväten. Till exempel:
(radikal mekanism),
På detta sätt erhålls främst bilbensin. Dess produktion från olja når 70%. Termisk sprickbildning upptäcktes av den ryske ingenjören V.G. Shukhov 1891.
katalytisk sprickbildning utförs i närvaro av katalysatorer (vanligen aluminosilikater) vid 450–500 °C och atmosfärstryck. På så sätt erhålls flygbensin med ett utbyte på upp till 80 %. Denna typ av krackning utsätts huvudsakligen för fotogen och gasolfraktioner av olja. Vid katalytisk krackning, tillsammans med klyvningsreaktioner, inträffar isomeriseringsreaktioner. Som ett resultat av det senare bildas mättade kolväten med ett grenat kolskelett av molekyler, vilket förbättrar kvaliteten på bensin:
Katalytiskt krackad bensin är av högre kvalitet. Processen att erhålla den går mycket snabbare, med mindre förbrukning av värmeenergi. Dessutom bildas relativt många grenkedjiga kolväten (isoföreningar) vid katalytisk krackning, vilka är av stort värde för organisk syntes.
På t= 700 °C och uppåt sker pyrolys.
Pyrolys- nedbrytning av organiska ämnen utan lufttillgång vid hög temperatur. Under oljepyrolys är de viktigaste reaktionsprodukterna omättade gasformiga kolväten (eten, acetylen) och aromatiska kolväten - bensen, toluen etc. Eftersom oljepyrolys är ett av de viktigaste sätten att få fram aromatiska kolväten kallas denna process ofta för oljearomatisering.
Aromatisering– omvandling av alkaner och cykloalkaner till arener. När tunga fraktioner av petroleumprodukter värms upp i närvaro av en katalysator (Pt eller Mo), omvandlas kolväten som innehåller 6–8 C-atomer per molekyl till aromatiska kolväten. Dessa processer sker under reformering (uppgradering av bensin).
Reformera- detta är aromatiseringen av bensin, utförd som ett resultat av att värma dem i närvaro av en katalysator, till exempel Pt. Under dessa förhållanden omvandlas alkaner och cykloalkaner till aromatiska kolväten, vilket gör att oktantalet för bensin också ökar avsevärt. Aromatisering används för att erhålla individuella aromatiska kolväten (bensen, toluen) från bensinfraktioner av olja.
På senare år har petroleumkolväten använts i stor utsträckning som en källa till kemiska råvaror. Ämnen som behövs för framställning av plast, syntetiska textilfibrer, syntetiskt gummi, alkoholer, syror, syntetiska rengöringsmedel, sprängämnen, bekämpningsmedel, syntetiska fetter etc. erhålls från dem på olika sätt.
Kol precis som naturgas och olja är det en energikälla och en värdefull kemisk råvara.
Den huvudsakliga metoden för kolbearbetning är koksning(torrdestillation). Under koksning (uppvärmning upp till 1000 °С - 1200 °С utan lufttillgång) erhålls olika produkter: koks, stenkolstjära, tjärvatten och koksugnsgas (schema).
Schema
Koks används som reduktionsmedel vid tillverkning av järn i metallurgiska anläggningar.
Stenkolstjära fungerar som en källa till aromatiska kolväten. Den utsätts för rektifikationsdestillation och bensen, toluen, xylen, naftalen samt fenoler, kvävehaltiga föreningar etc. erhålls.
Ammoniak, ammoniumsulfat, fenol etc. erhålls från tjärvatten.
Koksugnsgas används för att värma koksugnar (förbränning på 1 m 3 frigör ca 18 000 kJ), men den utsätts främst för kemisk bearbetning. Så väte extraheras från det för syntes av ammoniak, som sedan används för att producera kvävegödselmedel, såväl som metan, bensen, toluen, ammoniumsulfat och eten.