Naturliga källor till kolväten. Oljeraffinering. Naturliga kolvätenkällor Naturliga kolvätenkällor gasolkoks

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 kolvätet 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 aromatisering 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 av 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.

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 av 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.

– består (huvudsakligen) av metan och (i mindre mängder) av dess närmaste homologer - etan, propan, butan, pentan, hexan, etc.; observeras i tillhörande petroleumgas, det vill säga naturgas som är i naturen ovanför olja eller löst i den under tryck.

Olja

- det är en oljig brännbar vätska, bestående av alkaner, cykloalkaner, arener (övervägande), samt syre-, kväve- och svavelhaltiga föreningar.

Kol

- fast bränslemineral av organiskt ursprung. Den innehåller lite grafit a och många komplexa cykliska föreningar, inklusive grundämnena C, H, O, N och S. Det finns antracit (nästan vattenfri), kol (-4% fukt) och brunkol (50-60% fukt). Genom koks omvandlas kol till kolväten (gasformiga, flytande och fasta) och koks (ganska ren grafit).

Kolkoksning

Uppvärmning av kol utan lufttillgång till 900-1050 ° C leder till dess termiska sönderdelning med bildning av flyktiga produkter (stenkolstjära, ammoniakvatten och koksugnsgas) och en fast rest - koks.

Huvudprodukter: koks - 96-98% kol; koksugnsgas - 60% väte, 25% metan, 7% kolmonoxid (II), etc.

Biprodukter: stenkolstjära (bensen, toluen), ammoniak (från koksugnsgas) etc.

Oljeraffinering genom rektifikationsmetod

Den förrenade oljan utsätts för atmosfärisk (eller vakuum) destillation till fraktioner med vissa kokpunktsintervall i kontinuerliga destillationskolonner.

Huvudprodukter: lätt och tung bensin, fotogen, dieselolja, smörjoljor, eldningsolja, tjära.

Oljeraffinering genom katalytisk krackning

Råvaror: högkokande oljefraktioner (fotogen, gasolja, etc.)

Hjälpmaterial: katalysatorer (modifierade aluminiumsilikater).

Den huvudsakliga kemiska processen: vid en temperatur på 500-600 ° C och ett tryck på 5 10 5 Pa delas kolvätemolekyler i mindre molekyler, katalytisk krackning åtföljs av aromatisering, isomerisering, alkyleringsreaktioner.

Produkter: blandning av lågkokande kolväten (bränsle, råvara för petrokemikalier).

C 16. H34 → C8H18 + C8H16
C8H18 → C4H10 + C4H8
C4H10 → C2H6 + C2H4

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?

Föreningar som endast innehåller kol- och väteatomer.

Kolväten delas in i cykliska (karbocykliska föreningar) och acykliska.

Cykliska (karbocykliska) föreningar kallas föreningar som inkluderar en eller flera cykler som endast består av kolatomer (i motsats till heterocykliska föreningar som innehåller heteroatomer - kväve, svavel, syre, etc.). Karbocykliska föreningar delas i sin tur in i aromatiska och icke-aromatiska (alicykliska) föreningar.

Acykliska kolväten inkluderar organiska föreningar vars kolskelett av molekyler är öppna kedjor.

Dessa kedjor kan bildas av enkelbindningar (al-kaner), innehålla en dubbelbindning (alkener), två eller flera dubbelbindningar (diener eller polyener), en trippelbindning (alkyner).

Som ni vet är kolkedjor en del av de flesta organiska ämnen. Därför är studiet av kolväten av särskild betydelse, eftersom dessa föreningar är den strukturella grunden för andra klasser av organiska föreningar.

Dessutom är kolväten, särskilt alkaner, de huvudsakliga naturliga källorna till organiska föreningar och basen för de viktigaste industriella och laboratoriesynteserna (schema 1).

Du vet redan att kolväten är den viktigaste råvaran för den kemiska industrin. I sin tur är kolväten ganska utbredda i naturen och kan isoleras från olika naturliga källor: olja, tillhörande petroleum och naturgas, kol. Låt oss överväga dem mer i detalj.

Olja- en naturlig komplex blandning av kolväten, huvudsakligen linjära och grenade alkaner, innehållande från 5 till 50 kolatomer i molekyler, med andra organiska ämnen. Dess sammansättning beror avsevärt på platsen för dess produktion (avsättning), den kan förutom alkaner innehålla cykloalkaner och aromatiska kolväten.

Gasformiga och fasta komponenter i olja löses i dess flytande komponenter, vilket bestämmer dess aggregationstillstånd. Olja är en oljig vätska av mörk (från brun till svart) färg med en karakteristisk lukt, olöslig i vatten. Dess densitet är mindre än vatten, därför sprids olja över ytan när den kommer in i den, vilket förhindrar upplösningen av syre och andra luftgaser i vattnet. Uppenbarligen, när olja kommer in i naturliga vattendrag, dör mikroorganismer och djur, vilket leder till miljökatastrofer och till och med katastrofer. Det finns bakterier som kan använda komponenterna i olja som mat och omvandla den till ofarliga produkter av sin livsviktiga aktivitet. Det är tydligt att användningen av kulturer av dessa bakterier är det mest miljömässigt säkra och lovande sättet att bekämpa oljeföroreningar i processen för dess produktion, transport och bearbetning.

I naturen fyller olja och tillhörande petroleumgas, som kommer att diskuteras nedan, hålrummen i jordens inre. Eftersom oljan är en blandning av olika ämnen har den inte en konstant kokpunkt. Det är tydligt att var och en av dess komponenter behåller sina individuella fysikaliska egenskaper i blandningen, vilket gör det möjligt att separera oljan i dess komponenter. För att göra detta renas den från mekaniska föroreningar, svavelhaltiga föreningar och utsätts för den så kallade fraktionerade destillationen eller rektifikationen.

Fraktionerad destillation är en fysikalisk metod för att separera en blandning av komponenter med olika kokpunkter.

Destillation utförs i speciella installationer - destillationskolonner, i vilka cyklerna av kondensation och förångning av flytande ämnen som finns i olja upprepas (fig. 9).

Ångor som bildas under kokningen av en blandning av ämnen berikas med en lättare kokande (d.v.s. med lägre temperatur) komponent. Dessa ångor samlas upp, kondenseras (kylas till under kokpunkten) och bringas tillbaka till en kokning. I detta fall bildas ångor som är ännu mer berikade med ett lågkokande ämne. Genom upprepad upprepning av dessa cykler är det möjligt att uppnå nästan fullständig separation av de ämnen som ingår i blandningen.

Destillationskolonnen mottar olja uppvärmd i en rörformig ugn till en temperatur av 320-350 °C. Destillationskolonnen har horisontella skiljeväggar med hål - de så kallade plattorna, på vilka oljefraktionerna kondenserar. Lättkokande fraktioner samlas på de högre, högkokande fraktioner på de lägre.

I korrigeringsprocessen delas olja in i följande fraktioner:

Rättningsgaser - en blandning av lågmolekylära kolväten, huvudsakligen propan och butan, med en kokpunkt på upp till 40 ° C;

Bensinfraktion (bensin) - kolväten med sammansättning från C 5 H 12 till C 11 H 24 (kokpunkt 40-200 ° C); med en finare separation av denna fraktion erhålls bensin (petroleumeter, 40-70°C) och bensin (70-120°C);

Naftafraktion - kolväten med sammansättning från C8H18 till C14H30 (kokpunkt 150-250 ° C);

Fotogenfraktion - kolväten med sammansättning från C12H26 till C18H38 (kokpunkt 180-300 ° C);

Dieselbränsle - kolväten med sammansättning från C13H28 till C19H36 (kokpunkt 200-350 ° C).

Rester av oljedestillation - eldningsolja- innehåller kolväten med antalet kolatomer från 18 till 50. Destillation under reducerat tryck från eldningsolja ger sololja (C18H28-C25H52), smörjoljor (C28H58-C38H78), vaselin och paraffin - smältbara blandningar av fasta kolväten. Den fasta återstoden av brännoljedestillation - tjära och dess bearbetningsprodukter - bitumen och asfalt används för tillverkning av vägytor.

Produkterna som erhålls som ett resultat av oljerektifiering utsätts för kemisk bearbetning, vilket inkluderar ett antal komplexa processer. En av dem är knäckning av petroleumprodukter. Du vet redan att eldningsolja separeras i komponenter under reducerat tryck. Detta beror på det faktum att dess komponenter vid atmosfärstryck börjar sönderdelas innan de når kokpunkten. Det är detta som ligger till grund för sprickbildning.

Krackning - termisk nedbrytning av petroleumprodukter, vilket leder till bildning av kolväten med ett mindre antal kolatomer i molekylen.

Det finns flera typer av sprickbildning: termisk sprickbildning, katalytisk sprickbildning, högtryckssprickning, reduktionssprickning.

Termisk krackning består i delning av kolvätemolekyler med en lång kolkedja till kortare under inverkan av hög temperatur (470-550 ° C). I processen med denna splittring bildas, tillsammans med alkaner, alkener.

I allmänhet kan denna reaktion skrivas på följande sätt:

C n H 2n+2 -> C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k
alkan alkan alken
lång kedja

De resulterande kolvätena kan återigen genomgå krackning för att bilda alkaner och alkener med en ännu kortare kedja av kolatomer i molekylen:

Under konventionell termisk krackning bildas många gasformiga kolväten med låg molekylvikt, som kan användas som råmaterial för framställning av alkoholer, karboxylsyror och föreningar med hög molekylvikt (till exempel polyeten).

katalytisk sprickbildning förekommer i närvaro av katalysatorer, som används som naturliga aluminiumsilikater av kompositionen

Implementeringen av krackning med användning av katalysatorer leder till bildning av kolväten med en grenad eller sluten kedja av kolatomer i molekylen. Innehållet av kolväten i en sådan struktur i motorbränsle förbättrar dess kvalitet avsevärt, främst slagmotstånd - oktantalet för bensin.

Sprickning av petroleumprodukter fortsätter vid höga temperaturer, så kolavlagringar (sot) bildas ofta, vilket förorenar ytan på katalysatorn, vilket kraftigt minskar dess aktivitet.

Rengöring av katalysatorytan från kolavlagringar - dess regenerering - är huvudvillkoret för det praktiska genomförandet av katalytisk krackning. Det enklaste och billigaste sättet att regenerera en katalysator är dess rostning, under vilken kolavlagringar oxideras av atmosfäriskt syre. Gasformiga oxidationsprodukter (främst koldioxid och svaveldioxid) avlägsnas från katalysatorytan.

Katalytisk krackning är en heterogen process som involverar fasta (katalysator) och gasformiga (kolväteånga) ämnen. Det är uppenbart att regenereringen av katalysatorn - interaktionen av fasta avlagringar med atmosfäriskt syre - också är en heterogen process.

heterogena reaktioner(gas - fast) flödar snabbare när ytan på det fasta ämnet ökar. Därför krossas katalysatorn, och dess regenerering och krackning av kolväten utförs i en "fluidiserad bädd", som är bekant för dig från produktionen av svavelsyra.

Krackningsråvaran, såsom gasolja, kommer in i den koniska reaktorn. Den nedre delen av reaktorn har en mindre diameter, så matarångflödet är mycket högt. Gasen som rör sig med hög hastighet fångar upp katalysatorpartiklarna och för dem till den övre delen av reaktorn, där flödeshastigheten minskar på grund av ökningen av dess diameter. Under inverkan av gravitationen faller katalysatorpartiklarna in i den nedre, smalare delen av reaktorn, varifrån de återigen förs uppåt. Således är varje korn av katalysatorn i konstant rörelse och tvättas från alla sidor av ett gasformigt reagens.

Vissa katalysatorkorn kommer in i den yttre, bredare delen av reaktorn och, utan att möta gasflödets motstånd, sjunker de ner till den nedre delen, där de plockas upp av gasflödet och förs bort till regeneratorn. Även där, i "fluidiserad bädd"-mod, bränns katalysatorn och återförs till reaktorn.

Således cirkulerar katalysatorn mellan reaktorn och regeneratorn, och de gasformiga produkterna från krackning och rostning avlägsnas från dem.

Användningen av krackningskatalysatorer gör det möjligt att något öka reaktionshastigheten, minska dess temperatur och förbättra kvaliteten på krackade produkter.

De erhållna kolvätena i bensinfraktionen har huvudsakligen en linjär struktur, vilket leder till ett lågt slagmotstånd hos den erhållna bensinen.

Vi kommer att överväga begreppet "slagmotstånd" senare, för nu noterar vi bara att kolväten med grenade molekyler har en mycket större detonationsmotstånd. Det är möjligt att öka andelen isomera grenade kolväten i blandningen som bildas under krackning genom att tillsätta isomeriseringskatalysatorer till systemet.

Oljefält innehåller som regel stora ansamlingar av den så kallade tillhörande petroleumgasen, som uppsamlas ovanför oljan i jordskorpan och delvis löses i den under trycket från de överliggande bergarterna. Liksom olja är associerad petroleumgas en värdefull naturlig källa till kolväten. Den innehåller huvudsakligen alkaner, som har från 1 till 6 kolatomer i sina molekyler. Uppenbarligen är sammansättningen av tillhörande petroleumgas mycket sämre än olja. Men trots detta används det också flitigt både som bränsle och som råvara för den kemiska industrin. Fram till för några decennier sedan, i de flesta oljefält, brändes tillhörande petroleumgas som ett värdelöst tillskott till olja. För närvarande, till exempel, i Surgut, Rysslands rikaste oljeskafferi, produceras världens billigaste el med tillhörande petroleumgas som bränsle.

Som redan nämnts är associerad petroleumgas rikare i sammansättning på olika kolväten än naturgas. Dela upp dem i bråkdelar får de:

Naturlig bensin - en mycket flyktig blandning som huvudsakligen består av lentan och hexan;

Propan-butanblandning, bestående, som namnet antyder, av propan och butan och övergår lätt till flytande tillstånd när trycket ökar;

Torr gas - en blandning som huvudsakligen innehåller metan och etan.

Naturlig bensin, som är en blandning av flyktiga komponenter med låg molekylvikt, avdunstar bra även vid låga temperaturer. Detta gör det möjligt att använda bensin som bränsle för förbränningsmotorer i Fjärran Norden och som tillsats till motorbränsle, vilket gör det lättare att starta motorer under vinterförhållanden.

En propan-butanblandning i form av flytande gas används som hushållsbränsle (gasflaskor som du känner till i landet) och för att fylla tändare. Den gradvisa övergången av vägtransporter till flytande gas är ett av de viktigaste sätten att övervinna den globala bränslekrisen och lösa miljöproblem.

Torr gas, i sammansättning nära naturgas, används också i stor utsträckning som bränsle.

Användningen av tillhörande petroleumgas och dess komponenter som bränsle är dock långt ifrån det mest lovande sättet att använda den.

Det är mycket mer effektivt att använda tillhörande petroleumgaskomponenter som råvara för kemisk produktion. Väte, acetylen, omättade och aromatiska kolväten och deras derivat erhålls från alkaner, som ingår i tillhörande petroleumgas.

Gasformiga kolväten kan inte bara följa med olja i jordskorpan, utan också bilda oberoende ansamlingar - naturgasfyndigheter.

Naturgas - en blandning av gasformiga mättade kolväten med låg molekylvikt. Huvudkomponenten i naturgas är metan, vars andel, beroende på fält, varierar från 75 till 99 volymprocent. Naturgas innehåller förutom metan etan, propan, butan och isobutan samt kväve och koldioxid.

Liksom tillhörande petroleumgas används naturgas både som bränsle och som råvara för framställning av olika organiska och oorganiska ämnen. Du vet redan att väte, acetylen och metylalkohol, formaldehyd och myrsyra och många andra organiska ämnen erhålls från metan, huvudkomponenten i naturgas. Som bränsle används naturgas i kraftverk, i pannsystem för vattenuppvärmning av bostadshus och industribyggnader, i masugns- och öppenhärdsproduktion. Slår du en tändsticka och tänder gas i köksgaspisen i ett stadshus, "startar" du en kedjereaktion av oxidation av alkaner som ingår i naturgas. Förutom olja, naturliga och tillhörande petroleumgaser är kol en naturlig källa till kolväten. 0n bildar kraftfulla lager i jordens tarmar, dess utforskade reserver överstiger avsevärt oljereserverna. Liksom olja innehåller kol en stor mängd olika organiska ämnen. Förutom organiskt ingår även oorganiska ämnen, som vatten, ammoniak, vätesulfid 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 cirka 1000 ° C, bildas följande:

Koksugnsgas, som inkluderar väte, metan, kolmonoxid och koldioxid, föroreningar av ammoniak, kväve och andra gaser;
stenkolstjära som innehåller flera hundra olika organiska ämnen, inklusive bensen och dess homologer, fenol och aromatiska alkoholer, naftalen och olika heterocykliska föreningar;
supra-tjära, eller ammoniakvatten, innehållande, som namnet antyder, löst ammoniak samt fenol, svavelväte och andra ämnen;
koks - fast rest av koks, nästan rent kol.

koks används vid framställning av järn och stål, ammoniak - vid framställning av kväve och kombinerade gödselmedel, och vikten av organiska koksprodukter kan knappast överskattas.

Således är associerade petroleum och naturgaser, kol inte bara de mest värdefulla källorna till kolväten, utan också en del av det unika skafferiet av oersättliga naturresurser, vars försiktiga och rimliga användning är en nödvändig förutsättning för den progressiva utvecklingen av det mänskliga samhället.

1. Lista de viktigaste naturliga källorna till kolväten. Vilka organiska ämnen ingår i var och en av dem? Vad har de gemensamt?

2. Beskriv oljans fysikaliska egenskaper. Varför har den inte en konstant kokpunkt?

3. Efter att ha sammanfattat medierapporterna, beskriv de miljökatastrofer som orsakats av oljeutsläppet och hur man kan övervinna deras konsekvenser.

4. Vad är rättelse? Vad bygger denna process på? Nämn de fraktioner som erhålls till följd av oljerektifiering. Hur skiljer de sig från varandra?

5. Vad är cracking? Ge ekvationerna för tre reaktioner som motsvarar sprickningen av petroleumprodukter.

6. Vilka typer av sprickbildning känner du till? Vad har dessa processer gemensamt? Hur skiljer de sig från varandra? Vad är den grundläggande skillnaden mellan olika typer av spruckna produkter?

7. Varför heter associerad petroleumgas så? Vilka är dess huvudkomponenter och deras användningsområden?

8. Hur skiljer sig naturgas från tillhörande petroleumgas? Vad har de gemensamt? Ge ekvationerna för förbränningsreaktioner för alla komponenter i tillhörande petroleumgas som du känner till.

9. Ge reaktionsekvationerna som kan användas för att erhålla bensen från naturgas. Specificera villkoren för dessa reaktioner.

10. Vad är koksning? Vilka är dess produkter och deras sammansättning? Ange ekvationerna för reaktionerna som är typiska för produkterna från kolkoksning som du känner till.

11. Förklara varför förbränning av olja, kol och tillhörande petroleumgas är långt ifrån det mest rationella sättet att använda dem.