Doğal hidrokarbon kaynakları. Petrol arıtma. Doğal hidrokarbon kaynakları Doğal hidrokarbon kaynakları gazyağı koku

Hidrokarbonların en önemli kaynakları doğal ve ilişkili petrol gazları, petrol ve kömürdür.

Yedeklere göre doğal gaz dünyada birincilik ülkemize aittir. Doğal gaz, düşük moleküler ağırlıklı hidrokarbonlar içerir. Aşağıdaki yaklaşık bileşime sahiptir (hacimce): %80-98 metan, en yakın homologlarının %2-3'ü - etan, propan, bütan ve az miktarda safsızlık - hidrojen sülfür H2S, nitrojen N2 , soy gazlar , karbon monoksit (IV ) CO 2 ve su buharı H 2 O . Gazın bileşimi her alana özeldir. Aşağıdaki model vardır: hidrokarbonun bağıl moleküler ağırlığı ne kadar yüksekse, doğal gazda o kadar az bulunur.

Doğal gaz, yüksek kalorifik değeri olan ucuz bir yakıt olarak yaygın olarak kullanılmaktadır (1m 3 yanma 54.400 kJ'ye kadar salınım). Evsel ve endüstriyel ihtiyaçlar için en iyi yakıt türlerinden biridir. Ayrıca, doğal gaz kimya endüstrisi için değerli bir hammaddedir: asetilen, etilen, hidrojen, kurum, çeşitli plastikler, asetik asit, boyalar, ilaçlar ve diğer ürünlerin üretimi.

İlişkili petrol gazları yağ ile birlikte tortularda bulunurlar: içinde çözülürler ve bir gaz “kapağı” oluşturarak yağın üzerinde bulunurlar. Yağı yüzeye çıkarırken, basınçtaki keskin bir düşüş nedeniyle gazlar ondan ayrılır. Daha önce, ilgili gazlar kullanılmadı ve petrol üretimi sırasında alevlendi. Şu anda, yakıt ve değerli kimyasal hammaddeler olarak yakalanıp kullanılmaktadırlar. İlişkili gazlar, doğal gazdan daha az metan içerir, ancak daha fazla etan, propan, bütan ve daha yüksek hidrokarbonlar içerir. Ek olarak, temel olarak doğal gazdakiyle aynı safsızlıkları içerirler: H 2 S, N 2, soy gazlar, H 2 O buharı, CO 2 . Bireysel hidrokarbonlar (etan, propan, bütan, vb.) İlgili gazlardan ekstrakte edilir, bunların işlenmesi, daha sonra kauçuk ve plastiklerin sentezlendiği propilen, bütilen, bütadien dehidrojenasyon yoluyla doymamış hidrokarbonların elde edilmesini mümkün kılar. Ev yakıtı olarak propan ve bütan (sıvılaştırılmış gaz) karışımı kullanılır. Doğal benzin (pentan ve heksan karışımı), motor çalıştırılırken yakıtın daha iyi tutuşması için benzine katkı maddesi olarak kullanılır. Hidrokarbonların oksidasyonu organik asitler, alkoller ve diğer ürünleri üretir.

Sıvı yağ- karakteristik bir kokuya sahip koyu kahverengi veya neredeyse siyah renkli yağlı yanıcı sıvı. Sudan daha hafiftir (= 0.73–0.97 g/cm3), pratikte suda çözünmez. Bileşim olarak, yağ, çeşitli moleküler ağırlıklara sahip karmaşık bir hidrokarbon karışımıdır, bu nedenle belirli bir kaynama noktasına sahip değildir.

Yağ esas olarak sıvı hidrokarbonlardan oluşur (içlerinde katı ve gaz hidrokarbonlar çözülür). Genellikle bunlar alkanlar (esas olarak normal bir yapıya sahip), sikloalkanlar ve çeşitli alanlardaki yağlarda oranı büyük ölçüde değişen sikloalkanlardır. Ural yağı daha fazla aren içerir. Yağ, hidrokarbonlara ek olarak oksijen, kükürt ve azotlu organik bileşikler içerir.

Ham petrol normalde kullanılmaz. Petrolden teknik olarak değerli ürünler elde etmek için işleme tabi tutulur.

Birincil işleme yağ damıtılmasından oluşur. Damıtma, ilgili gazların ayrılmasından sonra rafinerilerde gerçekleştirilir. Yağın damıtılması sırasında hafif yağ ürünleri elde edilir:

benzin ( t kip \u003d 40–200 ° С) hidrokarbonlar С 5 -С 11 içerir,

nafta ( t kip \u003d 150–250 ° С) hidrokarbonlar С 8 -С 14 içerir,

gazyağı ( t kip \u003d 180–300 ° С) hidrokarbonlar С 12 -С 18 içerir,

gaz yağı ( t kip > 275 °C),

ve geri kalanında - viskoz siyah bir sıvı - akaryakıt.

Yağ daha fazla işleme tabi tutulur. Düşük basınç altında damıtılır (ayrışmayı önlemek için) ve yağlama yağları izole edilir: mil, motor, silindir, vb. Petrol jölesi ve parafin, bazı yağ derecelerindeki akaryakıttan izole edilir. Damıtma sonrası akaryakıt kalıntısı - katran - kısmi oksidasyondan sonra asfalt üretmek için kullanılır. Petrol arıtmanın ana dezavantajı, düşük benzin verimidir (% 20'den fazla değil).

Yağ damıtma ürünlerinin çeşitli kullanımları vardır.

Benzin havacılık ve otomotiv yakıtı olarak büyük miktarlarda kullanılır. Genellikle moleküllerde ortalama 5 ila 9 C atomu içeren hidrokarbonlardan oluşur. nafta Traktörler için yakıt olarak ve ayrıca boya ve vernik endüstrisinde solvent olarak kullanılır. Büyük miktarlar işlenerek benzine dönüştürülür. Gazyağı Traktörler, jet uçakları ve roketler için yakıt olarak ve ayrıca ev ihtiyaçları için kullanılır. güneş yağı - gaz yağı- motor yakıtı olarak kullanılan ve yağlama yağları- yağlama mekanizmaları için. Vazelin tıpta kullanılır. Sıvı ve katı hidrokarbonların karışımından oluşur. Parafin daha yüksek karboksilik asitler elde etmek, kibrit ve kurşun kalem üretiminde ahşabı emprenye etmek, mum, ayakkabı cilası vb. imalatında kullanılır. Katı hidrokarbonların bir karışımından oluşur. akaryakıt yağlama yağları ve benzine işlenmesinin yanı sıra kazan sıvı yakıtı olarak kullanılır.

saat ikincil işleme yöntemleri yağ, bileşimini oluşturan hidrokarbonların yapısındaki bir değişikliktir. Bu yöntemler arasında, benzin verimini (% 65-70'e kadar) artırmak için gerçekleştirilen petrol hidrokarbonlarının parçalanması büyük önem taşımaktadır.

Çatlama- yağda bulunan hidrokarbonları ayırma işlemi, bunun sonucunda molekülde daha az sayıda C atomlu hidrokarbonlar oluşur. İki ana çatlama türü vardır: termal ve katalitik.

Termal kırma 470–550 °C sıcaklıkta ve 2–6 MPa basınçta besleme stoğunun (akaryakıt, vb.) ısıtılmasıyla gerçekleştirilir. Bu durumda, çok sayıda C atomuna sahip hidrokarbon molekülleri, hem doymuş hem de doymamış hidrokarbonların daha az sayıda atomuna sahip moleküllere bölünür. Örneğin:

(radikal mekanizma),

Bu sayede ağırlıklı olarak otomobil benzini elde edilir. Petrolden çıkışı %70'e ulaşıyor. Termal çatlama, 1891'de Rus mühendis V.G. Shukhov tarafından keşfedildi.

katalitik çatlama katalizörler (genellikle alüminosilikatlar) varlığında 450–500 °C'de ve atmosferik basınçta gerçekleştirilir. Bu sayede %80'e varan verimle havacılık benzini elde edilir. Bu tip çatlama esas olarak petrolün kerosen ve gaz yağı fraksiyonlarına maruz kalır. Katalitik krakingde, bölünme reaksiyonları ile birlikte izomerizasyon reaksiyonları meydana gelir. İkincisinin bir sonucu olarak, benzinin kalitesini artıran dallı bir karbon molekül iskeletine sahip doymuş hidrokarbonlar oluşur:

Katalitik parçalanmış benzin daha kalitelidir. Bunu elde etme süreci, daha az termal enerji tüketimi ile çok daha hızlı ilerler. Ek olarak, organik sentez için büyük değere sahip olan katalitik parçalama sırasında nispeten birçok dallı zincirli hidrokarbonlar (izo bileşikler) oluşur.

saat t= 700 °C ve üzerinde piroliz oluşur.

piroliz- yüksek sıcaklıkta hava erişimi olmayan organik maddelerin ayrışması. Yağ pirolizi sırasında, ana reaksiyon ürünleri doymamış gaz hidrokarbonlar (etilen, asetilen) ve aromatik hidrokarbonlar - benzen, toluen vb. Yağ pirolizi, aromatik hidrokarbonları elde etmenin en önemli yollarından biri olduğundan, bu işleme genellikle yağ aromatizasyonu denir.

aromatizasyon- alkanların ve sikloalkanların arene dönüşmesi. Petrol ürünlerinin ağır kısımları bir katalizör (Pt veya Mo) varlığında ısıtıldığında, molekül başına 6-8 C atomu içeren hidrokarbonlar aromatik hidrokarbonlara dönüştürülür. Bu işlemler, reforming (benzinin yükseltilmesi) sırasında meydana gelir.

reform- bu, örneğin Pt gibi bir katalizör varlığında ısıtılmasının bir sonucu olarak gerçekleştirilen benzinlerin aromatizasyonudur. Bu koşullar altında, alkanlar ve sikloalkanlar, aromatik hidrokarbonlara dönüştürülür ve bunun sonucunda benzinin oktan sayısı da önemli ölçüde artar. Aromatizasyon, yağın benzin fraksiyonlarından ayrı aromatik hidrokarbonlar (benzen, toluen) elde etmek için kullanılır.

Son yıllarda, petrol hidrokarbonları kimyasal hammadde kaynağı olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Plastiklerin üretimi için gerekli maddeler, sentetik tekstil elyafları, sentetik kauçuk, alkoller, asitler, sentetik deterjanlar, patlayıcılar, pestisitler, sentetik yağlar vb. bunlardan çeşitli yollarla elde edilir.

Kömür tıpkı doğalgaz ve petrol gibi bir enerji kaynağı ve değerli bir kimyasal hammaddedir.

Kömür işlemenin ana yöntemi koklamak(kuru damıtma). Koklama sırasında (hava erişimi olmadan 1000 °С - 1200 °С'ye kadar ısıtma), çeşitli ürünler elde edilir: kok, kömür katranı, katran suyu ve kok fırını gazı (şema).

şema

Kok, metalurji tesislerinde demir üretiminde indirgeyici ajan olarak kullanılır.

Kömür katranı aromatik hidrokarbon kaynağı olarak hizmet eder. Rektifikasyon damıtma işlemine tabi tutulur ve benzen, toluen, ksilen, naftalin ve ayrıca fenoller, azot içeren bileşikler vb. Elde edilir.

Amonyak, amonyum sülfat, fenol vb. katranlı sudan elde edilir.

Kok fırını gazı, kok fırınlarını ısıtmak için kullanılır (1 m3'ün yanması yaklaşık 18.000 kJ açığa çıkarır), ancak esas olarak kimyasal işleme tabi tutulur. Böylece, daha sonra azotlu gübrelerin yanı sıra metan, benzen, toluen, amonyum sülfat ve etilen üretmek için kullanılan amonyak sentezi için hidrojen çıkarılır.

Petrol arıtma

Yağ, başta hidrokarbonlar olmak üzere çeşitli maddelerin çok bileşenli bir karışımıdır. Bu bileşenler kaynama noktalarında birbirinden farklıdır. Bu bağlamda, yağ ısıtılırsa, en hafif kaynayan bileşenler önce ondan buharlaşır, daha sonra kaynama noktası daha yüksek olan bileşikler vb. Bu fenomene dayanarak birincil yağ arıtma , oluşan damıtma (düzeltme) sıvı yağ. Bu sürece birincil denir, çünkü seyri sırasında maddelerin kimyasal dönüşümlerinin meydana gelmediği ve yağın sadece farklı kaynama noktalarına sahip fraksiyonlara ayrıldığı varsayılır. Aşağıda, damıtma işleminin kendisinin kısa bir açıklamasıyla birlikte bir damıtma sütununun şematik bir diyagramı bulunmaktadır:

Rektifikasyon işleminden önce yağ özel bir yöntemle hazırlanır, yani içinde çözünen tuzlar ile saf olmayan sudan ve katı mekanik safsızlıklardan arındırılır. Bu şekilde hazırlanan yağ, yüksek bir sıcaklığa (320-350 o C) kadar ısıtıldığı boru şeklindeki fırına girer. Borulu bir fırında ısıtıldıktan sonra, yüksek sıcaklıktaki yağ, damıtma kolonunun alt kısmına girer, burada bireysel fraksiyonlar buharlaşır ve buharları damıtma kolonunu yükseltir. Damıtma kolonunun bölümü ne kadar yüksek olursa, sıcaklığı o kadar düşük olur. Böylece, aşağıdaki kesirler farklı yüksekliklerde alınır:

1) damıtma gazları (kolonun en üstünden alınır ve bu nedenle kaynama noktaları 40 ° C'yi geçmez);

2) benzin fraksiyonu (35 ila 200 o C kaynama noktası);

3) nafta fraksiyonu (kaynama noktaları 150 ila 250 o C);

4) kerosen fraksiyonu (190 ila 300 o C kaynama noktaları);

5) dizel fraksiyonu (kaynama noktası 200 ila 300 o C);

6) fuel oil (kaynama noktası 350 o C'nin üzerinde).

Yağın düzeltilmesi sırasında izole edilen ortalama fraksiyonların yakıt kalitesi standartlarını karşılamadığına dikkat edilmelidir. Ayrıca yağın damıtılması sonucunda önemli miktarda fuel oil oluşur - en çok talep edilen ürün olmaktan uzaktır. Bu bağlamda, yağın birincil işlenmesinden sonra, görev, daha pahalı, özellikle benzin fraksiyonlarının verimini arttırmak ve ayrıca bu fraksiyonların kalitesini iyileştirmektir. Bu görevler çeşitli işlemler kullanılarak çözülür. petrol arıtma , gibi çatlama vereform .

Yağın ikincil işlenmesinde kullanılan işlemlerin sayısının çok daha fazla olduğu ve sadece ana olanlardan bazılarına değindiğimiz belirtilmelidir. Şimdi bu süreçlerin ne anlama geldiğini anlayalım.

Çatlama (termal veya katalitik)

Bu işlem, benzin fraksiyonunun verimini artırmak için tasarlanmıştır. Bu amaçla, akaryakıt gibi ağır fraksiyonlar, çoğunlukla bir katalizör varlığında güçlü ısıtmaya tabi tutulur. Bu etki sonucunda ağır fraksiyonların parçası olan uzun zincirli moleküller parçalanır ve daha düşük moleküler ağırlıklı hidrokarbonlar oluşur. Aslında bu, orijinal akaryakıttan daha değerli bir benzin fraksiyonunun ek bir verimine yol açar. Bu işlemin kimyasal özü şu denklemle yansıtılır:

reform

Bu işlem, benzin fraksiyonunun kalitesini iyileştirme, özellikle de vuruntu direncini (oktan sayısı) artırma görevini yerine getirir. Benzin istasyonlarında belirtilen benzinlerin bu özelliğidir (92., 95., 98. benzin vb.).

Reform sürecinin bir sonucu olarak, diğer hidrokarbonlar arasında en yüksek oktan sayılarından birine sahip olan benzin fraksiyonundaki aromatik hidrokarbonların oranı artar. Aromatik hidrokarbonların oranındaki bu tür bir artış, esas olarak reform işlemi sırasında meydana gelen dehidrosiklizasyon reaksiyonlarının bir sonucu olarak elde edilir. Örneğin, yeterince ısıtıldığında n-heksan bir platin katalizörün varlığında benzene dönüşür ve n-heptan da benzer şekilde - toluene dönüşür:

Kömür işleme

Kömür işlemenin ana yöntemi koklamak . Kömür koklaştırma kömürün havaya erişmeden ısıtıldığı süreç olarak adlandırılır. Aynı zamanda, bu tür bir ısıtmanın bir sonucu olarak, kömürden dört ana ürün izole edilir:

1) kok

Neredeyse saf karbon olan katı bir madde.

2) Kömür katranı

Benzen, homologları, fenoller, aromatik alkoller, naftalin, naftalin homologları vb. gibi çok sayıda çeşitli ağırlıklı olarak aromatik bileşik içerir;

3) Amonyak suyu

Adına rağmen, bu fraksiyon amonyak ve suya ek olarak fenol, hidrojen sülfür ve diğer bazı bileşikleri de içerir.

4) kok fırını gazı

Kok fırını gazının ana bileşenleri hidrojen, metan, karbondioksit, nitrojen, etilen vb.'dir.

– (esas olarak) metan ve (daha küçük miktarlarda) en yakın homologlarından oluşur - etan, propan, bütan, pentan, heksan, vb.; İlişkili petrol gazında, yani doğada petrolün üzerinde bulunan veya basınç altında çözünmüş doğal gazda gözlemlenir.

Sıvı yağ

- alkanlar, sikloalkanlar, arenler (ağırlıklı) ve ayrıca oksijen, azot ve kükürt içeren bileşiklerden oluşan yağlı yanıcı bir sıvıdır.

Kömür

- organik kökenli katı yakıt minerali. Çok az grafit a ve C, H, O, N ve S elementleri de dahil olmak üzere birçok karmaşık döngüsel bileşik içerir. Antrasit (neredeyse susuz), kömür (-%4 nem) ve kahverengi kömür (%50-60 nem) vardır. Koklaşabilir taş kömürü hidrokarbonlara (gaz halinde, sıvı ve katı) ve koka (oldukça saf grafite) dönüştürülür.

Kömür koklaştırma

Hava erişimi olmayan kömürün 900-1050 ° C'ye ısıtılması, uçucu ürünlerin (kömür katranı, amonyak suyu ve kok fırın gazı) ve katı bir kalıntı - kok oluşumu ile termal ayrışmasına yol açar.

Ana ürünler: kok - %96-98 karbon; kok fırın gazı - %60 hidrojen, %25 metan, %7 karbon monoksit (II), vb.

Yan ürünler: kömür katranı (benzen, toluen), amonyak (kok fırını gazından), vb.

Rektifikasyon yöntemi ile petrol arıtma

Önceden saflaştırılmış yağ, sürekli damıtma kolonlarında belirli kaynama noktası aralıklarına sahip fraksiyonlara atmosferik (veya vakum) damıtma işlemine tabi tutulur.

Ana ürünler: hafif ve ağır benzin, gazyağı, gaz yağı, yağlama yağları, akaryakıt, katran.

Katalitik parçalama ile petrol arıtma

Hammaddeler: yüksek kaynama noktalı yağ fraksiyonları (gazyağı, gaz yağı vb.)

Yardımcı malzemeler: katalizörler (modifiye alüminosilikatlar).

Ana kimyasal süreç: 500-600 ° C sıcaklıkta ve 5 105 Pa basınçta, hidrokarbon molekülleri daha küçük moleküllere bölünür, katalitik çatlamaya aromatizasyon, izomerizasyon, alkilasyon reaksiyonları eşlik eder.

Ürünler: düşük kaynama noktalı hidrokarbonların karışımı (yakıt, petrokimya için hammadde).

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

Ders sırasında “Doğal hidrokarbon kaynakları” konusunu çalışabileceksiniz. Petrol arıtma". Şu anda insanlık tarafından tüketilen tüm enerjinin %90'ından fazlası fosil doğal organik bileşiklerden elde edilmektedir. Doğal kaynaklar (doğal gaz, petrol, kömür), çıkarıldıktan sonra petrole ne olduğunu öğreneceksiniz.

Konu: Hidrokarbonları sınırlayın

Ders: Doğal Hidrokarbon Kaynakları

Modern uygarlık tarafından tüketilen enerjinin yaklaşık %90'ı doğal fosil yakıtların (doğal gaz, petrol ve kömür) yakılmasıyla üretilir.

Rusya, doğal fosil yakıtlar açısından zengin bir ülkedir. Batı Sibirya ve Urallarda büyük petrol ve doğal gaz rezervleri var. Kuznetsk, Güney Yakutsk havzaları ve diğer bölgelerde taş kömürü çıkarılmaktadır.

Doğal gaz hacimce ortalama %95 metan içerir.

Metan'a ek olarak, çeşitli alanlardan gelen doğal gaz, nitrojen, karbon dioksit, helyum, hidrojen sülfür ve diğer hafif alkanlar - etan, propan ve bütanlar içerir.

Doğal gaz, yüksek basınç altında olduğu yer altı yataklarından çıkarılır. Metan ve diğer hidrokarbonlar, hava erişimi olmaksızın bozunmaları sırasında bitki ve hayvan kaynaklı organik maddelerden oluşur. Metan, mikroorganizmaların faaliyetinin bir sonucu olarak sürekli ve şu anda üretilmektedir.

Metan, güneş sisteminin gezegenlerinde ve uydularında bulunur.

Saf metan kokusuzdur. Ancak günlük hayatta kullanılan gazın karakteristik hoş olmayan bir kokusu vardır. Bu, özel katkı maddelerinin kokusu - merkaptanlar. Merkaptanların kokusu, evsel gaz sızıntısını zamanında tespit etmenizi sağlar. Metanın hava ile karışımları patlayıcıdır.çok çeşitli oranlarda - hacimce gazın% 5 ila 15'i. Bu nedenle, odada gaz kokusu alırsanız, sadece ateş yakmakla kalmaz, aynı zamanda elektrik anahtarlarını da kullanabilirsiniz. En küçük kıvılcım patlamaya neden olabilir.

Pirinç. 1. Farklı alanlardan petrol

Sıvı yağ- yağ gibi kalın bir sıvı. Rengi açık sarıdan kahverengi ve siyaha kadardır.

Pirinç. 2. Petrol sahaları

Farklı alanlardan gelen petrol, bileşimde büyük farklılıklar gösterir. Pirinç. 1. Yağın ana kısmı, 5 veya daha fazla karbon atomu içeren hidrokarbonlardır. Temel olarak, bu hidrokarbonlar doymuştur, yani. alkanlar. Pirinç. 2.

Yağın bileşimi ayrıca kükürt, oksijen, azot içeren organik bileşikleri içerir.Yağ, su ve inorganik safsızlıklar içerir.

Gazlar, ekstraksiyonu sırasında açığa çıkan yağda çözülür - ilişkili petrol gazları. Bunlar metan, etan, propan, nitrojen, karbon dioksit ve hidrojen sülfür safsızlıklarına sahip bütanlardır.

Kömür yağ gibi karmaşık bir karışımdır. Karbonun içindeki payı %80-90'dır. Gerisi hidrojen, oksijen, kükürt, azot ve diğer bazı elementlerdir. kahverengi kömürde karbon ve organik madde oranı taştan daha düşüktür. Daha az organik petrol şeyl.

Sanayide kömür havasız olarak 900-1100 0 C'ye kadar ısıtılır. Bu süreç denir koklamak. Sonuç, metalurji için gerekli olan yüksek karbon içeriğine sahip kok, kok gazı ve kömür katranıdır. Gaz ve katrandan birçok organik madde açığa çıkar. Pirinç. 3.

Pirinç. 3. Kok fırını cihazı

Doğal gaz ve petrol, kimya endüstrisi için en önemli hammadde kaynaklarıdır. Üretildiği şekliyle petrolün veya "ham petrolün" yakıt olarak bile kullanılması zordur. Bu nedenle, ham petrol, bileşen maddelerinin kaynama noktalarındaki farklılıklar kullanılarak fraksiyonlara (İngilizce "fraksiyon" - "kısım" dan) ayrılır.

Bileşen hidrokarbonlarının farklı kaynama noktalarına dayanan yağı ayırma yöntemine damıtma veya damıtma denir. Pirinç. 4.

Pirinç. 4. Petrol arıtma ürünleri

Yaklaşık 50 ila 180 0 C arasında damıtılan fraksiyona denir. benzin.

Gazyağı 180-300 0 С sıcaklıklarda kaynar.

Uçucu maddeler içermeyen kalın siyah kalıntıya denir. akaryakıt.

Daha dar aralıklarda kaynayan bir dizi ara fraksiyon da vardır - petrol eterleri (40-70 0 C ve 70-100 0 C), beyaz ispirto (149-204 ° C) ve ayrıca gaz yağı (200-500 0 C) . Çözücü olarak kullanılırlar. Fuel oil azaltılmış basınç altında damıtılabilir, bu şekilde ondan yağlama yağları ve parafin elde edilir. Akaryakıtın damıtılmasından kaynaklanan katı kalıntı - asfalt. Yol yüzeylerinin üretiminde kullanılır.

İlişkili petrol gazlarının işlenmesi ayrı bir endüstridir ve bir dizi değerli ürünün elde edilmesini mümkün kılar.

Dersi özetlemek

Ders sırasında “Doğal hidrokarbon kaynakları” konusunu incelediniz. Petrol arıtma". Şu anda insanlık tarafından tüketilen tüm enerjinin %90'ından fazlası fosil doğal organik bileşiklerden elde edilmektedir. Doğal kaynakları (doğal gaz, petrol, kömür), çıkarıldıktan sonra petrole ne olduğunu öğrendiniz.

bibliyografya

1. Rudzitis G.E. Kimya. Genel Kimyanın Temelleri. 10. sınıf: eğitim kurumları için ders kitabı: temel seviye / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. baskı. - E.: Eğitim, 2012.

2. Kimya. Sınıf 10. Profil seviyesi: ders kitabı. genel eğitim için kurumlar / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin ve diğerleri - M.: Drofa, 2008. - 463 s.

3. Kimya. Derece 11. Profil seviyesi: ders kitabı. genel eğitim için kurumlar / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin ve diğerleri - M.: Drofa, 2010. - 462 s.

4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Üniversitelere girenler için kimyadaki problemlerin toplanması. - 4. baskı. - M.: RIA "Yeni Dalga": Yayıncı Umerenkov, 2012. - 278 s.

Ödev

1. Sayı 3, 6 (s. 74) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Kimya: Organik Kimya. 10. sınıf: eğitim kurumları için ders kitabı: temel seviye / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. baskı. - E.: Eğitim, 2012.

2. İlişkili petrol gazı ile doğal gaz arasındaki fark nedir?

3. Petrol arıtma nasıl yapılır?

Sadece karbon ve hidrojen atomları içeren bileşikler.

Hidrokarbonlar siklik (karbosiklik bileşikler) ve asiklik olarak ikiye ayrılır.

Döngüsel (karbosiklik) bileşikler, yalnızca karbon atomlarından oluşan bir veya daha fazla döngü içeren bileşikler olarak adlandırılır (heteroatomlar içeren heterosiklik bileşiklerin aksine - nitrojen, kükürt, oksijen, vb.). Karbosiklik bileşikler, sırayla, aromatik ve aromatik olmayan (alisiklik) bileşiklere ayrılır.

Asiklik hidrokarbonlar, moleküllerinin karbon iskeleti açık zincirler olan organik bileşikleri içerir.

Bu zincirler tekli bağlardan (al-kanlar) oluşturulabilir, bir çift bağ (alkenler), iki veya daha fazla çift bağ (dienler veya polienler), bir üçlü bağ (alkinler) içerebilir.

Bildiğiniz gibi, karbon zincirleri çoğu organik maddenin bir parçasıdır. Bu nedenle, hidrokarbonların incelenmesi özellikle önemlidir, çünkü bu bileşikler diğer organik bileşik sınıflarının yapısal temelidir.

Ayrıca hidrokarbonlar, özellikle alkanlar, organik bileşiklerin ana doğal kaynaklarıdır ve en önemli endüstriyel ve laboratuvar sentezlerinin temelidir (Şema 1).

Hidrokarbonların kimya endüstrisi için en önemli hammadde olduğunu zaten biliyorsunuz. Buna karşılık, hidrokarbonlar doğada oldukça yaygındır ve çeşitli doğal kaynaklardan izole edilebilir: petrol, ilgili petrol ve doğal gaz, kömür. Onları daha ayrıntılı olarak ele alalım.

Sıvı yağ- diğer organik maddelerle moleküllerde 5 ila 50 karbon atomu içeren, esas olarak doğrusal ve dallı alkanlar olmak üzere hidrokarbonların doğal bir kompleks karışımı. Bileşimi önemli ölçüde üretim yerine (biriktirme) bağlıdır, alkanlara ek olarak sikloalkanlar ve aromatik hidrokarbonlar içerebilir.

Yağın gaz halindeki ve katı bileşenleri, agregasyon durumunu belirleyen sıvı bileşenlerinde çözülür. Yağ, suda çözünmeyen, karakteristik bir kokuya sahip, koyu renkli (kahverengiden siyaha) yağlı bir sıvıdır. Yoğunluğu sudan daha azdır, bu nedenle içine giren yağ, yüzeye yayılarak oksijenin ve diğer hava gazlarının suda çözünmesini engeller. Açıkçası, doğal su kütlelerine giren petrol, mikroorganizmaların ve hayvanların ölümüne neden olarak çevresel felaketlere ve hatta felaketlere yol açar. Yağın bileşenlerini gıda olarak kullanabilen ve onu hayati aktivitelerinin zararsız ürünlerine dönüştüren bakteriler vardır. Bu bakterilerin kültürlerinin kullanılmasının, çıkarılması, taşınması ve işlenmesi sürecinde petrol kirliliğiyle mücadelede çevre açısından en güvenli ve umut verici yol olduğu açıktır.

Doğada, aşağıda tartışılacak olan petrol ve ilgili petrol gazı, dünyanın iç boşluklarını doldurur. Çeşitli maddelerin bir karışımı olan yağın sabit bir kaynama noktası yoktur. Bileşenlerinin her birinin karışımda kendi fiziksel özelliklerini koruduğu açıktır, bu da yağı bileşenlerine ayırmayı mümkün kılar. Bunu yapmak için mekanik safsızlıklardan, kükürt içeren bileşiklerden arındırılır ve sözde fraksiyonel damıtma veya düzeltme işlemine tabi tutulur.

Fraksiyonel damıtma, farklı kaynama noktalarına sahip bileşenlerin bir karışımını ayırmak için fiziksel bir yöntemdir.

Damıtma, özel tesislerde gerçekleştirilir - yağda bulunan sıvı maddelerin yoğunlaşma ve buharlaşma döngülerinin tekrarlandığı damıtma kolonları (Şekil 9).

Bir madde karışımının kaynaması sırasında oluşan buharlar, daha hafif kaynayan (yani daha düşük sıcaklığa sahip) bir bileşenle zenginleştirilir. Bu buharlar toplanır, yoğunlaştırılır (kaynama noktasının altındaki bir sıcaklığa soğutulur) ve tekrar kaynama noktasına getirilir. Bu durumda, düşük kaynama noktalı bir madde ile daha da zenginleştirilmiş buharlar oluşur. Bu döngülerin tekrar tekrar tekrarlanmasıyla, karışımda bulunan maddelerin neredeyse tamamen ayrılmasını sağlamak mümkündür.

Damıtma kolonu, boru şeklinde bir fırında 320-350 °C sıcaklığa kadar ısıtılan yağı alır. Damıtma sütunu, üzerinde yağ fraksiyonlarının yoğunlaştığı plakalar olarak adlandırılan delikli yatay bölmelere sahiptir. Hafif kaynayan fraksiyonlar yüksek olanlarda, yüksek kaynayan fraksiyonlar alt olanlarda birikir.

Düzeltme sürecinde, yağ aşağıdaki fraksiyonlara ayrılır:

Doğrultma gazları - 40 ° C'ye kadar kaynama noktasına sahip, esas olarak propan ve bütan olmak üzere düşük moleküler ağırlıklı hidrokarbonların bir karışımı;

Benzin fraksiyonu (benzin) - C5H12'den C11H24'e kadar bileşimin hidrokarbonları (kaynama noktası 40-200 ° C); bu fraksiyonun daha ince bir şekilde ayrılmasıyla benzin (petrol eteri, 40-70 ° C) ve benzin (70-120 ° C) elde edilir;

Nafta fraksiyonu - C8H18'den C14H30'a kadar bileşimin hidrokarbonları (kaynama noktası 150-250 ° C);

Gazyağı fraksiyonu - C12H26'dan C18H38'e kadar bileşimin hidrokarbonları (kaynama noktası 180-300 ° C);

Dizel yakıt - C13H28'den C19H36'ya kadar hidrokarbonlar (kaynama noktası 200-350 ° C).

Yağ damıtma kalıntısı - akaryakıt- 18 ila 50 arasında karbon atomu sayısına sahip hidrokarbonlar içerir. Akaryakıttan azaltılmış basınç altında damıtma, güneş yağı (C18H28-C25H52), yağlama yağları (C28H58-C38H78), vazelin ve parafin - katı hidrokarbonların eriyebilir karışımlarını üretir. Akaryakıt damıtmasının katı kalıntısı - katran ve işleme ürünleri - bitüm ve asfalt yol yüzeylerinin imalatında kullanılır.

Petrol arıtma sonucunda elde edilen ürünler, bir dizi karmaşık işlemi içeren kimyasal işleme tabi tutulur. Bunlardan biri de petrol ürünlerinin çatlamasıdır. Akaryakıtın azaltılmış basınç altında bileşenlere ayrıldığını zaten biliyorsunuz. Bunun nedeni, atmosferik basınçta bileşenlerinin kaynama noktasına ulaşmadan önce ayrışmaya başlamasıdır. Bu, çatlamanın altında yatan şeydir.

Çatlama - petrol ürünlerinin termal ayrışması, molekülde daha az sayıda karbon atomlu hidrokarbonların oluşumuna yol açar.

Birkaç çatlama türü vardır: termal parçalama, katalitik parçalama, yüksek basınçlı parçalama, indirgeme parçalama.

Termal çatlama, uzun karbon zincirine sahip hidrokarbon moleküllerinin yüksek sıcaklığın (470-550 ° C) etkisi altında daha kısa olanlara bölünmesinden oluşur. Bu parçalanma sürecinde alkanlarla birlikte alkenler oluşur.

Genel olarak, bu reaksiyon aşağıdaki gibi yazılabilir:

C n H 2n+2 -> C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k
alkan alkan alken
uzun zincir

Ortaya çıkan hidrokarbonlar, molekülde daha da kısa bir karbon atomu zincirine sahip alkanlar ve alkenler oluşturmak üzere tekrar kırılmaya uğrayabilir:

Geleneksel termal parçalama sırasında, alkollerin, karboksilik asitlerin ve yüksek moleküler ağırlıklı bileşiklerin (örneğin polietilen) üretimi için hammadde olarak kullanılabilen birçok düşük moleküler ağırlıklı gaz hidrokarbon oluşur.

katalitik çatlama bileşimin doğal alüminosilikatları olarak kullanılan katalizörlerin mevcudiyetinde oluşur

Katalizörler kullanılarak parçalamanın uygulanması, molekülde dallı veya kapalı bir karbon atomu zincirine sahip hidrokarbonların oluşumuna yol açar. Motor yakıtındaki böyle bir yapının hidrokarbonlarının içeriği, kalitesini, özellikle de vuruntu direncini - oktanlı benzin sayısını - önemli ölçüde artırır.

Petrol ürünlerinin çatlaması yüksek sıcaklıklarda ilerler, bu nedenle katalizörün yüzeyini kirleten ve aktivitesini keskin bir şekilde azaltan karbon birikintileri (kurum) oluşur.

Katalizör yüzeyinin karbon birikintilerinden temizlenmesi - rejenerasyonu - katalitik parçalamanın pratik olarak uygulanması için ana koşuldur. Bir katalizörü yeniden üretmenin en basit ve en ucuz yolu, karbon birikintilerinin atmosferik oksijen tarafından oksitlendiği kavurma işlemidir. Gaz halindeki oksidasyon ürünleri (esas olarak karbon dioksit ve kükürt dioksit) katalizör yüzeyinden uzaklaştırılır.

Katalitik parçalama, katı (katalizör) ve gaz (hidrokarbon buharı) maddeleri içeren heterojen bir süreçtir. Katalizörün rejenerasyonunun - katı tortuların atmosferik oksijenle etkileşimi - aynı zamanda heterojen bir süreç olduğu açıktır.

heterojen reaksiyonlar(gaz - katı) katının yüzey alanı arttıkça daha hızlı akar. Bu nedenle, katalizör ezilir ve hidrokarbonların rejenerasyonu ve parçalanması, size sülfürik asit üretiminden aşina olduğunuz bir "akışkan yatakta" gerçekleştirilir.

Gaz yağı gibi kırma besleme stoğu konik reaktöre girer. Reaktörün alt kısmı daha küçük bir çapa sahiptir, bu nedenle besleme buharı akış hızı çok yüksektir. Yüksek hızda hareket eden gaz, katalizör parçacıklarını yakalar ve bunları, çapının artması nedeniyle akış hızının düştüğü reaktörün üst kısmına taşır. Yerçekimi etkisi altında, katalizör parçacıkları reaktörün alt, daha dar kısmına düşer ve oradan tekrar yukarı taşınırlar. Böylece, katalizörün her bir tanesi sürekli hareket halindedir ve gaz halindeki bir reaktif tarafından her taraftan yıkanır.

Bazı katalizör tanecikleri reaktörün dış, daha geniş kısmına girer ve gaz akışı direnciyle karşılaşmadan alt kısma iner, burada gaz akışı tarafından alınır ve rejeneratöre taşınır. Orada da "akışkan yatak" modunda katalizör yakılır ve reaktöre geri gönderilir.

Böylece katalizör, reaktör ve rejeneratör arasında dolaşır ve gaz halindeki kraking ve kavurma ürünleri bunlardan çıkarılır.

Kraking katalizörlerinin kullanılması, reaksiyon hızını biraz artırmayı, sıcaklığını düşürmeyi ve kraking ürünlerinin kalitesini iyileştirmeyi mümkün kılar.

Benzin fraksiyonunun elde edilen hidrokarbonları, esas olarak, elde edilen benzinin düşük vuruntu direncine yol açan doğrusal bir yapıya sahiptir.

"Vuruntu direnci" kavramını daha sonra ele alacağız, şimdilik sadece dallanmış moleküllere sahip hidrokarbonların çok daha büyük bir patlama direncine sahip olduğunu belirtiyoruz. Sisteme izomerizasyon katalizörleri eklenerek kraking sırasında oluşan karışımdaki izomerik dallı hidrokarbonların oranını artırmak mümkündür.

Petrol sahaları, kural olarak, yerkabuğundaki petrolün üzerinde toplanan ve üstteki kayaların basıncı altında kısmen çözünen sözde ilişkili petrol gazının büyük birikimlerini içerir. Petrol gibi, ilişkili petrol gazı da değerli bir doğal hidrokarbon kaynağıdır. Esas olarak moleküllerinde 1 ila 6 karbon atomuna sahip alkanlar içerir. Açıktır ki, ilişkili petrol gazının bileşimi petrolden çok daha zayıftır. Ancak buna rağmen hem yakıt hem de kimya endüstrisi için hammadde olarak da yaygın olarak kullanılmaktadır. Birkaç on yıl öncesine kadar, çoğu petrol sahasında, ilişkili petrol gazı, petrole yararsız bir katkı olarak yakıldı. Şu anda, örneğin, Rusya'nın en zengin petrol deposu olan Surgut'ta, dünyanın en ucuz elektriği, yakıt olarak ilgili petrol gazı kullanılarak üretiliyor.

Daha önce belirtildiği gibi, ilişkili petrol gazı, çeşitli hidrokarbonlarda doğal gazdan daha zengin bileşime sahiptir. Onları kesirlere bölerek şunları elde ederler:

Doğal benzin - esas olarak lentan ve heksandan oluşan oldukça uçucu bir karışım;

Adından da anlaşılacağı gibi propan ve bütandan oluşan ve basınç arttığında kolayca sıvı hale dönüşen propan-bütan karışımı;

Kuru gaz - esas olarak metan ve etan içeren bir karışım.

Küçük moleküler ağırlığa sahip uçucu bileşenlerin bir karışımı olan doğal benzin, düşük sıcaklıklarda bile iyi buharlaşır. Bu, gaz benzinin Uzak Kuzey'deki içten yanmalı motorlar için yakıt olarak ve motor yakıtına katkı maddesi olarak kullanılmasını mümkün kılar, bu da kış koşullarında motorların çalıştırılmasını kolaylaştırır.

Sıvılaştırılmış gaz formundaki bir propan-bütan karışımı, ev yakıtı olarak (ülkede size tanıdık gelen gaz tüpleri) ve çakmak doldurmak için kullanılır. Karayolu taşımacılığının kademeli olarak sıvılaştırılmış gaza geçişi, küresel yakıt krizini aşmanın ve çevre sorunlarını çözmenin ana yollarından biridir.

Bileşimi doğal gaza yakın olan kuru gaz da yaygın olarak yakıt olarak kullanılmaktadır.

Bununla birlikte, ilgili petrol gazının ve bileşenlerinin yakıt olarak kullanılması, onu kullanmanın en umut verici yolundan uzaktır.

Kimyasal üretim için hammadde olarak ilişkili petrol gazı bileşenlerini kullanmak çok daha verimlidir. Hidrojen, asetilen, doymamış ve aromatik hidrokarbonlar ve bunların türevleri, ilişkili petrol gazının bir parçası olan alkanlardan elde edilir.

Gaz halindeki hidrokarbonlar, yalnızca yerkabuğundaki petrole eşlik etmekle kalmaz, aynı zamanda bağımsız birikimler - doğal gaz birikintileri oluşturur.

Doğal gaz - küçük bir moleküler ağırlığa sahip gaz halinde doymuş hidrokarbonların bir karışımı. Doğal gazın ana bileşeni metan olup, payı alana bağlı olarak hacimce %75 ila %99 arasında değişmektedir. Doğal gaz metanın yanı sıra etan, propan, bütan ve izobütan ile nitrojen ve karbondioksit içerir.

İlişkili petrol gazı gibi, doğal gaz da çeşitli organik ve inorganik maddelerin üretimi için hem yakıt hem de hammadde olarak kullanılmaktadır. Hidrojen, asetilen ve metil alkol, formaldehit ve formik asit ve daha birçok organik maddenin doğalgazın ana bileşeni olan metandan elde edildiğini zaten biliyorsunuz. Yakıt olarak doğalgaz, enerji santrallerinde, konut ve endüstriyel binaların su ısıtması için kazan sistemlerinde, yüksek fırın ve açık ocak üretiminde kullanılmaktadır. Bir şehir evinin mutfak gaz sobasında bir kibrit çakıp gaz tutuşturarak, doğal gazın bir parçası olan alkanların oksidasyonunun zincirleme reaksiyonunu "başlatırsınız". Petrol, doğal ve ilgili petrol gazlarına ek olarak, kömür doğal bir hidrokarbon kaynağıdır. Dünyanın bağırsaklarında güçlü katmanlar oluşturur, keşfedilen rezervleri petrol rezervlerini önemli ölçüde aşmaktadır. Petrol gibi, kömür de çok miktarda çeşitli organik maddeler içerir. Organiklere ek olarak, su, amonyak, hidrojen sülfür ve tabii ki karbonun kendisi - kömür gibi inorganik maddeleri de içerir. Kömür işlemenin ana yollarından biri koklaştırmadır - hava erişimi olmayan kalsinasyon. Yaklaşık 1000 °C sıcaklıkta gerçekleştirilen koklaştırma sonucunda aşağıdakiler oluşur:

Hidrojen, metan, karbon monoksit ve karbon dioksit, amonyak, nitrojen ve diğer gazların safsızlıklarını içeren kok fırını gazı;
benzen ve homologları, fenol ve aromatik alkoller, naftalin ve çeşitli heterosiklik bileşikler dahil olmak üzere yüzlerce farklı organik madde içeren kömür katranı;
üst katran veya adından da anlaşılacağı gibi çözünmüş amonyak ve ayrıca fenol, hidrojen sülfür ve diğer maddeleri içeren amonyak suyu;
kok - katı kok kalıntısı, neredeyse saf karbon.

kullanılan kok demir ve çelik üretiminde, amonyak - azot ve kombine gübrelerin üretiminde ve organik kok ürünlerinin önemi fazla tahmin edilemez.

Bu nedenle, ilişkili petrol ve doğal gazlar, kömür yalnızca en değerli hidrokarbon kaynakları değil, aynı zamanda dikkatli ve makul kullanımı insan toplumunun ilerici gelişimi için gerekli bir koşul olan yeri doldurulamaz doğal kaynakların eşsiz kilerinin bir parçasıdır.

1. Hidrokarbonların başlıca doğal kaynaklarını listeleyiniz. Her birine hangi organik maddeler dahildir? Ortak ne yanları var?

2. Yağın fiziksel özelliklerini tanımlar. Neden sabit bir kaynama noktası yok?

3. Basında çıkan haberleri özetledikten sonra, petrol sızıntısının neden olduğu çevresel felaketleri ve bunların sonuçlarının nasıl üstesinden gelinebileceğini anlatın.

4. Düzeltme nedir? Bu süreç neye dayanıyor? Yağ rektifikasyonu sonucu elde edilen fraksiyonları adlandırın. Birbirlerinden nasıl farklıdırlar?

5. Çatlama nedir? Petrol ürünlerinin parçalanmasına karşılık gelen üç reaksiyonun denklemlerini verin.

6. Ne tür çatlamalar biliyorsunuz? Bu süreçlerin ortak noktası nedir? Birbirlerinden nasıl farklıdırlar? Farklı kırık ürünler arasındaki temel fark nedir?

7. İlişkili petrol gazı neden böyle adlandırılmıştır? Ana bileşenleri ve kullanımları nelerdir?

8. Doğal gazın ilişkili petrol gazından farkı nedir? Ortak ne yanları var? Bildiğiniz tüm ilişkili petrol gazı bileşenlerinin yanma reaksiyonlarının denklemlerini verin.

9. Doğal gazdan benzen elde etmek için kullanılabilecek reaksiyon denklemlerini veriniz. Bu reaksiyonlar için koşulları belirtin.

10. Koklama nedir? Ürünleri ve bileşimleri nelerdir? Bildiğiniz kok kömürü ürünleri için tipik reaksiyonların denklemlerini verin.

11. Petrol, kömür ve ilgili petrol gazını yakmanın neden bunları kullanmanın en akılcı yolu olmadığını açıklayın.