Charakterystyka naturalnych źródeł węglowodorów. Paliwa kopalne – ropa, węgiel, łupki naftowe, gaz ziemny
Naturalnymi źródłami węglowodorów są paliwa kopalne – ropa i
gaz, węgiel i torf. Złoża ropy naftowej i gazu powstały 100-200 milionów lat temu
z powrotem z mikroskopijnych roślin i zwierząt morskich, które okazały się
zawarte w skałach osadowych utworzonych na dnie morza, Inaczej niż
że węgiel i torf zaczęły powstawać 340 milionów lat temu z roślin,
uprawiane na suchym lądzie.
Gaz ziemny i ropa naftowa zwykle znajdują się wraz z wodą w
warstwy roponośne położone pomiędzy warstwami skał (rys. 2). Termin
„gaz ziemny” dotyczy również gazów, które powstają w naturalnym
warunki w wyniku rozkładu węgla. Gaz ziemny i ropa naftowa
rozwinęła się na wszystkich kontynentach z wyjątkiem Antarktydy. największy
producentami gazu ziemnego na świecie są Rosja, Algieria, Iran oraz
Stany Zjednoczone. Najwięksi producenci ropy naftowej to
Wenezuela, Arabia Saudyjska, Kuwejt i Iran.
Gaz ziemny składa się głównie z metanu (tabela 1).
Ropa naftowa to oleista ciecz, której kolor może
być najbardziej zróżnicowane – od ciemnobrązowego lub zielonego do prawie
bezbarwny. Zawiera dużą ilość alkanów. Wśród nich są
alkany prostołańcuchowe, alkany rozgałęzione i cykloalkany z liczbą atomów
węgiel pięć do 40. Przemysłowa nazwa tych cykloalkanów jest ponumerowana. W
olej surowy dodatkowo zawiera około 10% aromatów
węglowodory, a także niewielka ilość innych związków zawierających
siarka, tlen i azot.
Tablica 1 Skład gazu ziemnego
Węgiel jest najstarszym znanym źródłem energii
ludzkość. Jest to minerał (ryc. 3), który powstał z
materia roślinna podczas metamorfizmu. Metamorficzny
zwane skałami, których skład ulegał zmianom w warunkach
wysokie ciśnienia i wysokie temperatury. Produkt pierwszego etapu w
proces powstawania węgla to torf, który jest
rozłożona materia organiczna. Węgiel powstaje z torfu po
jest pokryty skałami osadowymi. Te skały osadowe nazywają się
przeciążony. Przeciążone opady zmniejszają wilgotność torfu.
W klasyfikacji węgli stosowane są trzy kryteria: czystość (określona przez
względna zawartość węgla w procentach); typ (zdefiniowany
skład oryginalnej materii roślinnej); ocena (w zależności od
stopień metamorfizmu).
Tablica 2 Zawartość węgla w niektórych rodzajach paliw i ich wartość opałowa
umiejętność
Węgle kopalne najniższej jakości to węgiel brunatny i
węgiel brunatny (tab. 2). Są najbliżej torfu i charakteryzują się stosunkowo
charakteryzuje się niższą zawartością wilgoci i jest szeroko stosowany w
przemysł. Najsuchszym i najtwardszym gatunkiem węgla jest antracyt. Jego
używany do ogrzewania domu i gotowania.
W ostatnich latach, dzięki postępowi technologicznemu, staje się coraz bardziej
ekonomiczne zgazowanie węgla. Produkty zgazowania węgla obejmują
tlenek węgla, dwutlenek węgla, wodór, metan i azot. Są używane w
jako paliwo gazowe lub jako surowiec do produkcji różnych
produkty chemiczne i nawozy.
Węgiel, jak omówiono poniżej, jest ważnym źródłem surowców dla
związki aromatyczne. Węgiel reprezentuje
złożona mieszanina chemikaliów, w tym węgiel,
wodór i tlen oraz niewielkie ilości azotu, siarki i innych zanieczyszczeń
elementy. Ponadto skład węgla, w zależności od jego gatunku, obejmuje
różne ilości wilgoci i różne minerały.
Węglowodory występują naturalnie nie tylko w paliwach kopalnych, ale także w
w niektórych materiałach pochodzenia biologicznego. kauczuk naturalny
jest przykładem naturalnego polimeru węglowodorowego. cząsteczka gumy
składa się z tysięcy jednostek strukturalnych, którymi są metylobuta-1,3-dien
(izopren);
kauczuk naturalny. Około 90% kauczuku naturalnego, który
obecnie wydobywany na całym świecie, pozyskiwany z Brazylii
kauczukowiec Hevea brasiliensis, uprawiany głównie w
równikowe kraje Azji. Sok tego drzewa, którym jest lateks
(koloidalny roztwór wodny polimeru), pobrany z nacięć wykonanych nożem
szczekać. Lateks zawiera około 30% gumy. Jego małe kawałki
zawieszony w wodzie. Sok przelewa się do aluminiowych pojemników, do których dodaje się kwas,
powodując koagulację gumy.
Wiele innych naturalnych związków zawiera również izopren strukturalny
paprochy. Na przykład limonen zawiera dwie grupy izoprenowe. Limonen
jest głównym składnikiem olejków pozyskiwanych ze skórek owoców cytrusowych,
takich jak cytryny i pomarańcze. To połączenie należy do klasy połączeń,
zwane terpenami. Terpeny zawierają w swoich cząsteczkach 10 atomów węgla (C
10-związków) i zawierają dwa połączone ze sobą fragmenty izoprenu
drugi sekwencyjnie („od głowy do ogona”). Związki z czterema izoprenem
fragmenty (związki C20) nazywane są diterpenami, a z sześcioma
fragmenty izoprenowe - triterpeny (związki C30). Skwalen
znajdujący się w oleju z wątroby rekina jest triterpenem.
Tetraterpeny (związki C 40) zawierają osiem izoprenów
paprochy. Tetraterpeny znajdują się w barwnikach tłuszczów roślinnych i zwierzęcych.
początek. Ich zabarwienie wynika z obecności długiego układu sprzężonego
podwójne wiązania. Na przykład β-karoten odpowiada za charakterystyczną pomarańczę
barwienie marchwi.
Technologia przerobu ropy i węgla
Pod koniec XIX wieku. Pod wpływem postępu w dziedzinie energetyki cieplnej, transportu, inżynierii, wojskowości i wielu innych gałęzi przemysłu niezmiernie wzrosło zapotrzebowanie i istnieje pilne zapotrzebowanie na nowe rodzaje paliw i produktów chemicznych.
W tym czasie narodził się i szybko rozwijał przemysł rafinacji ropy naftowej. Ogromnym impulsem do rozwoju przemysłu rafineryjnego był wynalazek i szybkie rozpowszechnienie się silnika spalinowego zasilanego produktami naftowymi. Intensywnie rozwijała się również technika przeróbki węgla, który nie tylko jest jednym z głównych rodzajów paliwa, ale, co szczególnie godne uwagi, stał się niezbędnym surowcem dla przemysłu chemicznego w badanym okresie. Dużą rolę w tej materii odegrała chemia koksowa. Koksownie, które wcześniej dostarczały koks do hutnictwa żelaza, przekształciły się w przedsiębiorstwa koksowo-chemiczne, które produkowały również szereg cennych produktów chemicznych: gaz koksowniczy, benzen surowy, smołę węglową i amoniak.
Produkcja syntetycznych substancji i materiałów organicznych zaczęła się rozwijać w oparciu o produkty przeróbki ropy naftowej i węgla. Znajdują szerokie zastosowanie jako surowce i półprodukty w różnych gałęziach przemysłu chemicznego.
Numer biletu 10
Pamiętaj: destylacja (destylacja) to metoda rozdzielania mieszaniny lotnych cieczy poprzez stopniowe odparowanie, a następnie kondensację.
Olej. Rafinacja ropy naftowej
Wiele substancji organicznych, z którymi masz do czynienia w codziennym życiu — tworzywa sztuczne, farby, detergenty, leki, lakiery, rozpuszczalniki — jest syntetyzowanych z węglowodorów. W przyrodzie istnieją trzy główne źródła węglowodorów - ropa naftowa, gaz ziemny i węgiel.
Olej to jeden z najważniejszych minerałów. Nie sposób wyobrazić sobie naszego życia bez oleju i jego produktów. Nie bez powodu kraje bogate w ropę odgrywają ważną rolę w światowej gospodarce.
Ropa to ciemna, oleista ciecz znajdująca się w skorupie ziemskiej (ryc. 29.1). Jest jednorodną mieszaniną kilkuset substancji – głównie węglowodorów nasyconych o liczbie atomów węgla w cząsteczce od 1 do 40.
Do przetwarzania tej mieszaniny stosuje się zarówno metody fizyczne, jak i chemiczne. Najpierw olej rozdzielany jest na proste mieszaniny - frakcje - przez destylację (destylację lub rektyfikację), polegającą na tym, że różne substancje w składzie oleju gotują się w różnych temperaturach (tabela 12). Destylacja odbywa się w kolumnie destylacyjnej ze znacznym ogrzewaniem (ryc. 29.2). Frakcje o najwyższych temperaturach wrzenia, które rozkładają się w wysokich temperaturach, destyluje się pod zmniejszonym ciśnieniem.
Tabela 12. Frakcje z destylacji oleju
Liczba atomów węgla w cząsteczkach |
Temperatura wrzenia, °С |
Aplikacja |
|
Powyżej 200 stopni Celsjusza |
|||
Paliwo samochodowe |
|||
Paliwo, surowce do syntezy |
|||
Benzyna lotnicza |
|||
olej napędowy |
|||
Ciężki olej napędowy (olej opałowy) |
Paliwo dla elektrociepłowni |
||
Rozkłada się po podgrzaniu, destylowany pod zmniejszonym ciśnieniem |
Produkcja asfaltu, bitumu, parafiny, smarów, paliwa do kotłów |
Ukraina jest dość bogata w zasoby ropy naftowej. Główne złoża są skoncentrowane w trzech regionach naftowo-gazowych: wschodnim (obwody sumski, połtawski, czernihowski i charkowski), zachodnim (obwody lwowskie i iwano-frankowskie) i południowym (obwód czarnomorski, szelfy Morza Azowskiego i Morza Czarnego). Zasoby ropy naftowej na Ukrainie szacowane są na ok. 2 mld ton, ale znaczna ich część koncentruje się na dużych głębokościach (5-7 km). Roczna produkcja ropy na Ukrainie wynosi około 2 mln ton, podczas gdy zapotrzebowanie to 16 mln ton, więc niestety Ukraina nadal jest zmuszona importować znaczne ilości ropy.
Chemiczna obróbka produktów naftowych
Niektóre produkty destylacji ropy mogą być użyte natychmiast bez dalszego przetwarzania - są to benzyna i nafta, ale stanowią one tylko 20-30% ropy. Ponadto po destylacji benzyna jest słabej jakości (o niskiej liczbie oktanowej, czyli sprężona w silniku eksploduje i nie wypala się). Silnik pracujący na takim paliwie wydaje charakterystyczne stukanie i szybko ulega awarii. Aby poprawić jakość benzyny i zwiększyć jej uzysk, ropa poddawana jest obróbce chemicznej.
Jedną z najważniejszych metod chemicznej rafinacji ropy naftowej jest kraking (od angielskiego do crack - split, break, ponieważ pękanie występuje, gdy łańcuchy węglowe są zerwane) (ryc. 29,3). Po podgrzaniu do 500 ° C bez dostępu powietrza w obecności specjalnych katalizatorów długie cząsteczki alkanu rozpadają się na mniejsze. Podczas krakingu węglowodory nasycone tworzą mieszaninę lekkich węglowodorów nasyconych i nienasyconych, na przykład:
Proces ten zwiększa wydajność benzyny i nafty. Taka benzyna jest czasami nazywana benzyną krakowaną.
Jedną z cech decydujących o jakości benzyny jest liczba oktanowa, która wskazuje na możliwość detonacji (wybuchu) mieszanki paliwowo-powietrznej w silniku. Im wyższa liczba oktanowa, tym mniejsze prawdopodobieństwo detonacji, a tym samym wyższa jakość benzyny. Heptan nie nadaje się jako paliwo silnikowe, jest bardziej podatny na detonację, natomiast izooktan (2,2,4-trimetylopentan) ma przeciwne właściwości - prawie nie detonuje w silniku. Te dwie substancje stały się podstawą skali do określania jakości benzyny – skali liczby oktanowej. W tej skali heptan wynosi 0, a izooktan 100. Według tej skali 95-oktanowa benzyna ma takie same właściwości detonacyjne jak mieszanina 95% izooktanu i 5% heptanu.
Rafinacja ropy naftowej odbywa się w specjalnych przedsiębiorstwach - rafineriach ropy naftowej. Prowadzona jest tam zarówno rektyfikacja ropy naftowej, jak i obróbka chemiczna powstałych produktów naftowych. Na Ukrainie działa sześć rafinerii ropy naftowej: w Odessie, Krzemieńczugu, Chersoniu, Lisiczańsku, Nadworniańsku i Drohobyczu. Łączna zdolność produkcyjna wszystkich ukraińskich rafinerii ropy naftowej przekracza 52 mln ton rocznie.
Gazu ziemnego
Drugim najważniejszym źródłem surowców węglowodorowych jest gaz ziemny, którego głównym składnikiem jest metan (93-99%). Gaz ziemny wykorzystywany jest przede wszystkim jako wydajne paliwo. Podczas spalania nie powstaje ani popiół, ani trujący tlenek węgla, dlatego gaz ziemny uważany jest za paliwo przyjazne dla środowiska.
Duża ilość gazu ziemnego jest wykorzystywana przez przemysł chemiczny. Przerób gazu ziemnego sprowadza się głównie do produkcji węglowodorów nienasyconych oraz gazu syntezowego. Etylen i acetylen powstają w wyniku eliminacji wodoru z niższych alkanów:
Gaz syntezowy - mieszanina tlenku węgla(II) i wodoru - otrzymywany jest przez ogrzewanie metanu parą wodną:
Z tej mieszaniny, przy użyciu różnych katalizatorów, syntetyzowane są związki zawierające tlen - alkohol metylowy, kwas octowy itp.
Po przejściu przez katalizator kobaltowy gaz syntezowy przekształca się w mieszaninę alkanów, którą jest benzyna syntetyczna:
Węgiel
Innym źródłem węglowodorów jest węgiel. W przemyśle chemicznym jest przetwarzany przez koksowanie - ogrzewanie do 1000 ° C bez dostępu powietrza (ryc. 29.5, s. 170). W tym przypadku powstaje koks i smoła węglowa, których masa stanowi zaledwie kilka procent masy węgla. Koks jest używany jako środek redukujący w metalurgii (np. do pozyskiwania żelaza z jego tlenków).
Smoła węglowa zawiera kilkaset związków organicznych, głównie węglowodorów aromatycznych, które pozyskuje się z niej na drodze destylacji.
Jako paliwo wykorzystywany jest również węgiel kamienny, jednak istnieją duże problemy środowiskowe. Po pierwsze, węgiel zawiera niepalne zanieczyszczenia, które podczas spalania paliwa zamieniają się w żużle; po drugie, węgiel zawiera niewielkie ilości związków siarki i azotu, których spalanie wytwarza tlenki zanieczyszczające atmosferę. Pod względem zasobów węgla Ukraina zajmuje jedno z pierwszych miejsc na świecie. Na terytorium równym 0,4% świata na Ukrainie koncentruje się ok. 5% światowych rezerw surowców energetycznych, z czego 95% to węgiel kamienny (ok. 54 mld ton). W 2015 roku wydobycie węgla wyniosło 40 mln ton, czyli prawie o połowę mniej niż w 2011 roku. Dziś na Ukrainie jest 300 kopalń węgla kamiennego, z których 40% produkuje węgiel koksowy (który można przerobić na koks). Produkcja koncentruje się głównie w obwodach donieckim, ługańskim, dniepropietrowskim i wołyńskim.
Zadanie językowe
W języku greckim pyro oznacza „ogień”, a liza oznacza „rozkład”. Jak myślisz, dlaczego terminy „pękanie” i „piroliza” są często używane zamiennie?
Kluczowy pomysł
Głównymi źródłami węglowodorów dla przemysłu są ropa naftowa, węgiel i gaz ziemny. W celu bardziej efektywnego wykorzystania te zasoby naturalne muszą zostać przetworzone w celu wyizolowania poszczególnych substancji lub mieszanin.
pytania testowe
334. Wymień główne naturalne źródła węglowodorów.
335. Jaka jest podstawa fizycznej metody rozdzielania oleju na frakcje?
336. Na jakie frakcje rozdziela się olej podczas destylacji? Opisz ich zastosowanie. Jaki jest najcenniejszy produkt rafinacji ropy naftowej dla współczesnego społeczeństwa?
337. Jaka jest różnica między najważniejszymi produktami naftowymi pod względem składu chemicznego?
338. Korzystając z informacji zawartych w tym i poprzednich paragrafach, opisz zastosowanie gazu ziemnego w przemyśle chemicznym.
339. Jakie są główne produkty uzyskiwane przez węgiel koksujący?
340. Dlaczego węgiel jest ogrzewany bez dostępu powietrza podczas przetwarzania?
341. Dlaczego gaz ziemny jest lepszy niż węgiel jako paliwo?
342. Jakie substancje i materiały otrzymuje się z przetwarzania węgla i gazu ziemnego?
Zadania do opanowania materiału
343. Podczas krakingu węglowodoru C 20 H 42 powstają dwa produkty o tej samej liczbie atomów węgla w cząsteczkach. Napisz równanie reakcji.
344. Jaka jest podstawowa różnica między krakingiem oleju a rektyfikacją?
345. Dlaczego Twoim zdaniem niemożliwe jest przekształcenie oleju w benzynę o więcej niż 20% podczas bezpośredniej destylacji oleju?
346. Analizuj ryc. 29.2 i opisz sposób destylacji oleju.
347. Wykonaj równania reakcji otrzymywania etylenu i acetylenu ze składników gazu ziemnego.
348. Jednym ze składników benzyny jest węglowodór C 8 H 18 . Napisz równanie reakcji jego produkcji z tlenku węgla(II) i wodoru.
349. Po całkowitym spaleniu benzyny w silniku powstaje dwutlenek węgla i woda. Napisz równanie reakcji spalania benzyny zakładając, że składa się ona z węglowodorów o składzie C 8 H 18 .
350. Spaliny samochodowe zawierają substancje toksyczne: tlenek węgla(II) i tlenek azotu(N). Wyjaśnij, jakie reakcje chemiczne powstały w wyniku.
351. Ile razy zwiększy się objętość mieszanki paliwowo-powietrznej składającej się z 40 ml par oktanowych i 3 litrów powietrza po zapłonie? Przy obliczaniu załóż, że powietrze zawiera 20% tlenu (objętościowo).
352. Benzyna sprzedawana w ciepłym klimacie zawiera węglowodory o większej masie cząsteczkowej niż benzyna sprzedawana w zimnym klimacie. Zasugeruj, dlaczego rafinerie to robią.
353*. Olej zawiera tak wiele cennych substancji organicznych, że D. I. Mendelejew powiedział: „Spalanie oleju w piecu jest prawie takie samo, jak spalanie banknotów”. Jak rozumiesz to stwierdzenie? Zaproponuj sposoby racjonalnego wykorzystania naturalnych źródeł węglowodorów.
354*. W dodatkowych źródłach znajdź informacje o materiałach i substancjach będących surowcami dla ropy naftowej, gazu ziemnego lub węgla. Czy można je wytwarzać bez użycia naturalnych źródeł węglowodorów? Czy ludzkość może odmówić użycia tych materiałów? Uzasadnij odpowiedź.
355*. Wykorzystując wiedzę zdobytą na lekcjach geografii w klasach 8 i 9, opisz obecne i przyszłe zagłębie oraz obszary wydobycia węgla, ropy naftowej, gazu ziemnego na Ukrainie. Czy lokalizacja przedsiębiorstw zajmujących się przerobem tych źródeł węglowodorów jest skoordynowana z ich złożami.
To jest materiał podręcznikowy.
Przegląd materiałów
Przegląd materiałów
Zintegrowana lekcja chemii i geografii w 10 klasie na temat „Naturalne źródła węglowodorów”
„... Możesz też grzać banknotami”
DI. Mendelejew
Wyposażenie: Mapy geograficzne zasobów mineralnych Rosji i świata, mapy „Przemysł paliwowy świata”, „Zasoby mineralne świata”, mapy podręcznika, atlasy, tablice podręcznika, materiały statystyczne. kolekcje „Paliwo”, „Ropa i produkty jej przerobu”, „Minerały”, instalacja multimedialna, tablice „Produkty destylacji ropy”, „Kolumna destylacyjna”, „Rafinacja ropy naftowej...”, „Szkodliwy wpływ na środowisko.. ”.
Cele Lekcji:
1. Powtórz lokalizację złóż węglowodorów w Rosji i na świecie.
2. Uogólniać wiedzę o naturalnych źródłach węglowodorów: ich składzie, właściwościach fizycznych, metodach wydobycia, przetwarzania.
3. Rozważ perspektywy zmiany struktury kompleksu paliwowo-energetycznego (alternatywne źródła energii).
Metody nauczania: opowiadanie historii, wykład, rozmowa, pokazy zbiorów,samodzielna praca z mapą geograficzną, atlasem.
Temat „Naturalne źródła węglowodorów” jest teraz bardziej aktualny niż kiedykolwiek. Rozwój złóż węglowodorów stwarza wiele problemów dla społeczeństwa. Są to przede wszystkim problemy społeczne związane z rozwojem obszarów trudno dostępnych, gdzie nie ma struktury społecznej. Ciężkie warunki wymagają opracowania nowych technologii wydobycia i transportu surowców. Eksport produktów naftowych, brak rozwiniętej bazy przemysłowej do ich przerobu, brak produktów naftowych na krajowym rynku rosyjskim to problemy gospodarcze i polityczne. Problemy środowiskowe związane z produkcją, transportem, przetwarzaniem węglowodorów. Społeczeństwo ludzkie jest zmuszone szukać sposobów rozwiązania wszystkich tych problemów. Ważne jest, aby nauczyć się podejmować decyzje, dokonywać wyborów, być odpowiedzialnym za wyniki swoich działań.
Podczas zajęć
Na stołach uczniów znajdują się kolekcje paliw stałych i minerałów, atlasy, podręczniki do geografii.
Lekcja zaczyna się od nauczyciela chemii, który opowiada uczniom o znaczeniu gazu i ropy naftowej nie tylko jako źródeł energii, ale także jako surowców dla przemysłu chemicznego. Następnie ze studentami omawiana jest kwestia przewagi paliwa gazowego nad paliwem stałym, podczas której formułowane i zapisywane są wnioski.
Nauczyciel chemii
Głównymi naturalnymi źródłami węglowodorów są:
Gazy naturalne i towarzyszące gazy ropopochodne
Olej
Węgiel
Naturalne i towarzyszące gazy ropopochodne różnią się pod względem obecności, składu i zastosowania.
Przyjrzyjmy się składowi gazu ziemnego.
Skład gazu ziemnego.
CH4 93 - 98% С4Н10 0,1 - 1%
С2Н6 0,5 - 4% С5Н12 0 - 1%
С3Н8 0,2 - 1,5% N2 2 - 13%
i inne gazy.
Jak widać, główną częścią gazu ziemnego jest metan.
Powiązany gaz naftowy zawiera znacznie mniej metanu (30-50%), ale więcej jego najbliższych homologów: etanu. propan, butan, pentan (do 20% każdy) i inne węglowodory nasycone. Pola gazu ziemnego są zwykle zlokalizowane w pobliżu pól naftowych; najwyraźniej gaz ziemny (a także towarzyszący gaz ropopochodny) powstał w wyniku rozkładu węglowodorów ropopochodnych w wyniku działania bakterii beztlenowych.
Gazy ziemne i towarzyszące są tanim paliwem i cennymi surowcami chemicznymi.Najważniejszym rodzajem paliwa gazowego jest gaz ziemny, tani i wysokokaloryczny (do 39 700 kJ), którego głównym składnikiem jest metan (do 93-98%). ).
Jak myślisz, dlaczego gaz ziemny jest używany jako paliwo gazowe?
Paliwa gazowe mają znaczną przewagę nad stałymi:
łatwo i całkowicie miesza się z powietrzem, dlatego podczas spalania wystarczy niewielki nadmiar powietrza do całkowitego spalania;
gaz można podgrzać w specjalnych generatorach, aby uzyskać najwyższą temperaturę płomienia;
rozmieszczenie pieców jest znacznie prostsze, ponieważ podczas spalania nie ma żużli ani popiołu;
brak dymu ma korzystny wpływ na warunki sanitarno-higieniczne środowiska; ekologiczna czystość;
Paliwa gazowe mogą być przesyłane gazociągami.
Taniość;
Wysoka kaloryczność
Z tego powodu paliwa gazowe są coraz częściej wykorzystywane w przemyśle, gospodarstwach domowych oraz pojazdach i są jednym z najlepszych paliw na potrzeby domowe i przemysłowe.
W drugiej połowie XX wieku światowa produkcja gazu wzrosła ponad 10-krotnie i nadal rośnie. Do niedawna gaz produkowano głównie w krajach rozwiniętych, ale ostatnio rośnie rola krajów azjatyckich i afrykańskich. Rosja jest niekwestionowanym liderem rezerw i wydobycia gazu. 15-20% wydobytych surowców trafia na rynek światowy
Uczniom zadawane są pytania:
1. Jak myślisz, gdzie wykorzystywane są zasoby paliwowe?
Po odpowiedziach uczniów nauczyciel podsumowuje i ponownie definiuje kompleks paliwowo-energetyczny. Następnie przydzielane są zadania. (praca w małych grupach, czytanie map, tabel, wykresów. Częściowa praca poszukiwawcza)
Zadanie 1: Zgodnie z tabelą nr 4 podręcznika zapoznaj się ze światową produkcją głównych rodzajów paliw (produkcja ropy i gazu).
Zadanie 2: Korzystając z rysunku 23, zapoznaj się ze zmianą struktury globalnego zużycia zasobów paliw i odpowiedz na pytanie: czy zużycie gazu na świecie rośnie? (Odpowiedź brzmi: tak)
Podczas omawiania danych z tabeli 4 i wykresu 23 uczniowie dochodzą do wniosku, że istnieje kilka najważniejszych obszarów wydobycia ropy i gazu. Nauczyciel pokazuje i nazywa na mapie geograficznej główne obszary wydobycia ropy i gazu, uczniowie porównują je ze swoimi atlasami, wymieniają kraje i zapisują w zeszycie.
Łączna liczba pól naftowych to ok. 50 tys. Jednak przy obecnym poziomie produkcji obliczmy dostępność zasobów ludzkości.
W notatniku: Zapamiętaj wzór obliczeniowy (R = W / D)
W jakich jednostkach wyrażona jest dostępność zasobów? (roku). Podsumuj! (mało)
Są kraje na świecie, które mają kolosalne rezerwy ropy. Korzystając z tabeli, wymień 3 kraje z największymi rezerwami. Jakie jest stanowisko Rosji?
Wiele krajów produkuje ropę. W każdym regionie jest kilka krajów - liderów produkcji. Korzystając z mapy, nazwij te kraje i zapisz w zeszycie
W Europie: W Azji: W Ameryce: W Afryce:
Gdzie dokładnie znajdują się największe pola naftowe? Oto tylko niektóre z nich.
1 baryłka ropy to 158,988 litrów, 1 baryłka dziennie - 50 ton rocznie
W Gavar dziennie produkowano ponad 680 tys. ton ropy naftowej, dodatkowo 56,6 mln m³ gazu ziemnego dziennie.
W Agadjari działa 60 studni przepływowych, roczna produkcja wynosi 31,4 mln ton
W Bolshoy Burgan działają 484 studnie przepływowe, roczna produkcja wynosi około 70 milionów ton
Co to jest półka?
Czy uważasz, że produkcja na morzu jest tańsza lub droższa niż na kontynencie? Czemu?
Które kraje są zaznaczone na mapie? Co ich łączy? Jaka jest nazwa tej organizacji? Jej główne zadanie?
Ropa jest aktywnie sprzedawana na rynku światowym. (40%) Między krajami istnieją trwałe więzi, tzw. mosty naftowe. Czy możesz wymienić najważniejsze z nich? Jak wytłumaczyłbyś ich istnienie? Jak transportowana jest ropa?
Największy tankowiec ma 500 metrów długości. Zabiera na pokład do 500 000 ton ropy.
Supertankowce są produktem rewolucji naukowej i technologicznej naszych czasów. Samo słowo pochodzi od angielskiego słowa „tank” – czołg. Morski tankowiec to statek przeznaczony do przewozu ładunków płynnych (olejów, kwasów, olejów roślinnych, stopionej siarki itp.) w zbiornikach (zbiornikach) statku. Supertankowce mogą przewozić o 50 procent więcej ropy podczas rejsu niż inne, podczas gdy koszty operacyjne bunkrowania, załogi i ubezpieczenia są tylko o 15 procent wyższe, co pozwala firmom naftowym czarterującym statek zwiększyć swoje zyski i zaoszczędzić oszczędności. Na takie tankowce zawsze będzie zapotrzebowanie.
Jednym z przedstawicieli tej klasy statków morskich był tankowiec „Batillus”. Ten statek towarowy został stworzony od początku do końca według oryginalnego projektu bez dodatkowej modernizacji w trakcie eksploatacji. Został zbudowany w 10 miesięcy, a na budowę wydano około 70 000 ton stali. Budynek kosztował właściciela 130 milionów dolarów.
Bliski Wschód: kraje wokół Zatoki Perskiej (Arabia Saudyjska, Emiraty Arabskie, Iran, Irak). Region ten odpowiada za 2/3 światowej produkcji ropy naftowej.
Ameryka Północna: Alaska, Teksas.
Afryka Północna i Zachodnia: Algieria, Libia, Nigeria, Egipt.
Ameryka Południowa: na północ od kontynentu, Wenezuela.
Europa: szelf mórz północnych i norweskich.
Rosja (Zachodnia Syberia): obwód tomski i tiumeński.
Zadanie 3: Na podstawie wykresu 24 określ kraje wiodące w produkcji ropy naftowej, na podstawie wykresu 25 określ tworzenie trwałych mostów naftowych między krajami.
WNIOSEK: Wydobycie ropy i gazu odbywa się głównie w krajach rozwijających się, konsumpcja - w krajach rozwiniętych.
Nauczyciel chemii kontynuuje.
Znaczący wzrost produkcji wysokokalorycznych i tańszych paliw (ropy i gazu) doprowadził do gwałtownego spadku udziału paliw stałych w bilansach paliwowych krajów.
Towarzyszący gaz ropopochodny jest również (według pochodzenia) gazem ziemnym. Swoją nazwę zawdzięcza olejkowi, z którym występuje w naturze. Towarzyszący gaz ropopochodny rozpuszcza się w ropie (częściowo), a częściowo znajduje się nad nią, tworząc kopułę gazu. Pod ciśnieniem tego gazu ropa unosi się przez studnię na powierzchnię. Gdy ciśnienie spada, towarzyszący gaz ropopochodny łatwo opuszcza ropę.
Przez długi czas związany gaz z ropy naftowej nie był używany i był spalany na miejscu. Obecnie jest wychwytywany i wykorzystywany jako paliwo lub jako jedno ze źródeł syntezy organicznej, ponieważ zawiera dużą liczbę homologów metanowych. Dla bardziej racjonalnego wykorzystania, towarzyszący gaz ropopochodny dzieli się na frakcje.
Frakcje gazowe: 1. C5H12, C6H14 i inne ciecze - benzyna gazowa;
2. C3H8, C4H10 - mieszanina propan-butan
3. CH4, C2H6 i inne zanieczyszczenia - „gaz suchy”
Stosowany jako dodatek do benzyny;
Jako paliwo i gaz do użytku domowego;
W syntezie organicznej i jako paliwo.
Urodziliśmy się i żyjemy w świecie produktów i rzeczy pochodzących z ropy. W historii ludzkości były okresy kamienne i żelazne. Kto wie, może historycy nazwaliby nasz okres olejem lub plastikiem. Olej to najbardziej utytułowany rodzaj minerałów. Nazywana jest zarówno „królową energii”, jak i „królową płodności”. A jej królewskość w chemii organicznej to „czarne złoto”. Ropa stworzyła nową branżę - petrochemię, spowodowała też szereg problemów środowiskowych.
Olej jest znany ludzkości od czasów starożytnych. Na brzegach Eufratu wydobywano go 6-7 tysięcy lat pne. mi. Służył do oświetlania mieszkań, do balsamowania. Olej był integralną częścią środka zapalającego, który przeszedł do historii pod nazwą „Ogień grecki”. W średniowieczu był używany głównie do oświetlenia ulicznego.
Na początku XIX wieku w Rosji z destylacji otrzymywano olej oświetleniowy zwany naftą, który stosowano w lampach wynalezionych w połowie XIX wieku. W tym samym okresie, w związku z rozwojem przemysłu i pojawieniem się silników parowych, zaczęło wzrastać zapotrzebowanie na olej jako źródło smarów. Wprowadzenie pod koniec lat 60. Wiercenie ropy naftowej w XIX wieku uważane jest za narodziny przemysłu naftowego.
Na przełomie XIX i XX wieku wynaleziono silniki benzynowe i wysokoprężne. Doprowadziło to do szybkiego rozwoju produkcji ropy naftowej i metod jej przetwarzania.
Ropa to „wiązka energii”. Używając zaledwie 1 ml tej substancji, można podgrzać o jeden stopień całe wiadro wody, a do zagotowania samowara wiaderkowego potrzeba mniej niż pół szklanki oleju. Pod względem koncentracji energii na jednostkę objętości ropa zajmuje pierwsze miejsce wśród substancji naturalnych. Nawet rudy radioaktywne nie mogą z nim konkurować pod tym względem, ponieważ zawartość w nich substancji radioaktywnych jest tak niska, że trzeba przerobić tony skał, aby wydobyć 1 mg paliwa jądrowego.
Złoża ropy naftowej i gazu powstały 100-200 milionów lat temu w grubości Ziemi. Pochodzenie oleju to jedna z ukrytych tajemnic natury.
Olej i produkty naftowe.
Ropa jest jedynym ciekłym paliwem kopalnym. Żółta do ciemnobrązowej oleista ciecz, lżejsza od wody. (pokazano próbki oleju.) Istnieją oleje lekkie i ciężkie. Płuca usuwane są za pomocą pomp, w sposób fontannowy, służą głównie do produkcji benzyny i nafty. Ciężkie są czasem wydobywane nawet metodą kopalnianą (złoże Jaremskoje w Republice Komi) i przetwarzane na bitum, olej opałowy, oleje.
W przeciwieństwie do innych minerałów ropa, podobnie jak gaz, nie tworzy oddzielnych warstw, wypełnia puste przestrzenie w skałach: pory między ziarnami piasku, pęknięcia.
Olej jest łatwopalny. Zachowuje tę właściwość nawet na powierzchni wody, gdzie może zapalić się od palnej pochodni, aż rozprzestrzeni się w cienką opalizującą warstwę. Olej jest unikalnym paliwem, jego kaloryczność wynosi 37-49 MJ/kg. Tak więc 10 ton oleju daje tyle ciepła, co 13 ton antracytu, 31 ton drewna opałowego. Jest podstawą przemysłu energetycznego, chemicznego. Znany jest również olej leczniczy bogaty w węglowodory naftenowe i aromatyczne.
Doświadczenie laboratoryjne nr 1. Właściwości fizyczne oleju
Badamy probówkę z olejem (płyn oleisty, ciemnobrązowy, prawie czarny o charakterystycznym zapachu).
Olej nie pachnie benzyną, z którą kojarzy się idea. Aromat olejku nadaje towarzyszący mu dwusiarczek węgla, szczątki organizmów roślinnych i zwierzęcych.
Olej rozpuszczamy w wodzie (nie rozpuszcza się, na powierzchni tworzy się film). Gęstość folii jest mniejsza niż wody, więc znajduje się na powierzchni.
Skład pierwiastkowy oleju.
C - 84 - 87% O, N, S - 0,5 - 2%
H - 12 - 14% w niektórych depozytach do 5% S
Olejek to złożona mieszanina dużej ilości związków organicznych.
Skład oleju i jego produktów.
Rafinacja ropy naftowej (chemia)
Rafinacja ropy naftowej to proces, który polega na tworzeniu skomplikowanego sprzętu.
Nauczyciel: wypełnij tabelę „Rafinacja oleju”
Przetwarzanie pierwotne (procesy fizyczne) |
czyszczenie |
Odwadnianie, odsalanie, odpędzanie lotnych węglowodorów (głównie metan) |
Destylacja |
Termiczna separacja oleju na frakcje. na podstawie różnicy temperatur wrzenia węglowodorów o różnych masach cząsteczkowych |
|
Recykling (procesy chemiczne) |
Pękanie |
Rozkład długołańcuchowych węglowodorów i tworzenie węglowodorów o mniejszej liczbie atomów węgla w cząsteczkach |
Reformowanie |
Zmiana struktury cząsteczek węglowodorów poprzez: izomeryzacja, alkilacja, Cyklizacja (aromatyzacja) |
Pierwotna rafinacja oleju - rektyfikacja - rozdzielanie na frakcje oleju na podstawie różnicy temperatur wrzenia.
Olej podawany jest do kolumny destylacyjnej przez piec rurowy, w którym jest podgrzewany do 350⁰С. W postaci pary olej unosi się w górę kolumny i stopniowo schładzając dzieli się na frakcje: benzyna, nafta, nafta, oleje solarne, olej opałowy. Część niedestylowana to smoła.
(zgodnie z tabelą opisano działanie kolumny destylacyjnej, nazwano frakcje i ich obszary zastosowania).
Frakcje olejowe:
C5 - C11 - benzyna (paliwo do samochodów i samolotów, rozpuszczalnik);
C8 - C14 - benzyna (paliwo do ciągników);
C12 - C18 - nafta (paliwo do ciągników, rakiet, samolotów);
С15 - С22 - olej napędowy (lekkie produkty naftowe) - diz. paliwo.
Pozostała część destylacji to olej opałowy (paliwo do kotłów). Dodatkowe destylacje tworzą oleje smarowe. Stosowanie oleju opałowego – oleju solarnego, parafiny, wazeliny, olejów smarowych. Zastosowanie smoły - bitumu, asfaltu.
Wtórna rafinacja ropy naftowej: kraking (katalityczny i termiczny).
termiczny |
katalityczny |
450–550° |
400-500 °С, kat. Al2O3 nSiO2 (katalizator glinokrzemianowy) |
Proces jest powolny |
Proces jest szybki |
Powstaje wiele nienasyconych węglowodorów |
Powstaje znacznie mniej węglowodorów nienasyconych |
Otrzymana benzyna: 1) odporny na detonację 2) niestabilny podczas przechowywania (węglowodory nienasycone łatwo się utleniają) |
Otrzymana benzyna: 1) odporny na detonację 2) bardziej stabilny podczas przechowywania (ponieważ występuje wiele nienasyconych węglowodorów) |
С16Н34 → С8Н18 + С8Н16 СH₃- CH₂- CH₂- CH₃ → CH₃- CH- CH₃
CH₃
Marka benzyny i jej jakość zależą od odporności na uderzenia w skali oktanowej:
Odporność na detonację przyjmuje się jako 0 (łatwo się zapala)
n. heptan;
Ponad 100 - (wysoka stabilność) 2,2,4-trimetylopentan. Im więcej n.heptanu jest zawarte w benzynie, tym wyższa jest jego klasa.
Rozgałęzione węglowodory ograniczające, węglowodory nienasycone i aromatyczne są odporne na detonację.
Reformowanie (aromatyzacja) - 450⁰ - 540⁰С
heksan → cykloheksan → benzen: C₆H₁₄ → C₆H₁₂ → C₆H₆
Wytwarzane są w celu zwiększenia odporności na spalanie stukowe benzyny - zdolności do wytrzymania silnego sprężania w cylindrze silnika w wysokich temperaturach bez samozapłonu.
Nauczyciel geografii kontynuuje lekcję
Dystrybucja głównych zasobów ropy naftowej na świecie.
Słowo „olej” pojawiło się w języku rosyjskim w XVII wieku i pochodzi od arabskiego „nafata”, co oznacza „pluć”. Tak zwany w 4-3 tys. p.n.e. mi. dla mieszkańców Mezopotamii - starożytnego centrum cywilizacji - łatwopalna oleista czarna ciecz, która rzeczywiście czasami wytryskuje na powierzchnię ziemi w postaci fontann.
Dlatego od czasów starożytnych do połowy XIX wieku wydobywano ropa tam, gdzie wylewała się ona w postaci źródeł, przechodząc przez uskoki i pęknięcia w skałach. Ale kiedy zaczęli go szukać daleko od miejsc bezpośredniego uwolnienia ropy, pojawiły się pytania: jak to zrobić? gdzie wiercić studnie?
W trakcie długich badań geologicznych stwierdzono, że ropa najprawdopodobniej znajduje się tam, gdzie grube warstwy pokrywy osadowej są fałdowane i rozrywane przez ruchy tektoniczne skorupy ziemskiej, tworząc kopulaste zagięcia warstw, tzw. antyklinalny typ naturalnej akumulacji węglowodorów, zwany złożem. Obszary skorupy ziemskiej zawierające jeden lub więcej takich złóż nazywane są złożami.
Na świecie odkryto ponad 27 tys. pól naftowych, ale tylko niewielka część z nich (1%) zawiera ¾ światowych zasobów ropy naftowej, a 33 nadolbrzymów – połowę światowych zasobów.
Analizując rozkład sprawdzonych światowych zasobów ropy na regiony i kraje dochodzimy do wniosku, że Azja Południowo-Zachodnia odgrywa wyjątkową rolę, mianowicie 2/3 światowych zasobów ropy znajduje się w krajach Zatoki Perskiej (SA, Irak, ZEA, Kuwejt, Iran ).
Proponuję, korzystając z danych, wykonać zadanie nr 1 (zaznaczyć na mapie konturowej 10 pierwszych krajów świata pod względem zbadanych złóż ropy naftowej).
Przemysł paliwowy w gospodarce światowej.
Rafinerie zajmujące się rafinacją ropy naftowej różnego rodzaju paliw (benzyna, nafta, olej opałowy) zlokalizowane są głównie w rejonach zużycia. W związku z tym w gospodarce światowej powstała ogromna przepaść terytorialna między obszarami jej produkcji i konsumpcji. Dowiedzmy się dlaczego?
Obecnie olej produkowany jest w ponad 80 krajach na całym świecie. Między krajami rozwiniętymi gospodarczo i krajami rozwijającymi się światowa produkcja (zbliżająca się do 3,5 miliarda ton) rozkłada się w przybliżeniu równo.
Nieco ponad 40% przypada na kraje OPEC, a zagraniczna Azja wyróżnia się spośród niektórych dużych regionów, przede wszystkim ze względu na kraje Zatoki Perskiej.
Przeanalizujmy dane, więc kraje Zatoki Perskiej odpowiadają za 2/3 potwierdzonych światowych zasobów ropy naftowej i około 1/3 jej światowej produkcji. 4 kraje tego regionu produkują ponad 100 mln ton ropy rocznie, podczas gdy w tym zestawieniu liderem jest CA, które zajmuje 1 miejsce na świecie. Pozostałe regiony są rozmieszczone według wielkości wydobycia ropy w następującej kolejności: Ameryka Łacińska, Ameryka Północna, Afryka, WNP, Europa Północna. Jednocześnie większość surowców energetycznych, przede wszystkim ropy naftowej produkowanej w krajach rozwijających się, jest eksportowana do Stanów Zjednoczonych, Europy Zachodniej i Japonii, która zawsze będzie silnie uzależniona od importu paliw w przemyśle.
W efekcie między wieloma krajami i kontynentami powstały stabilne „mosty energetyczne” – w postaci potężnych, przede wszystkim oceanicznych, przepływów ropy naftowej.
Wiodącymi eksporterami ropy pozostają więc kraje OPEC (prawie OPEC 2/3 światowego eksportu), Meksyk i Rosja. Stąd najpotężniejsze przepływy ładunków eksportowych ropy naftowej mają następujące kierunki:
Mocowanie proponowanego materiału, wykonanie zadania nr 2 na mapach konturowych. Zwróć uwagę na główne przepływy oleju.
Rosyjski technolog i projektant - Shukhov V.G.;
dokonał (1878) obliczeń pierwszego ropociągu w Rosji i nadzorował jego budowę. Uzyskanie (1891) patentu na stworzenie instalacji do krakingu węglowodorów ropopochodnych;
Na początku lat 80. do oceanu trafiało rocznie około 16 milionów ton ropy, co stanowiło 10,23% światowej produkcji. Największe straty ropy związane są z jej transportem z obszarów produkcyjnych. Awarie, zrzut popłuczyn i wód balastowych za burtę przez tankowce, wszystko to prowadzi do stałego udziału zanieczyszczeń wzdłuż szlaków morskich.
W ciągu ostatnich 130 lat, od 1964 r., na Oceanie Światowym wykonano około 12 000 odwiertów, z czego 11 000 i 1350 odwiertów przemysłowych wyposażono w samym Morzu Północnym. Z powodu niewielkich wycieków rocznie traci się 10,1 miliona ton ropy. Duże masy ropy trafiają do mórz wzdłuż rzek wraz ze ściekami przemysłowymi. Dostając się do środowiska morskiego olej najpierw rozpływa się w postaci filmu, tworząc warstwy o różnej grubości. Film olejowy zmienia skład widma i intensywność wnikania światła do wody. Po zmieszaniu z wodą olej tworzy emulsję dwóch typów: bezpośrednio „olej w wodzie” i odwrotnie „woda w oleju”. Emulsje bezpośrednie, składające się z kropelek oleju o średnicy do 10,5 µm, są mniej stabilne i charakterystyczne dla surfaktantów zawierających olej. Po usunięciu lotnych frakcji olej tworzy lepkie odwrócone emulsje, które mogą pozostać na powierzchni, być niesione przez prąd, wyrzucać na brzeg i osiadać na dnie.
13 listopada 2002 Tankowiec załadowany ropą tonie u wybrzeży Hiszpanii. W ładowniach tankowca znajduje się 77 000 ton ropy.
Zanim tankowiec zatonął, około 5000 ton oleju opałowego i oleju napędowego, używanych do napędzania silników tankowca, wylało się do morza, mniej więcej tyle samo, gdy tankowiec rozpadł się na dwie części. W rejonie katastrofy powstały dwie gigantyczne plamy ropy o powierzchni ponad 100 kilometrów kwadratowych. Fale wyrzucają na brzeg coraz więcej porcji oleju opałowego, a jak okiem sięgnąć, na całym wybrzeżu rozciąga się trujący, czarno-brązowy pasek.Czarna fala brzydka kontrastuje z zielonymi krzakami wybrzeża.
Ryby są otoczone olejem i umierają od uduszenia. Ptaki morskie - nury, mewy, nurzyki, kormorany - depczą po skałach. Są zmarznięci, ich klatka piersiowa, szyja, skrzydła pokryte olejem, trujące błoto dostaje się do ciała, gdy próbują oczyścić pióra dziobem. Nic nie rozumiejąc, ze smutkiem patrzą na rodzimy element, który stał się im obcy, jakby oczekiwał nieuchronnej śmierci. Ptaki z rezygnacją oddają się w ręce entuzjastów, którzy próbują oczyścić upierzenie z oleju, wkroplić zbawienny roztwór do ich paciorkowatych oczu za pomocą pipet. Ale tylko kilkaset tysięcy umierających ptaków udaje się uzyskać pomoc. W jednym z najbogatszych regionów rybackich kraju wyrządzono nieodwracalne szkody. Zanieczyszczone unikalne miejsca do zbierania ostryg, małży, połowu ośmiornic i krabów.
nauczyciel chemii
Rafinacja ropy naftowej
Sposoby radzenia sobie z ropą w oceanie:
a) samozniszczenie, b) dyspersja chemiczna, c) absorpcja, d) ogrodzenie, e) oczyszczanie biologiczne.
A - plama oleju jest mała i daleko od brzegu (rozpuszczanie w wodzie i parowanie)
B - preparaty chemiczne (absorbują olej, wciągają w drobne plamy i czyszczą siatką)
B - słoma lub torf wchłania drobne plamy, gdy jest spokojny
G - ogrodzenie "pojemnikami" i wypompowanie z nich pompami
D - preparaty biologiczne
Aby zmniejszyć szkody wyrządzone naturze, konieczne jest:
doskonalenie metod i technologii wydobycia, przechowywania, transportu ropy oraz zapewnienie bezpieczeństwa produkcji.
Węgle kopalne są stałymi produktami przekształceń starożytnych szczątków roślinnych, stosowanych w przemyśle jako paliwo, a także jako surowce chemiczne. Wyróżnia je zawartość popiołu. Jeśli zawartość popiołu jest poniżej 50% - są to węgle, jeśli jest wyższa - łupki bitumiczne.
Węgiel zawiera 60-98% węgla, 1-12% wodoru, 2-20% tlenu, 1-3% azotu, siarki, fosforu, krzemu, aluminium, żelaza, wilgoci
W zależności od składu materiału źródłowego węgle dzielą się na humusowe (powstałe z roślin wyższych) i sapropeliczne (powstałe z alg). Torf lub sapropel stopniowo pod ciśnieniem i przy braku tlenu zamienia się w węgiel brunatny, który zamienia się w węgiel, a następnie w antracyt. W określonych warunkach geologicznych (silne ciśnienie, wysoka temperatura) węgiel może zamienić się w grafit i szungit, czyli skałę zawierającą węgiel kryptokrystaliczny.
Węgle brunatne to luźne nacieki o kolorze brązowym lub czarno-brązowym. Zawierają 64-78% węgla, do 6% wodoru. Mają niską przewodność cieplną. Są to węgle niskiej jakości. Największe zasoby węgla brunatnego skoncentrowane są w dorzeczu Leny i Kańsko-Aczyńska w Rosji (praca z mapą geograficzną)
Węgle kamienne są bardzo gęste. Zawierają 90% węgla, do 5% wodoru (praca z diagramem „Węgiel” (Załącznik 1)). Mają wysoką kaloryczność. Spośród nich ponad 400 różnych produktów można uzyskać poprzez przetwarzanie, których koszt w porównaniu z kosztem samego węgla wzrasta 20-25 razy. Przerób węgla odbywa się w koksowniach. Bardzo obiecującym kierunkiem przetwórstwa jest produkcja paliwa płynnego z węgla.
Paliwo. surowce chemiczne
Nauczyciel geografii
Największe zagłębie węglowe to Tunguska, Lena, Taimyr w Rosji; Appalachy w USA, Rosjanie w Niemczech, dorzecze Karagandy w Kazachstanie (praca z mapą geograficzną).
Antracyty - zawierają najwięcej węgla - do 97% (praca z diagramem „Węgle”), dlatego jest stosowany jako wysokiej jakości paliwo bezdymne, a także w przemyśle metalurgicznym, chemicznym i elektrycznym.
Rozważ węgle w kolekcji i zwróć uwagę, że im wyższa zawartość węgla w substancji, tym intensywniejszy jej kolor, tym wyższa jakość węgla.
Uczniowie badają węgiel brunatny, czarny, antracyt w kolekcji „Fuel”
Jak wydobywa się węgiel?
Węgiel wydobywany jest na dwa sposoby: odkrywkowy i podziemny. Metoda otwarta jest bardziej progresywna i ekonomiczna, ponieważ pozwala na zastosowanie technologii. W ten sposób wydobywa się głównie węgle energetyczne. Metoda podziemna jest droższa, ale też bardziej obiecująca, ponieważ najwyższej jakości węgle znajdują się na dużych głębokościach. Dziś tak wydobywa się węgiel dla hutnictwa.
Który kraj zajmuje pierwsze miejsce pod względem zbadanych zasobów węgla? (USA)
Nauczyciel chemii
DI. Mendelejew, który w tym roku skończył 175 lat, napisał w tej sprawie: „Nie ma odpadów, są niewykorzystane surowce”.
Tak więc ropa, gaz, węgiel są nie tylko najcenniejszymi źródłami węglowodorów, ale także częścią jedynej w swoim rodzaju spiżarni niezastąpionych zasobów naturalnych, których ostrożne i rozsądne wykorzystanie jest niezbędnym warunkiem postępowego rozwoju ludzkiego społeczeństwa. Z tej okazji powracamy jeszcze raz do epigrafu naszej lekcji, słów wielkiego rosyjskiego naukowca i chemika D.I. Mendelejew, który powiedział, że „Ropa to nie paliwo, można ogrzewać banknotami”. To stwierdzenie można odnieść do wszystkich naturalnych węglowodorów.
Konsolidacja badanego materiału
1. Jakie produkty są wydobywane z towarzyszącego gazu ropopochodnego i do czego są wykorzystywane?
Odpowiedź: Benzyna jest izolowana od związanego z nią gazu naftowego,który jest stosowany jako dodatek do zwykłej benzyny;frakcja propan-butan jest stosowana jakopaliwo; suchy gaz jest używany w reakcjach organicznychsynteza.
2. Dlaczego gaz ziemny łatwiej zapala się w silniku niż zwykła benzyna?
Odpowiedź: benzyna ma niższą temperaturęzapłon niż normalnie.
3. Dlaczego składu olejku nie można wyrazić w jednej formule?
Odpowiedź: Składu olejku nie da się wyrazić jedną formułą, ponieważolej jest mieszaniną wielu węglowodorów.
Praca domowa:
1. Zgodnie z podręcznikiem § 20 - 22 (przed krakingiem produktów naftowych) czytaj
2. Pytania i zadania: nr 4 § 20, nr 7 - 9 § 21
Pobierz materiałWiadomość na temat: „Naturalne źródła węglowodorów”
Przygotowany
węglowodory
Węglowodory to związki składające się wyłącznie z atomów węgla i wodoru.
Węglowodory dzielą się na cykliczne (związki karbocykliczne) i acykliczne.
Związki cykliczne (karbocykliczne) nazywane są związkami, które zawierają jeden lub więcej cykli składających się tylko z atomów węgla (w przeciwieństwie do związków heterocyklicznych zawierających heteroatomy - azot, siarka, tlen itp.).
d.). Z kolei związki karbocykliczne dzielą się na związki aromatyczne i niearomatyczne (alicykliczne).
Węglowodory acykliczne obejmują związki organiczne, których szkielet węglowy cząsteczek jest otwartymi łańcuchami.
Łańcuchy te mogą tworzyć wiązania pojedyncze (alkany CnH2n+2), zawierać jedno wiązanie podwójne (alkeny CnH2n), dwa lub więcej wiązań podwójnych (dieny lub polieny), jedno wiązanie potrójne (alkiny CnH2n-2).
Jak wiesz, łańcuchy węglowe są częścią większości substancji organicznych. Dlatego badanie węglowodorów ma szczególne znaczenie, ponieważ związki te stanowią podstawę strukturalną innych klas związków organicznych.
Ponadto węglowodory, zwłaszcza alkany, są głównymi naturalnymi źródłami związków organicznych i podstawą najważniejszych syntez przemysłowych i laboratoryjnych.
Węglowodory są najważniejszym surowcem dla przemysłu chemicznego. Z kolei węglowodory są dość rozpowszechnione w przyrodzie i można je izolować z różnych źródeł naturalnych: ropy naftowej, ropy naftowej i gazu ziemnego, węgla.
Rozważmy je bardziej szczegółowo.
Olej to naturalna złożona mieszanina węglowodorów, głównie alkanów liniowych i rozgałęzionych, zawierająca od 5 do 50 atomów węgla w cząsteczkach, z innymi substancjami organicznymi.
Jego skład w znacznym stopniu zależy od miejsca jego produkcji (złoża), może oprócz alkanów zawierać cykloalkany i węglowodory aromatyczne.
Składniki gazowe i stałe oleju rozpuszczają się w jego składnikach ciekłych, co decyduje o stanie jego skupienia. Olej to oleista ciecz o ciemnej (od brązowej do czarnej) barwie o charakterystycznym zapachu, nierozpuszczalna w wodzie. Jego gęstość jest mniejsza niż wody, dlatego dostając się do niej, olej rozprzestrzenia się po powierzchni, zapobiegając rozpuszczaniu się tlenu i innych gazów powietrza w wodzie.
Oczywiście, dostając się do naturalnych zbiorników wodnych, ropa powoduje śmierć mikroorganizmów i zwierząt, prowadząc do katastrof ekologicznych, a nawet katastrof. Istnieją bakterie, które mogą wykorzystywać składniki oleju jako pożywienie, przekształcając go w nieszkodliwe produkty swojej życiowej aktywności. Oczywiste jest, że wykorzystanie kultur tych bakterii jest najbardziej bezpiecznym dla środowiska i obiecującym sposobem walki z zanieczyszczeniem ropą w procesie jej produkcji, transportu i przetwarzania.
W przyrodzie ropa naftowa i związany z nią gaz ropopochodny, które zostaną omówione poniżej, wypełniają puste przestrzenie we wnętrzu Ziemi. Będąc mieszaniną różnych substancji, olej nie ma stałej temperatury wrzenia. Oczywiste jest, że każdy z jego składników zachowuje swoje indywidualne właściwości fizyczne w mieszance, co umożliwia rozdzielenie oleju na jego składniki. W tym celu oczyszcza się go z zanieczyszczeń mechanicznych, związków zawierających siarkę i poddaje tak zwanej destylacji frakcyjnej, czyli rektyfikacji.
Destylacja frakcyjna to fizyczna metoda rozdzielania mieszaniny składników o różnych temperaturach wrzenia.
W procesie rektyfikacji olej dzieli się na następujące frakcje:
Gazy rektyfikacyjne - mieszanina węglowodorów o niskiej masie cząsteczkowej, głównie propanu i butanu, o temperaturze wrzenia do 40 ° C;
Frakcja benzynowa (benzyna) - węglowodory o składzie od C5H12 do C11H24 (temperatura wrzenia 40-200 ° C); przy dokładniejszym oddzieleniu tej frakcji otrzymuje się benzynę (eter naftowy, 40-70 ° C) i benzynę (70-120 ° C);
Frakcja naftowa - węglowodory o składzie od C8H18 do C14H30 (temperatura wrzenia 150-250 ° C);
Frakcja naftowa - węglowodory o składzie od C12H26 do C18H38 (temperatura wrzenia 180-300 ° C);
Olej napędowy - węglowodory o składzie od C13H28 do C19H36 (temperatura wrzenia 200-350 ° C).
Pozostałość z destylacji oleju - olej opałowy - zawiera węglowodory o liczbie atomów węgla od 18 do 50. Przez destylację pod zmniejszonym ciśnieniem olej słoneczny (С18Н28-С25Н52), oleje smarowe (С28Н58-С38Н78), wazelinę i parafinę otrzymuje się z olej opałowy - topliwe mieszaniny stałych węglowodorów.
Pozostałości stałe z destylacji oleju opałowego - smoła i produkty jej przetwarzania - bitum i asfalt są wykorzystywane do produkcji nawierzchni drogowych.
Powiązany gaz naftowy
Pola naftowe zawierają z reguły duże akumulacje tzw. gazu skojarzonego, który jest gromadzony nad ropą w skorupie ziemskiej i częściowo rozpuszczany w niej pod naporem skał leżących na ich powierzchni.
Podobnie jak ropa, gaz z ropy naftowej jest cennym naturalnym źródłem węglowodorów. Zawiera głównie alkany, których cząsteczki mają od 1 do 6 atomów węgla. Oczywiście skład towarzyszącego gazu ropopochodnego jest znacznie uboższy niż ropy naftowej. Jednak mimo to znajduje szerokie zastosowanie zarówno jako paliwo, jak i surowiec dla przemysłu chemicznego. Jeszcze kilkadziesiąt lat temu na większości pól naftowych spalano związany z nimi gaz jako bezużyteczny dodatek do ropy.
Obecnie, na przykład, w Surgut, najbogatszej rosyjskiej spiżarni ropy naftowej, przy użyciu towarzyszącego mu gazu ropopochodnego wytwarzana jest najtańsza na świecie energia elektryczna.
Gaz towarzyszący jest bogatszy w skład różnych węglowodorów niż gaz ziemny. Dzieląc je na ułamki, otrzymują:
Benzyna naturalna - wysoce lotna mieszanina składająca się głównie z lentanu i heksanu;
Mieszanina propan-butan, składająca się, jak sama nazwa wskazuje, z propanu i butanu i łatwo przechodząca w stan ciekły przy wzroście ciśnienia;
Suchy gaz - mieszanina zawierająca głównie metan i etan.
Benzyna naturalna, będąca mieszaniną składników lotnych o małej masie cząsteczkowej, dobrze paruje nawet w niskich temperaturach. Umożliwia to wykorzystanie benzyny gazowej jako paliwa do silników spalinowych na Dalekiej Północy oraz jako dodatku do paliw silnikowych, co ułatwia rozruch silników w warunkach zimowych.
Mieszanka propan-butan w postaci skroplonego gazu jest używana jako paliwo domowe (znane w kraju butle gazowe) oraz do napełniania zapalniczek.
Stopniowe przechodzenie z transportu drogowego na gaz płynny jest jednym z głównych sposobów przezwyciężenia globalnego kryzysu paliwowego i rozwiązania problemów środowiskowych.
Gaz suchy, zbliżony składem do gazu ziemnego, jest również szeroko stosowany jako paliwo.
Jednak wykorzystanie związanego z nim gazu ropopochodnego i jego składników jako paliwa nie jest najbardziej obiecującym sposobem jego wykorzystania.
O wiele bardziej efektywne jest wykorzystanie powiązanych składników gazu ropopochodnego jako surowca do produkcji chemicznej. Wodór, acetylen, węglowodory nienasycone i aromatyczne oraz ich pochodne otrzymuje się z alkanów wchodzących w skład towarzyszącego gazu naftowego.
Węglowodory gazowe mogą nie tylko towarzyszyć ropie w skorupie ziemskiej, ale także tworzyć niezależne akumulacje – złoża gazu ziemnego.
Gazu ziemnego
Gaz ziemny to mieszanina gazowych węglowodorów nasyconych o małej masie cząsteczkowej. Głównym składnikiem gazu ziemnego jest metan, którego udział w zależności od złoża waha się od 75 do 99% objętości.
Oprócz metanu gaz ziemny zawiera etan, propan, butan i izobutan oraz azot i dwutlenek węgla.
Podobnie jak gaz naftowy, gaz ziemny jest wykorzystywany zarówno jako paliwo, jak i surowiec do produkcji różnych substancji organicznych i nieorganicznych.
Wiesz już, że wodór, acetylen i alkohol metylowy, formaldehyd i kwas mrówkowy oraz wiele innych substancji organicznych otrzymuje się z metanu, głównego składnika gazu ziemnego. Jako paliwo gaz ziemny wykorzystywany jest w elektrowniach, w instalacjach kotłowych do ogrzewania wodnego budynków mieszkalnych i przemysłowych, w produkcji wielkopiecowej i martenowskiej.
Zapalając zapałkę i zapalając gaz w kuchennej kuchence gazowej domu miejskiego, „rozpoczyna się” reakcja łańcuchowa utleniania alkanów wchodzących w skład gazu ziemnego.
Węgiel
Poza ropą naftową, naturalnymi i towarzyszącymi gazami ropopochodnymi węgiel jest naturalnym źródłem węglowodorów.
Gdy w trzewiach ziemi tworzy potężne pokłady, jej eksplorowane zasoby znacznie przewyższają zasoby ropy naftowej. Podobnie jak olej, węgiel zawiera dużą ilość różnych substancji organicznych.
Oprócz organicznych obejmuje również substancje nieorganiczne, takie jak woda, amoniak, siarkowodór i oczywiście sam węgiel - węgiel. Jedną z głównych metod przeróbki węgla jest koksowanie – kalcynacja bez dostępu powietrza. W wyniku koksowania, które odbywa się w temperaturze około 1000 ° C, powstają:
Gaz koksowniczy, który zawiera wodór, metan, tlenek węgla i dwutlenek węgla, zanieczyszczenia amoniakiem, azot i inne gazy;
smoła węglowa zawierająca kilkaset różnych substancji organicznych, w tym benzen i jego homologi, fenole i alkohole aromatyczne, naftalen i różne związki heterocykliczne;
supra-smoła lub woda amoniakalna, zawierająca, jak sama nazwa wskazuje, rozpuszczony amoniak, a także fenol, siarkowodór i inne substancje;
koks - stała pozostałość koksowania, prawie czysty węgiel.
Koks wykorzystywany jest do produkcji żelaza i stali, amoniak do produkcji nawozów azotowych i kombinowanych, a znaczenie organicznych produktów koksowniczych jest nie do przecenienia.
Wniosek: zatem ropa naftowa, towarzysząca ropa naftowa i gazy ziemne, węgiel to nie tylko najcenniejsze źródła węglowodorów, ale także część unikalnej spiżarni niezastąpionych zasobów naturalnych, których staranne i rozsądne wykorzystanie jest warunkiem koniecznym dla postępowego rozwoju społeczeństwa ludzkiego.
Naturalnymi źródłami węglowodorów są paliwa kopalne. Większość materii organicznej pochodzi ze źródeł naturalnych. W procesie syntezy związków organicznych jako surowce wykorzystywane są gazy naturalne i towarzyszące, węgiel i węgiel brunatny, ropa naftowa, łupki bitumiczne, torf, produkty pochodzenia zwierzęcego i roślinnego.
Jaki jest skład gazu ziemnego
Skład jakościowy gazu ziemnego składa się z dwóch grup składników: organicznego i nieorganicznego.
Do składników organicznych należą: metan – CH4; propan - C3H8; butan - C4H10; etan - C2H4; cięższe węglowodory zawierające więcej niż pięć atomów węgla. Składniki nieorganiczne obejmują następujące związki: wodór (w małych ilościach) - H2; dwutlenek węgla - CO2; hel - Nie; azot - N2; siarkowodór - H2S.
Jaki dokładnie będzie skład danej mieszanki, zależy od źródła, czyli od złoża. Te same powody wyjaśniają różne właściwości fizyczne i chemiczne gazu ziemnego.
Skład chemiczny
Główną częścią gazu ziemnego jest metan (CH4) - do 98%. Skład gazu ziemnego może również zawierać cięższe węglowodory:
* etan (C2H6),
* propan (C3H8),
* butan (C4H10)
- homologi metanu, a także inne substancje niewęglowodorowe:
* wodór (H2),
* siarkowodór (H2S),
* dwutlenek węgla (CO2),
* azot (N2),
* hel (On) .
Gaz ziemny jest bezbarwny i bezwonny.
Aby móc wykryć wyciek po zapachu, do gazu dodaje się niewielką ilość merkaptanów, które mają silny nieprzyjemny zapach.
Jakie są zalety gazu ziemnego nad innymi paliwami
1. uproszczona ekstrakcja (nie wymaga sztucznego pompowania)
2. gotowy do użycia bez przetwarzania pośredniego (destylacja)
transport w stanie gazowym i ciekłym.
4. minimalna emisja szkodliwych substancji podczas spalania.
5. wygoda dostarczania paliwa w stanie już gazowym podczas jego spalania (niższy koszt sprzętu wykorzystującego ten rodzaj paliwa)
rezerwy większe niż inne paliwa (niższy rynek/wartość)
7. stosowanie w większych sektorach gospodarki niż inne paliwa.
wystarczająca ilość w trzewiach Rosji.
9. Emisje samego paliwa podczas wypadków są mniej toksyczne dla środowiska.
10. wysoka temperatura spalania do wykorzystania w schematach blokowych gospodarki narodowej itp. itp.
Zastosowanie w przemyśle chemicznym
Służy do produkcji tworzyw sztucznych, alkoholu, gumy, kwasów organicznych. Dopiero przy użyciu gazu ziemnego można syntetyzować chemikalia, których po prostu nie można znaleźć w przyrodzie, takie jak polietylen.
metan wykorzystywany jest jako surowiec do produkcji acetylenu, amoniaku, metanolu i cyjanowodoru. Jednocześnie gaz ziemny jest główną bazą surowcową do produkcji amoniaku. Prawie trzy czwarte całego amoniaku wykorzystywane jest do produkcji nawozów azotowych.
Cyjanowodór, już otrzymany z amoniaku, wraz z acetylenem służy jako wyjściowy surowiec do produkcji różnych włókien syntetycznych. Acetylen może być używany do produkcji różnych warstw, które są dość szeroko stosowane w przemyśle i życiu codziennym.
Produkuje również jedwab acetatowy.
Gaz ziemny jest jednym z najlepszych paliw wykorzystywanych na potrzeby przemysłowe i domowe. Jego wartość jako paliwa polega również na tym, że to paliwo mineralne jest dość przyjazne dla środowiska. Podczas spalania pojawia się znacznie mniej szkodliwych substancji w porównaniu z innymi rodzajami paliwa.
Najważniejsze produkty naftowe
Z oleju w procesie przetwarzania paliw (ciekłych i gazowych), olejów smarowych i smarów, rozpuszczalników, poszczególnych węglowodorów - etylenu, propylenu, metanu, acetylenu, benzenu, toluenu, ksylo itp., stałych i półstałych mieszanin węglowodorów ( parafina, wazelina, cerezyna), bitum naftowy, sadza (sadza), kwasy ropopochodne i ich pochodne.
Paliwa płynne otrzymywane w procesie rafinacji ropy naftowej dzielą się na paliwa silnikowe i kotłowe.
Paliwa gazowe obejmują skroplone gazy węglowodorowe wykorzystywane w usługach domowych. Są to mieszanki propanu i butanu w różnych proporcjach.
Oleje przeznaczone do płynnego smarowania różnych maszyn i mechanizmów dzielą się w zależności od zastosowania na oleje przemysłowe, turbinowe, sprężarkowe, przekładniowe, izolacyjne, silnikowe.
Smary to oleje naftowe zagęszczone mydłami, stałymi węglowodorami i innymi zagęszczaczami.
Poszczególne węglowodory otrzymywane w wyniku przeróbki ropy naftowej i gazu naftowego służą jako surowce do produkcji polimerów i produktów syntezy organicznej.
Spośród nich najważniejsze są te ograniczające - metan, etan, propan, butan; nienasycone - etylen, propylen; aromatyczne - benzen, toluen, ksyleny. Ponadto produktami rafinacji ropy naftowej są węglowodory nasycone o dużej masie cząsteczkowej (C16 i wyższe) - parafiny, cerezyny, stosowane w przemyśle perfumeryjnym oraz jako zagęszczacze smarów.
Bitum naftowy, otrzymywany z ciężkich pozostałości olejowych w procesie utleniania, jest używany do budowy dróg, do produkcji materiałów dachowych, do przygotowania lakierów asfaltowych i farb drukarskich itp.
Jednym z głównych produktów rafinacji ropy naftowej jest paliwo silnikowe, w skład którego wchodzą benzyna lotnicza i silnikowa.
Jakie znasz główne naturalne źródła węglowodorów?
Naturalnymi źródłami węglowodorów są paliwa kopalne.
Większość materii organicznej pochodzi ze źródeł naturalnych. W procesie syntezy związków organicznych jako surowce wykorzystywane są gazy naturalne i towarzyszące, węgiel i węgiel brunatny, ropa naftowa, łupki bitumiczne, torf, produkty pochodzenia zwierzęcego i roślinnego.
12Dalej
Odpowiedzi do paragrafu 19
1. Jakie znasz główne naturalne źródła węglowodorów?
Ropa naftowa, gaz ziemny, łupki, węgiel.
Jaki jest skład gazu ziemnego? Wskaż na mapie geograficznej najważniejsze złoża: a) gaz ziemny; gotować; c) węgiel.
3. Jakie zalety ma gaz ziemny nad innymi paliwami? Do czego wykorzystywany jest gaz ziemny w przemyśle chemicznym?
Gaz ziemny, w porównaniu z innymi źródłami węglowodorów, jest najłatwiejszy do wydobycia, transportu i przetwarzania.
W przemyśle chemicznym gaz ziemny wykorzystywany jest jako źródło węglowodorów o niskiej masie cząsteczkowej.
4. Napisz równania reakcji otrzymywania: a) acetylenu z metanu; b) kauczuk chloroprenowy z acetylenu; c) czterochlorek węgla z metanu.
5. Jaka jest różnica między powiązanymi gazami ropopochodnymi a gazem ziemnym?
Gazy towarzyszące to lotne węglowodory rozpuszczone w oleju.
Ich izolacja następuje przez destylację. W przeciwieństwie do gazu ziemnego może być uwalniany na każdym etapie zagospodarowania pola naftowego.
6. Opisać główne produkty otrzymywane z towarzyszących gazów ropopochodnych.
Główne produkty: metan, etan, propan, n-butan, pentan, izobutan, izopentan, n-heksan, n-heptan, izomery heksanu i heptanu.
Wymień najważniejsze produkty naftowe, wskaż ich skład i obszary ich zastosowania.
8. Jakie oleje smarowe są używane do produkcji?
Oleje silnikowe do przekładni, emulsje przemysłowe, chłodząco-smarujące do obrabiarek itp.
Jak przebiega rafinacja ropy naftowej?
10. Co to jest kraking olejowy? Napisz równanie dla reakcji rozszczepiania węglowodorów oraz
podczas tego procesu.
Dlaczego podczas bezpośredniej destylacji ropy można uzyskać nie więcej niż 20% benzyny?
Ponieważ zawartość frakcji benzynowej w oleju jest ograniczona.
12. Jaka jest różnica między krakingiem termicznym a krakingiem katalitycznym? Opisz benzyny krakingowe termiczne i katalityczne.
W krakingu termicznym konieczne jest podgrzanie reagentów do wysokich temperatur, w krakingu katalitycznym wprowadzenie katalizatora zmniejsza energię aktywacji reakcji, co umożliwia znaczne obniżenie temperatury reakcji.
Jak praktycznie można odróżnić krakowaną benzynę od benzyny z pierwotną eksploatacją?
Benzyna krakingowa ma wyższą liczbę oktanową niż benzyna pierwotna, tj. bardziej odporny na detonację i zalecany do stosowania w silnikach spalinowych.
14. Co to jest aromatyzacja olejków? Napisz równania reakcji, które wyjaśniają ten proces.
Jakie są główne produkty uzyskiwane z koksowania węgla?
Naftalen, antracen, fenantren, fenole i oleje węglowe.
16. Jak powstaje koks i gdzie jest wykorzystywany?
Koks jest szarym, porowatym produktem stałym otrzymywanym przez powlekanie węgla w temperaturze 950-1100 bez tlenu.
Stosowany jest do wytopu żelaza, jako paliwo bezdymne, reduktor rudy żelaza, materiały wsadowe proszek do pieczenia.
17. Jakie są główne produkty otrzymują:
a) ze smoły węglowej; b) z wody smołowej; c) z gazu koksowniczego? Gdzie są stosowane? Jakie substancje organiczne można uzyskać z gazu koksowniczego?
a) benzen, toluen, naftalen - przemysł chemiczny
b) amoniak, fenole, kwasy organiczne – przemysł chemiczny
c) wodór, metan, etylen - paliwo.
Przypomnij sobie wszystkie główne sposoby otrzymywania węglowodorów aromatycznych. Jaka jest różnica między metodami pozyskiwania węglowodorów aromatycznych z produktów koksowania węgla i ropy naftowej? Napisz równania dla odpowiednich reakcji.
Różnią się one metodami produkcji: rafinacja pierwotna ropy naftowej opiera się na różnicy właściwości fizycznych różnych frakcji, a koksowanie opiera się wyłącznie na właściwościach chemicznych węgla.
Wyjaśnij, w jaki sposób w procesie rozwiązywania problemów energetycznych w kraju ulegną poprawie sposoby przetwarzania i wykorzystania naturalnych zasobów węglowodorów.
Poszukiwanie nowych źródeł energii, optymalizacja procesów produkcji i rafinacji ropy, opracowywanie nowych katalizatorów w celu obniżenia kosztów całej produkcji itp.
20. Jakie są perspektywy pozyskania paliwa płynnego z węgla?
W przyszłości pozyskiwanie paliwa płynnego z węgla jest możliwe pod warunkiem obniżenia kosztów jego produkcji.
Zadanie 1.
Wiadomo, że gaz zawiera frakcje objętościowe 0,9 metanu, 0,05 etanu, 0,03 propanu, 0,02 azotu. Jaka objętość powietrza jest potrzebna do spalenia 1 m3 tego gazu w normalnych warunkach?
Zadanie 2.
Jaka objętość powietrza (NO) jest potrzebna do spalenia 1 kg heptanu?
Zadanie 3. Oblicz, jaką objętość (w l) i jaką masę (w kg) tlenku węgla (IV) uzyskamy po spaleniu 5 moli oktanu (n.o.).
Głównymi źródłami węglowodorów na naszej planecie są gazu ziemnego, olej oraz węgiel. Miliony lat przechowywania w trzewiach ziemi przetrwały najbardziej stabilne węglowodory: nasycone i aromatyczne.
Gaz ziemny składa się głównie z metan z zanieczyszczeniami innymi gazowymi alkanami, azotem, dwutlenkiem węgla i niektórymi innymi gazami; węgiel zawiera głównie policykliczne Aromatyczne węglowodory.
Ropa naftowa, w przeciwieństwie do gazu ziemnego i węgla, zawiera całą gamę składników:
W oleju występują również inne substancje: heteroatomowe związki organiczne (zawierające siarkę, azot, tlen i inne pierwiastki), woda z rozpuszczonymi w niej solami, stałe cząstki innych skał i inne zanieczyszczenia.
Ciekawostka: Węglowodory znajdują się również w kosmosie, także na innych planetach.
Na przykład metan stanowi dużą część atmosfery Urana i odpowiada za jego jasnoturkusowy kolor widziany przez teleskop. Atmosfera Tytana, największego satelity Saturna, składa się głównie z azotu, ale zawiera również węglowodory metan, etan, propan, etyn, propyn, butadiinę i ich pochodne; czasami pada metan, a rzeki węglowodorów wpływają do jezior węglowodorów na powierzchni Tytana.
Obecność węglowodorów nienasyconych wraz z wodorem nasyconym i cząsteczkowym wynika z działania promieniowania słonecznego.
Mendelejew jest właścicielem wyrażenia: „Spalanie oleju jest takie samo, jak ogrzewanie pieca banknotami”. Dzięki pojawieniu się i rozwojowi technologii rafinacji ropy naftowej w XX wieku ropa zmieniła się ze zwykłego paliwa w najcenniejsze źródło surowca dla przemysłu chemicznego.
Produkty naftowe są obecnie wykorzystywane w prawie wszystkich gałęziach przemysłu.
Pierwotna rafinacja oleju jest trening, czyli oczyszczanie oleju z zanieczyszczeń nieorganicznych i rozpuszczonego w nim gazu ropopochodnego, oraz destylacja czyli fizyczny podział na frakcje w zależności od temperatury wrzenia:
Z oleju opałowego pozostałego po destylacji oleju pod ciśnieniem atmosferycznym, pod działaniem próżni, wyodrębnia się składniki o dużej masie cząsteczkowej, nadające się do przerobu na oleje mineralne, paliwa silnikowe i inne produkty, a pozostała część - smoła- używany do produkcji bitumu.
W procesie rafinacji ropy poszczególne frakcje poddawane są: przemiany chemiczne.
Są to kraking, reforming, izomeryzacja i wiele innych procesów pozwalających na otrzymanie węglowodorów nienasyconych i aromatycznych, alkanów rozgałęzionych i innych cennych produktów naftowych. Część z nich przeznaczana jest na produkcję wysokiej jakości paliw i różnych rozpuszczalników, a część to surowce do produkcji nowych związków organicznych i materiałów dla różnych gałęzi przemysłu.
Należy jednak pamiętać, że zasoby węglowodorów w przyrodzie uzupełniają się znacznie wolniej niż ludzkość je zużywa, a proces przetwarzania i spalania produktów naftowych wprowadza silne odchylenia w równowadze chemicznej przyrody.
Oczywiście prędzej czy później natura przywróci równowagę, ale może to przerodzić się w poważne problemy dla człowieka. W związku z tym, nowe technologie w celu odejścia w przyszłości od wykorzystywania węglowodorów jako paliwa.
Aby rozwiązać takie globalne problemy, konieczne jest rozwój nauk podstawowych i głębokie zrozumienie otaczającego nas świata.
Głównymi naturalnymi źródłami węglowodorów są ropa, gaz, węgiel. Większość substancji chemii organicznej jest z nich izolowana. Więcej o tej klasie substancji organicznych omówiono poniżej.
Skład minerałów
Węglowodory to najszersza klasa substancji organicznych. Należą do nich acykliczne (liniowe) i cykliczne klasy związków. Przydziel węglowodory nasycone (limit) i nienasycone (nienasycone).
Węglowodory nasycone obejmują związki z wiązaniami pojedynczymi:
- alkany- połączenia liniowe;
- cykloalkany- substancje cykliczne.
Węglowodory nienasycone obejmują substancje z wieloma wiązaniami:
- alkeny- zawierają jedno podwójne wiązanie;
- alkiny- zawierają jedno potrójne wiązanie;
- alkadieny- zawiera dwa podwójne wiązania.
Oddzielnie wyróżnia się klasę arenów lub węglowodorów aromatycznych zawierających pierścień benzenowy.
Ryż. 1. Klasyfikacja węglowodorów.
Węglowodory gazowe i ciekłe są izolowane z minerałów. W tabeli bardziej szczegółowo opisano naturalne źródła węglowodorów.
Źródło |
Rodzaje |
|
Alkany, cykloalkany, areny, tlen, azot, związki siarki |
||
|
Metan z zanieczyszczeniami (nie więcej niż 5%): propan, butan, dwutlenek węgla, azot, siarkowodór, para wodna. Gaz ziemny zawiera więcej metanu niż gaz towarzyszący |
|
|
Węgiel, wodór, siarka, azot, tlen, węglowodory |
W Rosji produkuje się rocznie ponad 600 mld m 3 gazu, 500 mln ton ropy i 300 mln ton węgla.
Recykling
Minerały są wykorzystywane w postaci przetworzonej. Węgiel kamienny jest kalcynowany bez dostępu tlenu (proces koksowania) w celu wyodrębnienia kilku frakcji:
- gaz koksowniczy- mieszanina metanu, tlenków węgla (II) i (IV), amoniaku, azotu;
- smoła węglowa- mieszanina benzenu, jego homologów, fenolu, arenów, związków heterocyklicznych;
- woda amoniakalna- mieszanina amoniaku, fenolu, siarkowodoru;
- koks- produkt końcowy koksowania zawierający czysty węgiel.
Ryż. 2. Koksowanie.
Jedną z wiodących gałęzi światowego przemysłu jest rafinacja ropy naftowej. Ropa wydobywana z wnętrzności ziemi nazywana jest ropą. Jest przetwarzany. Najpierw przeprowadza się mechaniczne oczyszczanie z zanieczyszczeń, a następnie oczyszczony olej jest destylowany w celu uzyskania różnych frakcji. Tabela opisuje główne frakcje olejów.
Frakcja |
Mieszanina |
Co oni dostają |
Alkany gazowe od metanu do butanu |
||
Benzyna |
Alkany od pentanu (C 5 H 12) do undekanu (C 11 H 24) |
Benzyna, etery |
Ropa |
Alkany od oktanu (C 8 H 18) do tetradekanu (C 14 H 30) |
Nafta (ciężka benzyna) |
Nafta oczyszczona |
||
Diesel |
Alkany od tridekanu (C 13 H 28) do nonadekanu (C 19 H 36) |
|
Alkany od pentadekanu (C 15 H 32) do pentakontanu (C 50 H 102) |
Oleje smarowe, wazelina, bitum, parafina, smoła |
Ryż. 3. Destylacja oleju.
Węglowodory są wykorzystywane do produkcji tworzyw sztucznych, włókien, leków. Jako paliwa domowe stosuje się metan i propan. Koks wykorzystywany jest do produkcji żelaza i stali. Kwas azotowy, amoniak, nawozy produkowane są z wody amoniakalnej. Smoła jest używana w budownictwie.
Czego się nauczyliśmy?
Z tematu lekcji dowiedzieliśmy się, z jakich naturalnych źródeł węglowodory są izolowane. Ropa naftowa, węgiel, gazy naturalne i towarzyszące są wykorzystywane jako surowce do związków organicznych. Minerały są oczyszczane i dzielone na frakcje, z których uzyskuje się substancje nadające się do produkcji lub bezpośredniego wykorzystania. Z oleju produkowane są paliwa płynne i oleje. Gazy zawierają metan, propan, butan używane jako paliwo domowe. Z węgla izoluje się surowce płynne i stałe do produkcji stopów, nawozów i leków.
Quiz tematyczny
Ocena raportu
Średnia ocena: 4.2. Łączna liczba otrzymanych ocen: 66.