Głównym naturalnym źródłem butanu jest. Wiadomość o naturalnych źródłach węglowodorów
Związki składające się wyłącznie z atomów węgla i wodoru.
Węglowodory dzielą się na cykliczne (związki karbocykliczne) i acykliczne.
Cykliczne (karbocykliczne) to związki, które zawierają jeden lub więcej cykli składających się wyłącznie z atomów węgla (w przeciwieństwie do związków heterocyklicznych zawierających heteroatomy - azot, siarkę, tlen itp.). Związki karbocykliczne dzielimy z kolei na związki aromatyczne i niearomatyczne (alicykliczne).
Węglowodory acykliczne obejmują związki organiczne, których cząsteczki szkieletu węglowego mają łańcuchy otwarte.
Łańcuchy te mogą być utworzone przez wiązania pojedyncze (alkany), zawierać jedno wiązanie podwójne (alkeny), dwa lub więcej wiązań podwójnych (dieny lub polieny) lub jedno wiązanie potrójne (alkiny).
Jak wiadomo, łańcuchy węglowe są częścią większości materia organiczna. W ten sposób nabywa się badanie węglowodorów specjalne znaczenie, ponieważ związki te stanowią podstawę strukturalną innych klas związków organicznych.
Ponadto węglowodory, zwłaszcza alkany, są głównymi naturalnymi źródłami związków organicznych i podstawą najważniejszych syntez przemysłowych i laboratoryjnych (Schemat 1).
Już wiesz, że są to węglowodory najważniejszy typ surowce dla przemysłu chemicznego. Z kolei węglowodory są dość powszechne w przyrodzie i można je wyodrębnić z różnych źródeł naturalnych: ropy naftowej, pochodnej ropy naftowej i gazu ziemnego, węgiel. Przyjrzyjmy się im bliżej.
Olej- naturalna złożona mieszanina węglowodorów, głównie alkanów o strukturze liniowej i rozgałęzionej, zawierająca od 5 do 50 atomów węgla w cząsteczkach, z innymi substancjami organicznymi. Jego skład w istotny sposób zależy od miejsca jego wydobycia (złoża), oprócz alkanów może zawierać cykloalkany i Aromatyczne węglowodory.
Składniki gazowe i stałe oleju rozpuszczają się w jego składnikach ciekłych, co decyduje o jego stan skupienia. Olej jest oleistą cieczą o ciemnej (brązowej do czarnej) barwie i charakterystycznym zapachu, nierozpuszczalną w wodzie. Jego gęstość jest mniejsza od gęstości wody, dlatego gdy olej dostanie się do niej, rozprzestrzenia się po powierzchni, uniemożliwiając rozpuszczenie się w wodzie tlenu i innych gazów powietrznych. Jest oczywiste, że olej przedostający się do naturalnych zbiorników wodnych powoduje śmierć mikroorganizmów i zwierząt, prowadząc do katastrof ekologicznych, a nawet katastrof. Istnieją bakterie, które mogą wykorzystywać składniki oleju jako pożywienie, przekształcając je w nieszkodliwe produkty swojej życiowej aktywności. Oczywiste jest, że zastosowanie kultur tych bakterii jest najbardziej bezpiecznym dla środowiska i obiecującym sposobem zwalczania zanieczyszczenia środowiska ropą podczas jej produkcji, transportu i rafinacji.
W naturze 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 stała temperatura wrzenie. Oczywiste jest, że każdy z jego składników zachowuje w mieszaninie swoje indywidualne właściwości fizyczne, co umożliwia rozdzielenie oleju na jego składniki. W tym celu oczyszcza się go z zanieczyszczeń mechanicznych oraz związków zawierających siarkę i poddaje tzw. destylacji frakcyjnej, czyli rektyfikacji.
Destylacja frakcyjna - metoda fizyczna oddzielanie mieszaniny składników od różne temperatury wrzenie.
Destylacja prowadzona jest w specjalnych instalacjach – kolumnach destylacyjnych, w których powtarzane są cykle kondensacji i odparowania substancji ciekłych zawartych w oleju (ryc. 9).
Opary powstałe podczas wrzenia mieszaniny substancji są wzbogacane składnikiem o niższej temperaturze wrzenia (tj. o niższej temperaturze). Opary te są zbierane, skraplane (schłodzone do temperatury poniżej wrzenia) i ponownie doprowadzane do wrzenia. W tym przypadku powstają pary jeszcze bardziej wzbogacone substancją niskowrzącą. Powtarzając te cykle wielokrotnie, można osiągnąć niemal całkowite oddzielenie substancji zawartych w mieszaninie.
Do kolumny destylacyjnej trafia olej podgrzany w piecu rurowym do temperatury 320-350°C. Kolumna destylacyjna posiada poziome przegrody z otworami – tzw. tace, na których następuje kondensacja frakcji olejowych. Frakcje niskowrzące gromadzą się na wyższych, a wysokowrzące na niższych.
W procesie rektyfikacji olej dzieli się na następujące frakcje:
Gazy rektyfikacyjne to mieszanina węglowodorów o niskiej masie cząsteczkowej, głównie propanu i butanu, o temperaturze wrzenia do 40°C;
Frakcja benzyny (benzyna) - węglowodory o składzie od C 5 H 12 do C 11 H 24 (temperatura wrzenia 40-200 ° C); przy drobniejszym 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).
Pozostałą część destylacji ropy naftowej stanowi olej opałowy- zawiera węglowodory o liczbie atomów węgla od 18 do 50. W wyniku destylacji pod zmniejszonym ciśnieniem z oleju opałowego, oleju napędowego (C18H28-C25H52), olejów smarowych (C28H58-C38H78), wazeliny i parafiny otrzymuje się - mieszaniny niskotopliwe stałych węglowodorów. Do produkcji nawierzchni drogowych wykorzystuje się stałą pozostałość po destylacji oleju opałowego – smołę oraz produkty jej przerobu – bitumy i asfalt.
Produkty otrzymane w wyniku rektyfikacji oleju poddawane są obróbka chemiczna, w tym liczba złożone procesy. Jednym z nich jest kraking produktów naftowych. Już wiesz, że olej opałowy jest rozdzielany na składniki pod zmniejszonym ciśnieniem. Wyjaśnia to fakt, że kiedy ciśnienie atmosferyczne jego składniki zaczynają się rozkładać przed osiągnięciem temperatury wrzenia. To jest właśnie podstawa pękania.
Pękanie - rozkład termiczny produktów naftowych, prowadzący do powstania węglowodorów o mniejszej liczbie atomów węgla w cząsteczce.
Wyróżnia się kilka rodzajów krakingu: termiczny, katalityczny, wysokociśnieniowy i redukcyjny.
Kraking termiczny polega na rozszczepieniu cząsteczek węglowodorów o długim łańcuchu węglowym na krótsze pod wpływem wysokiej temperatury (470-550°C). Podczas tego rozszczepienia wraz z alkanami tworzą się alkeny.
W ogólna perspektywa reakcję tę można zapisać w następujący sposób:
C n H 2n+2 -> C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k
alkan alkan alken
z długim łańcuchem
Powstałe węglowodory można ponownie rozbić, tworząc alkany i alkeny o jeszcze krótszym łańcuchu atomów węgla w cząsteczce:
Konwencjonalny kraking termiczny wytwarza wiele węglowodorów gazowych o niskiej masie cząsteczkowej, które można wykorzystać jako surowce do produkcji alkoholi, kwasów karboksylowych i związków o dużej masie cząsteczkowej (na przykład polietylenu).
Kraking katalityczny zachodzi w obecności katalizatorów, w których wykorzystuje się naturalne glinokrzemiany o składzie RA1203" T8Iu2-
Kraking przy użyciu katalizatorów prowadzi do powstania węglowodorów posiadających w cząsteczce rozgałęziony lub zamknięty łańcuch atomów węgla. Zawartość węglowodorów o tej strukturze w paliwie silnikowym znacząco podnosi jego jakość, przede wszystkim odporność na detonację – liczbę oktanową benzyny.
Kraking produktów naftowych następuje w godz wysokie temperatury aha, dlatego często tworzą się osady węgla (sadza), zanieczyszczając powierzchnię katalizatora, co gwałtownie zmniejsza jego aktywność.
Oczyszczenie powierzchni katalizatora z nagaru – jego regeneracja – jest głównym warunkiem praktycznego zastosowania krakingu katalitycznego. Najprostszym i najtańszym sposobem regeneracji katalizatora jest jego prażenie, podczas którego osady węglowe utleniają się tlenem atmosferycznym. Z powierzchni katalizatora usuwane są gazowe produkty utleniania (głównie dwutlenek węgla i dwutlenek siarki).
Kraking katalityczny jest procesem heterogenicznym, w którym biorą udział substancje stałe (katalizator) i gazowe (pary węglowodorów). Jest oczywiste, że regeneracja katalizatora – oddziaływanie stałej sadzy z tlenem atmosferycznym – jest również procesem heterogenicznym.
Reakcje heterogeniczne(gaz - ciało stałe) przepływają szybciej wraz ze wzrostem powierzchni solidny. Dlatego katalizator ulega rozdrobnieniu, a jego regeneracja i kraking węglowodorów odbywa się w „złożu fluidalnym”, znanym Państwu z produkcji kwasu siarkowego.
Surowiec krakingowy, taki jak olej napędowy, wchodzi do reaktora stożkowego. Dolna część reaktora ma mniejszą średnicę, przez co natężenie przepływu oparów surowca jest bardzo duże. Przeprowadzka z wysoka prędkość gaz wychwytuje cząstki katalizatora i przenosi je do górnej części reaktora, gdzie ze względu na wzrost jego średnicy zmniejsza się natężenie przepływu. Pod wpływem grawitacji cząstki katalizatora opadają do dolnej, węższej części reaktora, skąd ponownie są unoszone do góry. Zatem każde ziarno katalizatora jest w środku ciągły ruch i jest przemywany ze wszystkich stron reagentem gazowym.
Część ziaren katalizatora przedostaje się do zewnętrznej, szerszej części reaktora i nie napotykając oporu przepływu gazu, opada do dolnej części, gdzie jest wychwytywana przez strumień gazu i kierowana do regeneratora. Tam, w trybie „złoża fluidalnego”, katalizator jest wypalany i zawracany do reaktora.
W ten sposób katalizator krąży pomiędzy reaktorem a regeneratorem i usuwane są z nich gazowe produkty krakingu i prażenia.
Zastosowanie katalizatorów krakingu pozwala na nieznaczne zwiększenie szybkości reakcji, obniżenie jej temperatury i poprawę jakości produktów krakingu.
Powstałe węglowodory frakcji benzynowej mają głównie strukturę liniową, co prowadzi do niskiej odporności powstałej benzyny na detonację.
Pojęcie „odporności na uderzenia” rozważymy później, na razie zauważymy jedynie, że węglowodory o cząsteczkach o rozgałęzionej strukturze mają znacznie większą odporność na detonację. Istnieje możliwość zwiększenia udziału izomerycznych węglowodorów rozgałęzionych w mieszaninie powstałej podczas krakingu poprzez dodanie do układu katalizatorów izomeryzacji.
Pola naftowe zawierają z reguły duże nagromadzenia tzw. towarzyszącego gazu ziemnego, który gromadzi się nad ropą w skorupa Ziemska i częściowo rozpuszcza się w nim pod naporem leżących nad nim skał. Podobnie jak ropa naftowa, gaz ropopochodny jest cennym naturalnym źródłem węglowodorów. Zawiera głównie alkany, których cząsteczki zawierają od 1 do 6 atomów węgla. Oczywiste jest, że skład towarzyszącego gazu ziemnego jest znacznie uboższy niż ropy. Jednak pomimo tego jest również szeroko stosowany zarówno jako paliwo, jak i surowiec dla przemysłu chemicznego. Zaledwie kilkadziesiąt lat temu na większości pól naftowych spalano gaz ziemny jako bezużyteczny dodatek do ropy. Obecnie na przykład w Surgut, najbogatszych złożach ropy w Rosji, najtańsza energia elektryczna na świecie jest wytwarzana przy użyciu towarzyszącego jej gazu ziemnego jako paliwa.
Jak już wspomniano, towarzyszący gaz naftowy, w porównaniu z gazem ziemnym, ma bogatszy skład w różne węglowodory. Dzieląc je na ułamki otrzymujemy:
Benzyna gazowa jest bardzo lotną mieszaniną składającą się głównie z lentanu i heksanu;
Mieszanka propan-butan, składająca się, jak sama nazwa wskazuje, z propanu i butanu, łatwo przechodząca w stan ciekły pod wpływem wzrostu ciśnienia;
Gaz suchy jest mieszaniną zawierającą głównie metan i etan.
Benzyna gazowa, będąca mieszaniną lotnych składników o małej masie cząsteczkowej, dobrze odparowuje nawet w temp niskie temperatury. Pozwala to na wykorzystanie benzyny gazowej jako paliwa do silników wewnętrzne spalanie na Dalekiej Północy oraz jako dodatek do paliw silnikowych, ułatwiający rozruch silnika w warunkach zimowych.
Mieszankę propanu i butanu w postaci skroplonego gazu wykorzystuje się jako paliwo do użytku domowego (znane butle z gazem w domku letniskowym) oraz do napełniania zapalniczek. Stopniowe tłumaczenie transport drogowy na gazie skroplonym - jeden z głównych sposobów przezwyciężenia światowego kryzysu paliwowego i rozwiązania problemów środowiskowych.
Jako paliwo powszechnie stosuje się także suchy gaz, zbliżony składem do gazu ziemnego.
Jednakże wykorzystanie powiązanego gazu ziemnego i jego składników jako paliwa nie jest najbardziej obiecującym sposobem jego wykorzystania.
O wiele bardziej efektywne jest wykorzystanie powiązanych składników gazu ziemnego jako surowców produkcja chemiczna. Z alkanów tworzących towarzyszący gaz naftowy otrzymuje się wodór, acetylen, węglowodory nienasycone i aromatyczne oraz ich pochodne.
Węglowodory gazowe mogą nie tylko towarzyszyć ropie w skorupie ziemskiej, ale także tworzyć niezależne nagromadzenia - złoża gazu ziemnego.
Gazu ziemnego
- mieszanina gazowych węglowodorów nasyconych o niskiej masie cząsteczkowej. Głównym składnikiem gazu ziemnego jest metan, którego udział w zależności od złoża waha się od 75 do 99% objętościowych. Oprócz metanu do gazu ziemnego zalicza się etan, propan, butan i izobutan, a także azot i dwutlenek węgla.
Podobnie jak powiązany olej, gazu ziemnego Wykorzystywany jest zarówno jako paliwo, jak i surowiec do produkcji różnorodnych substancji organicznych i nieorganicznych. Wiesz już, że metan, główny składnik gazu ziemnego, wytwarza wodór, acetylen i alkohol metylowy, formaldehyd i kwas mrówkowy oraz wiele innych substancji organicznych. Gaz ziemny wykorzystywany jest jako paliwo w elektrowniach, w instalacjach kotłowych do podgrzewania wody w budynkach mieszkalnych oraz budynki przemysłowe, w wielkim piecu i produkcji martenowskiej. Zapalając zapałkę i zapalając gaz w kuchence gazowej miejskiego domu, „zaczynasz” reakcja łańcuchowa utlenianie alkanów zawartych w gazie ziemnym. Oprócz ropy naftowej, naturalnych i pochodnych gazów ropopochodnych, węgiel jest naturalnym źródłem węglowodorów. 0n tworzy grube warstwy we wnętrzu ziemi, a jego potwierdzone zasoby znacznie przewyższają zasoby ropy. Podobnie jak ropa, węgiel zawiera duża liczba różne substancje organiczne. Oprócz substancji organicznych zawiera również substancje nieorganiczne, takie jak woda, amoniak, siarkowodór i oczywiście sam węgiel - węgiel. Jedną z głównych metod przerobu węgla jest koksowanie – kalcynacja bez dostępu powietrza. W wyniku koksowania prowadzonego w temperaturze około 1000°C powstają:
Gaz koksowniczy, który zawiera wodór, metan, dwutlenek węgla i dwutlenek węgla, domieszki amoniaku, azotu i innych gazów;
smoła węglowa zawierająca kilkusetkrotnie więcej substancji organicznych, w tym benzen i jego homologi, fenole i alkohole aromatyczne, naftalen i różne związki heterocykliczne;
suprasin lub woda amoniakalna, zawierająca, jak sama nazwa wskazuje, rozpuszczony amoniak, a także fenol, siarkowodór i inne substancje;
koks to stała pozostałość po koksowaniu, prawie czysty węgiel.
Używa się coli w produkcji żelaza i stali, amoniaku – w produkcji nawozów azotowych i wieloskładnikowych oraz znaczenie organicznych produktów koksujących jest nie do przecenienia.
Tym samym ropa naftowa i gazy ziemne, węgiel są nie tylko najcenniejszym źródłem węglowodorów, ale także częścią unikalnego magazynu niezastąpionych zasoby naturalne, którego ostrożne i rozsądne użycie - warunek konieczny postępujący rozwój społeczeństwa ludzkiego.
1. Wymień główne naturalne źródła węglowodorów. Jakie substancje organiczne znajdują się w każdym z nich? Co łączy ich kompozycje?
2. Opisać właściwości fizyczne oleju. Dlaczego nie ma stałej temperatury wrzenia?
3. Podsumowując doniesienia medialne, opisz katastrofy ekologiczne spowodowane wyciekami ropy i sposoby przezwyciężenia ich skutków.
4. Co to jest sprostowanie? Na czym opiera się ten proces? Nazwij frakcje powstałe w wyniku rektyfikacji oleju. Czym się od siebie różnią?
5. Co to jest pękanie? Podaj równania trzech reakcji odpowiadających krakingowi produktów naftowych.
6. Jakie znasz rodzaje pęknięć? Co łączy te procesy? Czym się od siebie różnią? Co jest zasadnicza różnica różne rodzaje produktów krakingowych?
7. Dlaczego powiązany gaz ziemny ma taką nazwę? Jakie są jego główne składniki i jakie są ich zastosowania?
8. Czym gaz ziemny różni się od towarzyszącego mu gazu ropopochodnego? Co łączy ich kompozycje? Podaj równania reakcji spalania wszystkich znanych Ci składników gazu ziemnego.
9. Podaj równania reakcji, za pomocą których można otrzymać benzen z gazu ziemnego. Podaj warunki tych reakcji.
10. Co to jest koksowanie? Jakie są jego produkty i ich skład? Podaj równania reakcji charakterystyczne dla znanych Ci produktów węgla koksowego.
11. Wyjaśnij, dlaczego spalanie ropy naftowej, węgla i towarzyszącego im gazu ziemnego nie jest najbardziej racjonalnym sposobem ich wykorzystania.
Naturalnymi źródłami węglowodorów są paliwa kopalne – ropa naftowa i
gaz, węgiel i torf. Złoża ropy naftowej i gazu powstały 100-200 milionów lat temu
powrót z mikroskopu rośliny morskie i zwierzęta, które okazały się być
zawarte w skałach osadowych powstałych na dnie morskim, w odróżnieniu od
Ten węgiel i torf zaczęły powstawać 340 milionów lat temu z roślin,
rosnące na lądzie.
Gaz ziemny i ropa naftowa powszechnie występują wraz z wodą
warstwy roponośne zlokalizowane pomiędzy warstwami skalnymi (ryc. 2). Termin
„gaz ziemny” odnosi się także do gazów powstających w przyrodzie
warunki powstałe w wyniku rozkładu węgla. Gaz ziemny i ropa naftowa
rozwijają się na wszystkich kontynentach z wyjątkiem Antarktydy. Największy
Producenci gazu ziemnego na świecie to Rosja, Algieria, Iran i
Stany Zjednoczone. Największymi producentami ropy naftowej są
Wenezuela, Arabia Saudyjska, Kuwejtu i Iranu.
Gaz ziemny składa się głównie z metanu (tab. 1).
Ropa naftowa jest oleistą cieczą, której kolor może
być bardzo różnorodny - od ciemnobrązowego lub zielonego do prawie
bezbarwny. Zawiera duża liczba alkany. Wśród nich są
alkany proste, alkany rozgałęzione i cykloalkany z liczbą atomów
węgiel od pięciu do 40. Przemysłowa nazwa tych cykloalkanów to nachta. W
ropa naftowa zawiera również około 10% substancji aromatycznych
węglowodory, a także niewielkie ilości innych związków zawierających
siarka, tlen i azot.
Tabela 1 Skład gazu ziemnego
Węgiel jest najstarsze źródło energię, z którą jesteś zaznajomiony
ludzkość. Jest to minerał (ryc. 3), z którego powstał
materia roślinna w procesie metamorfizmu. Metamorficzny
są nazywane skały, którego skład uległ zmianom pod wpływem warunków
wysokie ciśnienia, a także wysokie temperatury. Produkt pierwszego etapu w
procesem powstawania węgla jest torf, czyli tzw
rozłożona materia organiczna. Węgiel powstaje z torfu po
jest pokryty skałami osadowymi. Te skały osadowe nazywane są
przeciążony. Przeciążony osad zmniejsza wilgotność torfu.
Do klasyfikacji węgli stosowane są trzy kryteria: czystość (oznaczona
względna zawartość węgla w procentach); typ (zdefiniowany
skład pierwotnej materii roślinnej); stopień (w zależności od
stopień metamorfizmu).
Tabela 2 Zawartość węgla w niektórych paliwach i ich wartość opałowa
umiejętność
Najniższymi rodzajami węgli kopalnych są węgiel brunatny i
węgiel brunatny (tab. 2). Są najbliższe torfowisku i charakteryzują się względnym charakterem
charakteryzuje się niższą zawartością wilgoci i jest szeroko stosowany w
przemysł. Najbardziej suche i twardy stopień węgiel to antracyt. Jego
wykorzystywane do ogrzewania domów i gotowania.
W Ostatnio Dzięki postępowi technologicznemu jest ich coraz więcej
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 różnego rodzaju paliw
produkty chemiczne i nawozy.
Węgiel, jak opisano poniżej, jest ważnym źródłem surowca do produkcji
związki aromatyczne. Węgiel reprezentuje
to złożona mieszanina substancji chemicznych zawierających węgiel,
wodór i tlen, a także niewielkie ilości azotu, siarki i innych zanieczyszczeń
elementy. Ponadto skład węgla, w zależności od jego rodzaju, obejmuje
różna ilość wilgoci i różne minerały.
Węglowodory występują naturalnie nie tylko w paliwach kopalnych, ale także w
w niektórych materiałach pochodzenie biologiczne. Kauczuk naturalny
jest przykładem naturalnego polimeru węglowodorowego. cząsteczka gumy
składa się z tysięcy jednostki strukturalne, reprezentujący metylobuta-1,3-dien
(izopren);
Kauczuk naturalny. Około 90% kauczuku naturalnego, który
wydobywany obecnie na całym świecie, pozyskiwany z Brazylii
drzewo kauczukowe Hevea brasiliensis, uprawiane głównie w
równikowe kraje Azji. Sok z tego drzewa, czyli lateks
(koloidalny wodny roztwór polimeru), zebrany z nacięć wykonanych nożem
kora Lateks zawiera około 30% gumy. Jego drobne kawałki
zawieszony w wodzie. Sok rozlewa się do aluminiowych pojemników, gdzie dodaje się kwas,
powodując koagulację gumy.
Wiele innych naturalnych związków zawiera również struktury izoprenowe.
paprochy. Na przykład limonen zawiera dwie jednostki izoprenowe. Limonen
jest głównym część integralna olejki ekstrahowane ze skórek cytrusów,
takie 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
siebie sekwencyjnie („od głowy do ogona”). Związki z czterema izoprenami
fragmenty (związki C20) nazywane są diterpenami, a sześć
fragmenty izoprenu - triterpeny (związki C 30). skwalen,
występujący w oleju z wątroby rekina jest triterpenem.
Tetraterpeny (związki C 40) zawierają osiem izoprenów
paprochy. Tetraterpeny występują w pigmentach tłuszczów roślinnych i zwierzęcych
pochodzenie. Ich kolor wynika z obecności długiego układu koniugatu
wiązania podwójne. Przykładowo β-karoten odpowiada za charakterystyczny pomarańczowy kolor
barwnik marchewkowy.
Technologia przerobu ropy i węgla
Pod koniec XIX wieku. Pod wpływem postępu w elektroenergetyce, transporcie, inżynierii, wojsku i wielu innych gałęziach przemysłu niepomiernie wzrosło zapotrzebowanie i pojawiło się pilne zapotrzebowanie na nowe rodzaje paliw i produktów chemicznych.
W tym czasie narodził się i szybko rozwijał przemysł rafinacji ropy naftowej. Ogromny impuls do rozwoju przemysłu rafineryjnego dał wynalazek i szybkie rozpowszechnienie silnika spalinowego zasilanego produktami naftowymi. Intensywnie rozwijała się także technologia przerobu węgla, który nie tylko stanowi jeden z głównych rodzajów paliwa, ale, co szczególnie godne uwagi, stał się w omawianym okresie niezbędnym surowcem dla przemysłu chemicznego. Główną rolę w tej kwestii odegrała chemia koksu. Koksownie, które wcześniej dostarczały koks dla przemysłu hutnictwa żelaza, przekształciły się w przedsiębiorstwa koksochemiczne, które produkowały także szereg cennych produkty chemiczne: gaz koksowniczy, benzen surowy, smoła węglowa i amoniak.
W oparciu o produkty przeróbki ropy naftowej i węgla zaczęła się rozwijać produkcja syntetycznych substancji i materiałów organicznych. Otrzymali szerokie zastosowanie jako surowce i półprodukty w różne branże przemysł chemiczny.
Bilet nr 10
Głównymi naturalnymi źródłami węglowodorów są ropa naftowa, gaz i węgiel. Większość substancji jest z nich izolowana Chemia organiczna. Tę klasę substancji organicznych omówimy bardziej szczegółowo poniżej.
Skład minerałów
Węglowodory są najszerszą klasą substancji organicznych. Należą do nich acykliczne (liniowe) i cykliczne klasy związków. Istnieją nasycone (nasycone) i nienasycone (nienasycone) węglowodory.
Do węglowodorów nasyconych zalicza się związki z wiązaniami pojedynczymi:
- alkany- połączenia liniowe;
- cykloalkany- substancje cykliczne.
Do węglowodorów nienasyconych zalicza się substancje posiadające wiązania wielokrotne:
- alkeny- zawierają jedno wiązanie podwójne;
- alkiny- zawierają jedno wiązanie potrójne;
- alkadieny- zawierają dwa wiązania podwójne.
Istnieje osobna klasa arenów lub węglowodorów aromatycznych zawierających pierścień benzenowy.
Ryż. 1. Klasyfikacja węglowodorów.
Zasoby mineralne obejmują węglowodory gazowe i ciekłe. Tabela opisuje bardziej szczegółowo naturalne źródła węglowodorów.
Źródło |
Rodzaje |
|
Alkany, cykloalkany, areny, tlen, azot, związki zawierające siarkę |
||
|
Metan z zanieczyszczeniami (nie więcej niż 5%): propan, butan, dwutlenek węgla, azot, siarkowodór, para wodna. Gaz ziemny zawiera więcej metanu niż gaz powiązany |
|
|
Węgiel, wodór, siarka, azot, tlen, węglowodory |
Co roku w Rosji wydobywa się ponad 600 miliardów m 3 gazu, 500 milionów ton ropy i 300 milionów ton węgla.
Recykling
Minerały stosuje się w postaci przetworzonej. Węgiel kalcynowany jest bez dostępu tlenu (proces koksowania) w celu wydzielenia 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- końcowy produkt koksowania zawierający czysty węgiel.
Ryż. 2. Koksowanie.
Jedną z wiodących gałęzi przemysłu światowego jest rafinacja ropy naftowej. Ropa wydobywana z głębi ziemi nazywana jest ropą naftową. Jest poddawany recyklingowi. W pierwszej kolejności przeprowadza się mechaniczne oczyszczanie z zanieczyszczeń, następnie oczyszczony olej poddaje się destylacji w celu uzyskania różnych frakcji. Tabela opisuje główne frakcje ropy naftowej.
Frakcja |
Mieszanina |
Co dostajesz? |
Alkany gazowe od metanu do butanu |
||
Benzyna |
Alkany od pentanu (C 5 H 12) do undekanu (C 11 H 24) |
Benzyna, estry |
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.
Z węglowodorów produkowane są tworzywa sztuczne, włókna i leki. Metan i propan są wykorzystywane jako paliwo w gospodarstwach domowych. Koks wykorzystywany jest do produkcji żelaza i stali. Z wody amoniakalnej wytwarza się kwas azotowy, amoniak i nawozy. Smoła jest używana w budownictwie.
Czego się nauczyliśmy?
Z tematu lekcji dowiedzieliśmy się, z jakich naturalnych źródeł wyodrębnia się węglowodory. Ropa naftowa, węgiel, gazy naturalne i powiązane są wykorzystywane jako surowce do produkcji związków organicznych. Minerały oczyszcza się i dzieli na frakcje, z których otrzymuje się substancje nadające się do produkcji lub bezpośredniego zastosowania. Z ropy naftowej produkowane są paliwa płynne i oleje. Gazy zawierają metan, propan, butan, wykorzystywane jako paliwo w gospodarstwach domowych. Z węgla wydobywa się surowce płynne i stałe do produkcji stopów, nawozów i leków.
Testuj w temacie
Ocena raportu
Średnia ocena: 4.2. Łączna liczba otrzymanych ocen: 122.
Wiadomość 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.
Cykliczne (karbocykliczne) to związki, które zawierają jeden lub więcej cykli składających się wyłącznie z atomów węgla (w przeciwieństwie do związków heterocyklicznych zawierających heteroatomy - azot, siarkę, tlen itp.).
D.). Związki karbocykliczne dzielimy z kolei na związki aromatyczne i niearomatyczne (alicykliczne).
Węglowodory acykliczne obejmują związki organiczne, których cząsteczki szkieletu węglowego mają łańcuchy otwarte.
Łańcuchy te mogą być utworzone przez wiązania pojedyncze (alkany СnН2n+2), zawierać jedno wiązanie podwójne (alkeny СnН2n), dwa lub więcej wiązań podwójnych (dieny lub polieny), jedno wiązanie potrójne (alkiny СnН2n-2).
Jak wiadomo, łańcuchy węglowe są częścią większości materii organicznej. 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 rodzajem surowców dla przemysłu chemicznego. Z kolei węglowodory są dość powszechne w przyrodzie i można je izolować z różnych źródeł naturalnych: ropy naftowej, pochodnej ropy naftowej i gazu ziemnego, węgla.
Przyjrzyjmy się im bliżej.
Olej jest naturalną złożoną mieszaniną węglowodorów, głównie liniowych i rozgałęzionych alkanów, zawierającą od 5 do 50 atomów węgla w cząsteczkach, z innymi substancjami organicznymi.
Jego skład w istotny sposób zależy od miejsca jego wydobycia (złoża), oprócz alkanów może zawierać cykloalkany i węglowodory aromatyczne.
Składniki gazowe i stałe oleju rozpuszczają się w jego składnikach ciekłych, co decyduje o jego stanie skupienia. Olej jest oleistą cieczą o ciemnej (brązowej do czarnej) barwie i charakterystycznym zapachu, nierozpuszczalną w wodzie. Jego gęstość jest mniejsza od gęstości wody, dlatego gdy olej dostanie się do niej, rozprzestrzenia się po powierzchni, uniemożliwiając rozpuszczenie się w wodzie tlenu i innych gazów powietrznych.
Jest oczywiste, że olej przedostający się do naturalnych zbiorników wodnych powoduje śmierć mikroorganizmów i zwierząt, prowadząc do katastrof ekologicznych, a nawet katastrof. Istnieją bakterie, które mogą wykorzystywać składniki oleju jako pożywienie, przekształcając je w nieszkodliwe produkty swojej życiowej aktywności. Oczywiste jest, że zastosowanie kultur tych bakterii jest najbardziej bezpiecznym dla środowiska i obiecującym sposobem zwalczania zanieczyszczenia środowiska ropą podczas jej produkcji, transportu i rafinacji.
W naturze 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 w mieszaninie swoje indywidualne właściwości fizyczne, co umożliwia rozdzielenie oleju na jego składniki. W tym celu oczyszcza się go z zanieczyszczeń mechanicznych oraz związków zawierających siarkę i poddaje tzw. 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 to 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 drobniejszym 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 po destylacji ropy naftowej - olej opałowy - zawiera węglowodory o liczbie atomów węgla od 18 do 50. W wyniku destylacji pod zmniejszonym ciśnieniem otrzymuje się olej napędowy (C18H28-C25H52), oleje smarowe (C28H58-C38H78), wazelinę i parafinę z oleju opałowego - niskotopliwe mieszaniny węglowodorów stałych.
Do produkcji nawierzchni drogowych wykorzystuje się stałą pozostałość po destylacji oleju opałowego – smołę oraz produkty jej przerobu – bitumy i asfalt.
Powiązany gaz naftowy
Pola naftowe zawierają z reguły duże nagromadzenia tzw. gazu towarzyszącego, który gromadzi się nad ropą w skorupie ziemskiej i jest w niej częściowo rozpuszczany pod naporem leżących nad nią skał.
Podobnie jak ropa naftowa, gaz ropopochodny jest cennym naturalnym źródłem węglowodorów. Zawiera głównie alkany, których cząsteczki zawierają od 1 do 6 atomów węgla. Oczywiste jest, że skład towarzyszącego gazu ziemnego jest znacznie uboższy niż ropy. Jednak pomimo tego jest również szeroko stosowany zarówno jako paliwo, jak i surowiec dla przemysłu chemicznego. Zaledwie kilkadziesiąt lat temu na większości pól naftowych spalano gaz ziemny jako bezużyteczny dodatek do ropy.
Obecnie na przykład w Surgut, najbogatszych złożach ropy w Rosji, najtańsza energia elektryczna na świecie jest wytwarzana przy użyciu towarzyszącego jej gazu ziemnego jako paliwa.
Powiązany gaz naftowy, w porównaniu z gazem ziemnym, ma bogatszy skład w różne węglowodory. Dzieląc je na ułamki otrzymujemy:
Benzyna gazowa jest bardzo lotną mieszaniną składającą się głównie z lentanu i heksanu;
Mieszanka propan-butan, składająca się, jak sama nazwa wskazuje, z propanu i butanu, łatwo przechodząca w stan ciekły pod wpływem wzrostu ciśnienia;
Gaz suchy jest mieszaniną zawierającą głównie metan i etan.
Benzyna, będąc mieszaniną lotnych składników o małej masie cząsteczkowej, dobrze odparowuje nawet w niskich temperaturach. Dzięki temu możliwe jest wykorzystanie benzyny gazowej jako paliwa do silników spalinowych na Dalekiej Północy oraz jako dodatku do paliwa silnikowego, ułatwiającego rozruch silników w warunkach zimowych.
Mieszankę propanu i butanu w postaci skroplonego gazu wykorzystuje się jako paliwo do użytku domowego (znane butle z gazem w domku letniskowym) oraz do napełniania zapalniczek.
Stopniowe przechodzenie transportu drogowego na gaz skroplony to jeden z głównych sposobów przezwyciężenia światowego kryzysu paliwowego i rozwiązania problemów środowiskowych.
Jako paliwo powszechnie stosuje się także suchy gaz, zbliżony składem do gazu ziemnego.
Jednakże wykorzystanie powiązanego gazu ziemnego i jego składników jako paliwa nie jest najbardziej obiecującym sposobem jego wykorzystania.
Znacznie bardziej efektywne jest wykorzystanie składników towarzyszącego gazu ziemnego jako surowców do produkcji chemicznej. Wodór, acetylen, węglowodory nienasycone i aromatyczne oraz ich pochodne otrzymuje się z alkanów tworzących towarzyszący gaz naftowy.
Węglowodory gazowe mogą nie tylko towarzyszyć ropie w skorupie ziemskiej, ale także tworzyć niezależne nagromadzenia - złoża gazu ziemnego.
Gazu ziemnego
Gaz ziemny jest mieszaniną gazowych węglowodorów nasyconych o niskiej masie cząsteczkowej. Głównym składnikiem gazu ziemnego jest metan, którego udział w zależności od złoża waha się od 75 do 99% objętościowych.
Oprócz metanu gaz ziemny obejmuje etan, propan, butan i izobutan, a także azot i dwutlenek węgla.
Podobnie jak ropa naftowa, gaz ziemny jest wykorzystywany zarówno jako paliwo, jak i surowiec do produkcji różnorodnych 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. Gaz ziemny wykorzystywany jest jako paliwo w elektrowniach, w kotłach do podgrzewania wody w budynkach mieszkalnych i przemysłowych, w przemyśle wielkopiecowym i martenowskim.
Zapalając zapałkę i zapalając gaz w kuchence gazowej w miejskim domu, „uruchamiasz” reakcję łańcuchową utleniania alkanów tworzących gaz ziemny.
Węgiel
Oprócz ropy naftowej, naturalnych i pochodnych gazów ropopochodnych, węgiel jest naturalnym źródłem węglowodorów.
0n tworzy grube warstwy we wnętrzu ziemi, a jego potwierdzone zasoby znacznie przewyższają zasoby ropy. Podobnie jak ropa naftowa, węgiel zawiera dużą ilość różnych substancji organicznych.
Oprócz substancji organicznych zawiera również substancje nieorganiczne, takie jak woda, amoniak, siarkowodór i oczywiście sam węgiel - węgiel. Jedną z głównych metod przerobu węgla jest koksowanie – kalcynacja bez dostępu powietrza. W wyniku koksowania prowadzonego w temperaturze około 1000°C powstają:
Gaz koksowniczy, który zawiera wodór, metan, dwutlenek węgla i dwutlenek węgla, domieszki amoniaku, azotu i innych gazów;
smoła węglowa zawierająca kilkusetkrotnie więcej substancji organicznych, w tym benzen i jego homologi, fenole i alkohole aromatyczne, naftalen i różne związki heterocykliczne;
suprasin lub woda amoniakalna, zawierająca, jak sama nazwa wskazuje, rozpuszczony amoniak, a także fenol, siarkowodór i inne substancje;
koks to stała pozostałość po koksowaniu, prawie czysty węgiel.
Koks wykorzystuje się do produkcji żelaza i stali, amoniak wykorzystuje się do produkcji nawozów azotowych i wieloskładnikowych, a znaczenie organicznych produktów koksujących trudno przecenić.
Wniosek: ropa naftowa, powiązana ropa naftowa i gazy ziemne oraz węgiel są nie tylko najcenniejszymi źródłami węglowodorów, ale także częścią unikalnego magazynu niezastąpionych zasobów naturalnych, których ostrożne i rozsądne wykorzystanie jest warunkiem koniecznym postępowego rozwój społeczeństwa ludzkiego.
Naturalnym źródłem węglowodorów są paliwa kopalne. Większość substancji organicznych pozyskiwana jest ze źródeł naturalnych. W procesie syntezy związków organicznych jako surowce wykorzystuje się gazy naturalne i towarzyszące, węgiel kamienny i brunatny, ropę naftową, łupki bitumiczne, torf, a także produkty pochodzenia zwierzęcego i roślinnego.
Jaki jest skład gazu ziemnego
Skład jakościowy gazu ziemnego składa się z dwóch grup składników: organicznego i nieorganicznego.
Składniki organiczne obejmują: 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 – On; azot - N2; siarkowodór - H2S.
Jaki dokładnie będzie skład konkretnej mieszaniny, zależy od źródła, czyli złoża. Te same powody wyjaśniają różne właściwości fizykochemiczne gazu ziemnego.
Skład chemiczny
Główną część gazu ziemnego stanowi metan (CH4) – aż do 98%. Gaz ziemny może zawierać także 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 zidentyfikować wyciek na podstawie zapachu, do gazu dodaje się niewielką ilość merkaptanów, które mają silny nieprzyjemny zapach.
Jaka jest przewaga gazu ziemnego nad innymi rodzajami paliw?
1. uproszczona ekstrakcja (nie wymaga sztucznego pompowania)
2. gotowy do użycia bez obróbki pośredniej (destylacji)
transport w stanie gazowym i ciekłym.
4. minimalna emisja szkodliwych substancji podczas spalania.
5. wygoda podawania paliwa w stanie już gazowym w trakcie jego spalania (niższy koszt eksploatacji urządzeń ten typ paliwo)
rezerwy są większe niż w przypadku innych paliw (niższa wartość rynkowa)
7. Zastosowanie w dużych gałęziach przemysłu Gospodarka narodowa niż inne rodzaje paliw.
wystarczającą ilość w głębi Rosji.
9. Emisje samego paliwa podczas wypadków są mniej toksyczne dla środowiska.
10.Wysoka temperatura spalania do stosowania w schematy technologiczne gospodarka narodowa itp. itp.
Zastosowanie w przemyśle chemicznym
Wykorzystuje się go do produkcji tworzyw sztucznych, alkoholu, gumy i kwasów organicznych. Syntetyzowanie takiego gazu jest możliwe wyłącznie przy użyciu gazu ziemnego substancje chemiczne materiały, których po prostu nie można znaleźć w przyrodzie, na przykład polietylen.
metan wykorzystywany jest jako surowiec do produkcji acetylenu, amoniaku, metanolu i cyjanowodoru. Jednocześnie głównym jest gaz ziemny baza surowcowa w produkcji amoniaku. Prawie trzy czwarte całego amoniaku wykorzystuje się do produkcji nawozów azotowych.
Cyjanowodór otrzymywany z amoniaku wraz z acetylenem służy jako surowiec wyjściowy do produkcji różnych włókien syntetycznych. Acetylen można wykorzystać do produkcji różnych blach, które mają szerokie zastosowanie w przemyśle i życiu codziennym.
Wykorzystywany jest także do produkcji jedwabiu octanowego.
Gaz ziemny jest jednym z najlepsze widoki paliwa wykorzystywane na potrzeby przemysłowe i bytowe. 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 paliw.
Najważniejsze produkty naftowe
W procesie rafinacji ropa naftowa wykorzystywana jest do produkcji paliw (ciekłych i gazowych), olejów i smarów smarowych, rozpuszczalników, poszczególnych węglowodorów – etylenu, propylenu, metanu, acetylenu, benzenu, toluenu, ksylo itp., mieszanin stałych i półstałych węglowodorów (parafina, wazelina, cerezyna), bitumu naftowego, sadzy (sadzy), kwasów naftowych i ich pochodnych.
Paliwa płynne otrzymywane w wyniku rafinacji ropy naftowej dzielą się na paliwo silnikowe i paliwo kotłowe.
Do paliw gazowych zalicza się skroplone węglowodory gazowe wykorzystywane w usługach komunalnych. Są to mieszaniny propanu i butanu w różnych proporcjach.
Oleje smarowe przeznaczone do zapewnienia płynnego smarowania różnych maszyn i mechanizmów dzielimy w zależności od zastosowania na oleje przemysłowe, turbinowe, kompresorowe, przekładniowe, izolacyjne i silnikowe.
Smary to oleje naftowe zagęszczane mydłami, stałymi węglowodorami i innymi zagęszczaczami.
Poszczególne węglowodory otrzymywane z przerobu ropy naftowej i gazów ropopochodnych 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. Są także produkty rafinacji ropy naftowej węglowodory nasycone o dużej masie cząsteczkowej (C16 i wyższej) - parafiny, cerezyny, stosowane w przemyśle perfumeryjnym oraz jako zagęszczacze do smarów.
Bitum naftowy, otrzymywany z pozostałości olejów ciężkich w procesie utleniania, wykorzystywany jest do budowy dróg, do produkcji pokryć dachowych, do przygotowania lakierów asfaltowych i farb drukarskich itp.
Jednym z głównych produktów rafinacji ropy naftowej jest paliwo silnikowe, do którego zalicza się benzynę lotniczą i silnikową.
Jakie znasz główne naturalne źródła węglowodorów?
Naturalnym źródłem węglowodorów są paliwa kopalne.
Większość substancji organicznych pozyskiwana jest ze źródeł naturalnych. W procesie syntezy związków organicznych jako surowce wykorzystuje się gazy naturalne i towarzyszące, węgiel kamienny i brunatny, ropę naftową, łupki bitumiczne, torf, a także produkty pochodzenia zwierzęcego i roślinnego.
12Dalej ⇒
Odpowiedzi do akapitu 19
1. Jakie znasz główne naturalne źródła węglowodorów?
Ropa naftowa, gaz ziemny, łupki, węgiel.
Jaki jest skład gazu ziemnego? Wskaż mapa geograficzna najważniejsze złoża: a) gaz ziemny; gotować; c) węgiel.
3. Jaką przewagę ma gaz ziemny nad innymi rodzajami paliw? Do jakich celów wykorzystuje się gaz ziemny w przemyśle chemicznym?
Gaz ziemny w porównaniu z innymi źródłami węglowodorów jest najłatwiejszy w produkcji, transporcie i przetwarzaniu.
W przemyśle chemicznym gaz ziemny wykorzystywany jest jako źródło węglowodorów o niskiej masie cząsteczkowej.
4. Napisz równania reakcji wytwarzania: a) acetylenu z metanu; b) kauczuk chloroprenowy z acetylenu; c) czterochlorek węgla z metanu.
5. Czym różnią się powiązane gazy ropopochodne od gazu ziemnego?
Gazy towarzyszące to lotne węglowodory rozpuszczone w oleju.
Ich izolacja następuje poprzez destylację. W odróżnieniu od gazu ziemnego można go wydobyć na każdym etapie zagospodarowania złóż ropy.
6. Opisać główne produkty otrzymywane z gazów towarzyszących.
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 zastosowania.
8. Jakie oleje smarowe wykorzystuje się w produkcji?
Oleje silnikowe, przekładniowe, przemysłowe, emulsje smarowe i chłodzące do maszyn do cięcia metalu itp.
Jak destyluje się olej?
10. Co to jest kraking ropy naftowej? Napisz równanie reakcji rozkładu węglowodorów I
w tym procesie.
Dlaczego podczas bezpośredniej destylacji ropy naftowej można uzyskać nie więcej niż 20% benzyny?
Ponieważ zawartość frakcji benzynowej w oleju jest ograniczona.
12. Czym różni się kraking termiczny od krakingu katalitycznego? Podaj charakterystykę benzyn z krakingu termicznego i katalitycznego.
Podczas krakingu termicznego konieczne jest podgrzanie reagujących substancji do wysokich temperatur, podczas krakingu katalitycznego wprowadzenie katalizatora zmniejsza energię aktywacji reakcji, co pozwala znacznie obniżyć temperaturę reakcji.
Jak w praktyce odróżnić benzynę krakową od benzyny destylowanej?
Benzyna krakingowa ma wyższą liczbę oktanową w porównaniu do benzyny destylowanej, tj. jest bardziej odporny na detonację i jest zalecany do stosowania w silnikach spalinowych.
14. Czym jest aromatyzacja olejku? Napisz równania reakcji wyjaśniające ten proces.
Jakie są główne produkty otrzymywane z węgla koksującego?
Naftalen, antracen, fenantren, fenole i oleje węglowe.
16. Jak pozyskuje się koks i gdzie się go wykorzystuje?
Koks jest stałym porowatym produktem szary, otrzymywany z węgla kokosowego w temperaturach 950-1100 bez dostępu tlenu.
Stosowany jest do wytapiania żeliwa, jako paliwo bezdymne, środek redukujący Ruda żelaza, środek rozsadzający dla materiałów wsadowych.
17. Jakie są główne otrzymane produkty:
a) ze smoły węglowej; b) z wody smołowej; c) z gazu koksowniczego? Gdzie są używane? Jakie substancje organiczne można otrzymać z gazu koksowniczego?
a) benzen, toluen, naftalen – przemysł chemiczny
b) amoniak, fenole, kwasy organiczne – przemysł chemiczny
c) wodór, metan, etylen – paliwo.
Pamiętaj o wszystkich głównych metodach produkcji węglowodorów aromatycznych. Czym różnią się metody wytwarzania węglowodorów aromatycznych z produktów węgla koksowego i ropy naftowej? Zapisz równania odpowiednich reakcji.
Można to uzyskać na różne sposoby: przetwarzanie pierwotne olej opiera się na różnicy w właściwości fizyczne różnych frakcji, a koksowanie opiera się wyłącznie na właściwościach chemicznych węgla.
Wyjaśnij, w jaki sposób w procesie rozwiązywania problemów energetycznych kraju udoskonalone zostaną sposoby przetwarzania i wykorzystania naturalnych zasobów węglowodorów.
Poszukiwanie nowych źródeł energii, optymalizacja procesów wydobycia i rafinacji ropy naftowej, opracowywanie nowych katalizatorów w celu obniżenia kosztów całej produkcji itp.
20. Jakie są perspektywy otrzymania płynne paliwo z węgla?
W przyszłości możliwa będzie produkcja paliwa płynnego z węgla, pod warunkiem ograniczenia kosztów jego produkcji.
Zadanie 1.
Wiadomo, że gaz zawiera w ułamkach objętościowych 0,9 metanu, 0,05 etanu, 0,03 propanu, 0,02 azotu. Jaka objętość powietrza będzie potrzebna do spalenia 1 m3 tego gazu w normalnych warunkach?
Zadanie 2.
Jaka objętość powietrza (nr) jest potrzebna do spalenia 1 kg heptanu?
Zadanie 3. Oblicz, jaką objętość (w l) i jaką masę (w kg) tlenku węgla (IV) otrzyma się po spaleniu 5 moli oktanu (nr).
Głównymi źródłami węglowodorów na naszej planecie są gazu ziemnego, olej I węgiel. Najbardziej stabilne z węglowodorów, nasycone i aromatyczne, przetrwały miliony lat przechowywania w wnętrznościach ziemi.
Gaz ziemny składa się głównie z metan z domieszkami innych gazowych alkanów, azotu, dwutlenku węgla i niektórych innych gazów; węgiel zawiera głównie policykliczne Aromatyczne węglowodory.
Ropa naftowa w odróżnieniu od gazu ziemnego i węgla zawiera całą gamę składników:
W ropie znajdują się także inne substancje: heteroatomowe związki organiczne (zawierają siarkę, azot, tlen i inne pierwiastki), woda z rozpuszczonymi w niej solami, stałe cząstki innych skał i inne zanieczyszczenia.
Warto wiedzieć! Węglowodory występują również w kosmosie, w tym na innych planetach.
Na przykład metan stanowi znaczną część atmosfery Urana i odpowiada za jego jasnoturkusowy kolor obserwowany przez teleskop. Atmosfera Tytana, największego księżyca Saturna, składa się głównie z azotu, ale zawiera także węglowodory: metan, etan, propan, etylen, propyn, butadinę i ich pochodne; czasami pada tam metan, a rzeki węglowodorów wpływają do jezior węglowodorowych na powierzchni Tytana.
Obecność węglowodorów nienasyconych oraz wodoru nasyconego i cząsteczkowego wynika z działania promieniowania słonecznego.
Mendelejew jest właścicielem sformułowania: „Spalanie oleju jest tym samym, co ogrzewanie pieca banknotami”. Dzięki pojawieniu się i rozwojowi technologii rafinacji ropy naftowej, w XX wieku z powszechnego paliwa stała się ona najcenniejszym źródło surowców dla przemysłu chemicznego.
Produkty naftowe znajdują obecnie zastosowanie niemal we wszystkich gałęziach przemysłu.
Podstawowa rafinacja ropy naftowej przygotowanie, czyli oczyszczanie oleju z zanieczyszczeń nieorganicznych i rozpuszczonego w nim gazu ziemnego, oraz destylacja, czyli fizyczny podział na frakcje w zależności od temperatury wrzenia:
Z oleju opałowego pozostałego po destylacji oleju pod ciśnieniem atmosferycznym pod wpływem próżni oddzielane są składniki o dużej masie cząsteczkowej, nadające się do przerobu na oleje mineralne, paliwa silnikowe i inne produkty, a pozostała część - smoła- wykorzystywane do produkcji bitumu.
W procesie wtórnej rafinacji oleju poddawane są poszczególne frakcje przemiany chemiczne.
Są to kraking, reforming, izomeryzacja i wiele innych procesów, które umożliwiają otrzymanie węglowodorów nienasyconych i aromatycznych, rozgałęzionych alkanów i innych cennych produktów naftowych. Część z nich przeznaczona jest na produkcję wysokiej jakości paliw i różnorodnych rozpuszczalników, a część stanowi surowiec do produkcji nowych związków organicznych i materiałów dla najróżniejszych gałęzi przemysłu.
Należy jednak pamiętać, że zasoby węglowodorów w przyrodzie uzupełniają się znacznie wolniej niż ludzkość je zużywa, a sam proces rafinacji i spalania produktów naftowych wprowadza silne odchylenia od równowagi chemicznej przyrody.
Oczywiście prędzej czy później natura przywróci równowagę, ale może się tak okazać poważne problemy dla osoby. Dlatego jest to konieczne nowe technologie w celu wyeliminowania w przyszłości stosowania węglowodorów jako paliwa.
Aby rozwiązać takie globalne wyzwania niezbędny rozwój nauk podstawowych i głębokie zrozumienie otaczającego nas świata.
1. Naturalne źródła węglowodorów: gaz, ropa naftowa, węgiel. Ich przetwarzanie i praktyczne zastosowanie.
Głównymi naturalnymi źródłami węglowodorów są ropa naftowa, naturalne i pochodne gazy ropopochodne oraz węgiel.
Gazy naturalne i pochodne gazy ropopochodne.
Gaz ziemny jest mieszaniną gazów, której głównym składnikiem jest metan, a resztę stanowi etan, propan, butan i mała ilość zanieczyszczenia - azot, tlenek węgla (IV), siarkowodór i para wodna. Z tego w 90% zużywa się jako paliwo, pozostałe 10% wykorzystuje się jako surowiec dla przemysłu chemicznego: do produkcji wodoru, etylenu, acetylenu, sadzy, różnych tworzyw sztucznych, leków itp.
Gaz towarzyszący jest również gazem ziemnym, ale występuje razem z ropą naftową – znajduje się nad ropą lub jest w niej rozpuszczony pod ciśnieniem. Gaz towarzyszący zawiera 30–50% metanu, reszta to jego homologi: etan, propan, butan i inne węglowodory. Ponadto zawiera te same zanieczyszczenia co gaz ziemny.
Trzy frakcje związanego gazu:
1. Benzyna; dodaje się go do benzyny w celu poprawy rozruchu silnika;
2. Mieszanka propan-butan; używany jako paliwo w gospodarstwie domowym;
3. Gaz suchy; służy do produkcji acytelu, wodoru, etylenu i innych substancji, z których z kolei powstają gumy, tworzywa sztuczne, alkohole, kwasy organiczne itp.
Olej.
Olej jest oleistą cieczą o barwie od żółtej lub jasnobrązowej do czarnej, o charakterystycznym zapachu. Jest lżejszy od wody i praktycznie w niej nierozpuszczalny. Olej jest mieszaniną około 150 węglowodorów z zanieczyszczeniami innymi substancjami, dlatego nie ma określonej temperatury wrzenia.
90% produkowanego oleju wykorzystuje się jako surowiec do produkcji różne rodzaje paliwa i smary. Jednocześnie ropa naftowa jest cennym surowcem dla przemysłu chemicznego.
Nazywam ropę naftową wydobywaną z głębi ziemi. Oleju nie używa się w postaci surowej, lecz poddaje się go obróbce. Ropa naftowa jest oczyszczana z gazów, wody i zanieczyszczeń mechanicznych, a następnie poddawana destylacji frakcyjnej.
Destylacja to proces rozdzielania mieszanin na poszczególne składniki lub frakcje w oparciu o różnice w ich temperaturach wrzenia.
Podczas destylacji ropy naftowej wyodrębnia się kilka frakcji produktów naftowych:
1. Frakcja gazowa (tbp = 40°C) zawiera alkany normalne i rozgałęzione CH4 – C4H10;
2. Frakcja benzynowa (temperatura wrzenia = 40 - 200°C) zawiera węglowodory C 5 H 12 – C 11 H 24; podczas wielokrotnej destylacji wydzielają się z mieszaniny lekkie produkty naftowe, wrzące w niższych zakresach temperatur: eter naftowy, lotniczy i benzyna samochodowa;
3. Frakcja benzyny ciężkiej (benzyna ciężka, temperatura wrzenia = 150 - 250°C), zawiera węglowodory o składzie C 8 H 18 - C 14 H 30, stosowana jako paliwo do ciągników, lokomotyw spalinowych, samochodów ciężarowych;
4. Frakcja nafty (tbp = 180 - 300°C) obejmuje węglowodory o składzie C 12 H 26 - C 18 H 38; służy jako paliwo do samolotów odrzutowych i rakiet;
5. Olej napędowy (tbp = 270 - 350°C) stosowany jest jako olej napędowy i podlega krakingowi na dużą skalę.
Po oddestylowaniu frakcji pozostaje ciemna lepka ciecz – olej opałowy. Z oleju opałowego ekstrahuje się oleje napędowe, wazelinę i parafinę. Pozostałością po destylacji oleju opałowego jest smoła, wykorzystywana do produkcji materiałów do budowy dróg.
Recykling olej powstaje w wyniku procesów chemicznych:
1. Kraking polega na rozszczepianiu dużych cząsteczek węglowodorów na mniejsze. Obecnie częściej stosuje się kraking termiczny i katalityczny.
2. Reformowanie (aromatyzacja) polega na przekształceniu alkanów i cykloalkanów w związki aromatyczne. Proces ten przeprowadza się poprzez ogrzewanie benzyny w temp wysokie ciśnienie krwi w obecności katalizatora. Reforming służy do otrzymywania węglowodorów aromatycznych z frakcji benzynowych.
3. Pirolizę produktów naftowych przeprowadza się poprzez ogrzewanie produktów naftowych do temperatury 650 - 800°C, głównymi produktami reakcji są gazy nienasycone i węglowodory aromatyczne.
Ropa naftowa jest surowcem do produkcji nie tylko paliw, ale także wielu substancji organicznych.
Węgiel.
Węgiel jest także źródłem energii i jest cenny surowce chemiczne. Węgiel zawiera głównie substancje organiczne, a także wodę, minerały, które podczas spalania tworzą popiół.
Jednym z rodzajów obróbki węgla jest koksowanie – jest to proces podgrzewania węgla do temperatury 1000°C bez dostępu powietrza. Koksowanie węgla odbywa się w piecach koksowniczych. Koks składa się z prawie czystego węgla. Stosowany jest jako środek redukujący w wielkopiecowej produkcji żeliwa w zakładach metalurgicznych.
Substancje lotne podczas kondensacji smoły węglowej (zawiera wiele różnych substancji organicznych, w tym większość– aromatyczny), wodę amoniakalną (zawiera amoniak, sole amonowe) i gaz koksowniczy (zawiera amoniak, benzen, wodór, metan, tlenek węgla (II), etylen, azot i inne substancje).