Uveďte hlavné prírodné zdroje uhľovodíkov, ktoré sú organické. Prírodné zdroje uhľovodíkov
PRÍRODNÉ ZDROJE UHĽOVODÍKOV
Všetky uhľovodíky sú také odlišné -
Kvapalné a pevné a plynné.
Prečo je ich v prírode toľko?
Ide o nenásytný uhlík.
V skutočnosti je tento prvok, ako žiadny iný, „nenásytný“: zo svojich mnohých atómov sa snaží vytvárať reťazce, priame a rozvetvené, kruhy alebo siete. Preto existuje veľa zlúčenín atómov uhlíka a vodíka.
Uhľovodíky sú zemný plyn – metán a ďalší horľavý plyn v domácnosti, ktorý sa používa na plnenie fliaš – propán C 3 H 8. Medzi uhľovodíky patrí ropa, benzín a kerozín. A tiež - organické rozpúšťadlo C 6 H 6, parafín, z ktorého sa vyrábajú novoročné sviečky, vazelína z lekárne a dokonca aj igelitové vrecko na balenie produktov...
Najvýznamnejšími prírodnými zdrojmi uhľovodíkov sú minerály – uhlie, ropa, plyn.
COAL
Viac je známe na svete 36 tisíc uhoľné panvy a ložiská, ktoré spolu zaberajú 15% územia zemegule. Uhoľné panvy sa môžu tiahnuť na tisíce kilometrov. Celkové geologické zásoby uhlia na zemeguli sú 5 biliónov 500 miliárd ton vrátane preskúmaných ložísk - 1 bilión 750 miliárd ton.
Existujú tri hlavné typy fosílneho uhlia. Pri horení hnedého uhlia a antracitu je plameň neviditeľný a horenie je bezdymové, zatiaľ čo čierne uhlie pri horení vydáva hlasné praskanie.
Antracit- najstaršie fosílne uhlie. Vyznačuje sa vysokou hustotou a leskom. Obsahuje až 95% uhlíka.
Uhlie– obsahuje až 99% uhlíka. Zo všetkých fosílnych uhlíkov má najširšie uplatnenie.
Hnedé uhlie– obsahuje až 72% uhlíka. Má hnedú farbu. Ako najmladší z fosílnych uhlíkov si často zachováva stopy štruktúry dreva, z ktorého vznikol. Vyznačuje sa vysokou hygroskopicitou a vysokým obsahom popola ( od 7 % do 38 %), preto sa používa len ako lokálne palivo a ako surovina na chemické spracovanie. Najmä hydrogenáciou sa získavajú cenné druhy kvapalného paliva: benzín a petrolej.
Uhlík je hlavnou zložkou uhlia ( 99% ), hnedé uhlie ( až 72 %). Pôvod názvu uhlík, to znamená „zrodenie uhlia“. Podobne latinský názov „carboneum“ obsahuje vo svojom základe koreňové uhlie.
Rovnako ako ropa, aj uhlie obsahuje veľké množstvo organických látok. Okrem organických látok obsahuje aj látky anorganické, ako je voda, amoniak, sírovodík a samozrejme aj samotný uhlík – uhlie. Jednou z hlavných metód spracovania uhlia je koksovanie – kalcinácia bez prístupu vzduchu. V dôsledku koksovania, ktoré sa uskutočňuje pri teplote 1 000 0 C, vzniká:
Koksárenský plyn– obsahuje vodík, metán, oxid uhličitý a oxid uhličitý, prímesi čpavku, dusíka a iných plynov.
Uhľový decht – obsahuje niekoľko stoviek rôznych organických látok vrátane benzénu a jeho homológov, fenolu a aromatických alkoholov, naftalénu a rôznych heterocyklických zlúčenín.
Živica alebo čpavková voda – obsahujúce, ako už názov napovedá, rozpustený amoniak, ako aj fenol, sírovodík a iné látky.
koks– pevný zvyšok z koksovania, prakticky čistý uhlík.
Koks sa používa pri výrobe železa a ocele, čpavok pri výrobe dusíkatých a kombinovaných hnojív a význam organických produktov koksovania možno len ťažko preceňovať. Aká je geografia rozšírenia tohto minerálu?
Väčšina zdrojov uhlia sa nachádza na severnej pologuli - Ázia, Severná Amerika, Eurázia. Ktoré krajiny vynikajú zásobami a produkciou uhlia?
Čína, USA, India, Austrália, Rusko.
Hlavnými vývozcami uhlia sú krajiny.
USA, Austrália, Rusko, Južná Afrika.
Hlavné dovozné centrá.
Japonsko, zahraničná Európa.
Ide o palivo veľmi znečisťujúce životné prostredie. Pri ťažbe uhlia dochádza k výbuchom a požiarom metánu a vznikajú určité ekologické problémy.
Environmentálne znečistenie je akákoľvek nežiaduca zmena stavu tohto prostredia v dôsledku hospodárskej činnosti človeka. Stáva sa to aj pri ťažbe. Predstavme si situáciu v oblasti ťažby uhlia. Spolu s uhlím vystupuje na povrch obrovské množstvo hlušiny, ktorá sa jednoducho posiela na skládky ako nepotrebná. Postupne sa formoval haldy odpadu- obrovské, desiatky metrov vysoké, kužeľovité hory hlušiny, ktoré skresľujú vzhľad prírodnej krajiny. Bude všetko uhlie vyzdvihnuté na povrch prepravené k spotrebiteľovi? Samozrejme, že nie. Koniec koncov, proces nie je vzduchotesný. Na povrchu zeme sa usadzuje obrovské množstvo uhoľného prachu. V dôsledku toho sa mení zloženie pôd a podzemných vôd, čo nevyhnutne ovplyvní flóru a faunu územia.
Uhlie obsahuje rádioaktívny uhlík - C, ale po spálení paliva sa nebezpečná látka spolu s dymom dostáva do ovzdušia, vody, pôdy a speká sa na trosku alebo popol, ktorý sa používa na výrobu stavebných materiálov. V dôsledku toho sa steny a stropy v obytných budovách „potápajú“ a predstavujú hrozbu pre ľudské zdravie.
OLEJ
Ropa je ľudstvu známa už od staroveku. Ťažilo sa na brehoch Eufratu
6-7 tisíc rokov pred naším letopočtom uh . Používal sa na osvetlenie domov, na prípravu mált, ako liečivá a masti a na balzamovanie. Ropa v starovekom svete bola hrozivou zbraňou: rieky ohňa sa liali na hlavy tých, ktorí útočili na hradby pevnosti, horiace šípy ponorené do oleja lietali do obliehaných miest. Ropa bola neoddeliteľnou súčasťou zápalného prostriedku, ktorý vošiel do histórie pod názvom "grécky oheň" V stredoveku sa používal najmä na pouličné osvetlenie.
Preskúmalo sa viac ako 600 ropných a plynových nádrží, 450 sa rozvíja , a celkový počet ropných polí dosahuje 50 tisíc.
Existujú ľahké a ťažké oleje. Ľahký olej sa získava z podložia pomocou čerpadiel alebo fontánovou metódou. Tento olej sa používa hlavne na výrobu benzínu a petroleja. Ťažké druhy ropy sa niekedy dokonca ťažia banskou metódou (v republike Komi) a pripravujú sa z nej bitúmen, vykurovací olej a rôzne oleje.
Olej je najuniverzálnejšie palivo s vysokým obsahom kalórií. Jeho ťažba je pomerne jednoduchá a lacná, pretože pri ťažbe ropy netreba dávať ľudí pod zem. Preprava ropy potrubím nie je veľký problém. Hlavnou nevýhodou tohto typu paliva je jeho nízka dostupnosť zdrojov (asi 50 rokov ) . Všeobecné geologické zásoby sa rovnajú 500 miliardám ton, vrátane preskúmaných 140 miliárd ton .
IN 2007 roku ruskí vedci dokázali svetovej komunite, že podmorské hrebene Lomonosov a Mendelejev, ktoré sa nachádzajú v Severnom ľadovom oceáne, sú kontinentálnym šelfovým pásmom, a preto patria do Ruskej federácie. O zložení oleja a jeho vlastnostiach vám povie učiteľ chémie.
Ropa je „zhluk energie“. Len s 1 ml z neho zohrejete celé vedro vody o jeden stupeň a na uvarenie vedra samovaru potrebujete menej ako pol pohára oleja. Z hľadiska koncentrácie energie na jednotku objemu je ropa na prvom mieste medzi prírodnými látkami. Ani rádioaktívne rudy mu v tomto smere nemôžu konkurovať, keďže obsah rádioaktívnych látok v nich je taký malý, že sa dá vyťažiť 1 mg. Jadrové palivo si vyžaduje spracovanie ton hornín.
Ropa nie je len základom palivového a energetického komplexu akéhokoľvek štátu.
Slávne slová D.I. Mendelejeva sú tu na mieste „Spaľovanie oleja je to isté ako zapaľovanie pece bankovky". Každá kvapka oleja obsahuje viac ako 900 rôzne chemické zlúčeniny, viac ako polovica chemických prvkov periodickej tabuľky. Toto je skutočný zázrak prírody, základ petrochemického priemyslu. Približne 90 % všetkej vyrobenej ropy sa používa ako palivo. Napriek tomu “ tvojich 10%" , petrochemická syntéza zabezpečuje produkciu mnohých tisícok organických zlúčenín, ktoré uspokojujú naliehavé potreby modernej spoločnosti. Nie nadarmo ľudia s úctou nazývajú ropu „čierne zlato“, „krv Zeme“.
Olej je olejovitá tmavohnedá kvapalina s červenkastým alebo zelenkastým odtieňom, niekedy čierna, červená, modrá alebo svetlá a dokonca priehľadná s charakteristickým štipľavým zápachom. Existuje ropa, ktorá je biela alebo bezfarebná, ako voda (napríklad na poli Surukhan v Azerbajdžane, na niektorých poliach v Alžírsku).
Zloženie oleja nie je rovnaké. Všetky ale zvyčajne obsahujú tri druhy uhľovodíkov – alkány (väčšinou normálnej štruktúry), cykloalkány a aromatické uhľovodíky. Pomer týchto uhľovodíkov v rope z rôznych polí je rôzny: napríklad ropa Mangyshlak je bohatá na alkány a ropa v oblasti Baku je bohatá na cykloalkány.
Hlavné zásoby ropy sa nachádzajú na severnej pologuli. Celkom 75 Krajiny sveta produkujú ropu, ale 90 % jej produkcie pochádza len z 10 krajín. Blízko ? Svetové zásoby ropy sú v rozvojových krajinách. (Učiteľ pomenuje a zobrazí na mape).
Hlavné producentské krajiny:
Saudská Arábia, USA, Rusko, Irán, Mexiko.
Zároveň viac 4/5 Spotreba ropy predstavuje podiel ekonomicky vyspelých krajín, ktoré sú hlavnými dovozcami:
Japonsko, zahraničná Európa, USA.
Nikde sa nepoužíva ropa, ale používajú sa ropné produkty.
Rafinácia ropy
Moderné zariadenie pozostáva z pece na vykurovací olej a destilačnej kolóny, do ktorej sa olej separuje frakcie - oddelené zmesi uhľovodíkov podľa ich teplôt varu: benzín, benzín, petrolej. Pec má dlhú rúru zvinutú do zvitku. Pec je vykurovaná produktmi spaľovania vykurovacieho oleja alebo plynu. Olej sa kontinuálne privádza do cievky: tam sa zohreje na 320 - 350 0 C vo forme zmesi kvapaliny a pary a vstupuje do destilačnej kolóny. Destilačná kolóna je oceľová valcová aparatúra vysoká asi 40 m. Má niekoľko desiatok horizontálnych priečok s otvormi vo vnútri – takzvané platne. Olejové pary vstupujúce do kolóny stúpajú nahor a prechádzajú cez otvory v doskách. Postupným ochladzovaním, keď sa pohybujú nahor, čiastočne skvapalňujú. Menej prchavé uhľovodíky sú skvapalnené už na prvých platniach a tvoria frakciu plynového oleja; prchavejšie uhľovodíky sa zhromažďujú vyššie a tvoria petrolejovú frakciu; ešte vyššia – frakcia ťažkého benzínu. Najprchavejšie uhľovodíky opúšťajú kolónu ako pary a po kondenzácii tvoria benzín. Časť benzínu sa vracia späť do kolóny na „zavlažovanie“, čo prispieva k lepším prevádzkovým podmienkam. (Píšte do zošita). Benzín – obsahuje uhľovodíky C5 – C11 s teplotou varu v rozmedzí od 40 0 C do 200 0 C; ťažký benzín – obsahuje uhľovodíky C8 - C14 s bodom varu od 120 0 C do 240 0 C kerozín - obsahuje uhľovodíky C12 – C18, vrie pri teplote 180 0 C až 300 0 C; plynový olej - obsahuje uhľovodíky C13 – C15, destilovaný pri teplotách od 230 0 C do 360 0 C; mazacie oleje - C16 - C28, varte pri teplote 350 0 C a vyššej.
Po destilácii ľahkých produktov z ropy zostáva viskózna čierna kvapalina - vykurovací olej. Je to cenná zmes uhľovodíkov. Mazacie oleje sa získavajú z vykurovacieho oleja dodatočnou destiláciou. Nedestilovateľná časť vykurovacieho oleja sa nazýva decht, ktorý sa používa v stavebníctve a na dláždenie ciest (Ukážka fragmentu videa). Najcennejšou frakciou priamej destilácie ropy je benzín. Výťažok tejto frakcie však nepresahuje 17 – 20 % hmotnosti ropy. Vzniká problém: ako uspokojiť neustále rastúce potreby spoločnosti po automobilovom a leteckom palive? Riešenie našiel koncom 19. storočia ruský inžinier Vladimír Grigorievič Šuchov. IN 1891 roku najprv vykonal priemyslovku praskanie petrolejová frakcia ropy, ktorá umožnila zvýšiť výťažnosť benzínu na 65 – 70 % (vztiahnuté na ropu). Len za vývoj procesu tepelného krakovania ropných produktov vďačné ľudstvo zapísalo meno tejto jedinečnej osobnosti do dejín civilizácie zlatými písmenami.
Produkty získané rektifikáciou ropy sú podrobené chemickému spracovaniu, ktoré zahŕňa množstvo zložitých procesov Jedným z nich je krakovanie ropných produktov (z anglického „Cracking“ - štiepenie). Existuje niekoľko typov praskania: tepelné, katalytické, vysokotlakové a redukčné. Tepelné krakovanie spočíva v štiepení molekúl uhľovodíkov s dlhým reťazcom na kratšie pod vplyvom vysokej teploty (470-550 0 C). Počas tohto štiepenia sa spolu s alkánmi tvoria alkény:
V súčasnosti je najbežnejšie katalytické krakovanie. Vykonáva sa pri teplote 450-500 0 C, ale pri vyššej rýchlosti a umožňuje získať kvalitnejší benzín. Za podmienok katalytického krakovania spolu so štiepnymi reakciami dochádza k izomerizačným reakciám, to znamená k premene uhľovodíkov normálnej štruktúry na rozvetvené uhľovodíky.
Izomerizácia ovplyvňuje kvalitu benzínu, pretože prítomnosť rozvetvených uhľovodíkov výrazne zvyšuje jeho oktánové číslo. Krakovanie je klasifikované ako takzvaný sekundárny proces rafinácie ropy. Množstvo ďalších katalytických procesov, ako je reformovanie, je tiež klasifikovaných ako sekundárne. reformovanie- Ide o aromatizáciu benzínu jeho zahrievaním v prítomnosti katalyzátora, napríklad platiny. Za týchto podmienok sa alkány a cykloalkány premieňajú na aromatické uhľovodíky, v dôsledku čoho sa výrazne zvyšuje aj oktánové číslo benzínu.
Ekológia a ropné pole
V petrochemickej výrobe je problém životného prostredia obzvlášť naliehavý. Výroba ropy zahŕňa náklady na energiu a znečisťovanie životného prostredia. Nebezpečným zdrojom znečistenia Svetového oceánu je ťažba ropy na mori a svetový oceán je znečistený aj pri preprave ropy. Každý z nás videl v televízii následky nehôd ropných tankerov. Čierne pobrežia pokryté vrstvou vykurovacieho oleja, čierny príboj, lapavé delfíny, vtáky, ktorých krídla sú pokryté viskóznym vykurovacím olejom, ľudia v ochranných oblekoch zbierajúci olej lopatami a vedrami. Chcel by som poskytnúť údaje o vážnej ekologickej katastrofe, ktorá sa stala v Kerčskom prielive v novembri 2007. Do vody sa dostalo 2 tisíc ton ropných produktov a asi 7 tisíc ton síry. Katastrofa postihla najviac kose Tuzla, ktorá sa nachádza na sútoku Čierneho a Azovského mora, a kose Chushka. Po nehode sa vykurovací olej usadil na dne a spôsobil smrť malej lastúry v tvare srdca, hlavnej potravy obyvateľov mora. Obnova ekosystému bude trvať 10 rokov. Zahynulo viac ako 15 tisíc vtákov. Liter oleja, akonáhle je vo vode, sa rozleje po jej povrchu v miestach s plochou 100 m2. Olejový film, aj keď je veľmi tenký, tvorí neprekonateľnú bariéru pre cestu kyslíka z atmosféry do vodného stĺpca. V dôsledku toho je narušený kyslíkový režim a oceán "dusivé." Planktón, ktorý je základom oceánskeho potravinového reťazca, umiera. V súčasnosti je už asi 20 % plochy svetového oceánu pokrytých ropnými škvrnami a oblasť zasiahnutá ropným znečistením rastie. Okrem toho, že svetový oceán je pokrytý ropným filmom, môžeme ho pozorovať aj na súši. Napríklad na ropných poliach na západnej Sibíri sa ročne vyleje viac ropy, ako dokáže tanker poňať – až 20 miliónov ton. Približne polovica tejto ropy končí na zemi v dôsledku nehôd, zvyšok sú „plánované“ výrony a úniky pri spúšťaní vrtov, prieskumných vrtoch a opravách potrubí. Najväčšia oblasť pôdy kontaminovanej ropou, podľa Environmentálneho výboru Yamalo-Nenets Autonomous Okrug, je v okrese Purovsky.
ZEMNÝ A PRIDRUŽENÝ ROPNÝ PLYN
Zemný plyn obsahuje uhľovodíky s nízkou molekulovou hmotnosťou, pričom hlavnými zložkami sú metán. Jeho obsah v plyne z rôznych polí sa pohybuje od 80 % do 97 %. Okrem metánu - etán, propán, bután. Anorganické: dusík – 2 %; CO2; H20; H2S, vzácne plyny. Pri spaľovaní zemného plynu vzniká veľké množstvo tepla.
Z hľadiska svojich vlastností je zemný plyn ako palivo prednejší ako ropa, je kalorickejší. Ide o najmladšie odvetvie palivového priemyslu. Plyn sa ešte jednoduchšie ťaží a prepravuje. Toto je najhospodárnejšie zo všetkých druhov paliva. Existujú však určité nevýhody: komplikovaná medzikontinentálna preprava plynu. Tankery na metán prepravujúce plyn v skvapalnenom stave sú mimoriadne zložité a drahé konštrukcie.
Používa sa ako: efektívne palivo, suroviny v chemickom priemysle, pri výrobe acetylénu, etylénu, vodíka, sadzí, plastov, kyseliny octovej, farbív, liečiv a pod.. Pridružené (ropné plyny) sú prírodné plyny, ktoré sa rozpúšťajú v oleji a sú uvoľnené pri jeho ťažbe Ropný plyn obsahuje menej metánu, ale viac propánu, butánu a iných vyšších uhľovodíkov. Kde sa plyn vyrába?
Viac ako 70 krajín sveta má zásoby priemyselného plynu. Navyše, podobne ako v prípade ropy, aj rozvojové krajiny majú veľmi veľké zásoby. Ale produkciu plynu vykonávajú najmä rozvinuté krajiny. Majú možnosť ho použiť alebo spôsob, ako predávať plyn do iných krajín na rovnakom kontinente. Medzinárodný obchod s plynom je menej aktívny ako obchod s ropou. Asi 15 % svetového plynu sa dodáva na medzinárodný trh. Takmer 2/3 svetovej produkcie plynu pochádza z Ruska a USA. Vedúcim plynárenským regiónom nielen u nás, ale aj vo svete je nepochybne autonómny okruh Yamalo-Nenets, kde sa toto odvetvie rozvíja už 30 rokov. Naše mesto Nový Urengoy je právom uznané ako hlavné mesto plynu. Medzi najväčšie ložiská patria Urengoyskoye, Yamburgskoye, Medvezhye, Zapolyarnoye. Depozit Urengoy je zapísaný v Guinessovej knihe rekordov. Zásoby a produkcia ložiska sú jedinečné. Preskúmané zásoby presahujú 10 biliónov. m 3, od prevádzky sa vyrobilo už 6 biliónov. m 3 V roku 2008 plánuje OJSC Gazprom vyťažiť 598 miliárd m 3 „modrého zlata“ z ložiska Urengoy.
Plyn a ekológia
Nedokonalosť technológie výroby ropy a plynu a ich prepravy spôsobuje neustále spaľovanie množstiev plynu vo vykurovacích jednotkách kompresorových staníc a vo fléroch. Kompresorové stanice tvoria asi 30 % týchto emisií. Ročne sa pri svetliciach spáli asi 450-tisíc ton zemného plynu a súvisiaceho plynu, pričom do ovzdušia sa uvoľní viac ako 60-tisíc ton škodlivín.
Ropa, plyn, uhlie sú cenné suroviny pre chemický priemysel. V blízkej budúcnosti sa za ne nájde náhrada v palivovo-energetickom komplexe našej krajiny. V súčasnosti vedci hľadajú spôsoby, ako pomocou solárnej a veternej energie a jadrového paliva úplne nahradiť ropu. Najperspektívnejším druhom paliva budúcnosti je vodík. Znižovanie používania ropy v tepelnej energetike je cestou nielen k jej racionálnejšiemu využívaniu, ale aj k zachovaniu tejto suroviny pre ďalšie generácie. Uhľovodíkové suroviny by sa mali používať iba v spracovateľskom priemysle na získanie rôznych produktov. Žiaľ, situácia sa zatiaľ nezmenila a až 94 % vyprodukovanej ropy slúži ako palivo. D.I. Mendelejev múdro povedal: „Spaľovanie ropy je to isté ako zahrievanie pece bankovkami.
Prirodzeným zdrojom uhľovodíkov sú fosílne palivá – ropa a
plyn, uhlie a rašelina. Ložiská ropy a plynu vznikli pred 100-200 miliónmi rokov
späť z mikroskopických morských rastlín a živočíchov, ktoré sa ukázali byť
zahrnuté v sedimentárnych horninách vytvorených na morskom dne, Na rozdiel od
Toto uhlie a rašelina sa začali tvoriť pred 340 miliónmi rokov z rastlín,
rastúce na súši.
Zemný plyn a ropa sa bežne vyskytujú s vodou
roponosné vrstvy nachádzajúce sa medzi vrstvami hornín (obr. 2). Termín
„zemný plyn“ sa vzťahuje aj na plyny, ktoré vznikajú v prírode
podmienky vyplývajúce z rozkladu uhlia. Zemný plyn a ropa
sa rozvíjajú na všetkých kontinentoch s výnimkou Antarktídy. Najväčší
Producentmi zemného plynu vo svete sú Rusko, Alžírsko, Irán a
Spojené štáty. Najväčšími producentmi ropy sú
Venezuela, Saudská Arábia, Kuvajt a Irán.
Zemný plyn pozostáva hlavne z metánu (tabuľka 1).
Surová ropa je olejovitá kvapalina, ktorej farba môže byť
byť veľmi rôznorodé - od tmavo hnedej alebo zelenej až po takmer
bezfarebný. Obsahuje veľké množstvo alkánov. Medzi nimi sú
priame alkány, rozvetvené alkány a cykloalkány s počtom atómov
uhlíka od päť do 40. Priemyselný názov týchto cykloalkánov je nachta. IN
ropa tiež obsahuje približne 10 % aromatických látok
uhľovodíky, ako aj malé množstvá iných zlúčenín obsahujúcich
síru, kyslík a dusík.
Tabuľka 1 Zloženie zemného plynu
Uhlie je najstarším zdrojom energie, ktorý poznáme
ľudskosť. Ide o minerál (obr. 3), ktorý vznikol z
rastlinná hmota v procese metamorfózy. Metamorfný
sa nazývajú horniny, ktorých zloženie prešlo zmenami podmienok
vysoké tlaky, ako aj vysoké teploty. Produkt prvej etapy v
procesom tvorby uhlia je rašelina, ktorá je
rozložená organická hmota. Uhlie vzniká z rašeliny po
je pokrytá sedimentárnymi horninami. Tieto sedimentárne horniny sú tzv
preťažený. Preťažený sediment znižuje obsah vlhkosti v rašeline.
Pri klasifikácii uhlia sa používajú tri kritériá: čistota (určená
relatívny obsah uhlíka v percentách); typ (definovaný
zloženie pôvodnej rastlinnej hmoty); stupeň (v závislosti od
stupeň metamorfózy).
Tabuľka 2 Obsah uhlíka v niektorých palivách a ich výhrevnosť
schopnosť
Najnižšími druhmi fosílneho uhlia sú hnedé uhlie a
lignit (tabuľka 2). Sú najbližšie k rašeline a vyznačujú sa relatívne
vyznačuje sa nižším obsahom vlhkosti a je široko používaný v
priemyslu. Najsuchším a najtvrdším druhom uhlia je antracit. Jeho
používa sa na vykurovanie domácností a varenie.
V poslednej dobe sa vďaka technologickému pokroku stáva čoraz viac
ekonomické splyňovanie uhlia. Produkty splyňovania uhlia zahŕňajú
oxid uhoľnatý, oxid uhličitý, vodík, metán a dusík. Používajú sa v
ako plynné palivo alebo ako surovina na výrobu rôznych
chemických produktov a hnojív.
Uhlie, ako je uvedené nižšie, je dôležitým zdrojom suroviny na výrobu
aromatické zlúčeniny. Uhlie predstavuje
je komplexná zmes chemikálií, ktorá obsahuje uhlík,
vodík a kyslík, ako aj malé množstvá dusíka, síry a iných nečistôt
prvkov. Okrem toho zloženie uhlia v závislosti od jeho typu zahŕňa
rôzne množstvo vlhkosti a rôzne minerály.
Uhľovodíky sa prirodzene vyskytujú nielen vo fosílnych palivách, ale aj v
v niektorých materiáloch biologického pôvodu. Prírodná guma
je príkladom prírodného uhľovodíkového polyméru. molekula gumy
pozostáva z tisícok štruktúrnych jednotiek predstavujúcich metylbuta-1,3-dién
(izoprén);
Prírodná guma. Približne 90% prírodného kaučuku, ktorý
v súčasnosti sa ťaží po celom svete, získava sa z brazílskeho
kaučukovník Hevea brasiliensis, pestovaný najmä v
rovníkové krajiny Ázie. Šťava z tohto stromu, ktorá je latexom
(koloidný vodný roztok polyméru), zozbieraný z rezov vykonaných nožom
štekať Latex obsahuje približne 30% kaučuku. Jeho drobné kúsky
suspendované vo vode. Šťava sa naleje do hliníkových nádob, kde sa pridá kyselina,
čo spôsobuje zrážanie gumy.
Mnoho ďalších prírodných zlúčenín tiež obsahuje izoprénové štruktúry.
úlomky. Napríklad limonén obsahuje dve izoprénové jednotky. Limonene
je hlavnou zložkou olejov extrahovaných z citrusových šupiek,
ako sú citróny a pomaranče. Toto spojenie patrí do triedy spojení
nazývané terpény. Terpény obsahujú vo svojich molekulách 10 atómov uhlíka (C).
10-zlúčenín) a zahŕňajú dva izoprénové fragmenty navzájom spojené
navzájom postupne („od hlavy k chvostu“). Zlúčeniny so štyrmi izoprénmi
fragmenty (zlúčeniny C 20) sa nazývajú diterpény a so šiestimi
izoprénové fragmenty - triterpény (C 30 zlúčeniny). skvalén,
ktorý sa nachádza v oleji zo žraločej pečene je triterpén.
Tetraterpény (zlúčeniny C 40) obsahujú osem izoprénov
úlomky. Tetraterpény sa nachádzajú v pigmentoch rastlinných a živočíšnych tukov
pôvodu. Ich farba je spôsobená prítomnosťou dlhého konjugovaného systému
dvojité väzby. Napríklad β-karotén je zodpovedný za charakteristickú oranžovú farbu
mrkvové sfarbenie.
Technológia spracovania ropy a uhlia
Koncom 19. stor. Pod vplyvom pokroku v oblasti tepelného a energetického strojárstva, dopravy, strojárstva, vojenstva a mnohých ďalších priemyselných odvetví sa neúmerne zvýšil dopyt a vznikla naliehavá potreba nových druhov palív a chemických produktov.
V tom čase sa zrodil a rýchlo napredoval priemysel spracovania ropy. Obrovský impulz pre rozvoj priemyslu spracovania ropy dal vynález a rýchle rozšírenie spaľovacieho motora na ropné produkty. Intenzívne sa rozvíjala aj technológia na spracovanie uhlia, ktoré slúži nielen ako jeden z hlavných druhov paliva, ale čo je obzvlášť pozoruhodné, stalo sa v sledovanom období nevyhnutnou surovinou pre chemický priemysel. Veľkú úlohu v tejto veci zohrala chémia koksu. Koksovne, ktoré predtým dodávali koks do železiarskeho a oceliarskeho priemyslu, sa zmenili na koksochemické podniky, ktoré vyrábali aj množstvo cenných chemických produktov: koksárenský plyn, surový benzén, uhoľný decht a čpavok.
Na základe produktov spracovania ropy a uhlia sa začala rozvíjať výroba syntetických organických látok a materiálov. Majú široké využitie ako suroviny a polotovary v rôznych odvetviach chemického priemyslu.
Lístok č. 10
Najdôležitejšími zdrojmi uhľovodíkov sú prírodné a súvisiace ropné plyny, ropa a uhlie.
Podľa rezerv zemný plyn Prvé miesto na svete patrí našej krajine. Zemný plyn obsahuje uhľovodíky s nízkou molekulovou hmotnosťou. Má nasledovné približné zloženie (objemovo): 80–98 % metánu, 2–3 % jeho najbližších homológov - etán, propán, bután a malé množstvo nečistôt - sírovodík H 2 S, dusík N 2, vzácne plyny , oxid uhoľnatý (IV) CO 2 a vodná para H 2 O . Zloženie plynu je špecifické pre každé pole. Existuje nasledujúci vzorec: čím vyššia je relatívna molekulová hmotnosť uhľovodíka, tým menej ho obsahuje zemný plyn.
Zemný plyn je široko používaný ako lacné palivo s vysokou výhrevnosťou (pri spálení 1 m 3 sa uvoľní až 54 400 kJ). Toto je jeden z najlepších druhov paliva pre domáce a priemyselné potreby. Okrem toho zemný plyn slúži ako cenná surovina pre chemický priemysel: výrobu acetylénu, etylénu, vodíka, sadzí, rôznych plastov, kyseliny octovej, farbív, liekov a iných produktov.
Pridružené ropné plyny sú v ložiskách spolu s ropou: sú v nej rozpustené a nachádzajú sa nad ropou a tvoria plynový „uzáver“. Pri ťažbe ropy na povrch sa z nej v dôsledku prudkého poklesu tlaku oddeľujú plyny. Predtým sa pridružené plyny nepoužívali a pri ťažbe ropy sa spaľovali. V súčasnosti sa zachytávajú a využívajú ako palivo a cenné chemické suroviny. Pridružené plyny obsahujú menej metánu ako zemný plyn, ale viac etánu, propánu, butánu a vyšších uhľovodíkov. Okrem toho obsahujú v podstate rovnaké nečistoty ako v zemnom plyne: H 2 S, N 2, vzácne plyny, pary H 2 O, CO 2 . Jednotlivé uhľovodíky (etán, propán, bután a pod.) sa získavajú z pridružených plynov ich spracovaním je možné dehydrogenáciou získať nenasýtené uhľovodíky - propylén, butylén, butadién, z ktorých sa potom syntetizujú kaučuky a plasty. Ako palivo pre domácnosť sa používa zmes propánu a butánu (skvapalnený plyn). Benzín (zmes pentánu a hexánu) sa používa ako prísada do benzínu pre lepšie zapálenie paliva pri štartovaní motora. Oxidáciou uhľovodíkov vznikajú organické kyseliny, alkoholy a iné produkty.
Olej– olejovitá, horľavá kvapalina tmavohnedej alebo takmer čiernej farby s charakteristickým zápachom. Je ľahší ako voda (= 0,73–0,97 g/cm3) a je prakticky nerozpustný vo vode. Z hľadiska zloženia je ropa zložitou zmesou uhľovodíkov s rôznou molekulovou hmotnosťou, takže nemá špecifickú teplotu varu.
Ropa pozostáva prevažne z kvapalných uhľovodíkov (sú v nich rozpustené pevné a plynné uhľovodíky). Typicky sú to alkány (väčšinou normálnej štruktúry), cykloalkány a arény, ktorých pomer v olejoch z rôznych oblastí sa značne líši. Uralový olej obsahuje viac arén. Okrem uhľovodíkov obsahuje ropa kyslík, síru a dusíkaté organické zlúčeniny.
Ropa sa zvyčajne nepoužíva. Na získanie technicky cenných produktov z ropy sa podrobuje spracovaniu.
Primárne spracovanie olej pozostáva z jeho destilácie. Destilácia sa vykonáva v ropných rafinériách po oddelení súvisiacich plynov. Pri destilácii ropy sa získavajú ľahké ropné produkty:
benzín ( t var = 40–200 °C) obsahuje uhľovodíky C 5 – C 11,
ťažký benzín ( t var = 150–250 °C) obsahuje uhľovodíky C 8 – C 14,
petrolej ( t var = 180–300 °C) obsahuje uhľovodíky C 12 – C 18,
plynový olej ( t kip > 275 °C),
a zvyšok je viskózna čierna kvapalina - vykurovací olej.
Vykurovací olej sa podrobí ďalšiemu spracovaniu. Destiluje sa za zníženého tlaku (aby sa zabránilo rozkladu) a izolujú sa mazacie oleje: vreteno, stroj, valec atď. Z vykurovacieho oleja niektorých druhov oleja sa izoluje vazelína a parafín. Zvyšok vykurovacieho oleja po destilácii – decht – po čiastočnej oxidácii sa používa na výrobu asfaltu. Hlavnou nevýhodou destilácie ropy je nízky výťažok benzínu (nie viac ako 20%).
Produkty destilácie ropy majú rôzne využitie.
Benzín Používa sa vo veľkých množstvách ako letecké a automobilové palivo. Zvyčajne pozostáva z uhľovodíkov obsahujúcich v molekulách priemerne 5 až 9 atómov C. Nafta Používa sa ako palivo pre traktory a tiež ako rozpúšťadlo v priemysle farieb a lakov. Veľké množstvá sa spracúvajú na benzín. Petrolej Používa sa ako palivo pre traktory, prúdové lietadlá a rakety, ako aj pre domáce potreby. Solárny olej - plynový olej– používa sa ako motorové palivo a mazacie oleje- na mazanie mechanizmov. Petrolatum používané v medicíne. Pozostáva zo zmesi kvapalných a pevných uhľovodíkov. Parafín používa sa na výrobu vyšších karboxylových kyselín, na impregnáciu dreva pri výrobe zápaliek a ceruziek, na výrobu sviečok, krémov na topánky a pod. Pozostáva zo zmesi pevných uhľovodíkov. Palivový olej Okrem spracovania na mazacie oleje a benzín sa používa ako kotlové kvapalné palivo.
O sekundárne metódy spracovania oleja, mení sa štruktúra uhľovodíkov zahrnutých v jeho zložení. Spomedzi týchto metód má veľký význam krakovanie ropných uhľovodíkov, ktoré sa vykonáva s cieľom zvýšiť výťažok benzínu (až 65–70 %).
Praskanie– proces štiepenia uhľovodíkov obsiahnutých v oleji, pri ktorom vznikajú uhľovodíky s menším počtom atómov C v molekule. Existujú dva hlavné typy krakovania: tepelné a katalytické.
Tepelné praskanie sa uskutočňuje zahrievaním suroviny (nafty a pod.) pri teplote 470–550 °C a tlaku 2–6 MPa. V tomto prípade sa molekuly uhľovodíkov s veľkým počtom atómov C štiepia na molekuly s menším počtom atómov nasýtených aj nenasýtených uhľovodíkov. Napríklad:
(radikálny mechanizmus),
Táto metóda sa používa na výrobu najmä automobilových benzínov. Jeho výťažnosť z ropy dosahuje 70 %. Tepelné praskanie objavil ruský inžinier V. G. Shukhov v roku 1891.
Katalytické krakovanie uskutočňované v prítomnosti katalyzátorov (zvyčajne hlinitokremičitanov) pri 450–500 °C a atmosférickom tlaku. Touto metódou sa vyrába letecký benzín s výťažnosťou až 80 %. Tento typ krakovania postihuje najmä petrolejové a plynové olejové frakcie ropy. Počas katalytického krakovania spolu so štiepnymi reakciami dochádza k izomerizačným reakciám. V dôsledku toho sa vytvárajú nasýtené uhľovodíky s rozvetveným uhlíkovým skeletom molekúl, čo zlepšuje kvalitu benzínu:
Vyššiu kvalitu má katalytický krakovací benzín. Proces jeho získavania prebieha oveľa rýchlejšie, s menšou spotrebou tepelnej energie. Okrem toho katalytickým krakovaním vzniká relatívne veľa uhľovodíkov s rozvetveným reťazcom (izozlúčenín), ktoré majú veľkú hodnotu pre organickú syntézu.
O t= 700 °C a viac dochádza k pyrolýze.
Pyrolýza– rozklad organických látok bez prístupu vzduchu pri vysokých teplotách. Pri pyrolýze ropy sú hlavnými reakčnými produktmi nenasýtené plynné uhľovodíky (etylén, acetylén) a aromatické uhľovodíky – benzén, toluén atď. Keďže pyrolýza ropy je jedným z najdôležitejších spôsobov získavania aromatických uhľovodíkov, tento proces sa často nazýva ropa aromatizácia.
Aromatizácia– premena alkánov a cykloalkánov na arény. Keď sa ťažké frakcie ropných produktov zahrievajú v prítomnosti katalyzátora (Pt alebo Mo), uhľovodíky obsahujúce 6 až 8 atómov C na molekulu sa premenia na aromatické uhľovodíky. Tieto procesy sa vyskytujú počas reformovania (zušľachťovanie benzínu).
reformovanie- Ide o aromatizáciu benzínu, ktorá sa uskutočňuje v dôsledku ich zahrievania v prítomnosti katalyzátora, napríklad Pt. Za týchto podmienok sa alkány a cykloalkány premieňajú na aromatické uhľovodíky, v dôsledku čoho sa výrazne zvyšuje aj oktánové číslo benzínu. Aromatizácia sa používa na získanie jednotlivých aromatických uhľovodíkov (benzén, toluén) z benzínových frakcií ropy.
V posledných rokoch sa ropné uhľovodíky široko používajú ako zdroj chemických surovín. Rôznym spôsobom sa z nich získavajú látky potrebné na výrobu plastov, syntetické textilné vlákna, syntetický kaučuk, alkoholy, kyseliny, syntetické detergenty, výbušniny, pesticídy, syntetické tuky atď.
Uhlie Rovnako ako zemný plyn a ropa je zdrojom energie a cenných chemických surovín.
Hlavným spôsobom spracovania uhlia je koksovanie(suchá destilácia). Pri koksovaní (zohrievanie na 1000 °C - 1200 °C bez prístupu vzduchu) sa získavajú rôzne produkty: koks, uhoľný decht, dechtová voda a koksárenský plyn (schéma).
Schéma
Koks sa používa ako redukčné činidlo pri výrobe liatiny v hutníckych prevádzkach.
Uhoľný decht slúži ako zdroj aromatických uhľovodíkov. Podrobí sa rektifikačnej destilácii a získa sa benzén, toluén, xylén, naftalén, ako aj fenoly, zlúčeniny obsahujúce dusík atď. Smola je hustá čierna hmota zostávajúca po destilácii živice, používaná na prípravu elektród a strešná lepenka.
Z dechtovej vody sa získava amoniak, síran amónny, fenol atď.
Koksárenský plyn sa používa na vykurovanie koksárenských pecí (pri spálení 1 m 3 sa uvoľní asi 18 000 kJ), ale hlavne podlieha chemickému spracovaniu. Takto sa z neho izoluje vodík na syntézu amoniaku, ktorý sa potom používa na výrobu dusíkatých hnojív, ako aj metánu, benzénu, toluénu, síranu amónneho a etylénu.
Správa na tému: „Prírodné zdroje uhľovodíkov“
Pripravené
Uhľovodíky
Uhľovodíky sú zlúčeniny pozostávajúce iba z atómov uhlíka a vodíka.
Uhľovodíky sa delia na cyklické (karbocyklické zlúčeniny) a acyklické.
Cyklické (karbocyklické) sú zlúčeniny, ktoré obsahujú jeden alebo viac cyklov pozostávajúcich iba z atómov uhlíka (na rozdiel od heterocyklických zlúčenín obsahujúcich heteroatómy – dusík, síra, kyslík atď.).
d.). Karbocyklické zlúčeniny sa zase delia na aromatické a nearomatické (alicyklické) zlúčeniny.
Acyklické uhľovodíky zahŕňajú organické zlúčeniny, ktorých molekuly uhlíkového skeletu sú otvorené reťazce.
Tieto reťazce môžu byť tvorené jednoduchými väzbami (alkány СnН2n+2), obsahujú jednu dvojitú väzbu (alkény СnН2n), dve alebo viac dvojitých väzieb (diény alebo polyény), jednu trojitú väzbu (alkíny СnН2n-2).
Ako viete, uhlíkové reťazce sú súčasťou väčšiny organických látok. Štúdium uhľovodíkov je teda mimoriadne dôležité, pretože tieto zlúčeniny sú štruktúrnym základom iných tried organických zlúčenín.
Okrem toho sú uhľovodíky, najmä alkány, hlavnými prírodnými zdrojmi organických zlúčenín a základom najdôležitejších priemyselných a laboratórnych syntéz.
Uhľovodíky sú najdôležitejším druhom suroviny pre chemický priemysel. Na druhej strane, uhľovodíky sú v prírode pomerne rozšírené a možno ich izolovať z rôznych prírodných zdrojov: ropy, súvisiacej ropy a zemného plynu, uhlia.
Poďme sa na ne pozrieť bližšie.
Ropa je prírodná komplexná zmes uhľovodíkov, najmä lineárnych a rozvetvených alkánov, obsahujúca od 5 do 50 atómov uhlíka v molekulách, s ďalšími organickými látkami.
Jeho zloženie výrazne závisí od miesta jeho ťažby (ložiska okrem alkánov môže obsahovať cykloalkány a aromatické uhľovodíky).
Plynné a pevné zložky oleja sú rozpustené v jeho kvapalných zložkách, čo určuje jeho stav agregácie. Olej je olejovitá kvapalina tmavej (hnedej až čiernej) farby s charakteristickým zápachom, nerozpustná vo vode. Jeho hustota je menšia ako hustota vody, a preto, keď sa do nej dostane ropa, rozšíri sa po povrchu a zabráni rozpúšťaniu kyslíka a iných vzdušných plynov vo vode.
Je zrejmé, že keď sa ropa dostane do prírodných vodných plôch, spôsobí smrť mikroorganizmov a zvierat, čo vedie k ekologickým katastrofám a dokonca katastrofám. Existujú baktérie, ktoré môžu používať ropné zložky ako potraviny a premieňať ich na neškodné produkty svojej životne dôležitej činnosti. Je jasné, že používanie kultúr týchto baktérií je pre životné prostredie najbezpečnejším a najsľubnejším spôsobom boja proti znečisťovaniu životného prostredia ropou pri jej výrobe, preprave a rafinácii.
V prírode ropa a súvisiaci ropný plyn, o ktorých bude reč nižšie, vypĺňajú dutiny zemského vnútra. Keďže ide o zmes rôznych látok, olej nemá konštantný bod varu. Je zrejmé, že každá z jeho zložiek si v zmesi zachováva svoje individuálne fyzikálne vlastnosti, čo umožňuje rozdeliť olej na jeho zložky. Za týmto účelom sa čistí od mechanických nečistôt a zlúčenín obsahujúcich síru a podrobuje sa takzvanej frakčnej destilácii alebo rektifikácii.
Frakčná destilácia je fyzikálny spôsob oddeľovania zmesi zložiek s rôznymi bodmi varu.
Počas procesu rektifikácie sa olej delí na tieto frakcie:
Rektifikačné plyny sú zmesou uhľovodíkov s nízkou molekulovou hmotnosťou, najmä propánu a butánu, s bodom varu do 40 °C;
Benzínová frakcia (benzín) - uhľovodíky zloženia od C5H12 do C11H24 (bod varu 40-200 ° C); jemnejším oddelením tejto frakcie sa získa benzín (petroléter, 40-70 °C) a benzín (70-120 °C);
Ťažký benzín - uhľovodíky so zložením od C8H18 do C14H30 (teplota varu 150-250 °C);
Petrolejová frakcia - uhľovodíky zloženia od C12H26 do C18H38 (bod varu 180-300 ° C);
Motorová nafta - uhľovodíky zloženia od C13H28 do C19H36 (bod varu 200-350 ° C).
Zvyšok z destilácie ropy - vykurovací olej - obsahuje uhľovodíky s počtom atómov uhlíka od 18 do 50. Destiláciou za zníženého tlaku sa získava motorová nafta (C18H28-C25H52), mazacie oleje (C28H58-C38H78), vazelína a parafín z vykurovacieho oleja - nízkotaviteľné zmesi pevných uhľovodíkov.
Pevný zvyšok z destilácie vykurovacieho oleja - decht a produkty jeho spracovania - bitúmen a asfalt sa používajú na výrobu povrchov ciest.
Pridružený ropný plyn
Ropné polia obsahujú spravidla veľké nahromadenia takzvaného asociovaného ropného plynu, ktorý sa nad ropou zhromažďuje v zemskej kôre a čiastočne sa v nej rozpúšťa pod tlakom nadložných hornín.
Rovnako ako ropa, aj pridružený ropný plyn je cenným prírodným zdrojom uhľovodíkov. Obsahuje najmä alkány, ktorých molekuly obsahujú od 1 do 6 atómov uhlíka. Je zrejmé, že zloženie súvisiaceho ropného plynu je oveľa horšie ako ropa. Napriek tomu sa však široko používa ako palivo aj ako surovina pre chemický priemysel. Len pred niekoľkými desaťročiami sa na väčšine ropných polí spaľoval súvisiaci ropný plyn ako zbytočný doplnok k rope.
V súčasnosti sa napríklad v Surgute, najbohatšej ropnej rezerve v Rusku, vyrába najlacnejšia elektrina na svete pomocou pridruženého ropného plynu ako paliva.
Pridružený ropný plyn je v porovnaní so zemným plynom bohatší na zloženie rôznych uhľovodíkov. Keď ich rozdelíme na zlomky, dostaneme:
Benzín je vysoko prchavá zmes pozostávajúca hlavne z lentánu a hexánu;
Propán-butánová zmes, pozostávajúca, ako už názov napovedá, z propánu a butánu a ľahko prechádzajúca do kvapalného stavu pri zvýšení tlaku;
Suchý plyn je zmes obsahujúca najmä metán a etán.
Benzín, ako zmes prchavých zložiek s malou molekulovou hmotnosťou, sa dobre odparuje aj pri nízkych teplotách. To umožňuje používať benzín ako palivo pre spaľovacie motory na Ďalekom severe a ako prísadu do motorového paliva, čo uľahčuje štartovanie motorov v zimných podmienkach.
Zmes propán-bután vo forme skvapalneného plynu sa používa ako palivo pre domácnosť (známe plynové fľaše vo vašej chate) a na plnenie zapaľovačov.
Postupný prechod cestnej dopravy na skvapalnený plyn je jedným z hlavných spôsobov, ako prekonať globálnu palivovú krízu a vyriešiť problémy životného prostredia.
Suchý plyn, ktorý je zložením blízky zemnému plynu, je tiež široko používaný ako palivo.
Využitie pridruženého ropného plynu a jeho zložiek ako paliva však zďaleka nie je najsľubnejším spôsobom jeho využitia.
Oveľa efektívnejšie je využiť zložky pridruženého ropného plynu ako suroviny pre chemickú výrobu. Vodík, acetylén, nenasýtené a aromatické uhľovodíky a ich deriváty sa získavajú z alkánov, ktoré tvoria pridružený ropný plyn.
Plynné uhľovodíky môžu nielen sprevádzať ropu v zemskej kôre, ale môžu vytvárať aj nezávislé akumulácie - ložiská zemného plynu.
Zemný plyn
Zemný plyn je zmes plynných nasýtených uhľovodíkov s nízkou molekulovou hmotnosťou. Hlavnou zložkou zemného plynu je metán, ktorého podiel sa v závislosti od oblasti pohybuje od 75 do 99 % objemu.
Zemný plyn zahŕňa okrem metánu aj etán, propán, bután a izobután, ako aj dusík a oxid uhličitý.
Rovnako ako pridružená ropa, zemný plyn sa používa ako palivo aj ako surovina na výrobu rôznych organických a anorganických látok.
Už viete, že z metánu, hlavnej zložky zemného plynu, sa získava vodík, acetylén a metylalkohol, formaldehyd a kyselina mravčia a mnohé ďalšie organické látky. Zemný plyn sa používa ako palivo v elektrárňach, v kotolniach na ohrev vody v obytných a priemyselných budovách, vo vysokopecných a otvorených peciach.
Zapálením zápalky a zapálením plynu v kuchynskom plynovom sporáku mestského domu „spustíte“ reťazovú reakciu oxidácie alkánov, ktoré tvoria zemný plyn.
Uhlie
Okrem ropy, prírodných a súvisiacich ropných plynov je prírodným zdrojom uhľovodíkov aj uhlie.
0n tvorí hrubé vrstvy v útrobách zeme, jeho overené zásoby výrazne prevyšujú zásoby ropy. Rovnako ako ropa, aj uhlie obsahuje veľké množstvo rôznych organických látok.
Okrem organických látok obsahuje aj látky anorganické, ako je voda, amoniak, sírovodík a samozrejme aj samotný uhlík – uhlie. Jednou z hlavných metód spracovania uhlia je koksovanie – kalcinácia bez prístupu vzduchu. V dôsledku koksovania, ktoré sa uskutočňuje pri teplote asi 1000 °C, vznikajú:
Koksárenský plyn, ktorý obsahuje vodík, metán, oxid uhličitý a oxid uhličitý, prímesi čpavku, dusíka a iných plynov;
uhoľný decht obsahujúci niekoľko stokrát viac osobných organických látok vrátane benzénu a jeho homológov, fenolu a aromatických alkoholov, naftalénu a rôznych heterocyklických zlúčenín;
suprasín alebo čpavková voda obsahujúca, ako už názov napovedá, rozpustený čpavok, ako aj fenol, sírovodík a iné látky;
koks je pevný zvyšok z koksovania, takmer čistý uhlík.
Koks sa používa pri výrobe železa a ocele, čpavok pri výrobe dusíkatých a kombinovaných hnojív a význam organických produktov koksovania možno len ťažko preceňovať.
Záver: ropa, s ňou spojená ropa a zemné plyny a uhlie sú teda nielen najcennejšími zdrojmi uhľovodíkov, ale aj súčasťou jedinečnej zásobárne nenahraditeľných prírodných zdrojov, ktorých šetrné a rozumné využívanie je nevyhnutnou podmienkou progresívnej rozvoj ľudskej spoločnosti.
Prírodné zdroje uhľovodíkov sú fosílne palivá. Väčšina organických látok sa získava z prírodných zdrojov. V procese syntézy organických zlúčenín sa ako suroviny využívajú prírodné a sprievodné plyny, čierne a hnedé uhlie, ropa, ropná bridlica, rašelina a produkty živočíšneho a rastlinného pôvodu.
Aké je zloženie zemného plynu
Kvalitatívne zloženie zemného plynu tvoria dve skupiny zložiek: organické a anorganické.
Organické zložky zahŕňajú: metán - CH4; propán - C3H8; bután - C4H10; etán - C2H4; ťažšie uhľovodíky s viac ako piatimi atómami uhlíka. Anorganické zložky zahŕňajú nasledujúce zlúčeniny: vodík (v malých množstvách) - H2; oxid uhličitý - CO2; hélium - He; dusík - N2; sírovodík - H2S.
Aké presne bude zloženie konkrétnej zmesi, závisí od zdroja, teda od ložiska. Rovnaké dôvody vysvetľujú rôzne fyzikálne a chemické vlastnosti zemného plynu.
Chemické zloženie
Hlavnú časť zemného plynu tvorí metán (CH4) – až 98 %. Zemný plyn môže obsahovať aj ťažšie uhľovodíky:
* etán (C2H6),
* propán (C3H8),
* bután (C4H10)
- homológy metánu, ako aj iné neuhľovodíkové látky:
* vodík (H2),
* sírovodík (H2S),
* oxid uhličitý (CO2),
* dusík (N2),
* hélium (He).
Zemný plyn je bez farby a bez zápachu.
Na identifikáciu úniku podľa zápachu sa do plynu pridáva malé množstvo merkaptánov, ktoré majú silný nepríjemný zápach.
Aké sú výhody zemného plynu oproti iným druhom palív?
1. zjednodušená extrakcia (nevyžaduje umelé čerpanie)
2. pripravené na použitie bez medzispracovania (destilácie)
preprava v plynnom aj kvapalnom skupenstve.
4. minimálne emisie škodlivých látok pri spaľovaní.
5. pohodlie privádzania paliva v už plynnom stave počas jeho spaľovania (nižšie náklady na zariadenia využívajúce tento druh paliva)
rezervy sú rozsiahlejšie ako iné palivá (nižšia trhová hodnota)
7. využitie vo väčších odvetviach národného hospodárstva ako iné druhy palív.
dostatočné množstvo v hlbinách Ruska.
9. Emisie samotného paliva pri nehodách sú menej toxické pre životné prostredie.
10. vysoká teplota spaľovania pre využitie v technologických schémach národného hospodárstva a pod., atď.
Aplikácia v chemickom priemysle
Používa sa na výrobu plastov, alkoholu, gumy a organických kyselín. Iba s použitím zemného plynu je možné syntetizovať chemikálie, ktoré sa v prírode jednoducho nenachádzajú, napríklad polyetylén.
metán sa používa ako surovina na výrobu acetylénu, amoniaku, metanolu a kyanovodíka. Zemný plyn je zároveň hlavnou surovinovou základňou na výrobu čpavku. Takmer tri štvrtiny všetkého amoniaku sa spotrebujú na výrobu dusíkatých hnojív.
Kyanovodík, získaný z amoniaku, spolu s acetylénom slúži ako východisková surovina na výrobu rôznych syntetických vlákien. Z acetylénu možno vyrábať rôzne plechy, ktoré majú široké využitie v priemysle a každodennom živote.
Používa sa aj na výrobu acetátového hodvábu.
Zemný plyn je jedným z najlepších druhov paliva používaného pre priemyselné a domáce potreby. Jeho hodnota ako paliva spočíva aj v tom, že toto minerálne palivo je celkom šetrné k životnému prostrediu. Pri horení vzniká oveľa menej škodlivých látok v porovnaní s inými druhmi paliva.
Najdôležitejšie ropné produkty
Pri procese rafinácie sa z ropy vyrába palivo (kvapalné a plynné), mazacie oleje a tuky, rozpúšťadlá, jednotlivé uhľovodíky - etylén, propylén, metán, acetylén, benzén, toluén, xylo atď., tuhé a polotuhé zmesi uhľovodíkov (parafín, vazelína, cerezín), ropný bitúmen, sadze (sadze), ropné kyseliny a ich deriváty.
Kvapalné palivo získané z rafinácie ropy sa delí na motorové palivo a kotlové palivo.
Plynné palivá zahŕňajú uhľovodíkové skvapalnené palivové plyny používané pre komunálne služby. Ide o zmesi propánu a butánu v rôznych pomeroch.
Mazacie oleje určené na kvapalné mazanie v rôznych strojoch a mechanizmoch sa v závislosti od použitia delia na priemyselné, turbínové, kompresorové, prevodové, izolačné a motorové oleje.
Tuky sú ropné oleje zahustené mydlami, tuhými uhľovodíkmi a inými zahusťovadlami.
Jednotlivé uhľovodíky získané zo spracovania ropy a ropných plynov slúžia ako suroviny na výrobu polymérov a produktov organickej syntézy.
Z nich sú najdôležitejšie tie obmedzujúce – metán, etán, propán, bután; nenasýtené – etylén, propylén; aromatické - benzén, toluén, xylény. Produkty rafinácie ropy sú tiež nasýtené uhľovodíky s vysokou molekulovou hmotnosťou (C16 a viac) - parafíny, ceresíny, používané v parfumérskom priemysle a ako zahusťovadlá tukov.
Ropný bitúmen, získaný zo zvyškov ťažkých ropných látok oxidáciou, sa používa na stavbu ciest, na výrobu strešných krytín, na prípravu asfaltových lakov a tlačiarenských farieb atď.
Jedným z hlavných produktov rafinácie ropy je motorové palivo, kam patrí letecký a automobilový benzín.
Aké sú hlavné prírodné zdroje uhľovodíkov, ktoré poznáte?
Prírodné zdroje uhľovodíkov sú fosílne palivá.
Väčšina organických látok sa získava z prírodných zdrojov. V procese syntézy organických zlúčenín sa ako suroviny využívajú prírodné a sprievodné plyny, čierne a hnedé uhlie, ropa, ropná bridlica, rašelina a produkty živočíšneho a rastlinného pôvodu.
12Ďalej ⇒
Odpovede na odsek 19
1. Aké sú hlavné prírodné zdroje uhľovodíkov, ktoré poznáte?
Ropa, zemný plyn, bridlica, uhlie.
Aké je zloženie zemného plynu? Zobrazte na geografickej mape najdôležitejšie ložiská: a) zemný plyn; b) olej; c) uhlie.
3. Aké výhody má zemný plyn oproti iným druhom paliva? Na aké účely sa používa zemný plyn v chemickom priemysle?
Zemný plyn sa v porovnaní s inými zdrojmi uhľovodíkov najjednoduchšie vyrába, prepravuje a spracováva.
V chemickom priemysle sa zemný plyn využíva ako zdroj nízkomolekulárnych uhľovodíkov.
4. Napíšte reakčné rovnice na výrobu: a) acetylénu z metánu; b) chloroprénový kaučuk z acetylénu; c) tetrachlórmetán z metánu.
5. Ako sa súvisiace ropné plyny líšia od zemného plynu?
Pridružené plyny sú prchavé uhľovodíky rozpustené v oleji.
K ich izolácii dochádza destiláciou. Na rozdiel od zemného plynu ho možno izolovať v ktorejkoľvek fáze rozvoja ropného poľa.
6. Opíšte hlavné produkty získané z pridružených ropných plynov.
Hlavné produkty: metán, etán, propán, n-bután, pentán, izobután, izopentán, n-hexán, n-heptán, hexán a izoméry heptánu.
Vymenujte najdôležitejšie ropné produkty, uveďte ich zloženie a oblasti ich použitia.
8. Aké mazacie oleje sa používajú pri výrobe?
Motorové oleje, prevodové, priemyselné, mazacie a chladiace emulzie pre kovoobrábacie stroje atď.
Ako sa destiluje olej?
10. Čo je to krakovanie ropy? Napíšte rovnicu pre reakcie štiepenia uhľovodíkov A v tomto procese.
Prečo je možné priamou destiláciou ropy získať najviac 20 % benzínu?
Pretože obsah benzínovej frakcie v oleji je obmedzený.
12. Ako sa tepelné krakovanie líši od katalytického krakovania? Uveďte charakteristiky tepelne a katalyticky krakovacích benzínov.
Pri tepelnom krakovaní je potrebné zohriať reagujúce látky na vysoké teploty pri katalytickom krakovaní, zavedením katalyzátora sa znižuje aktivačná energia reakcie, čo umožňuje výrazne znížiť reakčnú teplotu.
Ako môžete prakticky rozlíšiť krakovaný benzín od priamo destilovaného benzínu?
Krakovací benzín má vyššie oktánové číslo v porovnaní s priamo destilovaným benzínom, t.j. je odolnejší voči detonácii a odporúča sa na použitie v spaľovacích motoroch.
14. Čo je aromatizácia oleja? Napíšte reakčné rovnice, ktoré vysvetľujú tento proces.
Aké sú hlavné produkty získané z koksovateľného uhlia?
Naftalén, antracén, fenantrén, fenoly a uhoľné oleje.
16. Ako sa koks získava a kde sa používa?
Koks je pevný, porézny, sivý produkt získaný kokosovým uhlím pri teplotách 950-1100 °C bez kyslíka.
Používa sa na tavenie liatiny, ako bezdymové palivo, redukčné činidlo pre železnú rudu a dezintegračné činidlo vsádzkových materiálov.
17. Aké sú hlavné získané produkty:
a) z uhoľného dechtu; b) z dechtovej vody; c) z koksárenského plynu? Kde sa používajú? Aké organické látky možno získať z koksárenského plynu?
a) benzén, toluén, naftalén – chemický priemysel
b) amoniak, fenoly, organické kyseliny – chemický priemysel
c) vodík, metán, etylén - palivo.
Pamätajte na všetky hlavné metódy výroby aromatických uhľovodíkov. Aké sú rozdiely medzi metódami výroby aromatických uhľovodíkov z produktov koksovateľného uhlia a ropy? Napíšte rovnice zodpovedajúcich reakcií.
Líšia sa metódami výroby: primárna rafinácia ropy je založená na rozdieloch fyzikálnych vlastností rôznych frakcií a koksovanie je založené čisto na chemických vlastnostiach uhlia.
Vysvetliť, ako sa v procese riešenia energetických problémov v krajine zlepšia spôsoby spracovania a využívania prírodných zdrojov uhľovodíkov.
Hľadanie nových zdrojov energie, optimalizácia procesov výroby a rafinácie ropy, vývoj nových katalyzátorov na zníženie nákladov na celú výrobu atď.
20. Aké sú vyhliadky na výrobu kvapalného paliva z uhlia?
Výroba tekutého paliva z uhlia je v budúcnosti možná za predpokladu zníženia nákladov na jeho výrobu.
Úloha 1.
Je známe, že plyn obsahuje v objemových frakciách 0,9 metánu, 0,05 etánu, 0,03 propánu, 0,02 dusíka. Aký objem vzduchu bude potrebný na spálenie 1 m3 tohto plynu za normálnych podmienok?
Úloha 2.
Aký objem vzduchu (č.s.) je potrebný na spálenie 1 kg heptánu?
Úloha 3. Vypočítajte, aký objem (v l) a akú hmotnosť (v kg) oxidu uhoľnatého (IV) vznikne pri spaľovaní 5 mol oktánu (č.).
Hlavnými zdrojmi uhľovodíkov na našej planéte sú zemný plyn, oleja A uhlia. Najstabilnejšie uhľovodíky, nasýtené a aromatické, prežili milióny rokov uchovávania v útrobách zeme.
Zemný plyn pozostáva hlavne z metán s prímesami iných plynných alkánov, dusíka, oxidu uhličitého a niektorých ďalších plynov; uhlie obsahuje hlavne polycykl aromatické uhľovodíky.
Ropa na rozdiel od zemného plynu a uhlia obsahuje celý rad zložiek:
V rope sú prítomné aj ďalšie látky: heteroatómové organické zlúčeniny (obsahujú síru, dusík, kyslík a iné prvky), voda s rozpustenými soľami, pevné častice iných hornín a iné nečistoty.
Je zaujímavé vedieť, že uhľovodíky sa nachádzajú aj vo vesmíre, a to aj na iných planétach.
Napríklad metán tvorí významnú časť atmosféry Uránu a je zodpovedný za jeho svetlotyrkysovú farbu pozorovanú cez ďalekohľad. Atmosféra Titanu, najväčšieho Saturnovho mesiaca, pozostáva hlavne z dusíka, ale obsahuje aj uhľovodíky metán, etán, propán, etylén, propín, butadiín a ich deriváty; niekedy tam prší metán a uhľovodíkové rieky sa vlievajú do uhľovodíkových jazier na povrchu Titanu.
Prítomnosť nenasýtených uhľovodíkov spolu s nasýteným a molekulárnym vodíkom je spôsobená vplyvom slnečného žiarenia.
Mendelejev vlastní frázu: „Spaľovanie ropy je to isté ako zahrievanie pece bankovkami. Vďaka vzniku a rozvoju technológií na rafináciu ropy sa v 20. storočí zmenilo z bežného paliva na najcennejšie zdroj surovín pre chemický priemysel.
Ropné produkty sa v súčasnosti používajú takmer vo všetkých priemyselných odvetviach.
Primárna rafinácia ropy je príprava, teda čistenie ropy od anorganických nečistôt a v nej rozpustených ropných plynov a destiláciou, teda fyzické delenie na frakcie v závislosti od bodu varu:
Z vykurovacieho oleja, ktorý zostane po destilácii oleja pri atmosférickom tlaku, sa vplyvom vákua oddelia zložky s vysokou molekulovou hmotnosťou, vhodné na spracovanie na minerálne oleje, motorové palivá a iné produkty a zvyšok - decht- používa sa na výrobu bitúmenu.
V procese sekundárnej rafinácie ropy sa podrobujú jednotlivé frakcie chemické premeny.
Ide o krakovanie, reformovanie, izomerizáciu a mnohé ďalšie procesy, ktoré umožňujú získať nenasýtené a aromatické uhľovodíky, rozvetvené alkány a iné cenné ropné produkty. Niektoré z nich sa vynakladajú na výrobu vysokokvalitného paliva a rôznych rozpúšťadiel a niektoré sú surovinami na výrobu nových organických zlúčenín a materiálov pre širokú škálu priemyselných odvetví.
Malo by sa však pamätať na to, že zásoby uhľovodíkov v prírode sa dopĺňajú oveľa pomalšie, ako ich ľudstvo spotrebuje, a samotný proces rafinácie a spaľovania ropných produktov prináša silné odchýlky do chemickej rovnováhy prírody.
Samozrejme, skôr či neskôr príroda obnoví rovnováhu, ale to môže mať za následok pre človeka vážne problémy. Preto je potrebné nových technológií eliminovať používanie uhľovodíkov ako paliva v budúcnosti.
Riešenie takýchto globálnych problémov je nevyhnutné rozvoj základnej vedy a hlboké pochopenie sveta okolo nás.
– pozostáva (predovšetkým) z metánu a (v menšom množstve) jeho najbližších homológov - etánu, propánu, butánu, pentánu, hexánu atď.; pozorované v pridruženom ropnom plyne, t. j. zemnom plyne, ktorý sa nachádza v prírode nad ropou alebo je v nej rozpustený pod tlakom.
Olej
je olejovitá horľavá kvapalina pozostávajúca z alkánov, cykloalkánov, arénov (prevládajúcich), ako aj zlúčenín obsahujúcich kyslík, dusík a síru.
Uhlie
– nerast na tuhé palivo organického pôvodu. Obsahuje málo grafitu a mnoho zložitých cyklických zlúčenín, vrátane prvkov C, H, O, N a S. Nachádza sa v ňom antracit (takmer bezvodý), uhlie (-4% vlhkosti) a hnedé uhlie (50-60% vlhkosť). Pomocou koksovacej metódy sa uhlie premieňa na uhľovodíky (plynné, kvapalné a pevné) a koks (pomerne čistý grafit).
Koksovanie uhlia
Zahrievanie uhlia bez prístupu vzduchu na 900-1050°C vedie k jeho tepelnému rozkladu za vzniku prchavých produktov (uhoľný decht, čpavková voda a koksárenský plyn) a tuhého zvyšku - koksu.
Hlavné produkty: koks - 96-98% uhlíka; koksárenský plyn -60 % vodíka, 25 % metánu, 7 % oxidu uhoľnatého (II) atď.
Vedľajšie produkty: uhoľný decht (benzén, toluén), amoniak (z koksárenského plynu) atď.
Rafinácia ropy rektifikačnou metódou
Vopred rafinovaný olej sa podrobuje atmosférickej (alebo vákuovej) destilácii na frakcie s určitým rozsahom teploty varu v kontinuálnych destilačných kolónach.
Hlavné produkty: ľahký a ťažký benzín, petrolej, plynový olej, mazacie oleje, vykurovací olej, decht.
Rafinácia ropy katalytickým krakovaním
Suroviny: vysokovriace ropné frakcie (petrolej, plynový olej atď.)
Pomocné materiály: katalyzátory (modifikované hlinitokremičitany).
Základný chemický proces: pri teplote 500-600 °C a tlaku 5·10 5 Pa sa molekuly uhľovodíkov štiepia na menšie molekuly, katalytické krakovanie je sprevádzané aromatizáciou, izomerizáciou a alkylačnými reakciami.
Produkty: zmes nízkovriacich uhľovodíkov (palivá, suroviny pre petrochemický priemysel).
C16.H34 -> C8H18 + C8H16
C8H18 -> C4H10 + C4H8
C4H10 -> C2H6 + C2H4