Glavni naravni vir butana je. Sporočilo o naravnih virih ogljikovodikov
Spojine, sestavljene samo iz ogljikovih in vodikovih atomov.
Ogljikovodike delimo na ciklične (karbociklične spojine) in aciklične.
Ciklične (karbociklične) so spojine, ki vsebujejo enega ali več ciklov, sestavljenih samo iz ogljikovih atomov (v nasprotju s heterocikličnimi spojinami, ki vsebujejo heteroatome - dušik, žveplo, kisik itd.). Karbociklične spojine pa delimo na aromatske in nearomatske (aliciklične) spojine.
Aciklični ogljikovodiki vključujejo organske spojine, katerih molekule ogljikovega skeleta so odprte verige.
Te verige so lahko tvorjene z enojnimi vezmi (alkani), vsebujejo eno dvojno vez (alkeni), dve ali več dvojnih vezi (dieni ali polieni) ali eno trojno vez (alkini).
Kot veste, so ogljikove verige del večine organske snovi. Tako pridobiva študija ogljikovodikov poseben pomen, saj so te spojine strukturna osnova drugih razredov organskih spojin.
Poleg tega so ogljikovodiki, zlasti alkani, glavni naravni viri organskih spojin in osnova najpomembnejših industrijskih in laboratorijskih sintez (Shema 1).
Že veste, da so ogljikovodiki najpomembnejša vrsta surovine za kemično industrijo. Ogljikovodiki pa so v naravi precej razširjeni in jih je mogoče izolirati iz različnih naravnih virov: nafte, povezane nafte in zemeljskega plina, premog. Oglejmo si jih pobližje.
Olje- naravna kompleksna mešanica ogljikovodikov, predvsem alkanov linearne in razvejane strukture, ki vsebujejo od 5 do 50 ogljikovih atomov v molekulah, z drugimi organskimi snovmi. Njegova sestava je bistveno odvisna od mesta njegovega pridobivanja (nahajališča); poleg alkanov lahko vsebuje cikloalkane in aromatski ogljikovodiki.
Plinaste in trdne sestavine nafte so raztopljene v njenih tekočih sestavinah, kar določa njeno fizično stanje. Olje je oljnata tekočina temne (rjave do črne) barve z značilnim vonjem, netopna v vodi. Njegova gostota je manjša od gostote vode, zato se olje, ko pride vanjo, razširi po površini in preprečuje, da bi se kisik in drugi zračni plini raztopili v vodi. Očitno je, da nafta, ko pride v naravne vodne površine, povzroči smrt mikroorganizmov in živali, kar povzroči okoljske katastrofe in celo katastrofe. Obstajajo bakterije, ki lahko sestavine olja uporabljajo kot hrano in jih pretvorijo v neškodljive produkte svoje vitalne dejavnosti. Jasno je, da je uporaba kultur teh bakterij najbolj okolju prijazen in obetaven način za boj proti onesnaževanju okolja z nafto med njeno proizvodnjo, transportom in rafiniranjem.
V naravi nafta in z njo povezan naftni plin, o katerem bo govora v nadaljevanju, zapolnjujeta votline zemeljske notranjosti. Ker je olje mešanica različnih snovi, nima št konstantna temperatura vrenje. Jasno je, da vsaka njegova komponenta v mešanici ohrani svoje individualne fizikalne lastnosti, kar omogoča ločevanje olja na komponente. Da bi to naredili, ga očistimo iz mehanskih nečistoč in spojin, ki vsebujejo žveplo, ter podvržemo tako imenovani frakcijski destilaciji ali rektifikaciji.
Frakcijska destilacija - fizikalna metoda ločevanje mešanice komponent iz različne temperature vrenje.
Destilacija se izvaja v posebnih napravah - destilacijskih stolpcih, v katerih se ponavljajo cikli kondenzacije in izhlapevanja tekočih snovi, ki jih vsebuje olje (slika 9).
Hlapi, ki nastanejo pri vrenju mešanice snovi, so obogateni s komponento z nižjim vreliščem (tj. z nižjo temperaturo). Ti hlapi se zberejo, kondenzirajo (ohladijo pod vrelišče) in ponovno zavrejo. V tem primeru nastanejo pare, ki so še bolj obogatene s snovjo z nizkim vreliščem. Z večkratnim ponavljanjem teh ciklov je mogoče doseči skoraj popolno ločitev snovi, ki jih vsebuje mešanica.
V destilacijsko kolono pride olje, segreto v cevni peči na temperaturo 320-350 °C. Destilacijski stolpec ima vodoravne predelne stene z luknjami - tako imenovane pladnje, na katerih pride do kondenzacije oljnih frakcij. Na višjih se kopičijo frakcije z nizkim vreliščem, na nižjih pa z visokim vreliščem.
Med procesom rektifikacije se olje razdeli na naslednje frakcije:
Rektifikacijski plini so mešanica ogljikovodikov z nizko molekulsko maso, predvsem propana in butana, z vreliščem do 40 ° C;
Bencinska frakcija (bencin) - ogljikovodiki sestave od C 5 H 12 do C 11 H 24 (vrelišče 40-200 ° C); s finejšim ločevanjem te frakcije dobimo bencin (petroleter, 40-70 °C) in bencin (70-120 °C);
Frakcija nafte - ogljikovodiki sestave od C8H18 do C14H30 (vrelišče 150-250 ° C);
Kerozinska frakcija - ogljikovodiki sestave od C12H26 do C18H38 (vrelišče 180-300 ° C);
Dizelsko gorivo - ogljikovodiki sestave od C13H28 do C19H36 (vrelišče 200-350 ° C).
Preostanek destilacije nafte je kurilno olje- vsebuje ogljikovodike s številom ogljikovih atomov od 18 do 50. Z destilacijo pod znižanim tlakom iz kurilnega olja, dizelskega olja (C18H28-C25H52), mazalnih olj (C28H58-C38H78), vazelina in parafina pridobivamo - mešanice z nizkim tališčem. trdnih ogljikovodikov. Trdni ostanek pri destilaciji kurilnega olja - katran in produkti njegove predelave - bitumen in asfalt se uporabljajo za izdelavo cestnih površin.
Izdelki, dobljeni kot posledica rektifikacije olja, so izpostavljeni kemična obdelava, vključno s številko zapleteni procesi. Eden od njih je krekiranje naftnih derivatov. Že veste, da kurilno olje ločimo na komponente pod znižanim tlakom. To pojasnjuje dejstvo, da ko atmosferski tlak njegove komponente začnejo razpadati, preden dosežejo vrelišče. Ravno to je osnova pokanja.
Pokanje - termična razgradnja naftnih derivatov, ki vodi do tvorbe ogljikovodikov z manjšim številom ogljikovih atomov v molekuli.
Poznamo več vrst krekinga: termični, katalitični kreking, visokotlačni kreking in redukcijski kreking.
Pri termičnem krekingu gre za cepitev molekul ogljikovodikov z dolgo ogljikovo verigo na krajše pod vplivom visoke temperature (470-550 ° C). Med tem cepitvijo skupaj z alkani nastanejo alkeni.
IN splošni pogled to reakcijo lahko zapišemo takole:
C n H 2n+2 -> C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k
alkan alkan alken
z dolgo verigo
Nastale ogljikovodike je mogoče ponovno krekirati, da nastanejo alkani in alkeni s še krajšo verigo ogljikovih atomov v molekuli:
Pri konvencionalnem termičnem krekingu nastajajo številni plinasti ogljikovodiki z nizko molekulsko maso, ki se lahko uporabljajo kot surovine za proizvodnjo alkoholov, karboksilnih kislin in spojin z visoko molekulsko maso (na primer polietilena).
Katalitično krekiranje nastane v prisotnosti katalizatorjev, ki uporabljajo naravne aluminosilikate sestave rAl2O3" m8Iu2-
Krekiranje z uporabo katalizatorjev povzroči nastanek ogljikovodikov z razvejano ali zaprto verigo ogljikovih atomov v molekuli. Vsebnost ogljikovodikov te strukture v motornem gorivu bistveno poveča njegovo kakovost, predvsem odpornost proti detonaciji - oktansko število bencina.
Krekiranje naftnih derivatov nastane pri visoke temperature ah, zato se pogosto tvorijo ogljikove usedline (saje), ki onesnažijo površino katalizatorja, kar močno zmanjša njegovo aktivnost.
Čiščenje površine katalizatorja iz ogljikovih usedlin - njegova regeneracija - je glavni pogoj za praktično izvedbo katalitskega krekinga. Najenostavnejši in najcenejši način za regeneracijo katalizatorja je njegovo praženje, pri čemer se ogljikove usedline oksidirajo z atmosferskim kisikom. Plinasti produkti oksidacije (predvsem ogljikov dioksid in žveplov dioksid) se odstranijo s površine katalizatorja.
Katalitski kreking je heterogen proces, v katerem sodelujejo trdne (katalizator) in plinaste (hlapi ogljikovodika) snovi. Očitno je, da je tudi regeneracija katalizatorja - interakcija trdnih saj z atmosferskim kisikom - heterogen proces.
Heterogene reakcije(plin - trdna snov) tečejo hitreje, ko se površina poveča trdna. Zato se katalizator zdrobi, njegova regeneracija in krekiranje ogljikovodikov pa poteka v "vrtinčeni postelji", ki jo poznamo pri proizvodnji žveplove kisline.
Surovina za krekiranje, kot je plinsko olje, vstopi v konični reaktor. Spodnji del reaktorja ima manjši premer, zato je pretok hlapov surovine zelo visok. Premikanje z visoka hitrost plin zajame delce katalizatorja in jih odnese v zgornji del reaktorja, kjer se zaradi povečanja njegovega premera pretok zmanjša. Delci katalizatorja pod vplivom gravitacije padejo v spodnji, ožji del reaktorja, od koder jih ponovno odnese navzgor. Tako je vsako zrno katalizatorja v nenehno gibanje in je z vseh strani opran s plinastim reagentom.
Nekatera zrna katalizatorja vstopijo v zunanji, širši del reaktorja in, ne da bi naletela na upor toka plina, padejo v spodnji del, kjer jih pobere tok plina in odnese v regenerator. Tam se v načinu "fluidizirane postelje" katalizator sežge in vrne v reaktor.
Tako katalizator kroži med reaktorjem in regeneratorjem, iz njih pa se odvajajo plinasti produkti krekinga in praženja.
Uporaba katalizatorjev krekinga omogoča rahlo povečanje hitrosti reakcije, znižanje njene temperature in izboljšanje kakovosti produktov krekinga.
Nastali ogljikovodiki bencinske frakcije imajo večinoma linearno strukturo, kar vodi do nizke detonacijske odpornosti nastalega bencina.
Koncept "odpornosti proti udarcem" bomo obravnavali kasneje, za zdaj pa bomo omenili le, da imajo ogljikovodiki z molekulami razvejane strukture bistveno večjo detonacijsko odpornost. Z dodajanjem izomerizacijskih katalizatorjev v sistem je možno povečati delež izomernih razvejanih ogljikovodikov v mešanici, ki nastane pri krekingu.
Na naftnih poljih so praviloma velike akumulacije tako imenovanega povezanega naftnega plina, ki se zbira nad nafto v zemeljska skorja in se v njej delno raztopi pod pritiskom prekrivnih kamnin. Povezani naftni plin je tako kot nafta dragocen naravni vir ogljikovodikov. Vsebuje predvsem alkane, katerih molekule vsebujejo od 1 do 6 ogljikovih atomov. Očitno je, da je sestava pripadajočega naftnega plina veliko slabša od nafte. Kljub temu pa se pogosto uporablja tudi kot gorivo in kot surovina za kemično industrijo. Še pred nekaj desetletji so na večini naftnih polj sežigali povezani naftni plin kot neuporaben dodatek k nafti. Trenutno, na primer, v Surgutu, najbogatejšem naftnem rezervatu v Rusiji, se proizvaja najcenejša elektrika na svetu z uporabo povezanega naftnega plina kot goriva.
Kot smo že omenili, je pripadajoči naftni plin v primerjavi z zemeljskim plinom po sestavi bogatejši z različnimi ogljikovodiki. Če jih razdelimo na frakcije, dobimo:
Plinski bencin je zelo hlapljiva zmes, sestavljena predvsem iz lentana in heksana;
Mešanica propan-butana, ki je sestavljena, kot že ime pove, iz propana in butana in zlahka prehaja v tekoče stanje, ko se tlak poveča;
Suh plin je zmes, ki vsebuje predvsem metan in etan.
Plinski bencin, ki je mešanica hlapnih komponent z majhno molekulsko maso, dobro izhlapi tudi pri nizke temperature. To omogoča uporabo plinskega bencina kot goriva za motorje notranje zgorevanje na skrajnem severu in kot dodatek motornemu gorivu, ki olajša zagon motorja v zimskih razmerah.
Mešanica propan-butana v obliki utekočinjenega plina se uporablja kot gospodinjsko gorivo (znane plinske jeklenke na vaši dači) in za polnjenje vžigalnikov. Postopno prevajanje cestni promet o utekočinjenem plinu - eden od glavnih načinov za premagovanje svetovne krize goriva in reševanje okoljskih problemov.
Suh plin, ki je po sestavi blizu zemeljskemu plinu, se pogosto uporablja tudi kot gorivo.
Vendar pa uporaba pripadajočega naftnega plina in njegovih komponent kot goriva še zdaleč ni najbolj obetaven način uporabe.
Veliko učinkoviteje je uporabiti komponente naftnega plina kot surovine za kemična proizvodnja. Iz alkanov, ki sestavljajo pripadajoči naftni plin, pridobivajo vodik, acetilen, nenasičene in aromatske ogljikovodike ter njihove derivate.
Plinasti ogljikovodiki lahko ne le spremljajo nafto v zemeljski skorji, ampak tudi tvorijo neodvisne akumulacije - nahajališča zemeljskega plina.
Zemeljski plin
- zmes plinastih nasičenih ogljikovodikov z nizko molekulsko maso. Glavna sestavina zemeljskega plina je metan, katerega delež se glede na nahajališče giblje od 75 do 99 volumskih odstotkov. Zemeljski plin poleg metana vključuje še etan, propan, butan in izobutan ter dušik in ogljikov dioksid.
Tako kot povezano olje, zemeljski plin Uporablja se kot gorivo in kot surovina za proizvodnjo različnih organskih in anorganskih snovi. Že veste, da metan, glavna sestavina zemeljskega plina, proizvaja vodik, acetilen in metilni alkohol, formaldehid in mravljinčna kislina, številne druge organske snovi. Zemeljski plin se uporablja kot gorivo v elektrarnah, v kotlovnicah za ogrevanje vode stanovanjskih stavb in industrijske zgradbe, v proizvodnji plavžev in odprtih kurišč. Če prižgete vžigalico in prižgete plin v kuhinjskem plinskem štedilniku mestne hiše, »začnete« verižna reakcija oksidacija alkanov, vključenih v zemeljski plin. Premog je poleg nafte, naravnega in pripadajočega naftnega plina naravni vir ogljikovodikov. 0n tvori debele plasti v črevesju zemlje, njegove dokazane zaloge znatno presegajo zaloge nafte. Tako kot nafta tudi premog vsebuje veliko število različne organske snovi. Poleg organskih snovi vsebuje tudi anorganske snovi, kot so voda, amoniak, vodikov sulfid in seveda sam ogljik – premog. Ena glavnih metod predelave premoga je koksanje - žganje brez dostopa zraka. Kot rezultat koksanja, ki poteka pri temperaturi okoli 1000 °C, nastanejo:
Koksarniški plin, ki vsebuje vodik, metan, ogljikov dioksid in ogljikov dioksid, primesi amoniaka, dušika in drugih plinov;
premogov katran, ki vsebuje nekaj stokrat osebne organske snovi, vključno z benzenom in njegovimi homologi, fenolom in aromatičnimi alkoholi, naftalinom in različnimi heterocikličnimi spojinami;
suprasin ali amonijačna voda, ki vsebuje, kot že ime pove, raztopljen amoniak, pa tudi fenol, vodikov sulfid in druge snovi;
koks je trden ostanek pri koksanju, skoraj čisti ogljik.
Uporablja se kokakola v proizvodnji železa in jekla, amoniaka - v proizvodnji dušikovih in kombiniranih gnojil, pomena organskih produktov koksanja pa je težko preceniti.
Tako povezana nafta in zemeljski plini ter premog niso le najdragocenejši viri ogljikovodikov, ampak tudi del edinstvenega skladišča nenadomestljivih naravne vire, katerih skrbna in razumna uporaba - potreben pogoj progresivni razvoj človeške družbe.
1. Naštejte glavne naravne vire ogljikovodikov. Katere organske snovi so vključene v vsako od njih? Kaj je skupnega njihovim skladbam?
2. Opišite fizikalne lastnosti olja. Zakaj nima konstantnega vrelišča?
3. S povzetkom medijskih poročil opišite okoljske katastrofe, ki jih povzroča uhajanje nafte, in načine za odpravo njihovih posledic.
4. Kaj je rektifikacija? Na čem temelji ta proces? Poimenujte frakcije, dobljene kot rezultat rektifikacije olja. Kako se razlikujejo med seboj?
5. Kaj je pokanje? Navedite enačbe za tri reakcije, ki ustrezajo krekingu naftnih produktov.
6. Katere vrste krekinga poznate? Kaj imajo ti procesi skupnega? Kako se razlikujejo med seboj? Kaj je temeljna razlika različne vrste izdelkov za krekiranje?
7. Zakaj ima naftni plin tako ime? Katere so njegove glavne sestavine in njihova uporaba?
8. Kako se zemeljski plin razlikuje od povezanega naftnega plina? Kaj je skupnega njihovim skladbam? Navedite enačbe reakcije zgorevanja za vse sestavine povezanega naftnega plina, ki jih poznate.
9. Navedite reakcijske enačbe, s katerimi lahko pridobite benzen iz zemeljskega plina. Določite pogoje za te reakcije.
10. Kaj je koksanje? Kakšni so njegovi izdelki in njihova sestava? Navedite enačbe reakcij, ki so značilne za produkte koksnega premoga, ki jih poznate.
11. Pojasnite, zakaj kurjenje nafte, premoga in pripadajočega naftnega plina še zdaleč ni najbolj racionalen način njihove uporabe.
Naravni viri ogljikovodikov so fosilna goriva - nafta in
plin, premog in šota. Nahajališča surove nafte in plina so nastala pred 100–200 milijoni let
nazaj iz mikroskopskega morske rastline in živali, za katere se je izkazalo, da
vključeni v sedimentne kamnine, nastale na morskem dnu, Za razliko od
Ta premog in šota sta začela nastajati pred 340 milijoni let iz rastlin,
raste na kopnem.
Zemeljski plin in surovo nafto običajno najdemo z vodo
naftonosne plasti, ki se nahajajo med plastmi kamnin (slika 2). Izraz
"zemeljski plin" se nanaša tudi na pline, ki nastanejo v naravnem
pogojev, ki so posledica razgradnje premoga. Zemeljski plin in surova nafta
razvijajo na vseh celinah z izjemo Antarktike. Največji
Proizvajalke zemeljskega plina v svetu so Rusija, Alžirija, Iran in
Združene države Amerike. Največji proizvajalci surove nafte so
Venezuela, Savdska Arabija, Kuvajt in Iran.
Zemeljski plin je sestavljen predvsem iz metana (tabela 1).
Surova nafta je oljnata tekočina, katere barva lahko
biti zelo raznolika - od temno rjave ali zelene do skoraj
brezbarven. Vsebuje veliko število alkani. Med njimi so
ravni alkani, razvejeni alkani in cikloalkani s številom atomov
ogljika od pet do 40. Industrijsko ime teh cikloalkanov je nachta. IN
surovo olje vsebuje tudi približno 10 % aromatskih
ogljikovodike, kot tudi majhne količine drugih spojin, ki vsebujejo
žveplo, kisik in dušik.
Tabela 1 Sestava zemeljskega plina
Premog je najstarejši vir energijo, ki jo poznate
človečnost. Je mineral (slika 3), ki je nastal iz
rastlinska snov v procesu metamorfizma. Metamorfna
se imenujejo skale, katere sestava se je v razmerah spreminjala
visoki pritiski, kot tudi visoke temperature. Izdelek prve stopnje v
proces nastajanja premoga je šota, ki je
razpadle organske snovi. Premog nastane iz šote po
pokrita je s sedimentnimi kamninami. Te sedimentne kamnine imenujemo
preobremenjeni. Preobremenjena usedlina zmanjša vsebnost vlage v šoti.
Pri razvrščanju premogov se uporabljajo trije kriteriji: čistost (določeno
relativna vsebnost ogljika v odstotkih); tip (določen
sestava izvorne rastlinske snovi); razred (odvisno od
stopnja metamorfizma).
Tabela 2 Vsebnost ogljika v nekaterih gorivih in njihova kalorična vrednost
sposobnost
Najnižje vrste fosilnih premogov so rjavi premog in
lignit (tabela 2). Najbližje so šoti in so relativno značilni
značilna nižja vsebnost vlage in se pogosto uporablja v
industrija. Najbolj suha in težka ocena premog je antracit. Njegovo
uporabljajo za ogrevanje domov in kuhanje.
IN v zadnjem času Zahvaljujoč tehnološkemu napredku je vedno več
ekonomično uplinjanje premoga. Izdelki za uplinjanje premoga vključujejo
ogljikov monoksid, ogljikov dioksid, vodik, metan in dušik. Uporabljajo se v
kot plinasto gorivo ali kot surovina za proizvodnjo različnih
kemičnih izdelkov in gnojil.
Premog, kot je opisano spodaj, je pomemben vir surovin za proizvodnjo
aromatske spojine. Premog predstavlja
je kompleksna mešanica kemikalij, ki vključuje ogljik,
vodik in kisik, pa tudi majhne količine dušika, žvepla in drugih nečistoč
elementi. Poleg tega sestava premoga, odvisno od njegove vrste, vključuje
različne količine vlage in različne minerale.
Ogljikovodiki se naravno pojavljajo ne le v fosilnih gorivih, ampak tudi v
v nekaterih materialih biološki izvor. Naravni kavčuk
je primer naravnega ogljikovodikovega polimera. molekula gume
je sestavljen iz tisočev strukturne enote, ki predstavlja metil buta-1,3-dien
(izopren);
Naravni kavčuk. Približno 90 % naravnega kavčuka, ki
trenutno izkopavajo po vsem svetu, pridobivajo iz brazilskega
kavčukovec Hevea brasiliensis, gojen predvsem v
ekvatorialne države Azije. Sok tega drevesa, ki je lateks
(koloidna vodna raztopina polimera), zbrana iz rezov, narejenih z nožem
lubje. Lateks vsebuje približno 30% kavčuka. Njegovi drobni koščki
suspendiran v vodi. Sok vlijemo v aluminijaste posode, kjer dodamo kislino,
zaradi česar guma koagulira.
Mnoge druge naravne spojine vsebujejo tudi izoprenske strukture.
fragmenti. Na primer, limonen vsebuje dve izoprenski enoti. Limonen
je glavni sestavni del olja, pridobljena iz lupin citrusov,
kot so limone in pomaranče. Ta povezava spada v razred povezav
imenovani terpeni. Terpeni vsebujejo 10 ogljikovih atomov (C) v svojih molekulah
10-spojine) in vključujejo dva izoprenska fragmenta, povezana med seboj
drug drugega zaporedno (»glava do repa«). Spojine s štirimi izopreni
fragmente (C 20 spojine) imenujemo diterpeni, s šestimi pa
izoprenski fragmenti - triterpeni (spojine C 30). skvalen,
ki ga najdemo v olju jeter morskega psa, je triterpen.
Tetraterpeni (spojine C 40) vsebujejo osem izoprena
fragmenti. Tetraterpene najdemo v pigmentih rastlinskih in živalskih maščob
izvor. Njihova barva je posledica prisotnosti dolgega konjugiranega sistema
dvojne vezi. Za značilno oranžno barvo je na primer odgovoren β-karoten
barvanje korenčka.
Tehnologija predelave nafte in premoga
Ob koncu 19. stol. Pod vplivom napredka na področju toplotne in energetske tehnike, transporta, strojništva, vojaške in številnih drugih industrij se je povpraševanje neizmerno povečalo in pojavila se je nujna potreba po novih vrstah goriv in kemičnih izdelkov.
V tem času se je rodila in hitro napredovala industrija rafiniranja nafte. Velik zagon razvoju naftne rafinerije je dal izum in hitro širjenje motorja z notranjim zgorevanjem na naftne derivate. Intenzivno se je razvijala tudi tehnologija za predelavo premoga, ki ni le eno glavnih vrst goriva, ampak je, kar je posebej pomembno, v obravnavanem obdobju postal nujna surovina za kemično industrijo. Pomembno vlogo pri tem je imela koksokemija. Koksarne, ki so prej oskrbovale koks za industrijo črne metalurgije, so se spremenile v koksokemijska podjetja, ki so proizvedla tudi številne dragocene kemični izdelki: koksarni plin, surovi benzen, premogov katran in amoniak.
Na osnovi produktov predelave nafte in premoga se je začela razvijati proizvodnja sintetičnih organskih snovi in materialov. Dobili so razširjena kot surovine in polizdelki v različne industrije kemična industrija.
Vstopnica št. 10
Glavni naravni viri ogljikovodikov so nafta, plin in premog. Iz njih je izolirana večina snovi organska kemija. Spodaj bomo podrobneje razpravljali o tem razredu organskih snovi.
Sestava mineralov
Ogljikovodiki so najobsežnejši razred organskih snovi. Ti vključujejo aciklične (linearne) in ciklične razrede spojin. Obstajajo nasičeni (saturated) in nenasičeni (unsaturated) ogljikovodiki.
Nasičeni ogljikovodiki vključujejo spojine z enojnimi vezmi:
- alkani- linearne povezave;
- cikloalkani- ciklične snovi.
Nenasičeni ogljikovodiki vključujejo snovi z več vezmi:
- alkeni- vsebujejo eno dvojno vez;
- alkini- vsebujejo eno trojno vez;
- alkadieni- vključujejo dve dvojni vezi.
Obstaja ločen razred arenov ali aromatskih ogljikovodikov, ki vsebujejo benzenski obroč.
riž. 1. Razvrstitev ogljikovodikov.
Mineralne surovine vključujejo plinaste in tekoče ogljikovodike. V tabeli so podrobneje opisani naravni viri ogljikovodikov.
Vir |
Vrsta |
|
Alkani, cikloalkani, areni, kisik, dušik, spojine, ki vsebujejo žveplo |
||
|
Metan z nečistočami (ne več kot 5%): propan, butan, ogljikov dioksid, dušik, vodikov sulfid, vodna para. Zemeljski plin vsebuje več metana kot povezani plin |
|
|
Ogljik, vodik, žveplo, dušik, kisik, ogljikovodiki |
Vsako leto se v Rusiji proizvede več kot 600 milijard m 3 plina, 500 milijonov ton nafte in 300 milijonov ton premoga.
Recikliranje
Minerali se uporabljajo v predelani obliki. Premog žgamo brez kisika (postopek koksanja), da ločimo več frakcij:
- koksarni plin- mešanica metana, ogljikovih oksidov (II) in (IV), amoniaka, dušika;
- premogov katran- zmes benzena, njegovih homologov, fenola, arenov, heterocikličnih spojin;
- amoniakova voda- mešanica amoniaka, fenola, vodikovega sulfida;
- koks- končni produkt koksanja, ki vsebuje čisti ogljik.
riž. 2. Koksanje.
Ena vodilnih vej svetovne industrije je rafiniranje nafte. Nafta, pridobljena iz globin zemlje, se imenuje surova nafta. Je recikliran. Najprej se izvede mehansko čiščenje od nečistoč, nato pa se prečiščeno olje destilira, da dobimo različne frakcije. V tabeli so opisane glavne frakcije olja.
Ulomek |
Spojina |
Kaj dobiš? |
Plinasti alkani od metana do butana |
||
Bencin |
Alkani od pentana (C 5 H 12) do undekana (C 11 H 24) |
Bencin, estri |
Nafta |
Alkani od oktana (C 8 H 18) do tetradekana (C 14 H 30) |
Nafta (težak bencin) |
kerozin |
||
Dizelsko gorivo |
Alkani od tridekana (C 13 H 28) do nonadekana (C 19 H 36) |
|
Alkani od pentadekana (C 15 H 32) do pentakontana (C 50 H 102) |
Mazalna olja, vazelin, bitumen, parafin, katran |
riž. 3. Destilacija olja.
Iz ogljikovodikov se proizvajajo plastika, vlakna in zdravila. Metan in propan se uporabljata kot gorivo v gospodinjstvu. Koks se uporablja pri proizvodnji železa in jekla. Dušikova kislina, amoniak in gnojila se proizvajajo iz amonijeve vode. Katran se uporablja v gradbeništvu.
Kaj smo se naučili?
Iz teme lekcije smo izvedeli, iz katerih naravnih virov so izolirani ogljikovodiki. Nafta, premog, naravni in povezani plini se uporabljajo kot surovine za organske spojine. Minerale prečistijo in razdelijo na frakcije, iz katerih pridobijo snovi, primerne za proizvodnjo ali neposredno uporabo. Iz nafte se proizvajajo tekoča goriva in olja. Plini vsebujejo metan, propan, butan, ki se uporabljajo kot gospodinjsko gorivo. Iz premoga se pridobivajo tekoče in trdne surovine za proizvodnjo zlitin, gnojil in zdravil.
Test na temo
Ocena poročila
Povprečna ocena: 4.2. Skupaj prejetih ocen: 122.
Sporočilo na temo: "Naravni viri ogljikovodikov"
Pripravljeno
Ogljikovodiki
Ogljikovodiki so spojine, sestavljene le iz atomov ogljika in vodika.
Ogljikovodike delimo na ciklične (karbociklične spojine) in aciklične.
Ciklične (karbociklične) so spojine, ki vsebujejo enega ali več obročev, sestavljenih samo iz ogljikovih atomov (v nasprotju s heterocikličnimi spojinami, ki vsebujejo heteroatome - dušik, žveplo, kisik itd.).
d.). Karbociklične spojine pa delimo na aromatske in nearomatske (aliciklične) spojine.
Aciklični ogljikovodiki vključujejo organske spojine, katerih molekule ogljikovega skeleta so odprte verige.
Te verige so lahko tvorjene z enojnimi vezmi (alkani СnН2n+2), vsebujejo eno dvojno vez (alkeni СnН2n), dve ali več dvojnih vezi (dieni ali polieni), eno trojno vez (alkini СnН2n-2).
Kot veste, so ogljikove verige del večine organskih snovi. Zato je preučevanje ogljikovodikov še posebej pomembno, saj so te spojine strukturna osnova drugih razredov organskih spojin.
Poleg tega so ogljikovodiki, zlasti alkani, glavni naravni viri organskih spojin in osnova najpomembnejših industrijskih in laboratorijskih sintez.
Ogljikovodiki so najpomembnejša vrsta surovin za kemično industrijo. Ogljikovodiki so v naravi precej razširjeni in jih je mogoče izolirati iz različnih naravnih virov: nafte, povezane nafte in zemeljskega plina, premoga.
Oglejmo si jih pobližje.
Nafta je naravna kompleksna mešanica ogljikovodikov, predvsem ravnih in razvejanih alkanov, ki vsebujejo od 5 do 50 ogljikovih atomov v molekulah, z drugimi organskimi snovmi.
Njegova sestava je bistveno odvisna od mesta njegovega pridobivanja (nahajališča), poleg alkanov lahko vsebuje cikloalkane in aromatske ogljikovodike.
Plinaste in trdne sestavine olja so raztopljene v njegovih tekočih sestavinah, kar določa njegovo agregatno stanje. Olje je oljnata tekočina temne (rjave do črne) barve z značilnim vonjem, netopna v vodi. Njegova gostota je manjša od gostote vode, zato se olje, ko pride vanjo, razširi po površini in preprečuje, da bi se kisik in drugi zračni plini raztopili v vodi.
Očitno je, da nafta, ko pride v naravne vodne površine, povzroči smrt mikroorganizmov in živali, kar povzroči okoljske katastrofe in celo katastrofe. Obstajajo bakterije, ki lahko sestavine olja uporabljajo kot hrano in jih pretvorijo v neškodljive produkte svoje vitalne dejavnosti. Jasno je, da je uporaba kultur teh bakterij najbolj okolju prijazen in obetaven način za boj proti onesnaževanju okolja z nafto med njeno proizvodnjo, transportom in rafiniranjem.
V naravi nafta in z njo povezan naftni plin, o katerem bo govora v nadaljevanju, zapolnjujeta votline zemeljske notranjosti. Ker je olje mešanica različnih snovi, nima stalnega vrelišča. Jasno je, da vsaka njegova komponenta v mešanici ohrani svoje individualne fizikalne lastnosti, kar omogoča ločevanje olja na komponente. Da bi to naredili, ga očistimo iz mehanskih nečistoč in spojin, ki vsebujejo žveplo, ter podvržemo tako imenovani frakcijski destilaciji ali rektifikaciji.
Frakcijska destilacija je fizikalna metoda ločevanja mešanice komponent z različnimi vrelišči.
Med procesom rektifikacije se olje razdeli na naslednje frakcije:
Rektifikacijski plini so mešanica ogljikovodikov z nizko molekulsko maso, predvsem propana in butana, z vreliščem do 40 ° C;
Bencinska frakcija (bencin) - ogljikovodiki sestave od C5H12 do C11H24 (vrelišče 40-200 ° C); s finejšim ločevanjem te frakcije dobimo bencin (petroleter, 40-70 °C) in bencin (70-120 °C);
Frakcija nafte - ogljikovodiki sestave od C8H18 do C14H30 (vrelišče 150-250 ° C);
Kerozinska frakcija - ogljikovodiki sestave od C12H26 do C18H38 (vrelišče 180-300 ° C);
Dizelsko gorivo - ogljikovodiki sestave od C13H28 do C19H36 (vrelišče 200-350 ° C).
Ostanek pri destilaciji olja - kurilno olje - vsebuje ogljikovodike s številom ogljikovih atomov od 18 do 50. Z destilacijo pod znižanim tlakom pridobivajo dizelsko olje (C18H28-C25H52), mazalna olja (C28H58-C38H78), vazelin in parafin. iz kurilnega olja - mešanice trdnih ogljikovodikov z nizkim tališčem.
Trdni ostanek pri destilaciji kurilnega olja - katran in produkti njegove predelave - bitumen in asfalt se uporabljajo za izdelavo cestnih površin.
Povezani naftni plin
Na naftnih poljih so praviloma velike akumulacije tako imenovanega povezanega naftnega plina, ki se zbira nad nafto v zemeljski skorji in se v njej delno raztopi pod pritiskom prekrivnih kamnin.
Povezani naftni plin je tako kot nafta dragocen naravni vir ogljikovodikov. Vsebuje predvsem alkane, katerih molekule vsebujejo od 1 do 6 ogljikovih atomov. Očitno je, da je sestava pripadajočega naftnega plina veliko slabša od nafte. Kljub temu pa se pogosto uporablja tudi kot gorivo in kot surovina za kemično industrijo. Še pred nekaj desetletji so na večini naftnih polj povezani naftni plin sežigali kot neuporaben dodatek k nafti.
Trenutno, na primer, v Surgutu, najbogatejšem naftnem rezervatu v Rusiji, se proizvaja najcenejša elektrika na svetu z uporabo povezanega naftnega plina kot goriva.
Povezani naftni plin je v primerjavi z zemeljskim plinom po sestavi bogatejši z različnimi ogljikovodiki. Če jih razdelimo na frakcije, dobimo:
Plinski bencin je zelo hlapljiva zmes, sestavljena predvsem iz lentana in heksana;
Mešanica propan-butana, ki je sestavljena, kot že ime pove, iz propana in butana in zlahka prehaja v tekoče stanje, ko se tlak poveča;
Suh plin je zmes, ki vsebuje predvsem metan in etan.
Bencin, ki je mešanica hlapnih sestavin z majhno molekulsko maso, dobro izhlapi tudi pri nizkih temperaturah. To omogoča uporabo plinskega bencina kot pogonskega goriva za motorje z notranjim izgorevanjem na skrajnem severu in kot dodatek motornemu gorivu za lažji zagon motorjev v zimskih razmerah.
Mešanica propan-butana v obliki utekočinjenega plina se uporablja kot gospodinjsko gorivo (znane plinske jeklenke na vaši dači) in za polnjenje vžigalnikov.
Postopni prehod cestnega prometa na utekočinjen plin je eden glavnih načinov za premagovanje svetovne krize goriva in reševanje okoljskih problemov.
Suh plin, ki je po sestavi blizu zemeljskemu plinu, se pogosto uporablja tudi kot gorivo.
Vendar pa uporaba pripadajočega naftnega plina in njegovih komponent kot goriva še zdaleč ni najbolj obetaven način uporabe.
Veliko učinkoviteje je uporabiti sestavine povezanega naftnega plina kot surovine za kemično proizvodnjo. Vodik, acetilen, nenasičeni in aromatski ogljikovodiki ter njihovi derivati se pridobivajo iz alkanov, ki tvorijo pripadajoči naftni plin.
Plinasti ogljikovodiki lahko ne le spremljajo nafto v zemeljski skorji, ampak tudi tvorijo neodvisne akumulacije - nahajališča zemeljskega plina.
Zemeljski plin
Zemeljski plin je zmes plinastih nasičenih ogljikovodikov z nizko molekulsko maso. Glavna sestavina zemeljskega plina je metan, katerega delež se glede na nahajališče giblje od 75 do 99 volumskih odstotkov.
Zemeljski plin poleg metana vključuje še etan, propan, butan in izobutan ter dušik in ogljikov dioksid.
Tako kot povezana nafta se tudi zemeljski plin uporablja kot gorivo in kot surovina za proizvodnjo različnih organskih in anorganskih snovi.
Že veste, da iz metana, glavne sestavine zemeljskega plina, pridobivajo vodik, acetilen in metilni alkohol, formaldehid in mravljinčno kislino ter številne druge organske snovi. Zemeljski plin se uporablja kot gorivo v elektrarnah, v kotlovnicah za ogrevanje vode stanovanjskih in industrijskih zgradb, v plavžih in marševih industrijah.
Če prižgete vžigalico in prižgete plin v kuhinjskem plinskem štedilniku mestne hiše, »sprožite« verižno reakcijo oksidacije alkanov, ki sestavljajo zemeljski plin.
Premog
Premog je poleg nafte, naravnega in pripadajočega naftnega plina naravni vir ogljikovodikov.
0n tvori debele plasti v črevesju zemlje, njegove dokazane zaloge znatno presegajo zaloge nafte. Tako kot nafta tudi premog vsebuje veliko količino različnih organskih snovi.
Poleg organskih snovi vsebuje tudi anorganske snovi, kot so voda, amoniak, vodikov sulfid in seveda sam ogljik – premog. Ena glavnih metod predelave premoga je koksanje - žganje brez dostopa zraka. Kot rezultat koksanja, ki poteka pri temperaturi okoli 1000 °C, nastanejo:
Koksarniški plin, ki vsebuje vodik, metan, ogljikov dioksid in ogljikov dioksid, primesi amoniaka, dušika in drugih plinov;
premogov katran, ki vsebuje nekaj stokrat osebne organske snovi, vključno z benzenom in njegovimi homologi, fenolom in aromatičnimi alkoholi, naftalinom in različnimi heterocikličnimi spojinami;
suprasin ali amonijačna voda, ki vsebuje, kot že ime pove, raztopljen amoniak, pa tudi fenol, vodikov sulfid in druge snovi;
koks je trden ostanek pri koksanju, skoraj čisti ogljik.
Koks se uporablja v proizvodnji železa in jekla, amoniak se uporablja v proizvodnji dušikovih in kombiniranih gnojil, pomen organskih produktov koksiranja pa je težko preceniti.
Sklep: tako nafta, z njo povezani nafta in zemeljski plini ter premog niso le najdragocenejši viri ogljikovodikov, ampak tudi del edinstvenega skladišča nenadomestljivih naravnih virov, katerih skrbna in razumna raba je nujen pogoj za napredek. razvoj človeške družbe.
Naravni viri ogljikovodikov so fosilna goriva. Večina organskih snovi je pridobljenih iz naravnih virov. V procesu sinteze organskih spojin se kot surovine uporabljajo naravni in spremljajoči plini, premog in rjavi premog, nafta, oljni skrilavec, šota ter proizvodi živalskega in rastlinskega izvora.
Kakšna je sestava zemeljskega plina
Kakovostno sestavo zemeljskega plina sestavljata dve skupini komponent: organske in anorganske.
Organske komponente vključujejo: metan - CH4; propan - C3H8; butan - C4H10; etan - C2H4; težji ogljikovodiki z več kot petimi ogljikovimi atomi. Anorganske komponente vključujejo naslednje spojine: vodik (v majhnih količinah) - H2; ogljikov dioksid - CO2; helij - On; dušik - N2; vodikov sulfid - H2S.
Kakšna točno bo sestava določene mešanice, je odvisno od izvora, torej nahajališča. Isti razlogi pojasnjujejo različne fizikalne in kemijske lastnosti zemeljski plin.
Kemična sestava
Glavni del zemeljskega plina je metan (CH4) - do 98%. Zemeljski plin lahko vsebuje tudi težje ogljikovodike:
* etan (C2H6),
* propan (C3H8),
* butan (C4H10)
- homologi metana, kot tudi druge neogljikovodične snovi:
* vodik (H2),
* vodikov sulfid (H2S),
* ogljikov dioksid (CO2),
* dušik (N2),
* helij (He).
Zemeljski plin je brez barve in vonja.
Za prepoznavanje puščanja po vonju se plinu doda majhna količina merkaptanov, ki imajo močan neprijeten vonj.
Kakšne so prednosti zemeljskega plina pred drugimi vrstami goriva?
1. poenostavljena ekstrakcija (ne zahteva umetnega črpanja)
2. pripravljen za uporabo brez vmesne predelave (destilacije)
transport v plinastem in tekočem stanju.
4. minimalne emisije škodljivih snovi pri zgorevanju.
5. udobje dobave goriva v že plinastem stanju med zgorevanjem (nižji stroški opreme, ki uporablja ta tip gorivo)
zaloge so večje od drugih goriv (nižja tržna vrednost)
7. Uporaba v velikih industrijah nacionalno gospodarstvo kot druge vrste goriva.
zadostna količina v globinah Rusije.
9. Emisije samega goriva med nesrečami so manj strupene za okolje.
10. Visoka temperatura zgorevanja za uporabo v tehnološke sheme nacionalno gospodarstvo itd. itd.
Uporaba v kemični industriji
Uporablja se za proizvodnjo plastike, alkohola, gume in organskih kislin. Sintetizirati ga je mogoče le z uporabo zemeljskega plina kemikalije materiali, ki jih preprosto ni mogoče najti v naravi, na primer polietilen.
metan se uporablja kot surovina za proizvodnjo acetilena, amoniaka, metanola in vodikovega cianida. Hkrati je zemeljski plin glavni surovinska baza pri proizvodnji amoniaka. Skoraj tri četrtine vsega amoniaka se porabi za proizvodnjo dušikovih gnojil.
Vodikov cianid, pridobljen iz amoniaka, skupaj z acetilenom služi kot začetna surovina za proizvodnjo različnih sintetičnih vlaken. Acetilen se lahko uporablja za izdelavo različnih pločevin, ki se pogosto uporabljajo v industriji in vsakdanjem življenju.
Uporablja se tudi za proizvodnjo acetatne svile.
Zemeljski plin je eden od najboljši pogledi goriva, ki se uporabljajo za industrijske in gospodinjske potrebe. Njegova vrednost kot goriva je tudi v tem, da je to mineralno gorivo okolju prijazno. Pri zgorevanju se pojavi veliko manj škodljivih snovi v primerjavi z drugimi vrstami goriva.
Najpomembnejši naftni derivati
V procesu rafiniranja se iz nafte pridobivajo goriva (tekoče in plinaste), mazalna olja in masti, topila, posamezni ogljikovodiki - etilen, propilen, metan, acetilen, benzen, toluen, ksilo itd., trdne in poltrdne mešanice. ogljikovodikov (parafin, vazelin, cerezin), naftnega bitumna, saj (saje), naftnih kislin in njihovih derivatov.
Tekoče gorivo, pridobljeno pri rafiniranju nafte, delimo na pogonsko in kotlovsko gorivo.
Plinasta goriva vključujejo ogljikovodike, utekočinjene gorivne pline, ki se uporabljajo za komunalne storitve. To so mešanice propana in butana v različnih razmerjih.
Mazivna olja za tekoče mazanje različnih strojev in mehanizmov delimo glede na namen uporabe na industrijska, turbinska, kompresorska, transmisijska, izolacijska in motorna.
Masti so naftna olja, zgoščena z mili, trdimi ogljikovodiki in drugimi gostili.
Posamezni ogljikovodiki, pridobljeni pri predelavi nafte in naftnih plinov, služijo kot surovine za proizvodnjo polimerov in produktov organske sinteze.
Med njimi so najpomembnejši mejni - metan, etan, propan, butan; nenasičene - etilen, propilen; aromatski - benzen, toluen, ksileni. Tudi proizvodi rafiniranja nafte so nasičenih ogljikovodikov z visoko molekulsko maso (C16 in več) - parafini, cerezini, ki se uporabljajo v industriji parfumov in kot zgoščevalci za mazalne masti.
Naftni bitumen, pridobljen iz težkih oljnih ostankov z oksidacijo, se uporablja za gradnjo cest, za proizvodnjo strešnih materialov, za pripravo asfaltnih lakov in tiskarskih barv itd.
Eden glavnih proizvodov rafiniranja nafte je motorno gorivo, ki vključuje letalski in motorni bencin.
Kateri so glavni naravni viri ogljikovodikov, ki jih poznate?
Naravni viri ogljikovodikov so fosilna goriva.
Večina organskih snovi je pridobljenih iz naravnih virov. V procesu sinteze organskih spojin se kot surovine uporabljajo naravni in spremljajoči plini, premog in rjavi premog, nafta, oljni skrilavec, šota ter proizvodi živalskega in rastlinskega izvora.
12Naprej ⇒
Odgovori na 19. odstavek
1. Kateri so glavni naravni viri ogljikovodikov, ki jih poznate?
Nafta, zemeljski plin, skrilavec, premog.
Kakšna je sestava zemeljskega plina? Pokažite na geografski zemljevid najpomembnejša nahajališča: a) zemeljski plin; b) olje; c) premog.
3. Kakšne prednosti ima zemeljski plin pred drugimi vrstami goriva? Za kakšne namene se uporablja zemeljski plin v kemični industriji?
Zemeljski plin je v primerjavi z drugimi viri ogljikovodikov najlažji za proizvodnjo, transport in predelavo.
V kemični industriji se zemeljski plin uporablja kot vir nizkomolekularnih ogljikovodikov.
4. Napišite enačbe reakcij za proizvodnjo: a) acetilena iz metana; b) kloropren kavčuk iz acetilena; c) ogljikov tetraklorid iz metana.
5. Kako se povezani naftni plini razlikujejo od zemeljskega plina?
Povezani plini so hlapni ogljikovodiki, raztopljeni v olju.
Njihova izolacija poteka z destilacijo. Za razliko od zemeljskega plina ga je mogoče izolirati na kateri koli stopnji razvoja naftnega polja.
6. Opišite glavne produkte, pridobljene iz povezanih naftnih plinov.
Glavni proizvodi: metan, etan, propan, n-butan, pentan, izobutan, izopentan, n-heksan, n-heptan, heksan in izomeri heptana.
Poimenujte najpomembnejše naftne derivate, navedite njihovo sestavo in področja uporabe.
8. Katera mazalna olja se uporabljajo v proizvodnji?
Motorna olja, transmisijska, industrijska, mazalna in hladilna emulzije za kovinskorezalne stroje itd.
Kako se olje destilira?
10. Kaj je krekiranje nafte? Napišite enačbo za reakcije cepitve ogljikovodikov in v tem procesu.
Zakaj je pri neposredni destilaciji nafte mogoče pridobiti največ 20% bencina?
Ker je vsebnost bencinske frakcije v olju omejena.
12. Kako se termični kreking razlikuje od katalitskega krekinga? Podajte značilnosti termičnega in katalitskega krekinga bencinov.
Pri termičnem krekingu je potrebno segreti reagirajoče snovi na visoke temperature, pri katalitskem krekingu pa uvedba katalizatorja zmanjša aktivacijsko energijo reakcije, kar omogoča znatno znižanje reakcijske temperature.
Kako lahko praktično ločite krekirani bencin od čistega destiliranega bencina?
Kreking bencin ima višje oktansko število v primerjavi z čistim destiliranim bencinom, tj. je bolj odporen proti detonaciji in se priporoča za uporabo v motorjih z notranjim izgorevanjem.
14. Kaj je aromatizacija olja? Napišite reakcijske enačbe, ki pojasnjujejo ta proces.
Kateri so glavni proizvodi, pridobljeni iz koksnega premoga?
Naftalen, antracen, fenantren, fenoli in olja iz premoga.
16. Kako se pridobiva koks in kje se uporablja?
Koks je trden porozen izdelek siva, pridobljen s kokosovim premogom pri temperaturah 950-1100 brez dostopa kisika.
Uporablja se za taljenje litega železa, kot brezdimno gorivo, reducent železova ruda, dezintegrator za šaržne materiale.
17. Kateri so glavni prejeti izdelki:
a) iz premogovega katrana; b) iz katranske vode; c) iz koksarniškega plina? Kje se uporabljajo? Katere organske snovi lahko pridobimo iz koksarniškega plina?
a) benzen, toluen, naftalen – kemična industrija
b) amoniak, fenoli, organske kisline – kemična industrija
c) vodik, metan, etilen - gorivo.
Zapomnite si vse glavne metode pridobivanja aromatskih ogljikovodikov. Kakšne so razlike med metodami pridobivanja aromatskih ogljikovodikov iz produktov koksnega premoga in nafte? Napišite enačbe za ustrezne reakcije.
Do njega lahko pridete na različne načine: primarna obdelava olje temelji na razliki v fizikalne lastnosti različne frakcije, koksanje pa temelji zgolj na kemijskih lastnostih premoga.
Pojasnite, kako se bodo v procesu reševanja energetskih problemov v državi izboljšali načini predelave in uporabe naravnih ogljikovodikov.
Iskanje novih virov energije, optimizacija procesov proizvodnje in rafiniranja nafte, razvoj novih katalizatorjev za znižanje stroškov celotne proizvodnje itd.
20. Kakšni so obeti za prejem tekoče gorivo iz premoga?
V prihodnosti je možna proizvodnja tekočega goriva iz premoga, če se zmanjšajo stroški njegove proizvodnje.
Naloga 1.
Znano je, da plin vsebuje v volumskih deležih 0,9 metana, 0,05 etana, 0,03 propana, 0,02 dušika. Kakšna prostornina zraka bo potrebna za zgorevanje 1 m3 tega plina pri normalnih pogojih?
Naloga 2.
Kolikšna količina zraka (št.) je potrebna za sežig 1 kg heptana?
Naloga 3. Izračunajte, kolikšna prostornina (v l) in kakšna masa (v kg) ogljikovega monoksida (IV) bo nastala pri zgorevanju 5 mol oktana (št.).
Glavni viri ogljikovodikov na našem planetu so zemeljski plin, olje in premog. Najstabilnejši ogljikovodiki, nasičeni in aromatski, so preživeli milijone let ohranjanja v drobovju zemlje.
Zemeljski plin je sestavljen predvsem iz metan s primesmi drugih plinastih alkanov, dušika, ogljikovega dioksida in nekaterih drugih plinov; premog vsebuje predvsem policiklične aromatski ogljikovodiki.
Nafta za razliko od zemeljskega plina in premoga vsebuje celo vrsto komponent:
V olju so prisotne tudi druge snovi: heteroatomske organske spojine (vsebujejo žveplo, dušik, kisik in druge elemente), voda z v njej raztopljenimi solmi, trdni delci drugih kamnin in druge nečistoče.
Zanimivo! Ogljikovodike najdemo tudi v vesolju, tudi na drugih planetih.
Na primer, metan predstavlja pomemben del Uranove atmosfere in je odgovoren za njegovo svetlo turkizno barvo, opazovano skozi teleskop. Atmosfera Titana, največje Saturnove lune, je sestavljena predvsem iz dušika, vsebuje pa tudi ogljikovodike metan, etan, propan, etilen, propin, butadiin in njihove derivate; včasih tam dežuje metan in reke ogljikovodikov se izlivajo v jezera ogljikovodikov na površini Titana.
Prisotnost nenasičenih ogljikovodikov skupaj z nasičenim in molekularnim vodikom je posledica učinkov sončnega sevanja.
Mendelejev ima stavek: "Sežiganje olja je enako kot segrevanje peči z bankovci." Zahvaljujoč nastanku in razvoju tehnologij za rafiniranje nafte se je v 20. stoletju iz običajnega goriva spremenila v najbolj dragoceno vir surovin za kemično industrijo.
Naftni derivati se trenutno uporabljajo v skoraj vseh panogah.
Primarna rafinacija nafte je priprava, to je čiščenje nafte pred anorganskimi primesi in v njej raztopljenim naftnim plinom ter destilacija, torej fizično delitev na frakcije odvisno od vrelišča:
Iz kurilnega olja, ki ostane po destilaciji nafte pri atmosferskem tlaku, se pod vplivom vakuuma izločijo komponente z visoko molekulsko maso, primerne za predelavo v mineralna olja, motorna goriva in druge proizvode, preostanek pa - katran- uporablja se za proizvodnjo bitumna.
V procesu sekundarne rafinacije nafte se posamezne frakcije podvržejo kemične transformacije.
To so kreking, reforming, izomerizacija in številni drugi procesi, ki omogočajo pridobivanje nenasičenih in aromatskih ogljikovodikov, razvejanih alkanov in drugih dragocenih naftnih derivatov. Nekateri od njih se porabijo za proizvodnjo visokokakovostnega goriva in različnih topil, nekateri pa so surovine za proizvodnjo novih organskih spojin in materialov za najrazličnejše industrije.
Vendar je treba spomniti, da se zaloge ogljikovodikov v naravi obnavljajo veliko počasneje, kot jih človeštvo porabi, sam proces rafiniranja in sežiganja naftnih derivatov pa vnaša močna odstopanja v kemijsko ravnovesje narave.
Seveda bo narava prej ali slej vzpostavila ravnovesje, vendar se to lahko izkaže resne težave za osebo. Zato je potrebno nove tehnologije za odpravo uporabe ogljikovodikov kot goriva v prihodnosti.
Za reševanje takih globalni izzivi potrebno razvoj temeljne znanosti in globoko razumevanje sveta okoli nas.
1. Naravni viri ogljikovodikov: plin, nafta, premog. Njihova obdelava in praktična uporaba.
Glavni naravni viri ogljikovodikov so nafta, naravni in povezani naftni plini ter premog.
Naravni in povezani naftni plini.
Zemeljski plin je mešanica plinov, katere glavna sestavina je metan, ostalo pa etan, propan, butan in majhna količina nečistoče - dušik, ogljikov monoksid (IV), vodikov sulfid in vodna para. 90 % se porabi kot gorivo, preostalih 10 % pa kot surovina za kemično industrijo: proizvodnjo vodika, etilena, acetilena, saj, raznih plastičnih mas, zdravil itd.
Povezani naftni plin je prav tako zemeljski plin, vendar se pojavlja skupaj z nafto – nahaja se nad nafto ali pa je v njej raztopljen pod pritiskom. Povezani plin vsebuje 30–50 % metana, ostalo so njegovi homologi: etan, propan, butan in drugi ogljikovodiki. Poleg tega vsebuje enake primesi kot zemeljski plin.
Tri frakcije povezanega plina:
1. bencin; dodaja se bencinu za boljši zagon motorja;
2. mešanica propan-butana; uporablja se kot gorivo za gospodinjstvo;
3. suhi plin; uporabljajo za proizvodnjo acitelena, vodika, etilena in drugih snovi, iz katerih se proizvajajo gume, plastika, alkoholi, organske kisline itd.
Olje.
Olje je oljnata tekočina rumene ali svetlo rjave do črne barve z značilnim vonjem. Je lažji od vode in v njej praktično netopen. Nafta je zmes približno 150 ogljikovodikov s primesmi drugih snovi, zato nima določenega vrelišča.
90 % proizvedenega olja se uporabi kot surovina za proizvodnjo različne vrste goriva in maziva. Hkrati je nafta dragocena surovina za kemično industrijo.
Imenujem surovo nafto, pridobljeno iz globin zemlje. Olje se ne uporablja v surovi obliki, ampak se predeluje. Surovo olje se očisti iz plinov, vode in mehanskih nečistoč, nato pa se podvrže frakcijski destilaciji.
Destilacija je postopek ločevanja mešanic na posamezne komponente ali frakcije na podlagi razlik v njihovih vreliščih.
Pri destilaciji nafte se izolira več frakcij naftnih derivatov:
1. Plinska frakcija (tbp = 40°C) vsebuje normalne in razvejane alkane CH4 – C4H10;
2. Bencinska frakcija (vrelišče = 40 - 200 °C) vsebuje ogljikovodike C 5 H 12 – C 11 H 24; med večkratno destilacijo se iz mešanice sproščajo lahki naftni produkti, ki vrejo v nižjih temperaturnih območjih: petroleter, letalski in avtomobilski bencin;
3. Naftna frakcija (težki bencin, vrelišče = 150 - 250°C), vsebuje ogljikovodike sestave C 8 H 18 - C 14 H 30, ki se uporabljajo kot gorivo za traktorje, dizelske lokomotive, tovornjake;
4. Kerozinska frakcija (tbp = 180 - 300 °C) vključuje ogljikovodike sestave C 12 H 26 - C 18 H 38; uporablja se kot gorivo za reaktivna letala in rakete;
5. Plinsko olje (vrelišče = 270 - 350°C) se uporablja kot dizelsko gorivo in je izpostavljeno krekingu v velikem obsegu.
Po oddestilaciji frakcij ostane temna viskozna tekočina - kurilno olje. Iz kurilnega olja se pridobivajo dizelska olja, vazelin in parafin. Ostanek pri destilaciji kurilnega olja je katran, uporablja se pri proizvodnji materialov za gradnjo cest.
Recikliranje olje temelji na kemičnih procesih:
1. Krekiranje je cepitev velikih molekul ogljikovodikov na manjše. Obstajata termični in katalitski kreking, ki je dandanes pogostejši.
2. Reformiranje (aromatizacija) je pretvorba alkanov in cikloalkanov v aromatske spojine. Ta postopek poteka s segrevanjem bencina pri visok krvni tlak v prisotnosti katalizatorja. Reforming se uporablja za proizvodnjo aromatskih ogljikovodikov iz bencinskih frakcij.
3. Piroliza naftnih derivatov poteka s segrevanjem naftnih derivatov na temperaturo 650 - 800°C, glavni produkti reakcije so nenasičeni plini in aromatski ogljikovodiki.
Nafta je surovina za proizvodnjo ne le goriva, ampak tudi številnih organskih snovi.
Premog.
Premog je tudi vir energije in dragocen kemične surovine. Premog vsebuje predvsem organske snovi, pa tudi vodo, minerali, pri zgorevanju tvori pepel.
Ena od vrst predelave premoga je koksanje - to je postopek segrevanja premoga na temperaturo 1000°C brez dostopa zraka. Koksanje premoga se izvaja v koksarnah. Koks je sestavljen iz skoraj čistega ogljika. Uporablja se kot reducent pri plavžni proizvodnji litega železa v metalurških obratih.
Hlapne snovi pri kondenzaciji premogovega katrana (vsebuje veliko različnih organskih snovi, od katerih večina– aromatski), amonijačna voda (vsebuje amoniak, amonijeve soli) in koksarniški plin (vsebuje amoniak, benzen, vodik, metan, ogljikov monoksid (II), etilen, dušik in druge snovi).