1. Természetes szénhidrogénforrások: gáz, olaj, szén. Feldolgozásuk és gyakorlati alkalmazásuk.

A szénhidrogének fő természetes forrásai az olaj, a természetes és kapcsolódó kőolajgázok és a szén.

Természetes és kapcsolódó kőolajgázok.

A földgáz gázok keveréke, amelynek fő összetevője a metán, a többi etán, propán, bután, valamint kis mennyiségű szennyeződés - nitrogén, szén-monoxid (IV), hidrogén-szulfid és vízgőz. 90%-át üzemanyagként fogyasztják el, a fennmaradó 10%-ot a vegyipar nyersanyagaként használják fel: hidrogén, etilén, acetilén, korom, különféle műanyagok, gyógyszerek stb.

A kapcsolódó kőolajgáz is földgáz, de az olajjal együtt fordul elő - az olaj felett helyezkedik el, vagy nyomás alatt feloldódik benne. A kapcsolódó gáz 30-50% metánt tartalmaz, a többi a homológjai: etán, propán, bután és egyéb szénhidrogének. Ezenkívül ugyanazokat a szennyeződéseket tartalmazza, mint a földgázban.

A kapcsolódó gáz három frakciója:

1. Benzin; a benzinhez adják a motorindítás javítása érdekében;

2. Propán-bután keverék; háztartási tüzelőanyagként használják;

3. Száraz gáz; acilén, hidrogén, etilén és egyéb anyagok előállítására használják, amelyekből viszont gumik, műanyagok, alkoholok, szerves savak stb.

Olaj.

Az olaj sárgától vagy világosbarnától a feketéig terjedő olajos folyadék, jellegzetes szaggal. Könnyebb a víznél és gyakorlatilag nem oldódik benne. Az olaj körülbelül 150 szénhidrogén keveréke más anyagokkal keverve, ezért nincs meghatározott forráspontja.

A megtermelt olaj 90%-át alapanyagként használják fel különféle üzemanyagok és kenőanyagok előállításához. Ugyanakkor az olaj értékes nyersanyag a vegyipar számára.

A föld belsejéből kivont olajat én nyersnek nevezem. A kőolajat nem használják fel, hanem feldolgozzák. A kőolajat megtisztítják a gázoktól, víztől és a mechanikai szennyeződésektől, majd frakcionált desztillációnak vetik alá.

A desztilláció az a folyamat, amelynek során a keverékeket a forráspontjuk különbségei alapján egyedi komponensekre vagy frakciókra választják szét.

Az olaj desztillációja során a kőolajtermékek több frakcióját izolálják:

1. A gázfrakció (forr. = 40°C) normál és elágazó láncú alkánokat tartalmaz CH4 - C4H10;

2. A benzinfrakció (forráspont = 40-200 °C) C 5 H 12 - C 11 H 24 szénhidrogéneket tartalmaz; az újradesztilláció során a keverékből könnyű olajtermékek szabadulnak fel, amelyek alacsonyabb hőmérsékleti tartományban forrnak: petroléter, repülőgép- és motorbenzin;

3. Nafta frakció (nehézbenzin, forráspont = 150-250 °C), C 8 H 18 - C 14 H 30 összetételű szénhidrogéneket tartalmaz, traktorok, dízelmozdonyok, teherautók üzemanyagaként használják;

4. A petróleum frakció (forráspont = 180-300 °C) a következő összetételű szénhidrogéneket tartalmazza: C 12 H 26 - C 18 H 38; sugárhajtású repülőgépek, rakéták üzemanyagaként használják;

5. A gázolajat (forr. = 270-350°C) gázolajként használják, és nagy mennyiségben krakkítják.

A frakciók desztillációja után sötét viszkózus folyadék marad vissza - fűtőolaj. A fűtőolajból szoláris olajokat, vazelint, paraffint izolálnak. A fűtőolaj lepárlásából származó maradék kátrány, amelyet útépítési anyagok előállításához használnak fel.

Az olaj-újrahasznosítás kémiai folyamatokon alapul:

1. Cracking - a nagy szénhidrogén molekulák felosztása kisebb molekulákra. Különbséget kell tenni a termikus és a katalitikus krakkolás között, amely jelenleg gyakoribb.

2. A reformálás (aromatizálás) az alkánok és cikloalkánok átalakítása aromás vegyületekké. Ezt a folyamatot úgy hajtják végre, hogy a benzint katalizátor jelenlétében emelt nyomáson melegítik. A reformálást aromás szénhidrogének kinyerésére használják benzinfrakciókból.

3. A kőolajtermékek pirolízisét kőolajtermékek 650 - 800°C hőmérsékletre hevítésével hajtják végre, a fő reakciótermékek a telítetlen gáznemű és aromás szénhidrogének.

Az olaj nemcsak üzemanyag, hanem számos szerves anyag előállításának alapanyaga.

Szén.

A szén energiaforrás és értékes vegyi nyersanyag is. A szén összetétele főként szerves anyag, valamint víz, ásványi anyagok, amelyek égéskor hamut képeznek.

A kőszén feldolgozásának egyik fajtája a kokszolás - ez a szén 1000 ° C-os hőmérsékletre történő felmelegítése levegő hozzáférés nélkül. A szén kokszolása kokszolókemencében történik. A koksz szinte tiszta szénből áll. Redukálószerként használják a kohászati ​​üzemekben a nyersvas nagyolvasztó kemencés gyártásánál.

Kondenzáció során illékony anyagok kőszénkátrány (sok különböző szerves anyagot tartalmaz, amelyek többsége aromás), ammóniás víz (amóniát, ammóniumsókat tartalmaz) és kokszolókemence gáz (ammoniát, benzolt, hidrogént, metánt, szén-monoxidot (II), etilént tartalmaz , nitrogén és egyéb anyagok).

Az óra során a „Természetes szénhidrogénforrások. Olajfinomítás". Az emberiség által jelenleg felhasznált energia több mint 90%-át fosszilis természetes szerves vegyületekből nyerik ki. Megismerheti a természeti erőforrásokat (földgáz, olaj, szén), mi történik az olajjal a kitermelés után.

Téma: A szénhidrogének korlátozása

Lecke: Természetes szénhidrogénforrások

A modern civilizáció által fogyasztott energia körülbelül 90%-át természetes fosszilis tüzelőanyagok – földgáz, olaj és szén – elégetésével állítják elő.

Oroszország természetes fosszilis tüzelőanyagokban gazdag ország. Nyugat-Szibériában és az Urálban nagy olaj- és földgáztartalékok vannak. A kőszenet Kuznyeckben, Dél-Jakutszk medencéjében és más régiókban bányászják.

Földgázátlagosan 95 térfogat%-ban metánból áll.

A különböző mezőkből származó földgáz a metánon kívül nitrogént, szén-dioxidot, héliumot, hidrogén-szulfidot és más könnyű alkánokat – etánt, propánt és butánokat – is tartalmaz.

A földgázt földalatti lerakódásokból nyerik ki, ahol nagy nyomás alatt van. A metán és egyéb szénhidrogének növényi és állati eredetű szerves anyagokból képződnek a levegőbe jutás nélküli lebomlásuk során. A mikroorganizmusok tevékenysége következtében folyamatosan és jelenleg is metán keletkezik.

A metán a Naprendszer bolygóin és azok műholdain található.

A tiszta metán szagtalan. A mindennapi életben használt gáznak azonban jellegzetes kellemetlen szaga van. Ez a különleges adalékanyagok - merkaptánok - szaga. A merkaptánok szaga lehetővé teszi, hogy időben észlelje a háztartási gáz szivárgását. A metán levegővel alkotott keverékei robbanásveszélyesek széles arányban - a gáz térfogatának 5-15% -a. Ezért ha gázszagot érez a szobában, nemcsak tüzet gyújthat, hanem elektromos kapcsolókat is használhat. A legkisebb szikra is robbanást okozhat.

Rizs. 1. Különböző mezőkről származó olaj

Olaj- sűrű folyadék, mint az olaj. Színe a világossárgától a barnáig és feketéig terjed.

Rizs. 2. Olajmezők

A különböző mezőkről származó olaj összetétele nagyon eltérő. Rizs. 1. Az olaj fő része 5 vagy több szénatomot tartalmazó szénhidrogén. Alapvetően ezek a szénhidrogének telítettek, azaz. alkánok. Rizs. 2.

Az olaj összetétele ként, oxigént, nitrogént tartalmazó szerves vegyületeket is tartalmaz, az olaj vizet és szervetlen szennyeződéseket tartalmaz.

Az olajban feloldódnak a gázok, amelyek az extrakció során szabadulnak fel - kapcsolódó kőolajgázok. Ezek a metán, etán, propán, butánok nitrogén-, szén-dioxid- és hidrogén-szulfid-szennyeződésekkel.

Szén Az olajhoz hasonlóan összetett keverék. A szén részaránya 80-90%-ot tesz ki. A többi hidrogén, oxigén, kén, nitrogén és néhány más elem. Barnaszénben a szén és a szerves anyag aránya kisebb, mint a kőben. Még kevésbé bio olajpala.

Az iparban a szenet levegő nélkül 900-1100 0 C-ra hevítik. Ezt a folyamatot ún kokszolás. Az eredmény egy magas széntartalmú koksz, kokszgáz és a kohászathoz szükséges kőszénkátrány. A gázból és a kátrányból sok szerves anyag szabadul fel. Rizs. 3.

Rizs. 3. A kokszolókemence berendezése

A vegyipar legfontosabb nyersanyagforrásai a földgáz és az olaj. Az olajat, ahogyan előállítják, vagy "nyersolajat", még üzemanyagként is nehéz használni. Ezért a kőolajat frakciókra osztják (az angol "fraction" - "rész" szóból), felhasználva az összetevők forráspontjainak különbségeit.

Az olaj elválasztásának módszerét, amely az alkotó szénhidrogének különböző forráspontjain alapul, desztillációnak vagy desztillációnak nevezzük. Rizs. négy.

Rizs. 4. Olajfinomítás termékei

A körülbelül 50-180 0 C-on desztillált frakciót nevezzük benzin.

Kerozin 180-300 0 С hőmérsékleten forr.

Az illékony anyagokat nem tartalmazó vastag fekete maradékot nevezzük gázolaj.

Számos köztes frakció is forr szűkebb tartományban - petroléterek (40-70 0 C és 70-100 0 C), fehérbenzin (149-204 ° C) és gázolaj (200-500 0 C). Oldószerként használják. A fűtőolaj csökkentett nyomáson desztillálható, így kenőolajokat és paraffint nyernek belőle. A fűtőolaj lepárlásából származó szilárd maradék - aszfalt. Útburkolatok készítésére használják.

A kapcsolódó kőolajgázok feldolgozása külön iparág, és számos értékes termék előállítását teszi lehetővé.

Összegezve a tanulságot

Az óra során a „Szénhidrogének természetes forrásai” témát tanultad. Olajfinomítás". Az emberiség által jelenleg felhasznált energia több mint 90%-át fosszilis természetes szerves vegyületekből nyerik ki. Megtanulta a természeti erőforrásokról (földgáz, olaj, szén), arról, hogy mi történik az olajjal a kitermelés után.

Bibliográfia

1. Rudzitis G.E. Kémia. Az általános kémia alapjai. 10. évfolyam: tankönyv oktatási intézmények számára: alapfok / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. kiadás. - M.: Oktatás, 2012.

2. Kémia. 10. fokozat. Profilszint: tankönyv. általános műveltségre intézmények / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin és mások - M.: Drofa, 2008. - 463 p.

3. Kémia. 11. évfolyam. Profilszint: tankönyv. általános műveltségre intézmények / V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin és mások - M.: Drofa, 2010. - 462 p.

4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Kémiai feladatgyűjtemény egyetemekre jelentkezők számára. - 4. kiadás - M.: RIA "Új hullám": Umerenkov kiadó, 2012. - 278 p.

Házi feladat

1. No. 3, 6 (p. 74) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Kémia: Szerves kémia. 10. évfolyam: tankönyv oktatási intézmények számára: alapfok / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. kiadás. - M.: Oktatás, 2012.

2. Mi a különbség a kapcsolódó kőolajgáz és a földgáz között?

3. Hogyan történik az olajfinomítás?

– (főleg) metánból és (kisebb mennyiségben) annak legközelebbi homológjaiból áll - etán, propán, bután, pentán, hexán stb.; a kapcsolódó kőolajgázban, azaz olyan földgázban, amely a természetben az olaj felett van, vagy abban nyomás alatt feloldódik.

Olaj

- olajos éghető folyadék, amely alkánokból, cikloalkánokból, arénekből (túlsúlyban), valamint oxigén-, nitrogén- és kéntartalmú vegyületekből áll.

Szén

- szerves eredetű szilárd tüzelőanyag. Kevés grafitot és sok összetett ciklikus vegyületet tartalmaz, beleértve a C, H, O, N és S elemeket. Van antracit (majdnem vízmentes), szén (-4% nedvesség) és barnaszén (50-60% nedvesség). Kokszolással a szén szénhidrogénekké (gáznemű, folyékony és szilárd halmazállapotú) és kokszlá (meglehetősen tiszta grafittá) alakul.

Szén kokszolás

A szén felmelegítése levegő nélkül 900-1050 ° C-ra annak termikus bomlásához vezet, illékony termékek (kőszénkátrány, ammóniavíz és kokszolókemence-gáz) és szilárd maradék - koksz - képződésével.

Főbb termékek: koksz - 96-98% szén; kokszolókemence gáz - 60% hidrogén, 25% metán, 7% szén-monoxid (II) stb.

Melléktermékek: kőszénkátrány (benzol, toluol), ammónia (kokszológázból) stb.

Olajfinomítás rektifikációs módszerrel

Az előtisztított olajat atmoszférikus (vagy vákuum) desztillációnak vetik alá, folyamatos desztillációs oszlopokon bizonyos forráspont-tartományú frakciókra.

Főbb termékek: könnyű- és nehézbenzin, kerozin, gázolaj, kenőolajok, fűtőolaj, kátrány.

Olajfinomítás katalitikus krakkolás útján

Nyersanyagok: magas forráspontú olajfrakciók (kerozin, gázolaj stb.)

Segédanyagok: katalizátorok (módosított alumínium-szilikátok).

A fő kémiai folyamat: 500-600 °C hőmérsékleten és 5 10 5 Pa nyomáson a szénhidrogén molekulák kisebb molekulákra hasadnak, a katalitikus krakkolás aromatizációs, izomerizációs, alkilezési reakciókkal jár.

Termékek: alacsony forráspontú szénhidrogének keveréke (üzemanyag, petrolkémiai alapanyag).

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

A szénhidrogének nagy gazdasági jelentőséggel bírnak, mivel a modern szerves szintézisipar szinte valamennyi termékének előállításához a legfontosabb nyersanyagként szolgálnak, és széles körben használják energetikai célokra. Úgy tűnik, hogy felhalmozzák a nap hőjét és energiáját, amelyek az égés során szabadulnak fel. A tőzeg, a szén, az olajpala, az olaj, a természetes és a kapcsolódó kőolajgázok szenet tartalmaznak, melynek égés során oxigénnel való egyesülése hőkibocsátással jár.

szén	tőzeg	olaj	földgáz
szilárd	szilárd	folyékony	gáz
szag nélkül	szag nélkül	Erős szag	szag nélkül
egységes összetételű	egységes összetételű	anyagok keveréke	anyagok keveréke
sötét színű kőzet, magas éghető anyag tartalommal, amely az üledékes rétegekben különböző növények felhalmozódásából származik	a mocsarak és benőtt tavak alján felhalmozódott félig lebomlott növényi tömeg felhalmozódása	természetes éghető olajos folyadék, folyékony és gáz halmazállapotú szénhidrogének keverékéből áll	a szerves anyagok anaerob bomlása során a Föld beleiben képződő gázkeverék, a gáz az üledékes kőzetek csoportjába tartozik
Fűtőérték - 1 kg üzemanyag elégetésével felszabaduló kalóriák száma
7 000 - 9 000	500 - 2 000	10000 - 15000	?

Szén.

A szén mindig is ígéretes nyersanyag volt az energia és számos vegyi termék számára.

A 19. századtól a szén első nagy fogyasztója a közlekedés, majd a szenet villamosenergia-termelésre, kohászati ​​koksz előállítására, a vegyi feldolgozás során különféle termékek előállítására, szén-grafit szerkezeti anyagokra, műanyagokra, hegyi viaszra, szintetikus, folyékony és gáz halmazállapotú magas kalóriatartalmú üzemanyagok, magas nitrogéntartalmú savak műtrágyák előállításához.

A szén makromolekuláris vegyületek összetett keveréke, amely a következő elemeket tartalmazza: C, H, N, O, S. A szén az olajhoz hasonlóan nagy mennyiségben tartalmaz különféle szerves anyagokat, valamint szervetlen anyagokat, mint pl. , víz, ammónia, kénhidrogén és természetesen maga a szén - szén.

A kőszén feldolgozása három fő irányban zajlik: kokszolás, hidrogénezés és tökéletlen égés. A szénfeldolgozás egyik fő módja az kokszolás– kalcinálás levegő hozzáférés nélkül kokszolókemencében 1000-1200°C hőmérsékleten. Ezen a hőmérsékleten, oxigénhez való hozzáférés nélkül, a szén a legbonyolultabb kémiai átalakuláson megy keresztül, amelynek eredményeként koksz és illékony termékek képződnek:

1. kokszgáz (hidrogén, metán, szén-monoxid és szén-dioxid, ammónia-, nitrogén- és egyéb gázok szennyeződései);

2. kőszénkátrány (több száz különböző szerves anyag, beleértve a benzolt és homológjait, a fenolt és az aromás alkoholokat, a naftalint és a különféle heterociklusos vegyületeket);

3. szupra-kátrány vagy ammónia, víz (oldott ammónia, valamint fenol, hidrogén-szulfid és egyéb anyagok);

4. koksz (a kokszolás szilárd maradéka, gyakorlatilag tiszta szén).

A lehűtött kokszot kohászati ​​üzemekbe küldik.

Az illékony termékek (kokszológáz) lehűtésekor a kőszénkátrány és az ammónia víz lecsapódik.

A nem kondenzált termékeket (ammónia, benzol, hidrogén, metán, CO 2, nitrogén, etilén stb.) kénsav oldaton átvezetve ammónium-szulfátot izolálunk, amelyet ásványi műtrágyaként használnak. A benzolt az oldószerben felvesszük és az oldatból ledesztilláljuk. Ezt követően a kokszgázt üzemanyagként vagy vegyi alapanyagként használják fel. A kőszénkátrát kis mennyiségben (3%) nyerik. De tekintettel a termelés mértékére, a kőszénkátrány nyersanyagnak tekinthető számos szerves anyag előállításához. Ha a 350 ° C-ig forrásban lévő termékeket eltávolítjuk a gyantáról, akkor szilárd tömeg marad - szurok. Lakkok gyártására használják.

A szén hidrogénezését 400-600 °C hőmérsékleten, legfeljebb 25 MPa hidrogénnyomás mellett, katalizátor jelenlétében végezzük. Ilyenkor folyékony szénhidrogének keveréke képződik, amely motorüzemanyagként használható. Folyékony tüzelőanyag kinyerése szénből. A folyékony szintetikus üzemanyagok magas oktánszámú benzin, dízel és kazán üzemanyagok. Ahhoz, hogy szénből folyékony tüzelőanyagot nyerjünk, hidrogénezéssel növelni kell annak hidrogéntartalmát. A hidrogénezést többszörös keringtetéssel hajtják végre, amely lehetővé teszi, hogy a szén teljes szerves tömegét folyadékká alakítsa és gázsá tegye. Ennek a módszernek az előnye az alacsony minőségű barnaszén hidrogénezésének lehetősége.

A szénelgázosítás lehetővé teszi az alacsony minőségű barna- és feketeszén hőerőművekben történő felhasználását a környezet kénvegyületekkel történő szennyezése nélkül. Ez az egyetlen módszer a koncentrált szén-monoxid (szén-monoxid) CO előállítására. A szén tökéletlen égése szén-monoxidot (II) termel. Egy katalizátoron (nikkel, kobalt) normál vagy emelt nyomáson hidrogén és CO használható telített és telítetlen szénhidrogéneket tartalmazó benzin előállítására:

nCO+ (2n+1)H2 → CnH 2n+2 + nH2O;

nCO + 2nH 2 → C n H 2n + nH 2 O.

Ha a szén száraz desztillációját 500-550 °C-on végezzük, akkor kátrányt kapunk, amelyet a bitumen mellett az építőiparban kötőanyagként használnak tetőfedők, vízszigetelő bevonatok (tetőfedő anyag, tetőfedő, stb.).

A természetben a szén a következő régiókban található: a moszkvai régióban, a dél-jakutszki medence, a Kuzbass, a Donbass, a Pechora-medence, a Tunguska-medence, a Lena-medence.

Földgáz.

A földgáz gázkeverék, melynek fő összetevője a metán CH 4 (mezőtől függően 75-98%), a többi etán, propán, bután és kis mennyiségű szennyeződés - nitrogén, szén-monoxid (IV. ), kénhidrogén és vízgőzök, és szinte mindig hidrogén-szulfidés az olaj szerves vegyületei - merkaptánok. Ők adják a gáznak sajátos kellemetlen szagot, és égéskor mérgező kén-dioxid SO 2 képződik.

Általában minél nagyobb a szénhidrogén molekulatömege, annál kevesebbet tartalmaz a földgáz. A különböző mezőkből származó földgáz összetétele nem azonos. Átlagos összetétele térfogatszázalékban a következő:

CH 4	C 2 H 6	C 3 H 8	C 4 H 10	N 2 és egyéb gázok
75-98	0,5 - 4	0,2 – 1,5	0,1 – 1	1-12

A metán a növényi és állati maradványok anaerob (levegő hozzáférés nélküli) fermentációja során képződik, ezért fenéküledékekben képződik, és "mocsári" gáznak nevezik.

A metán lerakódások hidratált kristályos formában, az ún metán-hidrát, egy permafrost réteg alatt és az óceánok nagy mélységein találhatók. Alacsony hőmérsékleten (-800ºC) és nagy nyomáson a metánmolekulák a vízjég kristályrácsának üregeiben helyezkednek el. Az egy köbméter metán-hidrát jégüregeiben 164 köbméter gáz "molyosodik".

A metán-hidrát darabjai piszkos jégnek tűnnek, de a levegőben sárga-kék lánggal égnek. Becslések szerint 10-15 000 gigatonna szén tárolódik a bolygón metán-hidrát formájában (egy giga 1 milliárd). Az ilyen mennyiségek sokszorosa az összes jelenleg ismert földgáztartaléknak.

A földgáz megújuló természeti erőforrás, mivel a természetben folyamatosan szintetizálódik. Biogáznak is nevezik. Ezért manapság sok környezettudós az emberiség virágzó létének kilátásait pontosan a gáz alternatív üzemanyagként való felhasználásával hozza összefüggésbe.

A földgáz üzemanyagként nagy előnyökkel rendelkezik a szilárd és folyékony tüzelőanyagokkal szemben. Fűtőértéke jóval magasabb, elégetve nem hagy hamut, az égéstermékek sokkal környezetbarátabbak. Ezért a megtermelt földgáz teljes mennyiségének mintegy 90%-át tüzelőanyagként égetik el hőerőművekben és kazánházakban, az ipari vállalkozások termikus folyamataiban és a mindennapi életben. A földgáz mintegy 10%-át a vegyipar értékes nyersanyagaként használják fel: hidrogén, acetilén, korom, különféle műanyagok, gyógyszerek előállítására. A földgázból metánt, etánt, propánt és butánt izolálnak. A metánból nyerhető termékek nagy ipari jelentőséggel bírnak. A metánt számos szerves anyag szintézisére használják - szintézisgáz és az ezen alapuló alkoholok további szintéziséhez; oldószerek (szén-tetraklorid, metilén-klorid stb.); formaldehid; acetilén és korom.

A földgáz önálló lerakódásokat képez. A természetes éghető gázok fő lelőhelyei Észak- és Nyugat-Szibériában, a Volga-Urál-medencében, az Észak-Kaukázusban (Sztavropol), a Komi Köztársaságban, az Asztrahán régióban és a Barents-tengerben találhatók.