المصادر الطبيعية للهيدروكربونات: الغاز، النفط، فحم الكوك. استخدامها كوقود وفي التركيب الكيميائي
وأهم المصادر الطبيعية للهيدروكربونات هي زيت , غاز طبيعي و فحم . أنها تشكل رواسب غنية في مناطق مختلفة من الأرض.
الملغومة سابقا منتجات طبيعيةتستخدم حصرا كوقود. حاليًا، تم تطوير طرق معالجتها واستخدامها على نطاق واسع، مما يجعل من الممكن عزل الهيدروكربونات القيمة، والتي تستخدم كوقود عالي الجودة وكمواد خام لمختلف التركيبات العضوية. عمليات المصادر الطبيعية للمواد الخام صناعة بتروكيماوية . دعونا نلقي نظرة على طرق المعالجة الرئيسية الهيدروكربونات الطبيعية.
المصدر الأكثر قيمة للمواد الخام الطبيعية هو زيت . وهو سائل زيتي ذو لون بني غامق أو أسود ذو رائحة مميزة، غير قابل للذوبان عمليا في الماء. كثافة الزيت 0.73-0.97 جم/سم3.النفط عبارة عن خليط معقد من الهيدروكربونات السائلة المختلفة التي تذوب فيها الهيدروكربونات الغازية والصلبة، وقد يختلف تركيب النفط من الحقول المختلفة. الألكانات، الألكانات الحلقية، الهيدروكربونات العطرية، وكذلك المركبات العضوية المحتوية على الأكسجين والكبريت والنيتروجين قد تكون موجودة في النفط بنسب متفاوتة.
لا يتم استخدام النفط الخام عمليا، ولكن تتم معالجته.
يميز تكرير النفط الأولي (التقطير )، أي. وتقسيمه إلى كسور ذات نقاط غليان مختلفة، و إعادة التدوير (تكسير ) ، يتم خلالها تغيير بنية الهيدروكربونات
الحمائم المدرجة في تكوينها.
تكرير النفط الأولييعتمد على حقيقة أنه كلما ارتفعت درجة غليان الهيدروكربونات، زادت كتلتها المولية. يحتوي الزيت على مركبات تتراوح درجة غليانها بين 30 إلى 550 درجة مئوية. نتيجة التقطير، ينقسم الزيت إلى أجزاء تغلي عند درجة غليانها درجات حرارة مختلفةوتحتوي على مخاليط من الهيدروكربونات ذات كتل مولية مختلفة. هذه الكسور لها استخدامات متنوعة (انظر الجدول 10.2).
الجدول 10.2. منتجات المعالجة الأوليةزيت.
| جزء | نقطة الغليان، درجة مئوية | مُجَمَّع | طلب |
| الغاز المسال | <30 | الهيدروكربونات C3 -C4 | الوقود الغازي والمواد الخام للصناعات الكيماوية |
| الغازولين | 40-200 | الهيدروكربونات C5 – C9 | وقود الطائرات والسيارات، مذيب |
| النفتا | 150-250 | الهيدروكربونات C9 – C12 | وقود الديزل، المذيبات |
| الكيروسين | 180-300 | الهيدروكربونات C9 -C16 | وقود محركات الديزل والوقود المنزلي ووقود الإضاءة |
| زيت الغاز | 250-360 | الهيدروكربونات C12 -C35 | وقود الديزل، كمادة خام للتكسير الحفزي |
| زيت الوقود | > 360 | الهيدروكربونات العالية، المواد التي تحتوي على O-، N-، S-، Me | وقود محطات الغلايات والأفران الصناعية والمواد الخام لمزيد من التقطير |
يمثل زيت الوقود حوالي نصف كتلة الزيت. ولذلك، فإنه يخضع أيضا للمعالجة الحرارية. لمنع التحلل، يتم تقطير زيت الوقود تحت ضغط منخفض. في هذه الحالة، يتم الحصول على عدة كسور: الهيدروكربونات السائلة، والتي تستخدم ك زيوت التشحيم ; خليط من الهيدروكربونات السائلة والصلبة - الفازلين يستخدم في تحضير المراهم؛ خليط من الهيدروكربونات الصلبة – البارافين تستخدم لإنتاج تلميع الأحذية والشموع وأعواد الثقاب وأقلام الرصاص وكذلك لتشريب الأخشاب ؛ بقايا غير متطايرة - قطران ، تستخدم لإنتاج البيتومين للطرق والبناء والأسقف.
إعادة تدوير الزيوتيشمل التفاعلات الكيميائيةتغيير التركيب والتركيب الكيميائي للهيدروكربونات. تنوعها هو
ty – التكسير الحراري، التكسير الحفزي، الإصلاح الحفزي.
التكسير الحراريعادة ما تخضع لزيت الوقود والأجزاء الثقيلة الأخرى من الزيت. عند درجة حرارة 450-550 درجة مئوية وضغط 2-7 ميجا باسكال، تنقسم جزيئات الهيدروكربون بواسطة آلية الجذور الحرة إلى أجزاء تحتوي على عدد أقل من ذرات الكربون، وتتشكل مركبات مشبعة وغير مشبعة:
ق 16 ح 34 ¾® ق 8 ح 18 + ق 8 ح 16
ج 8 ح 18 ¾®ج 4 ح 10 + ج 4 ح 8
تستخدم هذه الطريقة للحصول على بنزين المحركات.
التكسير الحفزييتم إجراؤها في وجود محفزات (عادةً ألومينوسيليكات) عند الضغط الجويودرجة الحرارة 550 - 600 درجة مئوية. في الوقت نفسه، يتم إنتاج بنزين الطائرات من أجزاء النفط من الكيروسين وزيت الغاز.
يحدث تحلل الهيدروكربونات في وجود الألومينوسيليكات وفقًا للآلية الأيونية ويصاحبها الأيزومرية، أي. تكوين خليط من الهيدروكربونات المشبعة وغير المشبعة ذات هيكل كربوني متفرع، على سبيل المثال:
الفصل 3 الفصل 3 الفصل 3 الفصل 3 الفصل 3
قطة.، ر||
ج 16 ح 34 ¾¾® CH 3 -C -C-CH 3 + CH 3 -C = C - CH-CH 3
الإصلاح التحفيزي يتم تنفيذها عند درجة حرارة 470-540 درجة مئوية وضغط 1-5 ميجا باسكال باستخدام محفزات البلاتين أو البلاتين-الرينيوم المترسبة على قاعدة Al 2 O 3. في ظل هذه الظروف، يتم تحويل البارافينات و
سيكلوبارافينات البترول إلى الهيدروكربونات العطرية
قطة.، ر، ص
¾¾¾¾® + 3Н 2
قطة.، ر، ص
ج 6 ح 14 ¾¾¾¾® + 4 ح 2
تتيح العمليات التحفيزية الحصول على بنزين بجودة محسنة بسبب محتواه العالي من الهيدروكربونات المتفرعة والعطرية. تتميز نوعية البنزين بجودته رقم الأوكتان. كلما زاد ضغط خليط الوقود والهواء بواسطة المكابس، زادت قوة المحرك. ومع ذلك، لا يمكن إجراء الضغط إلا إلى حد معين، والذي يحدث فوقه تفجير (انفجار).
خليط الغاز، مما يسبب ارتفاع درجة الحرارة وتآكل المحرك المبكر. البارافينات العادية لديها أدنى مقاومة للانفجار. مع نقصان طول السلسلة وزيادة تفرعها وعدد ضعفها
يزيد في عدد الاتصالات. فهو يحتوي على نسبة عالية بشكل خاص من الهيدروكربونات العطرية
قبل الولادة. لتقييم مقاومة التفجير لأنواع مختلفة من البنزين يتم مقارنتها بمؤشرات مماثلة للخليط الأيزوأوكتان و ن-التهاب الكبد-تانا مع نسب مختلفة من المكونات. ورقم الأوكتان يساوي نسبة الإيزو أوكتان في هذا الخليط. كلما زاد ارتفاعه، زادت جودة البنزين. ويمكن أيضًا زيادة رقم الأوكتان عن طريق إضافة عوامل خاصة مضادة للخبط، على سبيل المثال، رباعي إيثيل الرصاص ومع ذلك، يعتبر Pb(C2H5)4 مثل هذا البنزين ومنتجات احتراقه سامة.
بالإضافة إلى الوقود السائل، تنتج العمليات التحفيزية هيدروكربونات غازية أقل، والتي يتم استخدامها بعد ذلك كمواد خام للتخليق العضوي.
مصدر طبيعي آخر مهم للهيدروكربونات، والذي تتزايد أهميته باستمرار، هو غاز طبيعي. يحتوي على ما يصل إلى 98% حجمًا من الميثان، و2-3% حجمًا. أقرب متجانساتها، وكذلك شوائب كبريتيد الهيدروجين والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون والغازات النبيلة والماء. الغازات المنبعثة أثناء إنتاج النفط ( عابر ) تحتوي على كميات أقل من الميثان، ولكن تحتوي على المزيد من نظائرها.
ويستخدم الغاز الطبيعي كوقود. بالإضافة إلى ذلك، يتم عزل الهيدروكربونات المشبعة الفردية منه عن طريق التقطير، وكذلك غاز التوليف ، تتكون بشكل رئيسي من ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين؛ يتم استخدامها كمواد خام لمختلف التركيبات العضوية.
الملغومة بكميات كبيرة فحم - مادة صلبة غير متجانسة ذات لون أسود أو رمادي-أسود. وهو عبارة عن خليط معقد من مركبات مختلفة ذات وزن جزيئي مرتفع.
يستخدم الفحم كوقود صلب ويتعرض له أيضًا فحم الكوك – التقطير الجاف دون وصول الهواء عند درجة حرارة 1000-1200 درجة مئوية. ونتيجة لهذه العملية يتشكل ما يلي: فحم الكوك وهو عبارة عن جرافيت مطحون جيدًا ويستخدم في علم المعادن كعامل اختزال؛ قطران الفحم ، والتي يتم تقطيرها لإنتاج الهيدروكربونات العطرية (البنزين والتولوين والزيلين والفينول وغيرها) و يقذف تستخدم لإعداد لباد التسقيف. ماء الأمونيا و غاز فرن فحم الكوك يحتوي على حوالي 60% هيدروجين و 25% ميثان.
وهكذا توفر المصادر الطبيعية للهيدروكربونات
الصناعة الكيميائية تحتوي على مجموعة متنوعة من المواد الخام الرخيصة نسبيًا لإجراء التركيبات العضوية، مما يجعل من الممكن الحصول على العديد من المركبات العضوية غير الموجودة في الطبيعة، ولكنها ضرورية للإنسان.
المخطط العاميمكن عرض استخدام المواد الخام الطبيعية في التركيب العضوي والبتروكيميائي الأساسي على النحو التالي.
الساحات تصنيع الغاز الأسيتيلين الألكينات الألكانات
التوليف العضوي والبتروكيميائي الأساسي
مهام الاختبار.
1222. ما هو الفرق بين تكرير النفط الأولي و إعادة التدوير?
1223. ما هي المركبات التي تحدد البنزين عالي الجودة؟
1224. اقترح طريقة تمكن من الحصول على الكحول الإيثيلي من الزيت.
تتمتع الهيدروكربونات بأهمية اقتصادية كبيرة، لأنها بمثابة أهم نوع من المواد الخام لإنتاج جميع منتجات صناعة التخليق العضوي الحديثة تقريبًا وتستخدم على نطاق واسع لأغراض الطاقة. ويبدو أنها تراكمت حرارة الشمسوالطاقة التي تنطلق عند حرقها. يحتوي الخث والفحم والصخر الزيتي والنفط والغازات الطبيعية والغازات البترولية المرتبطة بها على الكربون، والذي يكون مزيجه مع الأكسجين أثناء الاحتراق مصحوبًا بإطلاق الحرارة.
| فحم | الخث | زيت | غاز طبيعي |
 |  |
||
| صلب | صلب | سائل | غاز |
| بدون رائحة | بدون رائحة | راءحة قوية | بدون رائحة |
| تكوين متجانس | تكوين متجانس | خليط من المواد | خليط من المواد |
| صخرة داكنة اللون تحتوي على نسبة عالية من المواد القابلة للاشتعال الناتجة عن دفن تراكمات النباتات المختلفة في الطبقات الرسوبية | تراكم المواد النباتية نصف المتعفنة المتراكمة في قاع المستنقعات والبحيرات المتضخمة | سائل زيتي طبيعي قابل للاشتعال، ويتكون من خليط من الهيدروكربونات السائلة والغازية | خليط من الغازات التي تتكون في أحشاء الأرض أثناء التحلل اللاهوائي للمواد العضوية، ينتمي الغاز إلى مجموعة الغازات الرسوبية الصخور |
| القيمة الحرارية - عدد السعرات الحرارية المنطلقة عند حرق 1 كجم من الوقود | |||
| 7 000 - 9 000 | 500 - 2 000 | 10000 - 15000 | ? |
فحم.
لقد كان الفحم دائمًا مادة خام واعدة لإنتاج الطاقة والعديد من المنتجات الكيميائية.
كان النقل هو أول مستهلك رئيسي للفحم منذ القرن التاسع عشر، ثم بدأ استخدام الفحم لإنتاج الكهرباء، وفحم الكوك المعدني، وإنتاج منتجات مختلفة من خلال المعالجة الكيميائية، والمواد الهيكلية الكربونية والجرافيتية، والبلاستيك، والشمع الصخري، والمواد الاصطناعية، الوقود السائل والغازي عالي السعرات الحرارية، والأحماض النيتروزية العالية لإنتاج الأسمدة
الفحم الصلب عبارة عن خليط معقد من المركبات عالية الجزيئية، والتي تشمل العناصر التالية: C، H، N، O، S. الفحم الصلب، مثل النفط، يحتوي على عدد كبير منالمواد العضوية المختلفة، وكذلك المواد غير العضوية، مثل الماء والأمونيا وكبريتيد الهيدروجين، وبالطبع الكربون نفسه - الفحم.
تتم معالجة الفحم في ثلاثة اتجاهات رئيسية: فحم الكوك، والهدرجة، والاحتراق غير الكامل. إحدى الطرق الرئيسية لمعالجة الفحم هي فحم الكوك– التكليس دون وصول الهواء في أفران فحم الكوك عند درجة حرارة 1000-1200 درجة مئوية. عند درجة الحرارة هذه، وبدون الوصول إلى الأكسجين، يخضع الفحم لتحولات كيميائية معقدة، مما يؤدي إلى تكوين فحم الكوك والمنتجات المتطايرة:
1. غاز فرن فحم الكوك (الهيدروجين والميثان وأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون ومخاليط الأمونيا والنيتروجين والغازات الأخرى)؛
2. قطران الفحم (عدة مئات من المواد العضوية المختلفة، بما في ذلك البنزين ومماثلاته، والفينول والكحوليات العطرية، والنفثالين ومختلف المركبات الحلقية غير المتجانسة)؛
3. القطران أو الأمونيا والماء (الأمونيا المذابة وكذلك الفينول وكبريتيد الهيدروجين ومواد أخرى) ؛
4. فحم الكوك (بقايا فحم الكوك الصلبة، الكربون النقي تقريبا).
يتم إرسال فحم الكوك المبرد إلى مصانع المعادن.
عندما يتم تبريد المنتجات المتطايرة (غاز فرن فحم الكوك)، يتكثف قطران الفحم وماء الأمونيا.
عن طريق تمرير المنتجات غير المكثفة (الأمونيا والبنزين والهيدروجين والميثان وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والإيثيلين، وما إلى ذلك) من خلال محلول حمض الكبريتيك، يتم إطلاق كبريتات الأمونيوم، والتي تستخدم كأسمدة معدنية. يمتص البنزين في المذيب ويقطر من المحلول. بعد ذلك، يتم استخدام غاز فرن فحم الكوك كوقود أو كمادة خام كيميائية. ويتم الحصول على قطران الفحم بكميات صغيرة (3%). ولكن نظرا لحجم الإنتاج، يعتبر قطران الفحم مادة خام لإنتاج عدد من المواد العضوية. إذا قمت بإزالة المنتجات المغلية عند درجة حرارة 350 درجة مئوية من الراتنج، فإن ما يتبقى هو كتلة صلبة - قار. يتم استخدامه لصنع الورنيش.
تتم هدرجة الفحم عند درجة حرارة 400-600 درجة مئوية تحت ضغط هيدروجين يصل إلى 25 ميجا باسكال في وجود محفز. وينتج عن ذلك خليط من الهيدروكربونات السائلة، والتي يمكن استخدامها وقود السيارات. إنتاج الوقود السائل من الفحم. الوقود الاصطناعي السائل هو البنزين عالي الأوكتان والديزل ووقود الغلايات. للحصول على الوقود السائل من الفحم، من الضروري زيادة محتواه من الهيدروجين من خلال الهدرجة. يتم تنفيذ الهدرجة باستخدام الدورة الدموية المتعددة، مما يسمح لك بتحويل الكتلة العضوية الكاملة للفحم إلى سائل وغازات. وميزة هذه الطريقة هي إمكانية هدرجة الفحم البني منخفض الدرجة.
سيسمح تغويز الفحم باستخدام الفحم البني والصلب منخفض الجودة في محطات الطاقة الحرارية دون تلويث بيئةمركبات الكبريت. هذه هي الطريقة الوحيدة لإنتاج أول أكسيد الكربون المركز (أول أكسيد الكربون) CO. ينتج عن الاحتراق غير الكامل للفحم أول أكسيد الكربون (II). باستخدام المحفز (النيكل والكوبالت) عند الضغط الطبيعي أو المتزايد، يمكن الحصول على البنزين المحتوي على هيدروكربونات مشبعة وغير مشبعة من الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون:
nCO + (2n+1)H 2 → C n H 2n+2 + nH 2 O؛
nCO + 2nH 2 → C n H 2n + nH 2 O.
إذا تم إجراء التقطير الجاف للفحم عند درجة حرارة 500-550 درجة مئوية، فسيتم الحصول على القطران، والذي يستخدم مع البيتومين في صناعة البناء والتشييد كمواد ربط في تصنيع طلاءات الأسقف والعزل المائي (لباد الأسقف ولباد الأسقف ، إلخ.).
يوجد الفحم الصلب في الطبيعة في المناطق التالية: منطقة موسكو، حوض جنوب ياكوتسك، كوزباس، دونباس، حوض بيتشورا، حوض تونجوسكا، حوض لينا.
غاز طبيعي.
الغاز الطبيعي عبارة عن خليط من الغازات، المكون الرئيسي منها هو الميثان CH 4 (من 75 إلى 98٪ حسب الحقل)، والباقي عبارة عن الإيثان والبروبان والبيوتان وكمية صغيرة من الشوائب - النيتروجين وأول أكسيد الكربون (IV) )، كبريتيد الهيدروجين وأبخرة الماء، ودائمًا تقريبًا كبريتيد الهيدروجينوالمركبات البترولية العضوية - المركابتان. فهي التي تعطي الغاز رائحة كريهة معينة، وعند حرقها تؤدي إلى تكوين ثاني أكسيد الكبريت السام SO 2 .
عادة، كلما زاد الوزن الجزيئي للهيدروكربون، قل وجوده في الغاز الطبيعي. تكوين الغاز الطبيعي من الحقول المختلفة ليس هو نفسه. متوسط تكوينه بالنسبة المئوية من حيث الحجم هو كما يلي:
| الفصل 4 | ج2ح6 | ج3ح8 | ج4ح10 | N2 والغازات الأخرى |
| 75-98 | 0,5 - 4 | 0,2 – 1,5 | 0,1 – 1 | 1-12 |
يتشكل الميثان أثناء التخمر اللاهوائي (دون الوصول إلى الهواء) للمخلفات النباتية والحيوانية، وبالتالي يتشكل في الرواسب السفلية ويسمى غاز "المستنقع".
رواسب الميثان في شكل بلوري مائي، ما يسمى هيدرات الميثانوجدت تحت الطبقة التربة الصقيعيةوفي أعماق كبيرة من المحيطات. في درجات الحرارة المنخفضة(−800 درجة مئوية) والضغوط العالية، توجد جزيئات الميثان في فراغات الشبكة البلورية لجليد الماء. وفي الفراغات الجليدية التي تحتوي على متر مكعب واحد من هيدرات الميثان، يتم "تعليب" 164 مترًا مكعبًا من الغاز.
تبدو قطع هيدرات الميثان مثل الجليد القذر، ولكنها تحترق في الهواء بلهب أصفر مزرق. تشير التقديرات إلى أن الكوكب يخزن ما بين 10.000 و15.000 جيجا طن من الكربون على شكل هيدرات الميثان (“الجيجا” تساوي مليارًا). هذه الكميات أكبر بعدة مرات من جميع احتياطيات الغاز الطبيعي المعروفة حاليًا.
يعتبر الغاز الطبيعي من الموارد الطبيعية المتجددة، حيث يتم تصنيعه في الطبيعة بشكل مستمر. ويسمى أيضًا "الغاز الحيوي". ولذلك، يربط العديد من علماء البيئة اليوم احتمالات الوجود المزدهر للبشرية باستخدام الغاز كوقود بديل.
كوقود، يتمتع الغاز الطبيعي بمزايا كبيرة مقارنة بالوقود الصلب والسائل. حرارة احتراقه أعلى بكثير، عند حرقه لا يترك رمادًا، ومنتجات الاحتراق أكثر نظافة من الناحية البيئية. لذلك، يتم حرق حوالي 90٪ من إجمالي حجم الغاز الطبيعي المستخرج كوقود في محطات الطاقة الحرارية وبيوت الغلايات، وفي العمليات الحرارية في المؤسسات الصناعية وفي الحياة اليومية. يتم استخدام حوالي 10٪ من الغاز الطبيعي كمواد خام قيمة للصناعة الكيميائية: لإنتاج الهيدروجين والأسيتيلين والسخام والمواد البلاستيكية المختلفة والأدوية. يتم فصل الميثان والإيثان والبروبان والبيوتان عن الغاز الطبيعي. المنتجات التي يمكن الحصول عليها من الميثان لها أهمية صناعية كبيرة. يستخدم الميثان لتخليق العديد من المواد العضوية - غاز التوليف ومزيد من تخليق الكحوليات بناءً عليه ؛ المذيبات (رابع كلوريد الكربون، كلوريد الميثيلين، وما إلى ذلك)؛ الفورمالديهايد. الأسيتيلين والسخام.
يشكل الغاز الطبيعي رواسب مستقلة. تقع الرواسب الرئيسية للغازات الطبيعية القابلة للاحتراق في الشمال و سيبيريا الغربية، حوض الفولغا-الأورال، في شمال القوقاز (ستافروبول)، في جمهورية كومي، منطقة أستراخان، بحر بارنتس.
الفصل 1. جيوكيمياء استكشاف النفط والحفريات.. 3
§ 1. أصل الوقود الأحفوري. 3
§ 2. الصخور الغازية والنفطية. 4
الفصل الثاني. المصادر الطبيعية...5
الفصل الثالث. الإنتاج الصناعي للهيدروكربونات... 8
الفصل 4. معالجة النفط... 9
§ 1. التقطير التجزيئي.. 9
§ 2. تكسير. 12
§ 3. الإصلاح. 13
§ 4. إزالة الكبريت..14
الفصل 5. تطبيقات الهيدروكربونات... 14
§ 1. الألكانات..15
§ 2. الألكينات..16
§ 3. الألكينات..18
§ 4. الساحات..19
الفصل السادس. تحليل الحالة صناعة النفط. 20
الفصل السابع. السمات والاتجاهات الرئيسية في صناعة النفط. 27
قائمة الأدبيات المستعملة...33
كانت النظريات الأولى التي تناولت المبادئ التي تحدد وجود الرواسب النفطية تقتصر عادة على مسألة مكان تراكمها. ومع ذلك، على مدى السنوات العشرين الماضية، أصبح من الواضح أنه للإجابة على هذا السؤال، من الضروري أن نفهم لماذا ومتى وبأي كميات تم تشكيل النفط في حوض معين، وكذلك فهم وتحديد نتيجة لما يعالجه نشأت وهاجرت وتراكمت. هذه المعلومات ضرورية للغاية لتحسين كفاءة التنقيب عن النفط.
لقد حدث تكوين الحفريات الهيدروكربونية، وفقًا للآراء الحديثة، نتيجة لتسلسل معقد من العمليات الجيوكيميائية (انظر الشكل 1) داخل صخور الغاز والنفط الأصلية. في هذه العمليات، تم تحويل مكونات النظم البيولوجية المختلفة (المواد ذات الأصل الطبيعي) إلى هيدروكربونات، وبدرجة أقل، إلى مركبات قطبية ذات ثبات ديناميكي حراري مختلف - نتيجة لترسيب المواد ذات الأصل الطبيعي وتغطيتها اللاحقة بالصخور الرسوبية، تحت تأثير ارتفاع درجة الحرارة والضغط المرتفع في الطبقات السطحية للقشرة الأرضية. تؤدي الهجرة الأولية للمنتجات السائلة والغازية من طبقة الغاز والنفط الأولية وهجرتها الثانوية اللاحقة (من خلال آفاق التحمل والتحولات وما إلى ذلك) إلى الصخور المسامية المشبعة بالنفط إلى تكوين رواسب المواد الهيدروكربونية، وزيادة هجرة المواد الهيدروكربونية. والذي يتم منعه عن طريق حبس الترسبات بين طبقات الصخور غير المسامية.
وفي مستخلصات المواد العضوية من الصخور الرسوبية ذات الأصل الحيوي، توجد مركبات لها نفس التركيب الكيميائي لتلك الموجودة في النفط. ولبعض هذه المركبات، التي تعتبر "علامات بيولوجية" ("أحافير كيميائية")، أهمية خاصة في الكيمياء الجيولوجية. وتشترك هذه الهيدروكربونات كثيرًا مع المركبات الموجودة في الأنظمة البيولوجية (على سبيل المثال، الدهون والأصباغ والمستقلبات) التي يتكون منها النفط. لا تثبت هذه المركبات الأصل الحيوي للهيدروكربونات الطبيعية فحسب، بل تجعل من الممكن أيضًا الحصول عليها معلومات مهمةحول الغاز والصخور الحاملة للنفط، وكذلك حول طبيعة النضج والنشأة والهجرة والتحلل البيولوجي الذي أدى إلى تكوين رواسب محددة من الغاز والنفط.
الشكل 1: العمليات الجيوكيميائية المؤدية إلى تكوين الهيدروكربونات الأحفورية.
تعتبر الصخور النفطية والغازية عبارة عن صخور رسوبية متناثرة بدقة، والتي عندما تترسب بشكل طبيعي، تؤدي أو يمكن أن تؤدي إلى تكوين وإطلاق كميات كبيرة من النفط و (أو) الغاز. ويعتمد تصنيف هذه الصخور على محتوى المادة العضوية ونوعها، وحالة تطورها المتحول (تحولات كيميائية تحدث عند درجات حرارة تقارب 50-180 درجة مئوية)، وطبيعة وكمية الهيدروكربونات التي يمكن الحصول عليها منها. . يمكن العثور على مادة الكيروجين العضوية في الصخور الرسوبية ذات الأصل الحيوي في معظمها أشكال مختلفةولكن يمكن تقسيمها إلى أربعة أنواع رئيسية.
1) ليبتينيت- تحتوي على نسبة عالية جدًا من الهيدروجين ولكن تحتوي على نسبة منخفضة من الأكسجين؛ يتم تحديد تكوينها من خلال وجود سلاسل الكربون الأليفاتية. من المفترض أن الليبيتينيت يتكون بشكل رئيسي من الطحالب (التي تتعرض عادة للتحلل البكتيري). لديهم قدرة عالية على التحول إلى زيت.
2) مخارج- تحتوي على نسبة عالية من الهيدروجين (لكنها أقل من محتوى الليبتينيت)، وغنية بالسلاسل الأليفاتية والنفثينات المشبعة (الهيدروكربونات الأليسكليكية)، بالإضافة إلى الحلقات العطرية والمجموعات الوظيفية المحتوية على الأكسجين. تتكون هذه المادة العضوية من مواد نباتية مثل الجراثيم وحبوب اللقاح والبشرة والأجزاء الهيكلية الأخرى للنباتات. يتمتع الإكسينيت بقدرة جيدة على التحول إلى مكثفات نفط وغاز، وفي المراحل الأعلى من التطور المتحول إلى غاز.
3) فيتريشيتا– تحتوي على نسبة منخفضة من الهيدروجين ومحتوى عالي من الأكسجين وتتكون في المقام الأول من هياكل عطرية ذات سلاسل أليفاتية قصيرة مرتبطة بمجموعات وظيفية تحتوي على الأكسجين. وتتكون من مواد خشبية منظمة (لجينوسليلوزية) ولها قدرة محدودة على التحول إلى نفط، ولكنها قدرة جيدة على التحول إلى غاز.
4) الجمودهي صخور فتاتية سوداء غير شفافة (عالية الكربون ومنخفضة الهيدروجين) تكونت من سلائف خشبية معدلة للغاية. ليس لديهم القدرة على التحول إلى النفط والغاز.
العوامل الرئيسية التي يتم من خلالها التعرف على الصخور الغازية والنفطية هي محتواها من الكيروجين، ونوع المادة العضوية في الكيروجين، ومرحلة التطور المتحول لهذه المادة العضوية. صخور الغاز والنفط الجيدة هي تلك التي تحتوي على 2-4% مادة عضوية من النوع الذي يمكن أن تتشكل منه وتطلق الهيدروكربونات المقابلة. في ظل الظروف الجيوكيميائية المواتية، يمكن أن يحدث تكوين النفط من الصخور الرسوبية التي تحتوي على مواد عضوية مثل الليبتينيت والإكسينيت. عادة ما يحدث تكوين رواسب الغاز في الصخور الغنية بالفيترينيت أو نتيجة التكسير الحراري للنفط المتكون أصلاً.
نتيجة لدفن رواسب المواد العضوية لاحقاً تحتها الطبقات العلياالصخور الرسوبية، وتتعرض هذه المادة لدرجات حرارة مرتفعة بشكل متزايد، مما يؤدي إلى التحلل الحراري للكيروجين وتكوين النفط والغاز. إن تشكل النفط بكميات تهم التطور الصناعي للحقل يحدث تحت ظروف معينة من حيث الزمن ودرجة الحرارة (عمق حدوثها)، ويكون زمن التكوين أطول، كلما انخفضت درجة الحرارة (وهذا ليس من الصعب فهمه إذا افترضنا أن التفاعل يتم وفق معادلة الرتبة الأولى ويعتمد على درجة الحرارة حسب أرهينيوس). على سبيل المثال، نفس كمية النفط التي تكونت عند درجة حرارة 100 درجة مئوية خلال 20 مليون سنة تقريبًا يجب أن تتشكل عند درجة حرارة 90 درجة مئوية خلال 40 مليون سنة، وعند درجة حرارة 80 درجة مئوية خلال 80 مليون سنة . يتضاعف معدل تكوين الهيدروكربونات من الكيروجين تقريبًا لكل زيادة قدرها 10 درجات مئوية في درجة الحرارة. لكن التركيب الكيميائيالكيروجين. يمكن أن تكون متنوعة للغاية، وبالتالي فإن العلاقة المشار إليها بين وقت نضج الزيت ودرجة حرارة هذه العملية لا يمكن اعتبارها إلا كأساس للتقديرات التقريبية.
تظهر الدراسات الجيوكيميائية الحديثة أنه في الجرف القاري بحر الشمالوكل زيادة 100 متر في العمق يصاحبها ارتفاع في درجة الحرارة بنحو 3 درجات مئوية، أي أن الصخور الرسوبية الغنية بالمواد العضوية شكلت هيدروكربونات سائلة على أعماق 2500-4000 متر على مدى فترة 50-80 مليون سنة. ويبدو أن الزيوت الخفيفة والمكثفات تشكلت على عمق 4000-5000 م، والميثان (الغاز الجاف) على عمق أكثر من 5000 م.
المصادر الطبيعية للهيدروكربونات هي الوقود الأحفوري - النفط والغاز والفحم والجفت. نشأت رواسب النفط الخام والغاز منذ 100-200 مليون سنة من المجهر النباتات البحريةوالحيوانات التي أصبحت مطمورة في الرواسب التي تشكلت في قاع البحر، في المقابل، بدأ الفحم والخث في التشكل قبل 340 مليون سنة من النباتات التي نمت على الأرض.
ويوجد الغاز الطبيعي والنفط الخام عادةً مع الماء في الطبقات الحاملة للنفط الواقعة بين طبقات الصخور (الشكل 2). ينطبق مصطلح "الغاز الطبيعي" أيضًا على الغازات التي تتشكل فيه الظروف الطبيعيةنتيجة لتحلل الفحم . يتم تطوير الغاز الطبيعي والنفط الخام في كل قارة باستثناء القارة القطبية الجنوبية. أكبر منتجي الغاز الطبيعي في العالم هم روسيا والجزائر وإيران والولايات المتحدة. أكبر منتجي النفط الخام هي فنزويلا، المملكة العربية السعوديةوالكويت وإيران.
يتكون الغاز الطبيعي بشكل رئيسي من الميثان (الجدول 1).
النفط الخام هو سائل زيتي يمكن أن يختلف لونه من البني الداكن أو الأخضر إلى عديم اللون تقريبًا. يحتوي على عدد كبير من الألكانات. من بينها الألكانات المستقيمة والألكانات المتفرعة والألكانات الحلقية التي يتراوح عدد ذرات الكربون فيها من خمس إلى 40. والاسم الصناعي لهذه الألكانات الحلقية هو nachtany. ويحتوي النفط الخام أيضًا على ما يقرب من 10% من الهيدروكربونات العطرية، بالإضافة إلى كميات صغيرة من المركبات الأخرى التي تحتوي على الكبريت والأكسجين والنيتروجين.
ينابيع طبيعيةالهيدروكربونات الاسم الكامل مجموعة ستارشيفايا أرينا B-105 2013
المصادر الطبيعية المصادر الطبيعية للهيدروكربونات هي الوقود الأحفوري - النفط والغاز والفحم والجفت. نشأت رواسب النفط الخام والغاز قبل 100 إلى 200 مليون سنة من النباتات والحيوانات البحرية المجهرية التي أصبحت مطمورة في الصخور الرسوبية التي تشكلت في قاع البحر، وفي المقابل، بدأ الفحم والخث في التشكل قبل 340 مليون سنة من النباتات التي تنمو على الأرض.
ويوجد الغاز الطبيعي والنفط الخام عادةً مع الماء في الطبقات الحاملة للنفط الواقعة بين طبقات الصخور (الشكل 2). وينطبق مصطلح "الغاز الطبيعي" أيضًا على الغازات التي تتشكل في الظروف الطبيعية نتيجة تحلل الفحم. يتم تطوير الغاز الطبيعي والنفط الخام في كل قارة باستثناء القارة القطبية الجنوبية. أكبر منتجي الغاز الطبيعي في العالم هم روسيا والجزائر وإيران والولايات المتحدة. أكبر منتجي النفط الخام هم فنزويلا والمملكة العربية السعودية والكويت وإيران. يتكون الغاز الطبيعي بشكل رئيسي من غاز الميثان. النفط الخام هو سائل زيتي يمكن أن يختلف لونه من البني الداكن أو الأخضر إلى عديم اللون تقريبًا. يحتوي على عدد كبير من الألكانات. من بينها الألكانات المستقيمة والألكانات المتفرعة والألكانات الحلقية التي يتراوح عدد ذرات الكربون فيها من خمس إلى 50. والاسم الصناعي لهذه الألكانات الحلقية هو nachtany. ويحتوي النفط الخام أيضًا على ما يقرب من 10% من الهيدروكربونات العطرية، بالإضافة إلى كميات صغيرة من المركبات الأخرى التي تحتوي على الكبريت والأكسجين والنيتروجين.
يستخدم الغاز الطبيعي كوقود وكمادة خام لإنتاج مجموعة متنوعة من المواد العضوية وغير العضوية. أنت تعلم بالفعل أن الهيدروجين والأسيتيلين وكحول الميثيل والفورمالدهيد وحمض الفورميك والعديد من المواد العضوية الأخرى يتم الحصول عليها من الميثان، المكون الرئيسي للغاز الطبيعي. يستخدم الغاز الطبيعي كوقود في محطات توليد الطاقة، وفي أنظمة الغلايات لتسخين المياه في المباني السكنية والصناعية، وفي الأفران العالية وصناعات الموقد المفتوح. من خلال إشعال عود ثقاب وإشعال الغاز في موقد غاز المطبخ في أحد منازل المدينة، فإنك "تطلق" سلسلة من ردود الفعل لأكسدة الألكانات التي تشكل الغاز الطبيعي. بالإضافة إلى النفط والغازات النفطية الطبيعية والمرتبطة بها، يعد الفحم مصدرًا طبيعيًا للهيدروكربونات. 0n تشكل طبقات سميكة في أحشاء الأرض، واحتياطياتها المؤكدة تتجاوز احتياطيات النفط بشكل كبير. مثل النفط، يحتوي الفحم على كمية كبيرة من المواد العضوية المختلفة. بالإضافة إلى المواد العضوية، فإنه يحتوي أيضا على مواد غير عضوية، مثل الماء والأمونيا وكبريتيد الهيدروجين، وبالطبع الكربون نفسه - الفحم. إحدى الطرق الرئيسية لمعالجة الفحم هي فحم الكوك - التكليس دون الوصول إلى الهواء. نتيجة لفحم الكوك، الذي يتم عند درجة حرارة حوالي 1000 درجة مئوية، يتم تشكيل ما يلي: غاز فرن فحم الكوك، والذي يشمل الهيدروجين والميثان وثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون، وشوائب الأمونيا والنيتروجين والغازات الأخرى؛ قطران الفحم الذي يحتوي على عدة مئات من المرات من المواد العضوية الشخصية، بما في ذلك البنزين ومماثلاته، والفينول والكحوليات العطرية، والنفثالين ومختلف المركبات الحلقية غير المتجانسة؛ القطران أو ماء الأمونيا الذي يحتوي، كما يوحي الاسم، على الأمونيا الذائبة، وكذلك الفينول وكبريتيد الهيدروجين ومواد أخرى؛ فحم الكوك عبارة عن بقايا صلبة من فحم الكوك، وهو عبارة عن كربون نقي تقريبًا. يستخدم فحم الكوك في إنتاج الحديد والصلب، وتستخدم الأمونيا في إنتاج النيتروجين والأسمدة المركبة، ولا يمكن المبالغة في تقدير أهمية منتجات فحم الكوك العضوية. وبالتالي، فإن النفط والغاز الطبيعي المصاحب والفحم ليس فقط المصادر الأكثر قيمة للهيدروكربونات، ولكن أيضًا جزء من مخزن فريد من الموارد التي لا يمكن تعويضها. الموارد الطبيعيةالذي يعد استخدامه الدقيق والمعقول شرطًا ضروريًا للتطور التدريجي للمجتمع البشري.
النفط الخام عبارة عن خليط معقد من الهيدروكربونات ومركبات أخرى. ونادرا ما يستخدم في هذا النموذج. تتم معالجته أولاً وتحويله إلى منتجات أخرى لها تطبيقات عملية. ولذلك، يتم نقل النفط الخام عن طريق الناقلات أو خطوط الأنابيب إلى المصافي. تتضمن عملية تكرير النفط مجموعة من العمليات الفيزيائية والكيميائية: التقطير التجزيئي، والتكسير، والإصلاح، وإزالة الكبريت.
وينقسم النفط الخام إلى العديد عناصر، وإخضاعه للتقطير البسيط والتجزئي والفراغي. وتعتمد طبيعة هذه العمليات، وكذلك عدد وتركيب أجزاء الزيت الناتجة، على تركيبة النفط الخام وعلى متطلبات جزيئاته المختلفة. أولا وقبل كل شيء، تتم إزالة شوائب الغاز المذابة فيه من النفط الخام عن طريق إخضاعه للتقطير البسيط. يتم بعد ذلك إخضاع الزيت للتقطير الأولي، ونتيجة لذلك يتم فصله إلى غاز وأجزاء خفيفة ومتوسطة وزيت الوقود. مزيد من التقطير التجزيئي للكسور الخفيفة والمتوسطة، وكذلك التقطير الفراغي لزيت الوقود يؤدي إلى التكوين عدد كبيرالفصائل. في الجدول يوضح الشكل 4 نطاقات نقطة الغليان وتكوين أجزاء الزيت المختلفة، والشكل 4. يوضح الشكل 5 رسمًا تخطيطيًا لتصميم عمود التقطير الأولي (التقطير) لتقطير الزيت. دعنا ننتقل الآن إلى وصف خصائص أجزاء الزيت الفردية.
تحتوي حقول النفط، كقاعدة عامة، على تراكمات كبيرة مما يسمى بالغاز النفطي المصاحب، والذي يتجمع فوق النفط فيها قشرة الأرضويذوب فيه جزئياً تحت ضغط الصخور الموجودة فوقه. مثل النفط، يعد الغاز النفطي المصاحب مصدرًا طبيعيًا قيمًا للهيدروكربونات. يحتوي بشكل أساسي على الألكانات التي تحتوي جزيئاتها من 1 إلى 6 ذرات كربون. ومن الواضح أن تركيبة الغاز النفطي المصاحب أفقر بكثير من تركيبة النفط. ومع ذلك، على الرغم من ذلك، فإنه يستخدم أيضًا على نطاق واسع كوقود وكمادة خام للصناعة الكيميائية. قبل بضعة عقود فقط، كان يتم حرق الغاز النفطي المصاحب في معظم حقول النفط باعتباره مكملاً عديم الفائدة للنفط. حاليًا، على سبيل المثال، في سورجوت، أغنى احتياطي للنفط في روسيا، يتم توليد أرخص كهرباء في العالم باستخدام الغاز النفطي المصاحب كوقود.
شكرًا لكم على اهتمامكم.
– يتكون (بشكل رئيسي) من الميثان و (بكميات أقل) أقرب متجانساته - الإيثان، البروبان، البيوتان، البنتان، الهكسان، وما إلى ذلك؛ ويلاحظ في الغاز النفطي المصاحب، أي الغاز الطبيعي الموجود في الطبيعة فوق النفط أو المذاب فيه تحت الضغط.
زيت
هو سائل زيتي قابل للاشتعال يتكون من الألكانات، والألكانات الحلقية، والأرينات (السائدة)، بالإضافة إلى مركبات تحتوي على الأكسجين والنيتروجين والكبريت.
فحم
– الوقود المعدني الصلب من أصل عضوي. يحتوي على القليل من الجرافيت والعديد من المركبات الحلقية المعقدة، بما في ذلك العناصر C وH وO وN وS. ويوجد الأنثراسيت (شبه لا مائي)، والفحم (-4% رطوبة)، والفحم البني (50-60% رطوبة). باستخدام طريقة فحم الكوك، يتم تحويل الفحم إلى الهيدروكربونات (الغازية والسائلة والصلبة) وفحم الكوك (الجرافيت النقي إلى حد ما).
فحم الكوك
يؤدي تسخين الفحم دون وصول الهواء إلى 900-1050 درجة مئوية إلى تحلله الحراري مع تكوين منتجات متطايرة (قطران الفحم وماء الأمونيا وغاز فرن فحم الكوك) وبقايا صلبة - فحم الكوك.
المنتجات الرئيسية: فحم الكوك - 96-98% كربون؛ غاز فرن فحم الكوك - 60% هيدروجين، 25% ميثان، 7% أول أكسيد الكربون (II)، إلخ.
المنتجات الثانوية: قطران الفحم (البنزين، التولوين)، الأمونيا (من غاز فرن فحم الكوك)، إلخ.
تكرير النفط بطريقة التصحيح
يتعرض الزيت المكرر مسبقًا إلى التقطير الجوي (أو الفراغي) إلى أجزاء ذات نطاقات معينة من نقاط الغليان في أعمدة التقطير المستمر.
المنتجات الرئيسية: البنزين الخفيف والثقيل، الكيروسين، زيت الغاز، زيوت التشحيم، زيت الوقود، القطران.
تكرير النفط عن طريق التكسير الحفزي
المواد الخام: أجزاء الزيت عالية الغليان (الكيروسين وزيت الغاز وغيرها)
المواد المساعدة: المحفزات (الألومينوسيليكات المعدلة).
العملية الكيميائية الأساسية: عند درجة حرارة 500-600 درجة مئوية وضغط 5·10 5 باسكال، تنقسم جزيئات الهيدروكربون إلى جزيئات أصغر، ويصاحب التكسير التحفيزي تفاعلات الأروماتة والأيزومرة والألكلة.
المنتجات: خليط من الهيدروكربونات منخفضة الغليان (الوقود والمواد الخام للبتروكيماويات).
ج 16. ح 34 → ج 8 ح 18 + ج 8 ح 16
ج 8 ح 18 → ج 4 ح 10 + ج 4 ح 8
ج 4 ح 10 → ج 2 ح 6 + ج 2 ح 4
