Въглеводороди, техните източници и продукти. Естествени източници на въглеводороди

Произход на изкопаемите горива.

В допълнение към факта, че всички живи организми са съставени от органични вещества, основните източници на органични съединения са: нефт, въглища, природни и свързани с тях нефтени газове.

Нефтът, въглищата и природният газ са източници на въглеводороди.

Използват се следните природни ресурси:

· Като гориво (източник на енергия и топлина) – това е конвенционално горене;

· Под формата на суровини за по-нататъшна преработка – това е органичен синтез.

Теории за произхода на органичните вещества:

1- Теория за органичния произход.

Според тази теория отлаганията са се образували от останките на изчезнали растителни и животински организми, които са се превърнали в смес от въглеводороди в дебелината на земната кора под въздействието на бактерии, високо налягане и температура.

2- Теория за минерален (вулканичен) произход на нефта.

Според тази теория нефтът, въглищата и природният газ са се образували по време на първичния етап от формирането на планетата Земя. В този случай металите се комбинират с въглерод, образувайки карбиди. В резултат на реакцията на карбиди с водни пари в дълбините на планетата се образуват газообразни въглеводороди, по-специално метан и ацетилен. И под въздействието на топлина, радиация и катализатори от тях се образуват други съединения, съдържащи се в маслото. IN горни слоевелитосфера, компонентите на течния нефт се изпаряват, течността се сгъстява, превръща се в асфалт и след това във въглища.

Тази теория е изразена за първи път от Д. И. Менделеев, а след това през 20 век френският учен П. Сабатие симулира описания процес в лаборатория и получава смес от въглеводороди, подобна на масло.

Основен компонент природен газе метан. Съдържа още етан, пропан, бутан. Колкото по-високо е молекулното тегло на въглеводорода, толкова по-малко от него се съдържа в природния газ.

Приложение:Когато природният газ гори, той отделя много топлина, така че служи като енергийно ефективно и евтино гориво в промишлеността. Природният газ също е източник на суровини за химическата промишленост: производството на ацетилен, етилен, водород, сажди, различни пластмаси, оцетна киселина, багрила, лекарства и други продукти.

Свързани петролни газовесе намират в природата над масло или разтворени в него под налягане. Преди не са били използвани свързани нефтени газове, те са били изгаряни. В момента те са уловени и използвани като гориво и ценни химически суровини. Свързаните газове съдържат по-малко метан от природния газ, но съдържат значително повече от неговите хомолози. Свързаните петролни газове се разделят до по-тесен състав.

Например: газ бензин - към бензина се добавя смес от пентан, хексан и други въглеводороди за подобряване на стартирането на двигателя; като гориво се използва фракция пропан-бутан под формата на втечнен газ; сух газ - подобен по състав на природния газ - се използва за производство на ацетилен, водород, а също и като гориво.Понякога свързаните нефтени газове се подлагат на по-щателно разделяне и от тях се извличат отделни въглеводороди, от които след това се получават ненаситени въглеводороди.

Един от най-разпространените видове гориво и суровини за органичния синтез остава въглища. Какви видове въглища има, откъде идват въглищата и какви продукти се използват за производството им - това са основните въпроси, които ще разгледаме в днешния урок. Като източник химически веществаВъглищата започнаха да се използват по-рано от нефта и природния газ.

Въглищата не са индивидуално вещество. Съставът му включва: свободен въглерод (до 10%), органични вещества, съдържащи освен въглерод и водород, кислород, сяра, азот, минерали, които остават като шлака при изгаряне на въглища.

Въглищата са твърд горим минерал от органичен произход. Според биогенната хипотеза той се е образувал от мъртви растения в резултат на жизнената дейност на микроорганизмите през карбонския период Палеозойска ера(преди около 300 милиона години). Въглищата са по-евтини от нефта и са по-равномерно разпределени земната кора, природните му запаси далеч надвишават запасите от нефт и според учените няма да бъдат изчерпани още един век.

Образуването на въглища от растителни остатъци (коалификация) протича на няколко етапа: торф – кафяви въглища – каменни въглища – антрацит.

Процесът на карбонификация се състои в постепенно увеличаване на относителното съдържание на въглерод в органичната материя в резултат на нейното изчерпване на кислород и водород. Образуването на торф и кафяви въглища възниква в резултат на биохимично разлагане на растителни остатъци без достъп на кислород. Преходът на кафяви въглища към камък става под въздействието на повишени температури и налягания, свързани с планинообразуващи и вулканични процеси.

ПРИРОДНИ ИЗТОЧНИЦИ НА ВЪГЛЕВОДОРОДИ И ТЯХНАТА ПРЕРАБОТА

1. Основни направления на промишлената преработка на природен газ

А) гориво, източник на енергия

Б) получаване на парафини

Б) получаване на полимери

Г) получаване на разтворители.

2. За какъв химичен метод се използва първична обработкамасло?

А) изгаряне

Б) разлагане

Б) фракционна дестилация

Г) напукване.

3.Какви въглеводороди идват от каменовъглен катран?

А) екстремни

Б) ароматни

Б) неограничен

Г) циклопарафини.

4.Защо обработката на въглища се нарича суха дестилация?

А) се извършва без достъп на въздух

Б) без достъп до вода

Б) сухи продукти

D) дестилиран със суха пара.

5. Основният компонент на природния газ е

А) етан

Б) бутан

Б) бензен

Г) метан.

6. Основен вид преработка на природен газ:

А) производство на синтез газ

Б) като гориво

Б) производство на ацетилен

Г) получаване на бензин

7. Икономически изгодно и екологично гориво е..

А) въглища

Б) природен газ

Б) торф

Г) масло

8. Дестилацията на масло се основава на:

А) на различни температурикипене на съставните компоненти

Б) върху разликата в плътността на съставните компоненти

Б) върху различната разтворимост на съставните компоненти

Г) при различна разтворимост във вода

9. Какво причинява корозия на тръбите по време на рафиниране и рафиниране на нефт?

А) наличието на пясък в маслото

Б) глина

Б) сяра

Г) азот

10. Преработката на петролни продукти за получаване на въглеводороди с по-ниско молекулно тегло се нарича:

А) пиролиза

Б) напукване

Б) разлагане

Г) хидрогениране

11. Каталитичният крекинг ви позволява да получите въглеводороди:

А) нормално (неразклонена структура)

Б) разклонени

Б) ароматни

Г) неограничен

12. Следното се използва като антидетонатор за гориво:

А) алуминиев хлорид

Б) тетраетилово олово

Б) оловен хлорид

Г) калциев ацетат

13. Природен газне се използва Как:

А) суровини за производство на сажди

Б) суровини в органичния синтез

Б) реагент при фотосинтезата

Г) битово гориво

14. От химическа гледна точка газификацията е...

А) доставка на битов газ до потребителите

Б) полагане на газопроводи

Б) превръщане на изкопаеми въглища в газ

Г) обработка на материали с газ

15. Не е приложимо до фракции от дестилация на масло

А) керосин

Б) мазут

Б) смола

Г) газьол

16. Името, което няма нищо общо с моторните горива, е...

А) бензин

Б) керосин

Б) етин

Г) газьол

17. При крекинг на октана се образува алкан с броя на въглеродните атоми в молекулата, равен на ...

А) 8

Б) 6

НА 4

Г) 2

18. Когато бутанът се крекира, се образува олефин -

А) октен

Б) бутен

Б) пропен

Г) етен

19. Крекингът на петролни продукти е

А) разделяне на нефтените въглеводороди на фракции

Б) превръщане на наситени нефтени въглеводороди в ароматни

Б) термично или каталитично разлагане на петролни продукти, което води до образуването на въглеводороди с по-малко въглеродни атоми в молекулата

Г) превръщане на ароматните въглеводороди на нефта в наситени

20. Основните природни източници на наситени въглеводороди са...

а)блатен газ и въглища;

Б)нефт и природен газ;

IN)асфалт и бензин;

Г) кокс и полиетилен.

21. Какви въглеводороди са включени в свързания нефтен газ?А) метан, етан, пропан, бутан
Б) пропан, бутан
Б) етан, пропан
Г) метан, етан

22. Какви са продуктите от пиролизата на въглища?
А) кокс, коксов газ
Б) кокс, каменен катран
В) кокс, коксов газ, въглищен катран, амоняк и разтвор на сероводород
Г) кокс, коксов газ, въглищен катран

23. Посочете физическия метод за рафиниране на нефт

А) реформиране

Б) фракционна дестилация

B) каталитичен крекинг

Г) термичен крекинг

ОТГОВОРИ:

1 ___

2 ___

3 ___

4 ___

5 ___

6 ___

7 ___

8 ___

9 ___

10___

11___

12___

13___

14___

15___

16___

17___

18___

19___

20___

21___

22___

23___

Критерии за оценка:

9 – 12 точки – „3“

13 – 16 точки – “4”

17 – 23 точки – „5“

Съединения, състоящи се само от въглеродни и водородни атоми.

Въглеводородите се разделят на циклични (карбоциклични съединения) и ациклични.

Циклични (карбоциклични) са съединения, които съдържат един или повече цикъла, състоящи се само от въглеродни атоми (за разлика от хетероцикличните съединения, съдържащи хетероатоми - азот, сяра, кислород и др.). Карбоцикличните съединения от своя страна се делят на ароматни и неароматни (алициклични) съединения.

Ацикличните въглеводороди включват органични съединения, чиито въглеродни скелетни молекули са отворени вериги.

Тези вериги могат да бъдат образувани от единични връзки (алкани), да съдържат една двойна връзка (алкени), две или повече двойни връзки (диени или полиени) или една тройна връзка (алкини).

Както знаете, въглеродните вериги са част от повечето органични вещества. По този начин изследването на въглеводородите е от особено значение, тъй като тези съединения са структурната основа на други класове органични съединения.

В допълнение, въглеводородите, особено алканите, са основните природни източници на органични съединения и основата на най-важните промишлени и лабораторни синтези (схема 1).

Вече знаете, че въглеводородите са най-важният вид суровина за химическата промишленост. От своя страна въглеводородите са доста широко разпространени в природата и могат да бъдат изолирани от различни природни източници: нефт, свързан петрол и природен газ, въглища. Нека ги разгледаме по-отблизо.

Масло- естествена сложна смес от въглеводороди, главно алкани с линейна и разклонена структура, съдържащи от 5 до 50 въглеродни атома в молекули, с други органични вещества. Съставът му значително зависи от мястото на добиване (находище), освен алкани може да съдържа циклоалкани и ароматни въглеводороди.

Газообразните и твърдите компоненти на маслото са разтворени в течните му компоненти, което определя агрегатното му състояние. Маслото е мазна течност с тъмен (кафяв до черен) цвят с характерна миризма, неразтворима във вода. Плътността му е по-малка от тази на водата, следователно, когато маслото попадне в него, то се разпространява по повърхността, предотвратявайки разтварянето на кислород и други въздушни газове във водата. Очевидно е, че когато петролът попадне в естествени водни тела, той причинява смъртта на микроорганизми и животни, което води до екологични бедствия и дори катастрофи. Има бактерии, които могат да използват маслените компоненти като храна, превръщайки ги в безвредни продукти от жизнената си дейност. Ясно е, че използването на култури от тези бактерии е най-безопасният за околната среда и обещаващ начин за борба със замърсяването на околната среда с петрол по време на неговото производство, транспортиране и рафиниране.

В природата нефтът и свързаният с него нефтен газ, за ​​които ще стане дума по-долу, запълват кухините на земните недра. Тъй като е смес от различни вещества, маслото няма постоянна температуракипене. Ясно е, че всеки от компонентите му запазва индивидуалните си характеристики в сместа. физични свойства, което прави възможно разделянето на маслото на неговите компоненти. За да направите това, той се пречиства от механични примеси и съдържащи сяра съединения и се подлага на така наречената фракционна дестилация или ректификация.

Фракционната дестилация е физичен метод за разделяне на смес от компоненти с различни точки на кипене.

Дестилацията се извършва в специални инсталации- дестилационни колони, в които се повтарят цикли на кондензация и изпарение на течните вещества, съдържащи се в маслото (фиг. 9).

Парите, образувани при кипене на смес от вещества, се обогатяват с компонент с по-ниска точка на кипене (т.е. с по-ниска температура). Тези пари се събират, кондензират (охлаждат се до под точката на кипене) и се връщат отново до кипене. В този случай се образуват пари, които са още по-обогатени с нискокипящо вещество. Чрез многократно повтаряне на тези цикли е възможно да се постигне почти пълно разделяне на веществата, съдържащи се в сместа.

Дестилационната колона получава масло, загрято в тръбна пещ до температура 320-350 °C. Дестилационната колона има хоризонтални прегради с отвори - така наречените тави, върху които се получава кондензация на маслените фракции. Нискокипящите фракции се натрупват върху по-високите, а висококипящите - върху по-ниските.

По време на процеса на ректификация маслото се разделя на следните фракции:

Коригиращите газове са смес от въглеводороди с ниско молекулно тегло, главно пропан и бутан, с точка на кипене до 40 ° C;

Бензинова фракция (бензин) - въглеводороди със състав от C 5 H 12 до C 11 H 24 (точка на кипене 40-200 ° C); с по-фино отделяне на тази фракция се получават бензин (петролеев етер, 40-70 °C) и бензин (70-120 °C);

Нафта фракция - въглеводороди със състав от C8H18 до C14H30 (температура на кипене 150-250 °C);

Керосинова фракция - въглеводороди със състав от C12H26 до C18H38 (точка на кипене 180-300 ° C);

Дизелово гориво - въглеводороди със състав от C13H28 до C19H36 (точка на кипене 200-350 ° C).

Остатъкът от дестилацията на петрола е мазут- съдържа въглеводороди с брой въглеродни атоми от 18 до 50. Чрез дестилация при понижено налягане от мазут, дизелово гориво (C18H28-C25H52), смазочни масла (C28H58-C38H78), вазелин и парафин се получават - нискотопими смеси на твърди въглеводороди. Твърдият остатък от дестилацията на мазут - катранът и продуктите от преработката му - битум и асфалт се използват за направата на пътни настилки.

Продуктите, получени в резултат на ректификацията на маслото, се подлагат на химическа обработка, която включва редица сложни процеси. Един от тях е крекингът на нефтопродукти. Вече знаете, че мазутът се разделя на компоненти при понижено налягане. Това се обяснява с факта, че когато атмосферно наляганенеговите компоненти започват да се разлагат, преди да достигнат точката на кипене. Именно това е в основата на кракването.

Напукване - термично разлагане на петролни продукти, което води до образуването на въглеводороди с по-малък брой въглеродни атоми в молекулата.

Има няколко вида крекинг: термичен, каталитичен крекинг, крекинг под високо налягане и редукционен крекинг.

Термичният крекинг включва разделянето на въглеводородни молекули с дълга въглеродна верига на по-къси под въздействието на висока температура (470-550 ° C). По време на това разцепване се образуват алкени заедно с алкани.

IN общ изгледтази реакция може да се напише по следния начин:

C n H 2n+2 -> C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k
алкан alkane алкен
с дълга верига

Получените въглеводороди могат да бъдат отново крекирани, за да образуват алкани и алкени с още по-къса верига от въглеродни атоми в молекулата:

Конвенционалният термичен крекинг произвежда много газообразни въглеводороди с ниско молекулно тегло, които могат да се използват като суровини за производството на алкохоли, карбоксилни киселини и съединения с високо молекулно тегло (например полиетилен).

Каталитичен крекингвъзниква в присъствието на катализатори, които използват естествени алумосиликати със състав RA1203" T8Iu2-

Крекингът с помощта на катализатори води до образуването на въглеводороди с разклонена или затворена верига от въглеродни атоми в молекулата. Съдържанието на въглеводороди от тази структура в моторното гориво значително повишава качеството му, предимно устойчивостта на детонация - октановото число на бензина.

Крекингът на петролните продукти се случва при високи температури, така че често се образуват въглеродни отлагания (сажди), които замърсяват повърхността на катализатора, което рязко намалява неговата активност.

Почистването на повърхността на катализатора от въглеродни отлагания - неговата регенерация - е основното условие за практическото прилагане на каталитичен крекинг. Най-простият и евтин начин за регенериране на катализатор е изпичането му, по време на което въглеродните отлагания се окисляват с атмосферен кислород. Газообразните продукти на окисление (главно въглероден диоксид и серен диоксид) се отстраняват от повърхността на катализатора.

Каталитичният крекинг е хетерогенен процес, в който участват твърди (катализатор) и газообразни (въглеводородни пари) вещества. Очевидно е, че регенерацията на катализатора - взаимодействието на твърди сажди с атмосферния кислород - също е хетерогенен процес.

Хетерогенни реакции(газ - твърдо вещество) протичат по-бързо с увеличаване на повърхността твърдо. Следователно катализаторът се раздробява, а неговата регенерация и крекинг на въглеводороди се извършва в „кипящ слой“, познат ви от производството на сярна киселина.

Суровината за крекинг, като например газьол, влиза в коничен реактор. Долната част на реактора има по-малък диаметър, така че скоростта на потока на парите от суровината е много висока. Движещият се с висока скорост газ улавя частиците на катализатора и ги отнася навътре горна частреактор, където поради увеличаване на диаметъра му скоростта на потока намалява. Под въздействието на гравитацията частиците на катализатора попадат в долната, по-тясна част на реактора, откъдето отново се пренасят нагоре. Така всяко зърно катализатор е в постоянно движение и се измива от всички страни от газообразен реагент.

Някои зърна на катализатора влизат във външния, повече широка частреактор и без да срещат съпротивление на газовия поток, се спускат в долната част, където се поемат от газовия поток и се отвеждат в регенератора. Там, в режим "кипящ слой", катализаторът се запалва и се връща обратно в реактора.

Така катализаторът циркулира между реактора и регенератора и от тях се отстраняват газообразните продукти на крекинг и печене.

Използването на крекинг катализатори позволява леко да се увеличи скоростта на реакцията, да се намали нейната температура и да се подобри качеството на крекинг продуктите.

Получените въглеводороди от бензиновата фракция имат предимно линейна структура, което води до ниска детонационна устойчивост на получения бензин.

По-късно ще разгледаме концепцията за „устойчивост на детонация“, засега ще отбележим само, че въглеводородите с молекули с разклонена структура имат значително по-голяма устойчивост на детонация. Възможно е да се увеличи делът на изомерни разклонени въглеводороди в сместа, образувана по време на крекинг, чрез добавяне на изомеризационни катализатори към системата.

Нефтените полета обикновено съдържат големи натрупвания на така наречения свързан петролен газ, който се събира над нефта в земната кора и частично се разтваря в нея под натиска на горните скали. Подобно на петрола, свързаният нефтен газ е ценен природен източник на въглеводороди. Съдържа главно алкани, чиито молекули съдържат от 1 до 6 въглеродни атома. Очевидно е, че съставът на свързания нефтен газ е много по-беден от петрола. Но въпреки това, той също се използва широко както като гориво, така и като суровина за химическата промишленост. Само преди няколко десетилетия в повечето петролни полета свързаният нефтен газ се изгаряше като безполезна добавка към петрола. В момента, например, в Сургут, най-богатият петролен запас в Русия, се генерира най-евтината електроенергия в света, използвайки свързан петролен газ като гориво.

Както вече беше отбелязано, свързаният нефтен газ, в сравнение с природния газ, е по-богат по състав на различни въглеводороди. Разделяйки ги на фракции, получаваме:

Газобензинът е силно летлива смес, състояща се главно от лентан и хексан;

Смес от пропан-бутан, състояща се, както подсказва името, от пропан и бутан и лесно преминаваща в течно състояние при повишаване на налягането;

Сухият газ е смес, съдържаща главно метан и етан.

Газобензинът, като смес от летливи компоненти с малко молекулно тегло, се изпарява добре дори при ниски температури. Това прави възможно използването на газбензин като гориво за двигатели с вътрешно горене в Далечния север и като добавка към моторното гориво, което улеснява стартирането на двигатели при зимни условия.

Смес от пропан-бутан под формата на втечнен газ се използва като битово гориво (познатите газови бутилки във вашата дача) и за пълнене на запалки. Поетапно прехвърляне на автомобилния транспорт към втечнен газ- един от основните начини за преодоляване на глобалната горивна криза и решаване на екологичните проблеми.

Сухият газ, близък по състав до природния газ, също се използва широко като гориво.

Въпреки това, използването на свързания нефтен газ и неговите компоненти като гориво далеч не е най-обещаващият начин за използването му.

Много по-ефективно е компонентите на свързания нефтен газ да се използват като суровини за химическо производство. От алканите, които съставляват свързания нефтен газ, се получават водород, ацетилен, ненаситени и ароматни въглеводороди и техните производни.

Газообразните въглеводороди могат не само да придружават нефта в земната кора, но и да образуват независими натрупвания - находища на природен газ.

Природен газ - смес от газообразни наситени въглеводороди с ниско молекулно тегло. Основният компонент на природния газ е метанът, чийто дял в зависимост от находището варира от 75 до 99% обемни. В допълнение към метана, природният газ включва етан, пропан, бутан и изобутан, както и азот и въглероден диоксид.

Подобно на свързания петрол, природният газ се използва както като гориво, така и като суровина за производството на различни органични и неорганични вещества. Вече знаете, че от метана, основният компонент на природния газ, се получават водород, ацетилен и метилов алкохол, формалдехид и мравчена киселина и много други органични вещества. Природният газ се използва като гориво в електроцентрали, в котелни системи за водно отопление на жилищни и промишлени сгради, в доменни пещи и мартенови индустрии. Като запалите кибрит и запалите газта в кухненската газова печка на градска къща, вие „задействате“ верижна реакция на окисляване на алкани, които съставляват природния газ. В допълнение към нефта, природните и свързаните с тях нефтени газове, въглищата са естествен източник на въглеводороди. 0n образува дебели слоеве в недрата на земята, доказаните му запаси значително надвишават запасите от нефт. Подобно на нефта, въглищата съдържат голям бройразлични органични вещества. В допълнение към органичните вещества, той съдържа и неорганични вещества, като вода, амоняк, сероводород и, разбира се, самия въглерод - въглища. Един от основните методи за преработка на въглищата е коксуването - калциниране без достъп на въздух. В резултат на коксуване, което се извършва при температура около 1000 °C, се образуват:

Коксов газ, който съдържа водород, метан, въглероден диоксид и въглероден диоксид, примеси на амоняк, азот и други газове;
каменовъглен катран, съдържащ няколкостотин пъти превъзходни органични вещества, включително бензен и неговите хомолози, фенол и ароматни алкохоли, нафталин и различни хетероциклични съединения;
супрасин или амонячна вода, съдържаща, както подсказва името, разтворен амоняк, както и фенол, сероводород и други вещества;
коксът е твърд остатък от коксуване, почти чист въглерод.

Използва се коксв производството на желязо и стомана, амоняк - в производството на азотни и комбинирани торове, а значението на органичните коксови продукти трудно може да бъде надценено.

По този начин свързаният с тях нефт и природни газове, въглищата са не само най-ценните източници на въглеводороди, но и част от уникален склад от незаменими природни ресурси, чието внимателно и разумно използване е необходимо условие за прогресивното развитие на човешкото общество.

1. Избройте основните природни източници на въглеводороди. Какви органични вещества влизат във всеки от тях? Какво е общото между техните композиции?

2. Опишете физичните свойства на маслото. Защо няма постоянна точка на кипене?

3. Обобщавайки съобщенията в медиите, опишете екологичните бедствия, причинени от течове на нефт и начините за преодоляване на последствията от тях.

4. Какво е корекция? На какво се основава този процес? Посочете фракциите, получени в резултат на ректификация на масло. По какво се различават един от друг?

5. Какво е кракване? Дайте уравнения за три реакции, съответстващи на крекинг на петролни продукти.

6. Какви видове крекинг познавате? Какво е общото между тези процеси? По какво се различават един от друг? Каква е основната разлика между различните видове крекинг продукти?

7. Защо свързаният нефтен газ има това име? Какви са основните му компоненти и техните приложения?

8. Как се различава природният газ от свързания нефтен газ? Какво е общото между техните композиции? Дайте уравненията на реакцията на горене за всички известни на вас компоненти на свързания нефтен газ.

9. Дайте реакционни уравнения, които могат да се използват за получаване на бензен от природен газ. Посочете условията за тези реакции.

10. Какво е коксуване? Какви са неговите продукти и техният състав? Дайте уравнения на реакции, характерни за известните ви продукти от коксуващи се въглища.

11. Обяснете защо изгарянето на нефт, въглища и свързания с тях нефтен газ далеч не е най-рационалният начин за тяхното използване.

По време на урока ще можете да изучавате темата „ Естествени изворивъглеводороди. Рафиниране на нефт“. Повече от 90% от цялата енергия, консумирана в момента от човечеството, се получава от изкопаеми естествени органични съединения. Ще научите за природните ресурси (природен газ, нефт, въглища), какво се случва с нефта след добива му.

Тема: Наситени въглеводороди

Урок: Природни източници на въглеводороди

Около 90% от енергията, консумирана от съвременната цивилизация, се генерира чрез изгаряне на природни изкопаеми горива – природен газ, нефт и въглища.

Русия е страна, богата на природни запаси от изкопаеми горива. Има големи запаси от нефт и природен газ Западен Сибири Урал. Въглищата се добиват в Кузнецкия, Южно-Якутския басейн и други региони.

Природен газсе състои средно от 95% метан по обем.

В допълнение към метана, природният газ от различни находища съдържа азот, въглероден диоксид, хелий, сероводород, както и други леки алкани - етан, пропан и бутани.

Природният газ се добива от подземни залежи, където е под високо налягане. Метанът и другите въглеводороди се образуват от органични вещества от растителен и животински произход по време на тяхното разлагане без достъп на въздух. В резултат на дейността на микроорганизмите непрекъснато се образува метан.

Открит метан на планетите слънчева системаи техните спътници.

Чистият метан няма мирис. Използваният в бита газ обаче има характерна неприятна миризма. Ето как миришат специални добавки - меркаптани. Миризмата на меркаптани ви позволява да откриете изтичане на битов газ навреме. Смесите на метан с въздух са експлозивнив широк диапазон от съотношения - от 5 до 15% обем газ. Ето защо, ако усетите миризма на газ в стаята, трябва не само да запалите огън, но и да не използвате електрически ключове. Най-малката искра може да предизвика експлозия.

Ориз. 1. Нефт от различни находища

Масло- гъста течност, подобна на масло. Цветът му варира от светложълт до кафяв и черен.

Ориз. 2. Нефтени находища

Маслото от различни находища се различава значително по състав. Ориз. 1. Основната част от нефта са въглеводороди, съдържащи 5 или повече въглеродни атома. По принцип тези въглеводороди се класифицират като ограничаващи, т.е. алкани. Ориз. 2.

Маслото съдържа и органични съединения, съдържащи сяра, кислород, азот.Маслото съдържа вода и неорганични примеси.

Газовете, които се отделят при производството му, се разтварят в маслото - свързани петролни газове. Това са метан, етан, пропан, бутани с примеси на азот, въглероден диоксид и сероводород.

Въглища, подобно на маслото, е сложна смес. Делът на въглерода в него е 80-90%. Останалото е водород, кислород, сяра, азот и някои други елементи. В кафяви въглищаделът на въглерод и органична материя е по-нисък, отколкото в камъка. Още по-малко органична материя в нефтени шисти.

В промишлеността въглищата се нагряват до 900-1100 0 С без достъп на въздух. Този процес се нарича коксуване. Резултатът е кокс с високо съдържание на въглерод, необходим за металургията, коксов газ и въглищен катран. От газ и катран се отделят много органични вещества. Ориз. 3.

Ориз. 3. Изграждане на коксова пещ

Природният газ и петролът са най-важните източници на суровини за химическата промишленост. Нефтът във вида, в който се извлича, или „суровият петрол“, е труден за използване дори като гориво. Следователно суровият петрол се разделя на фракции (от английското "фракция" - "част"), като се използват разликите в точките на кипене на съставните му вещества.

Методът за разделяне на нефта въз основа на различните точки на кипене на съставните му въглеводороди се нарича дестилация или дестилация. Ориз. 4.

Ориз. 4. Нефтопродукти

Фракцията, която се дестилира от приблизително 50 до 180 0 C се нарича бензин.

Керосинкипи при температури 180-300 0 С.

Нарича се плътен черен остатък, който не съдържа летливи вещества мазут.

Има и редица междинни фракции, които кипят в по-тесни граници - петролеви етери (40-70 0 C и 70-100 0 C), уайт спирт (149-204 ° C) и газьол (200-500 0 C) . Те се използват като разтворители. Течно гориво може да се дестилира при понижено налягане за получаване на смазочни масла и парафин. Твърд остатък от дестилация на мазут - асфалт. Използва се за производство на пътни настилки.

Преработката на свързани нефтени газове е отделна индустрия и произвежда редица ценни продукти.

Обобщаване на урока

По време на урока изучавахте темата „Естествени източници на въглеводороди. Рафиниране на нефт“. Повече от 90% от цялата енергия, консумирана в момента от човечеството, се получава от изкопаеми естествени органични съединения. Научихте за природните ресурси (природен газ, нефт, въглища), какво се случва с нефта след добива му.

Библиография

1. Рудзитис Г.Е. Химия. Основи на общата химия. 10. клас: учебник за общообразователни институции: основно ниво / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фелдман. - 14-то издание. - М.: Образование, 2012.

2. Химия. 10 клас. Ниво на профил: академичен. за общо образование институции/ В.В. Еремин, Н.Е. Кузменко, В.В. Лунин и др.. - М.: Дропла, 2008. - 463 с.

3. Химия. 11 клас. Ниво на профил: академичен. за общо образование институции/ В.В. Еремин, Н.Е. Кузменко, В.В. Лунин и др.- М .: Bustard, 2010. - 462 с.

4. Хомченко Г.П., Хомченко И.Г. Сборник задачи по химия за постъпващи във ВУЗ. - 4-то изд. - М.: РИА "Нова вълна": Издател Умеренков, 2012. - 278 с.

Домашна работа

1. № 3, 6 (стр. 74) Рудзитис Г.Е., Фелдман Ф.Г. Химия: Органична химия. 10. клас: учебник за общообразователни институции: основно ниво / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фелдман. - 14-то издание. - М.: Образование, 2012.

2. По какво свързаният нефтен газ се различава от природния газ?

3. Как се дестилира маслото?

Въглеводородите са от голямо икономическо значение, тъй като те служат като най-важният вид суровина за производството на почти всички продукти на съвременната индустрия за органичен синтез и се използват широко за енергийни цели. Май са се натрупали слънчева топлинаи енергия, която се освобождава при изгаряне. Торфът, въглищата, нефтените шисти, нефтът, природните и свързаните с тях нефтени газове съдържат въглерод, чиято комбинация с кислород по време на горене е придружена от отделяне на топлина.

въглища	торф	масло	природен газ
твърдо	твърдо	течност	газ
без мирис	без мирис	Силна миризма	без мирис
хомогенен състав	хомогенен състав	смес от вещества	смес от вещества
тъмно оцветена скала с високо съдържание на запалими вещества в резултат на погребването на натрупвания от различни растения в седиментни слоеве	натрупване на полуизгнила растителна маса, натрупана на дъното на блата и обрасли езера	естествена запалима маслена течност, състояща се от смес от течни и газообразни въглеводороди	смес от газове, образувани в недрата на Земята по време на анаеробно разлагане на органични вещества, газът принадлежи към групата на седиментните скали
Калоричност - броят на калориите, отделени при изгаряне на 1 кг гориво
7 000 - 9 000	500 - 2 000	10000 - 15000	?

Въглища.

Въглищата винаги са били обещаваща суровина за производство на енергия и много химически продукти.

Първият основен потребител на въглища от 19 век е транспортът, след това въглищата започват да се използват за производство на електроенергия, металургичен кокс, производство на различни продукти чрез химическа обработка, въглеродно-графитни конструкционни материали, пластмаси, скален восък, синтетични, течни и газообразни висококалорични горива, високоазотисти киселини за производство на торове

Въглищата са сложна смес от високомолекулни съединения, които включват следните елементи: C, H, N, O, S. Въглищата, подобно на маслото, съдържат голям брой различни органични вещества, както и неорганични вещества, като вода , амоняк, сероводород и разбира се самият въглерод - въглища.

Преработката на въглища протича в три основни направления: коксуване, хидрогениране и непълно изгаряне. Един от основните методи за преработка на въглища е коксуване– калциниране без достъп на въздух в коксови пещи при температура 1000–1200°C. При тази температура, без достъп до кислород, въглищата претърпяват сложни химични трансформации, което води до образуването на кокс и летливи продукти:

1. коксов газ (водород, метан, въглероден оксид и въглероден диоксид, примеси на амоняк, азот и други газове);

2. въглищен катран (няколкостотин различни органични вещества, включително бензен и неговите хомолози, фенол и ароматни алкохоли, нафталин и различни хетероциклични съединения);

3. катран, или амоняк, вода (разтворен амоняк, както и фенол, сероводород и други вещества);

4. кокс (твърд коксов остатък, почти чист въглерод).

Охладеният кокс се изпраща в металургичните заводи.

Когато летливите продукти (коксов газ) се охлаждат, въглищният катран и амонячната вода кондензират.

При преминаване на некондензирани продукти (амоняк, бензен, водород, метан, CO 2, азот, етилен и др.) През разтвор на сярна киселина се отделя амониев сулфат, който се използва като минерален тор. Бензенът се абсорбира в разтворителя и се дестилира от разтвора. След това коксовият газ се използва като гориво или като химическа суровина. Въглищен катран се получава в малки количества (3%). Но предвид мащаба на производството каменовъгленият катран се счита за суровина за производството на редица органични вещества. Ако извадите от смолата продуктите, кипящи при 350°C, остава твърда маса - смола. Използва се за направата на лакове.

Хидрогенирането на въглищата се извършва при температура 400-600 ° C под налягане на водорода до 25 MPa в присъствието на катализатор. Това произвежда смес от течни въглеводороди, които могат да се използват като моторно гориво. Производство на течно гориво от въглища. Течното синтетично гориво е високооктанов бензин, дизел и котелно гориво. За да се получи течно гориво от въглища, е необходимо да се увеличи съдържанието на водород чрез хидрогениране. Хидрогенирането се извършва с помощта на многократна циркулация, която ви позволява да превърнете цялата органична маса на въглища в течност и газове. Предимството на този метод е възможността за хидрогениране на нискокачествени кафяви въглища.

Газификацията на въглищата ще позволи използването на нискокачествени кафяви и каменни въглища в топлоелектрическите централи без замърсяване заобикаляща средасерни съединения. Това е единственият метод за производство на концентриран въглероден оксид (въглероден оксид) CO. При непълно изгаряне на въглища се получава въглероден (II) оксид. С помощта на катализатор (никел, кобалт) при нормално или повишено налягане може да се получи бензин, съдържащ наситени и ненаситени въглеводороди от водород и CO:

nCO + (2n+1)H 2 → C n H 2n+2 + nH 2 O;

nCO + 2nH 2 → C n H 2n + nH 2 O.

Ако сухата дестилация на въглища се извършва при 500–550 ° C, тогава се получава катран, който заедно с битума се използва в строителната индустрия като свързващ материал при производството на покривни и хидроизолационни покрития (покривен филц, покривен филц и т.н.).

В природата черните въглища се срещат в следните региони: Московска област, Южен Якутски басейн, Кузбас, Донбас, Печорски басейн, Тунгуски басейн, Лененски басейн.

Природен газ.

Природният газ е смес от газове, чийто основен компонент е метан CH 4 (от 75 до 98% в зависимост от находището), останалото е етан, пропан, бутан и малко количество примеси - азот, въглероден оксид (IV ), сероводород и водни пари, и почти винаги сероводороди органични петролни съединения – меркаптани. Именно те придават на газа специфична неприятна миризма и при изгаряне водят до образуването на токсичен серен диоксид SO 2 .

Обикновено колкото по-високо е молекулното тегло на въглеводорода, толкова по-малко от него се намира в природния газ. Съставът на природния газ от различни находища не е еднакъв. Средният му състав в обемни проценти е както следва:

CH 4	C 2 H 6	C 3 H 8	C 4 H 10	N 2 и други газове
75-98	0,5 - 4	0,2 – 1,5	0,1 – 1	1-12

Метанът се образува по време на анаеробна (без достъп на въздух) ферментация на растителни и животински остатъци, поради което се образува в дънни утайки и се нарича "блатен" газ.

Отлаганията на метан в хидратирана кристална форма, т.нар метанов хидратнамерени под слоя вечна замръзналости на големи дълбочини на океаните. При ниски температури (−800ºC) и високи налягания, молекулите на метана се намират в кухините на кристалната решетка на водния лед. В ледените кухини на един кубичен метър метан хидрат са „консервирани“ 164 кубични метра газ.

Парчетата метанов хидрат изглеждат като мръсен лед, но във въздуха горят с жълто-син пламък. Изчислено е, че планетата съхранява между 10 000 и 15 000 гигатона въглерод под формата на метан хидрат („гига“ се равнява на 1 милиард). Такива обеми са многократно по-големи от всички известни в момента запаси от природен газ.

Природният газ е възобновяем Натурални ресурси, тъй като се синтезира в природата непрекъснато. Нарича се още „биогаз“. Ето защо днес много учени по околната среда свързват перспективите за проспериращо съществуване на човечеството с използването на газ като алтернативно гориво.

Като гориво природният газ има големи предимства пред твърдите и течните горива. Топлината му на изгаряне е много по-висока, при горене не оставя пепел, а продуктите от горенето са много по-чисти екологично. Следователно около 90% от общия обем на добития природен газ се изгаря като гориво в топлоелектрически централи и котелни, в термични процеси в промишлени предприятия и в бита. Около 10% от природния газ се използва като ценна суровина за химическата промишленост: за производството на водород, ацетилен, сажди, различни пластмаси и лекарства. Метанът, етанът, пропанът и бутанът се отделят от природния газ. Продуктите, които могат да бъдат получени от метан, са от голямо промишлено значение. Метанът се използва за синтеза на много органични вещества - синтезен газ и по-нататъшен синтез на алкохоли на негова основа; разтворители (тетрахлорметан, метиленхлорид и др.); формалдехид; ацетилен и сажди.

Природният газ образува самостоятелни находища. Основните находища на природни горими газове се намират в Северен и Западен Сибир, Волго-Уралския басейн, Северен Кавказ (Ставропол), Република Коми, Астраханска област и Баренцово море.