Hydrocarbures, leurs sources et produits. Sources naturelles d'hydrocarbures

Origine des énergies fossiles.

Outre le fait que tous les organismes vivants sont composés de substances organiques, les principales sources de composés organiques sont : le pétrole, le charbon, les gaz de pétrole naturels et associés.

Le pétrole, le charbon et le gaz naturel sont des sources d'hydrocarbures.

Ces ressources naturelles sont utilisées :

· En tant que combustible (source d'énergie et de chaleur) – il s'agit d'une combustion conventionnelle ;

· Sous forme de matières premières destinées à une transformation ultérieure – c'est la synthèse organique.

Théories de l'origine des substances organiques :

1- Théorie de l'origine organique.

Selon cette théorie, les dépôts se seraient formés à partir des restes d'organismes végétaux et animaux disparus, qui se seraient transformés en un mélange d'hydrocarbures dans l'épaisseur de la croûte terrestre sous l'influence de bactéries, de hautes pressions et de températures.

2- Théorie de l'origine minérale (volcanique) du pétrole.

Selon cette théorie, le pétrole, le charbon et le gaz naturel se sont formés au cours de la première étape de la formation de la planète Terre. Dans ce cas, les métaux se combinent au carbone pour former des carbures. À la suite de la réaction des carbures avec la vapeur d'eau dans les entrailles de la planète, des hydrocarbures gazeux se sont formés, notamment du méthane et de l'acétylène. Et sous l'influence de la chaleur, des radiations et des catalyseurs, d'autres composés contenus dans le pétrole se sont formés à partir d'eux. DANS couches supérieures lithosphère, les composants liquides du pétrole se sont évaporés, le liquide s'est épaissi, s'est transformé en asphalte puis en charbon.

Cette théorie a été exprimée pour la première fois par D.I. Mendeleev, puis au XXe siècle, le scientifique français P. Sabatier a simulé le processus décrit en laboratoire et a obtenu un mélange d'hydrocarbures semblable au pétrole.

Composant principal gaz naturel est le méthane. Il contient également de l'éthane, du propane et du butane. Plus le poids moléculaire de l’hydrocarbure est élevé, moins il est contenu dans le gaz naturel.

Application: Lorsque le gaz naturel brûle, il dégage beaucoup de chaleur et constitue donc un combustible économe en énergie et bon marché dans l’industrie. Le gaz naturel est également une source de matières premières pour l'industrie chimique : production d'acétylène, d'éthylène, d'hydrogène, de suie, de plastiques divers, d'acide acétique, de colorants, de médicaments et autres produits.

Gaz de pétrole associés se trouvent dans la nature au-dessus du pétrole ou y sont dissous sous pression. Auparavant, les gaz de pétrole associés n'étaient pas utilisés ; ils étaient brûlés. Actuellement, ils sont capturés et utilisés comme combustible et comme matière première chimique précieuse. Les gaz associés contiennent moins de méthane que le gaz naturel, mais ils contiennent beaucoup plus de ses homologues. Les gaz de pétrole associés sont séparés en une composition plus étroite.

Par exemple : essence essence - un mélange de pentane, d'hexane et d'autres hydrocarbures est ajouté à l'essence pour améliorer le démarrage du moteur ; la fraction propane-butane sous forme de gaz liquéfié est utilisée comme combustible ; le gaz sec - de composition similaire au gaz naturel - est utilisé pour produire de l'acétylène, de l'hydrogène et également comme carburant. Parfois, les gaz de pétrole associés sont soumis à une séparation plus approfondie et des hydrocarbures individuels en sont extraits, à partir desquels des hydrocarbures insaturés sont ensuite obtenus.

L'un des types de carburant et de matières premières les plus courants pour la synthèse organique reste charbon. Quels types de charbon existe-t-il, d'où vient le charbon et quels produits est-il utilisé pour produire - telles sont les principales questions que nous examinerons dans la leçon d'aujourd'hui. En tant que source substances chimiques Le charbon a commencé à être utilisé plus tôt que le pétrole et le gaz naturel.

Le charbon n'est pas une substance individuelle. Sa composition comprend : du carbone libre (jusqu'à 10 %), des substances organiques contenant, en plus du carbone et de l'hydrogène, de l'oxygène, du soufre, de l'azote, minéraux, qui restent sous forme de scories lorsque le charbon est brûlé.

Le charbon est un minéral combustible solide d'origine organique. Selon l'hypothèse biogénique, il s'est formé à partir de plantes mortes à la suite de l'activité vitale de micro-organismes au Carbonifère. ère paléozoïque(il y a environ 300 millions d'années). Le charbon est moins cher que le pétrole, il est réparti plus équitablement dans la croûte terrestre, ses réserves naturelles dépassent de loin les réserves pétrolières et, selon les scientifiques, ne seront pas épuisées avant un siècle.

La formation du charbon à partir de résidus végétaux (coalification) se déroule en plusieurs étapes : tourbe – lignite – houille – anthracite.

Le processus de carbonification consiste en une augmentation progressive de la teneur relative en carbone de la matière organique suite à son appauvrissement en oxygène et en hydrogène. La formation de tourbe et de lignite résulte de la décomposition biochimique de résidus végétaux sans accès à l'oxygène. La transition du lignite en pierre se produit sous l'influence de températures et de pressions élevées associées aux processus de formation de montagnes et volcaniques.

SOURCES NATURELLES D'HYDROCARBURES ET LEUR TRAITEMENT

1. Principales orientations du traitement industriel du gaz naturel

A) carburant, source d'énergie

B) obtenir des paraffines

B) obtention de polymères

D) obtention de solvants.

2.Pour quelle méthode chimique est utilisée première transformation huile?

A) brûlant

B) décomposition

B) distillation fractionnée

D) fissuration.

3.Quels hydrocarbures proviennent du goudron de houille ?

A) extrême

B) aromatique

B) illimité

D) cycloparaffines.

4.Pourquoi le traitement du charbon est-il appelé distillation sèche ?

A) s'effectue sans accès aérien

B) sans accès à l'eau

B) produits secs

D) distillé à la vapeur sèche.

5.Le composant principal du gaz naturel est

A) éthane

B) butane

B) benzène

D) méthane.

6. Principaux types de traitement du gaz naturel :

A) production de gaz de synthèse

B) comme carburant

B) production d'acétylène

D) obtenir de l'essence

7. Un carburant économiquement rentable et respectueux de l'environnement est...

A) le charbon

B) gaz naturel

B) tourbe

D) huile

8. La distillation du pétrole est basée sur :

A) sur différentes températuresébullition des composants constitutifs

B) sur la différence de densité des composants constitutifs

B) sur la solubilité différente des composants constitutifs

D) à différentes solubilités dans l'eau

9. Quelles sont les causes de la corrosion des tuyaux pendant le raffinage et le raffinage du pétrole ?

A) la présence de sable dans le pétrole

B) argile

B) soufre

D) azote

10. Le traitement des produits pétroliers pour produire des hydrocarbures de poids moléculaire inférieur est appelé :

A) pyrolyse

B) fissuration

B) décomposition

D) hydrogénation

11. Le craquage catalytique permet d'obtenir des hydrocarbures :

A) normale (structure non ramifiée)

B) ramifié

B) aromatique

D) illimité

12. Les éléments suivants sont utilisés comme agent antidétonant pour le carburant :

A) chlorure d'aluminium

B) plomb tétraéthyle

B) chlorure de plomb

D) acétate de calcium

13. Gaz naturelnon utilisé Comment:

A) matières premières pour la production de noir de carbone

B) matières premières en synthèse organique

B) un réactif dans la photosynthèse

D) combustible domestique

14. D'un point de vue chimique, la gazéification est...

A) livraison de gaz domestique aux consommateurs

B) pose de conduites de gaz

B) convertir le charbon fossile en gaz

D) traitement gazeux des matériaux

15. N'est pas applicable aux fractions de distillation du pétrole

A) kérosène

B) fioul

B) résine

D) gasoil

16. Le nom, qui n'a rien à voir avec les carburants, est...

A) essence

B) kérosène

B) éthine

D) gasoil

17. Lorsque l'octane est craqué, un alcane se forme avec le nombre d'atomes de carbone dans la molécule égal à...

A)8

B)6

À 4 HEURES

D)2

18. Lorsque le butane est craqué, une oléfine se forme -

A) octène

B) butène

B) propène

D) éthène

19. Le craquage des produits pétroliers est

A) séparation des hydrocarbures pétroliers en fractions

B) conversion des hydrocarbures saturés du pétrole en hydrocarbures aromatiques

B) décomposition thermique ou catalytique de produits pétroliers, conduisant à la formation d'hydrocarbures avec moins d'atomes de carbone dans la molécule

D) conversion des hydrocarbures aromatiques du pétrole en hydrocarbures saturés

20. Les principales sources naturelles d'hydrocarbures saturés sont...

UN)le gaz des marais et le charbon ;

B)pétrole et gaz naturel;

DANS)asphalte et essence;

D) coke et polyéthylène.

21. Quels hydrocarbures sont inclus dans le gaz de pétrole associé ?A) méthane, éthane, propane, butane
B) propane, butane
B) éthane, propane
D) méthane, éthane

22. Quels sont les produits de la pyrolyse du charbon ?
A) coke, gaz de cokerie
B) coke, goudron de pierre
C) coke, gaz de cokerie, goudron de houille, solution d'ammoniac et de sulfure d'hydrogène
D) coke, gaz de cokerie, goudron de houille

23. Indiquer la méthode physique de raffinage du pétrole

A) reformer

B) distillation fractionnée

B) craquage catalytique

D) fissuration thermique

RÉPONSES:

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Composés constitués uniquement d'atomes de carbone et d'hydrogène.

Les hydrocarbures sont divisés en cycliques (composés carbocycliques) et acycliques.

Les cycliques (carbocycliques) sont des composés qui contiennent un ou plusieurs cycles constitués uniquement d'atomes de carbone (contrairement aux composés hétérocycliques contenant des hétéroatomes - azote, soufre, oxygène, etc.). Les composés carbocycliques, à leur tour, sont divisés en composés aromatiques et non aromatiques (alicycliques).

Les hydrocarbures acycliques comprennent les composés organiques dont les molécules du squelette carboné sont des chaînes ouvertes.

Ces chaînes peuvent être formées de liaisons simples (alcanes), contenir une double liaison (alcènes), deux ou plusieurs doubles liaisons (diènes ou polyènes) ou une triple liaison (alcynes).

Comme vous le savez, les chaînes carbonées font partie de la plupart des matières organiques. Ainsi, l'étude des hydrocarbures revêt une importance particulière, puisque ces composés constituent la base structurelle d'autres classes de composés organiques.

De plus, les hydrocarbures, notamment les alcanes, sont les principales sources naturelles de composés organiques et la base des synthèses industrielles et de laboratoire les plus importantes (Schéma 1).

Vous savez déjà que les hydrocarbures constituent la matière première la plus importante pour l’industrie chimique. À leur tour, les hydrocarbures sont assez répandus dans la nature et peuvent être isolés de diverses sources naturelles : pétrole, pétrole et gaz naturel associés, charbon. Regardons-les de plus près.

Huile- un mélange complexe naturel d'hydrocarbures, principalement d'alcanes de structure linéaire et ramifiée, contenant de 5 à 50 atomes de carbone dans les molécules, avec d'autres substances organiques. Sa composition dépend fortement du lieu de son extraction (dépôt) ; en plus des alcanes, il peut contenir des cycloalcanes et Hydrocarbures aromatiques.

Les composants gazeux et solides du pétrole sont dissous dans ses composants liquides, ce qui détermine son état d'agrégation. L'huile est un liquide huileux de couleur foncée (brun à noir) avec une odeur caractéristique, insoluble dans l'eau. Sa densité est inférieure à celle de l'eau, par conséquent, lorsque le pétrole y pénètre, il se propage à la surface, empêchant la dissolution de l'oxygène et des autres gaz de l'air dans l'eau. Il est évident que lorsque le pétrole pénètre dans les plans d’eau naturels, il provoque la mort de micro-organismes et d’animaux, entraînant des désastres environnementaux, voire des catastrophes. Il existe des bactéries qui peuvent utiliser les composants pétroliers comme nourriture, les transformant en produits inoffensifs de leur activité vitale. Il est clair que l'utilisation de cultures de ces bactéries est le moyen le plus sûr et le plus prometteur pour lutter contre la pollution de l'environnement par le pétrole lors de sa production, de son transport et de son raffinage.

Dans la nature, le pétrole et le gaz de pétrole associé, dont il sera question ci-dessous, remplissent les cavités de l'intérieur de la Terre. Étant un mélange de diverses substances, l’huile n’a pas Température constanteébullition. Il est clair que chacun de ses composants conserve ses caractéristiques individuelles dans le mélange. propriétés physiques, qui permet de séparer l'huile en ses composants. Pour ce faire, il est purifié des impuretés mécaniques et des composés soufrés et soumis à une distillation dite fractionnée, ou rectification.

La distillation fractionnée est une méthode physique permettant de séparer un mélange de composants ayant des points d'ébullition différents.

La distillation est effectuée dans installations spéciales- les colonnes de distillation, dans lesquelles se répètent les cycles de condensation et d'évaporation des substances liquides contenues dans l'huile (Fig. 9).

Les vapeurs formées lorsqu'un mélange de substances bout sont enrichies d'un composant à point d'ébullition inférieur (c'est-à-dire à température plus basse). Ces vapeurs sont collectées, condensées (refroidies en dessous du point d'ébullition) et ramenées à ébullition. Dans ce cas, il se forme des vapeurs encore plus enrichies en une substance à bas point d'ébullition. En répétant ces cycles plusieurs fois, il est possible d'obtenir une séparation presque complète des substances contenues dans le mélange.

La colonne de distillation reçoit de l'huile chauffée dans un four tubulaire à une température de 320 à 350 °C. La colonne de distillation comporte des cloisons horizontales percées de trous - appelées plateaux, sur lesquels se produit la condensation des fractions pétrolières. Les fractions à bas point d'ébullition s'accumulent sur les fractions supérieures et celles à haut point d'ébullition - sur les fractions inférieures.

Au cours du processus de rectification, l'huile est divisée dans les fractions suivantes :

Les gaz de rectification sont un mélange d'hydrocarbures de faible poids moléculaire, principalement du propane et du butane, avec un point d'ébullition allant jusqu'à 40°C ;

Fraction essence (essence) - hydrocarbures de composition de C 5 H 12 à C 11 H 24 (point d'ébullition 40-200°C) ; avec une séparation plus fine de cette fraction, on obtient de l'essence (éther de pétrole, 40-70 °C) et de l'essence (70-120 °C) ;

Fraction naphta - hydrocarbures de composition C8H18 à C14H30 (point d'ébullition 150-250 °C) ;

Fraction kérosène - hydrocarbures de composition de C12H26 à C18H38 (point d'ébullition 180-300°C) ;

Carburant diesel - hydrocarbures de composition de C13H28 à C19H36 (point d'ébullition 200-350°C).

Le reste de la distillation du pétrole est du fioul- contient des hydrocarbures avec un nombre d'atomes de carbone de 18 à 50. Par distillation sous pression réduite à partir du fioul, on obtient du gazole (C18H28-C25H52), des huiles lubrifiantes (C28H58-C38H78), de la vaseline et de la paraffine - mélanges à bas point de fusion d'hydrocarbures solides. Les résidus solides issus de la distillation du fioul - le goudron et les produits de sa transformation - le bitume et l'asphalte sont utilisés pour la fabrication des revêtements routiers.

Les produits obtenus à la suite de la rectification de l'huile sont soumis à un traitement chimique qui comprend un certain nombre de processus complexes. L’un d’eux est le craquage des produits pétroliers. Vous savez déjà que le fioul est séparé en composants sous pression réduite. Cela s'explique par le fait que lorsque pression atmosphérique ses composants commencent à se décomposer avant d'atteindre le point d'ébullition. C’est précisément la base du cracking.

Fissuration - la décomposition thermique des produits pétroliers, conduisant à la formation d'hydrocarbures avec un plus petit nombre d'atomes de carbone dans la molécule.

Il existe plusieurs types de craquage : le craquage thermique, le craquage catalytique, le craquage haute pression et le craquage par réduction.

Le craquage thermique implique la division de molécules d'hydrocarbures à longue chaîne carbonée en molécules plus courtes sous l'influence d'une température élevée (470-550°C). Au cours de ce clivage, des alcènes se forment avec les alcanes.

DANS vue générale cette réaction peut s'écrire comme suit :

C n H 2n+2 -> C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k
alcane alcane alcène
avec longue chaîne

Les hydrocarbures résultants peuvent être à nouveau craqués pour former des alcanes et des alcènes avec une chaîne d'atomes de carbone encore plus courte dans la molécule :

Le craquage thermique conventionnel produit beaucoup d'hydrocarbures gazeux de faible poids moléculaire, qui peuvent être utilisés comme matières premières pour la production d'alcools, d'acides carboxyliques et de composés de haut poids moléculaire (par exemple, le polyéthylène).

Craquage catalytique se produit en présence de catalyseurs qui utilisent des aluminosilicates naturels de composition RA1203" T8Iu2-

Le craquage utilisant des catalyseurs conduit à la formation d'hydrocarbures ayant une chaîne ramifiée ou fermée d'atomes de carbone dans la molécule. La teneur en hydrocarbures de cette structure dans le carburant augmente considérablement sa qualité, principalement la résistance à la détonation - l'indice d'octane de l'essence.

Le craquage des produits pétroliers se produit à des températures élevées, de sorte que des dépôts de carbone (suie) se forment souvent, contaminant la surface du catalyseur, ce qui réduit fortement son activité.

Nettoyer la surface du catalyseur des dépôts de carbone - sa régénération - est la condition principale pour la mise en œuvre pratique du craquage catalytique. Le moyen le plus simple et le moins coûteux de régénérer un catalyseur est de le griller, au cours duquel les dépôts de carbone sont oxydés par l'oxygène de l'air. Les produits gazeux d'oxydation (principalement le dioxyde de carbone et le dioxyde de soufre) sont éliminés de la surface du catalyseur.

Le craquage catalytique est un processus hétérogène auquel participent des substances solides (catalyseur) et gazeuses (vapeur d'hydrocarbures). Il est évident que la régénération du catalyseur – l’interaction de la suie solide avec l’oxygène de l’air – est également un processus hétérogène.

Des réactions hétérogènes(gaz - solide) s'écoulent plus rapidement à mesure que la surface augmente solide. Par conséquent, le catalyseur est broyé, et sa régénération et son craquage des hydrocarbures sont effectués dans un « lit fluidisé », familier à la production d'acide sulfurique.

La charge de craquage, telle que le gazole, entre dans un réacteur conique. La partie inférieure du réacteur a un diamètre plus petit, le débit de vapeur de matière première est donc très élevé. Le gaz se déplaçant à grande vitesse capture les particules de catalyseur et les emporte dans la partie supérieure réacteur, où en raison d'une augmentation de son diamètre, le débit diminue. Sous l'influence de la gravité, les particules de catalyseur tombent dans la partie inférieure et plus étroite du réacteur, d'où elles sont à nouveau transportées vers le haut. Ainsi, chaque grain de catalyseur est en mouvement constant et est lavé de toutes parts par un réactif gazeux.

Certains grains de catalyseur pénètrent à l'extérieur, plus partie large réacteur et, sans rencontrer de résistance au flux gazeux, descendent vers la partie inférieure, où ils sont captés par le flux gazeux et entraînés dans le régénérateur. Là, en mode « lit fluidisé », le catalyseur est allumé et renvoyé vers le réacteur.

Ainsi, le catalyseur circule entre le réacteur et le régénérateur, et les produits gazeux de craquage et de grillage en sont éliminés.

L'utilisation de catalyseurs de craquage permet d'augmenter légèrement la vitesse de réaction, de réduire sa température et d'améliorer la qualité des produits de craquage.

Les hydrocarbures résultants de la fraction essence ont principalement une structure linéaire, ce qui conduit à une faible résistance à la détonation de l'essence résultante.

Nous examinerons le concept de « résistance aux chocs » plus tard, pour l'instant nous noterons seulement que les hydrocarbures avec des molécules de structure ramifiée ont une résistance à la détonation nettement plus élevée. Il est possible d'augmenter la proportion d'hydrocarbures ramifiés isomères dans le mélange formé lors du craquage en ajoutant des catalyseurs d'isomérisation au système.

Les champs de pétrole contiennent, en règle générale, de grandes accumulations de gaz de pétrole dit associé, qui s'accumule au-dessus du pétrole dans la croûte terrestre et y est partiellement dissous sous la pression des roches sus-jacentes. Comme le pétrole, le gaz de pétrole associé est une source naturelle précieuse d’hydrocarbures. Il contient principalement des alcanes, dont les molécules contiennent de 1 à 6 atomes de carbone. Il est évident que la composition du gaz de pétrole associé est bien plus pauvre que celle du pétrole. Cependant, malgré cela, il est également largement utilisé comme combustible et comme matière première pour l’industrie chimique. Il y a seulement quelques décennies, dans la plupart des champs de pétrole, le gaz de pétrole associé était brûlé comme complément inutile au pétrole. Actuellement, par exemple, à Surgut, la réserve pétrolière la plus riche de Russie, l'électricité la moins chère au monde est produite à partir du gaz de pétrole associé comme combustible.

Comme déjà indiqué, le gaz de pétrole associé, par rapport au gaz naturel, est plus riche en divers hydrocarbures. En les divisant en fractions, on obtient :

L'essence gazeuse est un mélange très volatil composé principalement de lenthane et d'hexane ;

Un mélange propane-butane, constitué, comme son nom l'indique, de propane et de butane et se transformant facilement en état liquide lorsque la pression augmente ;

Le gaz sec est un mélange contenant principalement du méthane et de l'éthane.

L'essence gazeuse, étant un mélange de composants volatils de faible poids moléculaire, s'évapore bien même à basses températures. Cela permet d'utiliser le gazole comme carburant pour les moteurs à combustion interne dans le Grand Nord et comme additif au carburant moteur, facilitant ainsi le démarrage des moteurs dans des conditions hivernales.

Un mélange propane-butane sous forme de gaz liquéfié est utilisé comme combustible domestique (les bouteilles de gaz familières de votre datcha) et pour remplir les briquets. Transfert progressif du transport routier vers gaz liquéfié- l'un des principaux moyens de surmonter la crise mondiale du carburant et de résoudre les problèmes environnementaux.

Le gaz sec, dont la composition est proche du gaz naturel, est également largement utilisé comme combustible.

Cependant, l’utilisation du gaz de pétrole associé et de ses composants comme carburant est loin d’être la manière la plus prometteuse de l’utiliser.

Il est beaucoup plus efficace d’utiliser les composants du gaz de pétrole associé comme matières premières pour la production chimique. À partir des alcanes qui composent le gaz de pétrole associé, on obtient de l'hydrogène, de l'acétylène, des hydrocarbures insaturés et aromatiques et leurs dérivés.

Les hydrocarbures gazeux peuvent non seulement accompagner le pétrole dans la croûte terrestre, mais également former des accumulations indépendantes - des gisements de gaz naturel.

Gaz naturel - un mélange d'hydrocarbures gazeux saturés de faible poids moléculaire. Le principal composant du gaz naturel est le méthane dont la part, selon les gisements, varie de 75 à 99 % en volume. Outre le méthane, le gaz naturel comprend l'éthane, le propane, le butane et l'isobutane, ainsi que l'azote et le dioxyde de carbone.

Tout comme le pétrole associé, le gaz naturel est utilisé à la fois comme combustible et comme matière première pour la production de diverses substances organiques et inorganiques. Vous savez déjà que l'hydrogène, l'acétylène et l'alcool méthylique, le formaldéhyde et l'acide formique, ainsi que de nombreuses autres substances organiques, sont obtenus à partir du méthane, le principal composant du gaz naturel. Le gaz naturel est utilisé comme combustible dans les centrales électriques, dans les chaudières pour le chauffage de l'eau des bâtiments résidentiels et industriels, dans les hauts fourneaux et les industries à foyer ouvert. En allumant une allumette et en allumant du gaz dans la cuisinière à gaz d'une maison de ville, vous « déclenchez » une réaction en chaîne d'oxydation des alcanes qui composent le gaz naturel. Outre le pétrole et les gaz de pétrole naturels et associés, le charbon est une source naturelle d’hydrocarbures. 0n forme des couches épaisses dans les entrailles de la terre, ses réserves prouvées dépassent largement les réserves de pétrole. Comme le pétrole, le charbon contient un grand nombre de diverses substances organiques. En plus des substances organiques, il contient également des substances inorganiques, telles que l'eau, l'ammoniac, le sulfure d'hydrogène et, bien sûr, le carbone lui-même - le charbon. L'une des principales méthodes de traitement du charbon est la cokéfaction - calcination sans accès à l'air. À la suite de la cokéfaction réalisée à une température d'environ 1 000 °C, il se forme :

Gaz de cokerie, qui contient de l'hydrogène, du méthane, du dioxyde de carbone et du dioxyde de carbone, des mélanges d'ammoniac, d'azote et d'autres gaz ;
du goudron de houille contenant plusieurs centaines de fois des substances organiques personnelles, dont le benzène et ses homologues, le phénol et les alcools aromatiques, le naphtalène et divers composés hétérocycliques ;
la suprasine, ou eau ammoniacale, contenant, comme son nom l'indique, de l'ammoniac dissous, ainsi que du phénol, du sulfure d'hydrogène et d'autres substances ;
le coke est un résidu solide de cokéfaction, du carbone presque pur.

Le Coca est utilisé dans la production de fer et d'acier, d'ammoniac - dans la production d'azote et d'engrais combinés, et l'importance des produits de cokéfaction organiques ne peut guère être surestimée.

Ainsi, le pétrole et les gaz naturels associés, le charbon sont non seulement les sources d'hydrocarbures les plus précieuses, mais font également partie d'un réservoir unique de ressources naturelles irremplaçables, dont l'utilisation prudente et raisonnable est une condition nécessaire au développement progressif de la société humaine.

1. Énumérez les principales sources naturelles d’hydrocarbures. Quelles substances organiques sont incluses dans chacun d’eux ? Quel est le point commun de leurs compositions ?

2. Décrire les propriétés physiques du pétrole. Pourquoi n’a-t-il pas un point d’ébullition constant ?

3. En résumant les reportages médiatiques, décrivez les catastrophes environnementales causées par les fuites de pétrole et les moyens de surmonter leurs conséquences.

4. Qu'est-ce que la rectification ? Sur quoi se base ce processus ? Nommez les fractions obtenues à la suite de la rectification de l’huile. En quoi sont-ils différents les uns des autres ?

5. Qu’est-ce que le cracking ? Donner les équations de trois réactions correspondant au craquage des produits pétroliers.

6. Quels types de fissures connaissez-vous ? Quel est le point commun entre ces processus ? En quoi sont-ils différents les uns des autres ? Quelle est la différence fondamentale entre les différents types de produits de craquage ?

7. Pourquoi le gaz de pétrole associé porte-t-il ce nom ? Quels sont ses principaux composants et leurs utilisations ?

8. En quoi le gaz naturel diffère-t-il du gaz de pétrole associé ? Quel est le point commun de leurs compositions ? Donnez les équations de réaction de combustion pour tous les composants du gaz de pétrole associé que vous connaissez.

9. Donnez les équations de réaction qui peuvent être utilisées pour obtenir du benzène à partir du gaz naturel. Précisez les conditions de ces réactions.

10. Qu'est-ce que la cokéfaction ? Quels sont ses produits et leur composition ? Donnez les équations de réactions caractéristiques des produits du charbon à coke que vous connaissez.

11. Expliquez pourquoi la combustion du pétrole, du charbon et des gaz de pétrole associés est loin d'être la manière la plus rationnelle de les utiliser.

Pendant le cours, vous pourrez étudier le sujet « Sources naturelles les hydrocarbures. Raffinage de pétrole". Plus de 90 % de toute l’énergie actuellement consommée par l’humanité provient de composés organiques naturels fossiles. Vous découvrirez les ressources naturelles (gaz naturel, pétrole, charbon), ce qu'il advient du pétrole après son extraction.

Thème : Hydrocarbures saturés

Leçon : Sources naturelles d'hydrocarbures

Environ 90 % de l’énergie consommée par la civilisation moderne est générée par la combustion de combustibles fossiles naturels – gaz naturel, pétrole et charbon.

La Russie est un pays riche en réserves naturelles de combustibles fossiles. Il existe d’importantes réserves de pétrole et de gaz naturel Sibérie occidentale et l'Oural. Le charbon est extrait dans les bassins de Kuznetsk, du sud de Iakoutsk et dans d'autres régions.

Gaz naturel est constitué en moyenne de 95 % de méthane en volume.

En plus du méthane, le gaz naturel provenant de divers champs contient de l'azote, du dioxyde de carbone, de l'hélium, du sulfure d'hydrogène, ainsi que d'autres alcanes légers - éthane, propane et butanes.

Le gaz naturel est extrait de gisements souterrains où il est sous haute pression. Le méthane et d'autres hydrocarbures se forment à partir de substances organiques d'origine végétale et animale lors de leur décomposition sans accès à l'air. Le méthane se forme constamment en raison de l’activité de micro-organismes.

Du méthane découvert sur les planètes système solaire et leurs compagnons.

Le méthane pur n'a aucune odeur. Cependant, le gaz utilisé au quotidien dégage une odeur désagréable caractéristique. C'est ainsi que sentent les additifs spéciaux - les mercaptans. L'odeur des mercaptans permet de détecter à temps une fuite de gaz domestique. Les mélanges de méthane avec l'air sont explosifs dans une large gamme de ratios - de 5 à 15 % de gaz en volume. Par conséquent, si vous sentez une odeur de gaz dans une pièce, vous ne devez pas seulement allumer un feu, mais également ne pas utiliser d'interrupteurs électriques. La moindre étincelle peut provoquer une explosion.

Riz. 1. Pétrole provenant de différents champs

Huile- un liquide épais semblable à de l'huile. Sa couleur va du jaune clair au brun et au noir.

Riz. 2. Champs de pétrole

La composition du pétrole provenant de différents champs varie considérablement. Riz. 1. La majeure partie du pétrole est constituée d’hydrocarbures contenant 5 atomes de carbone ou plus. Fondamentalement, ces hydrocarbures sont classés comme limitants, c'est-à-dire alcanes. Riz. 2.

L'huile contient également des composés organiques contenant du soufre, de l'oxygène et de l'azote. L'huile contient de l'eau et des impuretés inorganiques.

Les gaz libérés lors de sa production sont dissous dans le pétrole - gaz de pétrole associés. Ce sont le méthane, l'éthane, le propane, les butanes avec des mélanges d'azote, de dioxyde de carbone et de sulfure d'hydrogène.

Charbon, comme le pétrole, est un mélange complexe. La part de carbone qu'il contient représente 80 à 90 %. Le reste est constitué d'hydrogène, d'oxygène, de soufre, d'azote et de quelques autres éléments. Au lignite la proportion de carbone et de matière organique est plus faible que dans la pierre. Il y a encore moins de matière organique schiste bitumineux.

Dans l'industrie, le charbon est chauffé à 900-1100 0 C sans accès à l'air. Ce processus est appelé cokéfaction. Le résultat est du coke à haute teneur en carbone, nécessaire à la métallurgie, au gaz de cokerie et au goudron de houille. De nombreuses substances organiques sont libérées par les gaz et le goudron. Riz. 3.

Riz. 3. Construction d'un four à coke

Le gaz naturel et le pétrole sont les principales sources de matières premières pour l’industrie chimique. Le pétrole tel qu’il est extrait, ou « pétrole brut », est difficile à utiliser, même comme carburant. Par conséquent, le pétrole brut est divisé en fractions (de l'anglais « fraction » - « part »), en utilisant les différences dans les points d'ébullition de ses substances constitutives.

La méthode de séparation du pétrole basée sur les différents points d’ébullition de ses hydrocarbures constitutifs est appelée distillation ou distillation. Riz. 4.

Riz. 4. Produits pétroliers

La fraction qui distille d'environ 50 à 180 0 C est appelée de l'essence.

Kérosène bout à des températures de 180-300 0 C.

Un résidu noir épais ne contenant aucune substance volatile est appelé essence.

Il existe également un certain nombre de fractions intermédiaires qui bout dans des plages plus étroites - les éthers de pétrole (40-70 0 C et 70-100 0 C), le white spirit (149-204 ° C) et le gazole (200-500 0 C). . Ils sont utilisés comme solvants. Le fioul peut être distillé sous pression réduite pour produire des huiles lubrifiantes et de la paraffine. Résidu solide de la distillation du fioul - asphalte. Il est utilisé pour la production de revêtements routiers.

Le traitement des gaz de pétrole associés est une industrie distincte et produit un certain nombre de produits précieux.

Résumer la leçon

Pendant le cours, vous avez étudié le thème « Sources naturelles d'hydrocarbures. Raffinage de pétrole". Plus de 90 % de toute l’énergie actuellement consommée par l’humanité provient de composés organiques naturels fossiles. Vous avez découvert les ressources naturelles (gaz naturel, pétrole, charbon), ce qui arrive au pétrole après son extraction.

Bibliographie

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2. Chimie. 10 e année. Niveau de profil : académique. pour l'enseignement général institutions/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin et al. - M. : Outarde, 2008. - 463 p.

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4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Recueil de problèmes de chimie pour ceux qui entrent à l'université. - 4e éd. - M. : RIA « Nouvelle Vague » : Editeur Umerenkov, 2012. - 278 p.

Devoirs

1. N° 3, 6 (p. 74) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Chimie : Chimie organique. 10e année : manuel pour les établissements d'enseignement général : niveau de base / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14ème édition. - M. : Éducation, 2012.

2. En quoi le gaz de pétrole associé diffère-t-il du gaz naturel ?

3. Comment l’huile est-elle distillée ?

Les hydrocarbures revêtent une grande importance économique, car ils constituent le type de matière première le plus important pour la production de presque tous les produits de l'industrie moderne de synthèse organique et sont largement utilisés à des fins énergétiques. Ils semblent avoir accumulé chaleur solaire et l'énergie libérée lors de la combustion. La tourbe, le charbon, les schistes bitumineux, le pétrole, les gaz de pétrole naturels et associés contiennent du carbone dont la combinaison avec l'oxygène lors de la combustion s'accompagne d'un dégagement de chaleur.

charbon	tourbe	huile	gaz naturel
solide	solide	liquide	gaz
sans odeur	sans odeur	Odeur forte	sans odeur
composition homogène	composition homogène	mélange de substances	mélange de substances
une roche de couleur foncée à haute teneur en substances inflammables résultant de l'enfouissement d'accumulations de diverses plantes dans des strates sédimentaires	accumulation de matière végétale à moitié pourrie accumulée au fond des marécages et des lacs envahis par la végétation	liquide huileux naturel inflammable, constitué d'un mélange d'hydrocarbures liquides et gazeux	mélange de gaz formé dans les entrailles de la Terre lors de la décomposition anaérobie de substances organiques, le gaz appartient au groupe des sédiments rochers
Pouvoir calorifique - le nombre de calories libérées lors de la combustion de 1 kg de carburant
7 000 - 9 000	500 - 2 000	10000 - 15000	?

Charbon.

Le charbon a toujours été une matière première prometteuse pour la production d’énergie et de nombreux produits chimiques.

Le premier grand consommateur de charbon depuis le XIXe siècle a été le transport, puis le charbon a commencé à être utilisé pour la production d'électricité, de coke métallurgique, la production de divers produits par traitement chimique, des matériaux de structure en graphite de carbone, des plastiques, de la cire de roche, des matières synthétiques, carburants liquides et gazeux riches en calories, acides riches en nitreux pour la production d'engrais

Le charbon est un mélange complexe de composés de haut poids moléculaire, qui comprend les éléments suivants : C, H, N, O, S. Le charbon, comme le pétrole, contient un grand nombre de substances organiques diverses, ainsi que des substances inorganiques, telles que l'eau. , l'ammoniac, le sulfure d'hydrogène et bien sûr le carbone lui-même - le charbon.

Le traitement du charbon s'effectue dans trois directions principales : la cokéfaction, l'hydrogénation et la combustion incomplète. L'une des principales méthodes de traitement du charbon est cokéfaction– calcination sans accès d'air dans des fours à coke à une température de 1 000 à 1 200°C. A cette température, sans accès à l'oxygène, le charbon subit des transformations chimiques complexes, aboutissant à la formation de coke et de produits volatils :

1. gaz de cokerie (hydrogène, méthane, monoxyde de carbone et dioxyde de carbone, mélanges d'ammoniac, d'azote et d'autres gaz) ;

2. le goudron de houille (plusieurs centaines de substances organiques différentes, dont le benzène et ses homologues, le phénol et les alcools aromatiques, le naphtalène et divers composés hétérocycliques) ;

3. goudron ou ammoniac, eau (ammoniac dissous, ainsi que phénol, sulfure d'hydrogène et autres substances) ;

4. coke (résidu solide de cokéfaction, carbone presque pur).

Le coke refroidi est envoyé vers les usines métallurgiques.

Lorsque les produits volatils (gaz de cokerie) sont refroidis, le goudron de houille et l'eau ammoniacale se condensent.

En faisant passer des produits non condensés (ammoniac, benzène, hydrogène, méthane, CO 2, azote, éthylène, etc.) à travers une solution d'acide sulfurique, on libère du sulfate d'ammonium, qui est utilisé comme engrais minéral. Le benzène est absorbé dans le solvant et distillé de la solution. Le gaz de cokerie est ensuite utilisé comme combustible ou comme matière première chimique. Le goudron de houille est obtenu en petites quantités (3 %). Mais, compte tenu de l'ampleur de la production, le goudron de houille est considéré comme une matière première pour la production d'un certain nombre de substances organiques. Si l'on retire de la résine les produits bouillant à 350°C, il ne reste qu'une masse solide : la poix. On l'utilise pour fabriquer des vernis.

L'hydrogénation du charbon est réalisée à une température de 400 à 600°C sous une pression d'hydrogène allant jusqu'à 25 MPa en présence d'un catalyseur. Cela produit un mélange d'hydrocarbures liquides, qui peut être utilisé comme carburant moteur. Production de combustible liquide à partir du charbon. Le carburant synthétique liquide est de l’essence à indice d’octane élevé, du diesel et du carburant pour chaudière. Pour obtenir du combustible liquide à partir du charbon, il est nécessaire d’augmenter sa teneur en hydrogène par hydrogénation. L'hydrogénation est réalisée par circulation multiple, ce qui permet de convertir toute la masse organique du charbon en liquide et en gaz. L'avantage de cette méthode est la possibilité d'hydrogéner le lignite de qualité inférieure.

La gazéification du charbon permettra d'utiliser des houilles et des houilles de mauvaise qualité dans les centrales thermiques sans polluer environnement composés soufrés. C'est la seule méthode permettant de produire du monoxyde de carbone concentré (monoxyde de carbone) CO. La combustion incomplète du charbon produit du monoxyde de carbone (II). A l'aide d'un catalyseur (nickel, cobalt) à pression normale ou augmentée, on peut obtenir de l'essence contenant des hydrocarbures saturés et insaturés à partir d'hydrogène et de CO :

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

nCO + 2nH 2 → C n H 2n + nH 2 O.

Si la distillation sèche du charbon est effectuée à 500-550°C, on obtient du goudron qui, avec le bitume, est utilisé dans l'industrie de la construction comme liant dans la fabrication de revêtements de toiture et d'étanchéité (feutre de toiture, feutre de toiture , etc.).

Dans la nature, la houille se trouve dans les régions suivantes : région de Moscou, bassin sud de Yakoutsk, Kuzbass, Donbass, bassin de Pechora, bassin de Toungouska, bassin de Lena.

Gaz naturel.

Le gaz naturel est un mélange de gaz dont le composant principal est le méthane CH 4 (de 75 à 98 % selon les domaines), le reste est de l'éthane, du propane, du butane et une petite quantité d'impuretés - azote, monoxyde de carbone (IV ), le sulfure d'hydrogène et les vapeurs d'eau, et, presque toujours, du sulfure d'hydrogène et composés organiques du pétrole - mercaptans. Ce sont eux qui confèrent au gaz une odeur désagréable spécifique et, lorsqu'ils sont brûlés, conduisent à la formation de dioxyde de soufre toxique SO 2 .

Généralement, plus le poids moléculaire d’un hydrocarbure est élevé, moins on en trouve dans le gaz naturel. La composition du gaz naturel provenant des différents gisements n’est pas la même. Sa composition moyenne en pourcentage volumique est la suivante :

CH4	C2H6	C 3 H 8	C4H10	N 2 et autres gaz
75-98	0,5 - 4	0,2 – 1,5	0,1 – 1	1-12

Le méthane se forme lors de la fermentation anaérobie (sans accès à l'air) des résidus végétaux et animaux, il se forme donc dans les sédiments du fond et est appelé gaz « des marais ».

Dépôts de méthane sous forme cristalline hydratée, appelés méthane hydraté trouvé sous la couche pergélisol et dans les grandes profondeurs des océans. À basse température (−800 ºC) et à haute pression, les molécules de méthane se trouvent dans les vides du réseau cristallin de la glace d'eau. Dans les vides de glace d’un mètre cube d’hydrate de méthane, 164 mètres cubes de gaz sont « mis en conserve ».

Les morceaux d'hydrate de méthane ressemblent à de la glace sale, mais dans l'air, ils brûlent avec une flamme jaune-bleue. On estime que la planète stocke entre 10 000 et 15 000 gigatonnes de carbone sous forme d’hydrate de méthane (« giga » équivaut à 1 milliard). Ces volumes sont plusieurs fois supérieurs à toutes les réserves de gaz naturel actuellement connues.

Le gaz naturel est renouvelable ressource naturelle, puisqu'il est synthétisé en permanence dans la nature. On l'appelle aussi « biogaz ». Par conséquent, de nombreux scientifiques de l’environnement associent aujourd’hui les perspectives d’existence prospère de l’humanité à l’utilisation du gaz comme carburant alternatif.

En tant que combustible, le gaz naturel présente de grands avantages par rapport aux combustibles solides et liquides. Sa chaleur de combustion est beaucoup plus élevée, une fois brûlé, il ne laisse pas de cendres et les produits de combustion sont beaucoup plus propres du point de vue environnemental. Par conséquent, environ 90 % du volume total de gaz naturel extrait est brûlé comme combustible dans les centrales thermiques et les chaufferies, dans les processus thermiques des entreprises industrielles et dans la vie quotidienne. Environ 10 % du gaz naturel est utilisé comme matière première précieuse pour l'industrie chimique : pour la production d'hydrogène, d'acétylène, de suie, de divers plastiques et de médicaments. Le méthane, l'éthane, le propane et le butane sont séparés du gaz naturel. Les produits pouvant être obtenus à partir du méthane revêtent une grande importance industrielle. Le méthane est utilisé pour la synthèse de nombreuses substances organiques - gaz de synthèse et synthèse ultérieure d'alcools à base de celui-ci ; solvants (tétrachlorure de carbone, chlorure de méthylène, etc.) ; formaldéhyde; acétylène et suie.

Le gaz naturel forme des gisements indépendants. Les principaux gisements de gaz combustibles naturels se trouvent dans le nord et l'ouest de la Sibérie, dans le bassin Volga-Oural, dans le Caucase du Nord (Stavropol), dans la République de Komi, dans la région d'Astrakhan et dans la mer de Barents.