Hidrocarbonetos, suas fontes e produtos. Fontes naturais de hidrocarbonetos
Origem dos combustíveis fósseis.
Além de todos os organismos vivos serem compostos por substâncias orgânicas, as principais fontes de compostos orgânicos são: petróleo, carvão, gases naturais e associados ao petróleo.
Petróleo, carvão e gás natural são fontes de hidrocarbonetos.
Esses recursos naturais são usados:
· Como combustível (fonte de energia e calor) – trata-se da combustão convencional;
· Na forma de matéria-prima para processamento posterior - isto é síntese orgânica.
Teorias da origem das substâncias orgânicas:
1- Teoria da origem orgânica.
Segundo essa teoria, os depósitos foram formados a partir de restos de organismos vegetais e animais extintos, que se transformaram em uma mistura de hidrocarbonetos na espessura da crosta terrestre sob a influência de bactérias, alta pressão e temperatura.
2- Teoria da origem mineral (vulcânica) do petróleo.
Segundo esta teoria, o petróleo, o carvão e o gás natural foram formados durante a fase primária da formação do planeta Terra. Neste caso, os metais combinaram-se com o carbono para formar carbonetos. Como resultado da reação dos carbonetos com o vapor d'água nas profundezas do planeta, formaram-se hidrocarbonetos gasosos, principalmente metano e acetileno. E sob a influência do calor, da radiação e dos catalisadores, outros compostos contidos no óleo foram formados a partir deles. EM camadas superiores litosfera, os componentes líquidos do óleo evaporaram, o líquido engrossou, transformou-se em asfalto e depois em carvão.
Esta teoria foi expressa pela primeira vez por D.I. Mendeleev e, depois, no século 20, o cientista francês P. Sabatier simulou o processo descrito em laboratório e obteve uma mistura de hidrocarbonetos semelhante ao petróleo.
Componente principal gás naturalé metano. Ele também contém etano, propano, butano. Quanto maior o peso molecular do hidrocarboneto, menos ele está contido no gás natural.
Aplicativo: Quando o gás natural queima, ele libera muito calor, por isso serve como um combustível barato e com baixo consumo de energia na indústria. O gás natural também é fonte de matéria-prima para a indústria química: produção de acetileno, etileno, hidrogênio, fuligem, plásticos diversos, ácido acético, corantes, medicamentos e outros produtos.
Gases de petróleo associados são encontrados na natureza acima do óleo ou dissolvidos nele sob pressão. Anteriormente, os gases de petróleo associados não eram utilizados; Atualmente, eles são capturados e utilizados como combustível e valiosas matérias-primas químicas. Os gases associados contêm menos metano que o gás natural, mas contêm significativamente mais dos seus homólogos. Os gases de petróleo associados são separados em uma composição mais restrita.
Por exemplo: gasolina gasosa - uma mistura de pentano, hexano e outros hidrocarbonetos é adicionada à gasolina para melhorar a partida do motor; a fração propano-butano na forma de gás liquefeito é usada como combustível; o gás seco - de composição semelhante ao gás natural - é usado para produzir acetileno, hidrogênio e também como combustível. Às vezes, os gases de petróleo associados são submetidos a uma separação mais completa e deles são extraídos hidrocarbonetos individuais, dos quais são obtidos hidrocarbonetos insaturados.
Um dos tipos mais comuns de combustível e matéria-prima para síntese orgânica continua sendo carvão. Que tipos de carvão existem, de onde vem o carvão e que produtos é utilizado para produzir - estas são as principais questões que consideraremos na lição de hoje. Como fonte substancias químicas O carvão começou a ser utilizado antes do petróleo e do gás natural.
O carvão não é uma substância individual. Sua composição inclui: carbono livre (até 10%), substâncias orgânicas contendo, além de carbono e hidrogênio, oxigênio, enxofre, nitrogênio, minerais, que permanecem como escória quando o carvão é queimado.
O carvão é um mineral combustível sólido de origem orgânica. Segundo a hipótese biogênica, foi formado a partir de plantas mortas em decorrência da atividade vital de microrganismos no período Carbonífero Era paleozóica(cerca de 300 milhões de anos atrás). O carvão é mais barato que o petróleo, está distribuído de forma mais uniforme no crosta da terrra, as suas reservas naturais excedem em muito as reservas de petróleo e, segundo os cientistas, não se esgotarão antes de mais um século.
A formação do carvão a partir de resíduos vegetais (coalificação) ocorre em várias etapas: turfa – lenhite – hulha – antracite.
O processo de carbonificação consiste no aumento gradativo do teor relativo de carbono na matéria orgânica em decorrência de seu esgotamento em oxigênio e hidrogênio. A formação de turfa e lenhite ocorre como resultado da decomposição bioquímica de resíduos vegetais sem acesso ao oxigênio. A transição da lenhite para a pedra ocorre sob a influência de temperaturas e pressões elevadas associadas a processos vulcânicos e de formação de montanhas.
FONTES NATURAIS DE HIDROCARBONETOS E SEU PROCESSAMENTO
1. Principais direções do processamento industrial de gás natural
A) combustível, fonte de energia
B) obtenção de parafinas
B) obtenção de polímeros
D) obtenção de solventes.
2. Para que método químico é usado processamento primárioóleo?
A) queima
B) decomposição
B) destilação fracionada
D) rachaduras.
3.Quais hidrocarbonetos provêm do alcatrão de carvão?
A) extremo
B) aromático
B) ilimitado
D) cicloparafinas.
4.Por que o processamento de carvão é chamado de destilação a seco?
A) é realizado sem acesso aéreo
B) sem acesso à água
B) produtos secos
D) destilado com vapor seco.
5. O principal componente do gás natural é
A) etano
B) butano
B) benzeno
D) metano.
6. Principal tipo de processamento de gás natural:
A) produção de gás de síntese
B) como combustível
B) produção de acetileno
D) conseguir gasolina
7. O combustível economicamente rentável e amigo do ambiente é.
A) carvão
B) gás natural
B) turfa
D) óleo
8. A destilação do óleo é baseada em:
A) em temperaturas diferentes ebulição dos componentes constituintes
B) na diferença na densidade dos componentes constituintes
B) nas diferentes solubilidades dos componentes constituintes
D) com diferentes solubilidades em água
9. O que causa a corrosão dos tubos durante a destilação e refino do petróleo?
A) a presença de areia no óleo
B) argila
B) enxofre
D) nitrogênio
10. O processamento de produtos petrolíferos para produção de hidrocarbonetos com menor peso molecular é denominado:
A) pirólise
B) rachaduras
B) decomposição
D) hidrogenação
11. O craqueamento catalítico permite obter hidrocarbonetos:
A) normal (estrutura não ramificada)
B) ramificado
B) aromático
D) ilimitado
12. O seguinte é usado como agente antidetonante de combustível:
A) cloreto de alumínio
B) chumbo tetraetila
B) cloreto de chumbo
D) acetato de cálcio
13. Gás naturalnão usado Como:
A) matérias-primas para a produção de negro de fumo
B) matérias-primas em síntese orgânica
B) um reagente na fotossíntese
D) combustível doméstico
14. Do ponto de vista químico, a gaseificação é...
A) entrega de gás doméstico aos consumidores
B) colocação de tubos de gás
B) conversão de carvão fóssil em gás
D) tratamento de gás de materiais
15. Não aplicável para frações de destilação de óleo
A) querosene
B) óleo combustível
B) resina
D) gasóleo
16. O nome, que nada tem a ver com combustíveis para motores, é...
A) gasolina
B) querosene
B) etino
D) gasóleo
17. Quando o octano é quebrado, um alcano é formado com o número de átomos de carbono na molécula igual a ...
A) 8
B) 6
ÀS 4
D) 2
18. Quando o butano é quebrado, forma-se uma olefina -
A) octeno
B) buteno
B) propeno
D) eteno
19. O cracking de produtos petrolíferos é
A) separação de hidrocarbonetos de petróleo em frações
B) conversão de hidrocarbonetos saturados de petróleo em aromáticos
B) decomposição térmica ou catalítica de derivados de petróleo, levando à formação de hidrocarbonetos com menos átomos de carbono na molécula
D) conversão de hidrocarbonetos aromáticos de petróleo em saturados
20. As principais fontes naturais de hidrocarbonetos saturados são...
A)gás e carvão de pântano;
B)petróleo e gás natural;
EM)asfalto e gasolina;
D) coque e polietileno.
21. Quais hidrocarbonetos estão incluídos no gás de petróleo associado?A) metano, etano, propano, butano
B) propano, butano
B) etano, propano
D) metano, etano
22. Quais são os produtos da pirólise do carvão?
A) coque, gás de coqueria
B) coque, alcatrão de pedra
C) coque, gás de coqueria, alcatrão de carvão, amônia e solução de sulfeto de hidrogênio
D) coque, gás de coqueria, alcatrão de carvão
23. Indique o método físico de refino de petróleo
A) reforma
B) destilação fracionada
B) craqueamento catalítico
D) fissuração térmica
RESPOSTAS:
1 ___
2 ___
3 ___
4 ___
5 ___
6 ___
7 ___
8 ___
9 ___
10___
11___
12___
13___
14___
15___
16___
17___
18___
19___
20___
21___
22___
23___
Critérios para avaliação:
9 – 12 pontos – “3”
13 – 16 pontos – “4”
17 – 23 pontos – “5”
Compostos constituídos apenas por átomos de carbono e hidrogênio.
Os hidrocarbonetos são divididos em cíclicos (compostos carbocíclicos) e acíclicos.
Cíclicos (carbocíclicos) são compostos que contêm um ou mais ciclos constituídos apenas por átomos de carbono (em contraste com compostos heterocíclicos contendo heteroátomos - nitrogênio, enxofre, oxigênio, etc.). Os compostos carbocíclicos, por sua vez, são divididos em compostos aromáticos e não aromáticos (alicíclicos).
Os hidrocarbonetos acíclicos incluem compostos orgânicos cujas moléculas do esqueleto de carbono são cadeias abertas.
Essas cadeias podem ser formadas por ligações simples (alcanos), conter uma ligação dupla (alcenos), duas ou mais ligações duplas (dienos ou polienos) ou uma ligação tripla (alcinos).
Como você sabe, as cadeias de carbono fazem parte da maior parte da matéria orgânica. Assim, o estudo dos hidrocarbonetos assume particular importância, uma vez que estes compostos constituem a base estrutural de outras classes de compostos orgânicos.
Além disso, os hidrocarbonetos, especialmente os alcanos, são as principais fontes naturais de compostos orgânicos e a base das mais importantes sínteses industriais e laboratoriais (Esquema 1).
Você já sabe que os hidrocarbonetos são o tipo de matéria-prima mais importante para a indústria química. Por sua vez, os hidrocarbonetos são bastante difundidos na natureza e podem ser isolados de diversas fontes naturais: petróleo, petróleo e gás natural associados, carvão. Vamos dar uma olhada neles.
Óleo- uma mistura natural complexa de hidrocarbonetos, principalmente alcanos de estrutura linear e ramificada, contendo de 5 a 50 átomos de carbono em moléculas, com outras substâncias orgânicas. Sua composição depende significativamente do local de sua extração (depósito); além de alcanos, pode conter cicloalcanos e Hidrocarbonetos aromáticos.
Os componentes gasosos e sólidos do óleo são dissolvidos em seus componentes líquidos, o que determina seu estado agregado. O óleo é um líquido oleoso de cor escura (marrom a preto) com odor característico, insolúvel em água. Sua densidade é menor que a da água, portanto, quando o óleo entra, ele se espalha pela superfície, evitando a dissolução do oxigênio e de outros gases do ar na água. É óbvio que, quando o petróleo entra em corpos de água naturais, provoca a morte de microrganismos e animais, conduzindo a desastres ambientais e até a catástrofes. Existem bactérias que podem utilizar componentes do óleo como alimento, convertendo-os em produtos inofensivos de sua atividade vital. É claro que o uso de culturas dessas bactérias é a forma ambientalmente mais segura e promissora de combater a poluição ambiental com petróleo durante sua produção, transporte e refino.
Na natureza, o petróleo e o gás de petróleo associado, que serão discutidos a seguir, preenchem as cavidades do interior da Terra. Por ser uma mistura de diversas substâncias, o óleo não possui Temperatura constante ebulição. É claro que cada um dos seus componentes mantém suas características individuais na mistura. propriedades físicas, o que permite separar o óleo em seus componentes. Para isso, é purificado de impurezas mecânicas e compostos contendo enxofre e submetido à chamada destilação fracionada, ou retificação.
A destilação fracionada é um método físico de separação de uma mistura de componentes com diferentes pontos de ebulição.
A destilação é realizada em instalações especiais- colunas de destilação, nas quais se repetem os ciclos de condensação e evaporação das substâncias líquidas contidas no óleo (Fig. 9). 
Os vapores formados quando uma mistura de substâncias ferve são enriquecidos com um componente de ponto de ebulição mais baixo (ou seja, de temperatura mais baixa). Esses vapores são coletados, condensados (resfriados abaixo do ponto de ebulição) e levados novamente à ebulição. Nesse caso, formam-se vapores ainda mais enriquecidos com uma substância de baixo ponto de ebulição. Repetindo estes ciclos muitas vezes, é possível conseguir uma separação quase completa das substâncias contidas na mistura.
A coluna de destilação recebe óleo aquecido em forno tubular a uma temperatura de 320-350 °C. A coluna de destilação possui divisórias horizontais com furos - as chamadas bandejas, nas quais ocorre a condensação das frações petrolíferas. As frações de baixo ponto de ebulição acumulam-se nas mais altas e as de alto ponto de ebulição - nas mais baixas.
Durante o processo de retificação, o óleo é dividido nas seguintes frações:
Os gases retificadores são uma mistura de hidrocarbonetos de baixo peso molecular, principalmente propano e butano, com ponto de ebulição de até 40°C;
Fração gasolina (gasolina) - hidrocarbonetos com composição de C 5 H 12 a C 11 H 24 (ponto de ebulição 40-200 ° C); com uma separação mais fina dessa fração obtém-se gasolina (éter de petróleo, 40-70 °C) e gasolina (70-120 °C);
Fração nafta - hidrocarbonetos de composição C8H18 a C14H30 (ponto de ebulição 150-250 °C);
Fração querosene - hidrocarbonetos de composição de C12H26 a C18H38 (ponto de ebulição 180-300 °C);
Combustível diesel - hidrocarbonetos com composição de C13H28 a C19H36 (ponto de ebulição 200-350°C).
O restante da destilação do óleo é óleo combustível- contém hidrocarbonetos com número de átomos de carbono de 18 a 50. Por destilação sob pressão reduzida do óleo combustível, obtêm-se óleo diesel (C18H28-C25H52), óleos lubrificantes (C28H58-C38H78), vaselina e parafina - misturas de baixo ponto de fusão de hidrocarbonetos sólidos. O resíduo sólido da destilação do óleo combustível - alcatrão e os produtos de seu processamento - betume e asfalto são utilizados para a fabricação de pavimentos rodoviários.
Os produtos obtidos com a retificação do óleo são submetidos a processamento químico, que inclui diversos processos complexos. Um deles é o cracking de produtos petrolíferos. Você já sabe que o óleo combustível é separado em componentes sob pressão reduzida. Isto se explica pelo fato de que quando pressão atmosférica seus componentes começam a se decompor antes de atingirem o ponto de ebulição. Esta é precisamente a base do cracking.
Rachadura - decomposição térmica de derivados de petróleo, levando à formação de hidrocarbonetos com menor número de átomos de carbono na molécula.
Existem vários tipos de craqueamento: craqueamento térmico, craqueamento catalítico, craqueamento de alta pressão e craqueamento por redução.
O craqueamento térmico envolve a divisão de moléculas de hidrocarbonetos com uma longa cadeia de carbono em moléculas mais curtas sob a influência de alta temperatura (470-550°C). Durante esta clivagem, os alcenos são formados juntamente com os alcanos.
EM visão geral esta reação pode ser escrita da seguinte forma:
C n H 2n+2 -> C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k
alcano alcano alceno
com corrente longa
Os hidrocarbonetos resultantes podem ser quebrados novamente para formar alcanos e alcenos com uma cadeia ainda mais curta de átomos de carbono na molécula: 
O craqueamento térmico convencional produz muitos hidrocarbonetos gasosos de baixo peso molecular, que podem ser utilizados como matéria-prima para a produção de álcoois, ácidos carboxílicos e compostos de alto peso molecular (por exemplo, polietileno).
Craqueamento catalítico ocorre na presença de catalisadores, que utilizam aluminossilicatos naturais da composição RA1203" T8Iu2-
O craqueamento com uso de catalisadores leva à formação de hidrocarbonetos com cadeia ramificada ou fechada de átomos de carbono na molécula. O teor de hidrocarbonetos desta estrutura no combustível para motores aumenta significativamente a sua qualidade, principalmente a resistência à detonação - o índice de octanas da gasolina.
O craqueamento de produtos petrolíferos ocorre em altas temperaturas, por isso muitas vezes se formam depósitos de carbono (fuligem), contaminando a superfície do catalisador, o que reduz drasticamente sua atividade.
A limpeza da superfície do catalisador dos depósitos de carbono - sua regeneração - é a principal condição para a implementação prática do craqueamento catalítico. A maneira mais simples e barata de regenerar um catalisador é torrá-lo, durante o qual os depósitos de carbono são oxidados com o oxigênio atmosférico. Os produtos gasosos da oxidação (principalmente dióxido de carbono e dióxido de enxofre) são removidos da superfície do catalisador.
O craqueamento catalítico é um processo heterogêneo no qual participam substâncias sólidas (catalisador) e gasosas (vapor de hidrocarbonetos). É óbvio que a regeneração do catalisador - a interação da fuligem sólida com o oxigênio atmosférico - também é um processo heterogêneo.
Reações heterogêneas(gás - sólido) flui mais rápido à medida que a área de superfície aumenta sólido. Portanto, o catalisador é triturado, e sua regeneração e craqueamento de hidrocarbonetos é realizada em um “leito fluidizado”, que vocês conhecem da produção de ácido sulfúrico.
A matéria-prima do craqueamento, como o gasóleo, entra num reator cónico. A parte inferior do reator tem um diâmetro menor, portanto a vazão do vapor da matéria-prima é muito alta. O gás que se move em alta velocidade captura as partículas do catalisador e as transporta para parte do topo reator, onde devido ao aumento do seu diâmetro a vazão diminui. Sob a influência da gravidade, as partículas do catalisador caem na parte inferior e mais estreita do reator, de onde são novamente transportadas para cima. Assim, cada grão de catalisador está em constante movimento e é lavado de todos os lados por um reagente gasoso. 
Alguns grãos de catalisador entram no exterior, mais parte larga reator e, sem encontrar resistência ao fluxo de gás, descem para a parte inferior, onde são captados pelo fluxo de gás e transportados para o regenerador. Lá, no modo “leito fluidizado”, o catalisador é acionado e retorna ao reator.
Assim, o catalisador circula entre o reator e o regenerador, e deles são removidos produtos gasosos de craqueamento e torrefação.
A utilização de catalisadores de craqueamento permite aumentar ligeiramente a taxa de reação, reduzir sua temperatura e melhorar a qualidade dos produtos de craqueamento.
Os hidrocarbonetos resultantes da fração gasolina possuem principalmente uma estrutura linear, o que leva à baixa resistência à detonação da gasolina resultante.
Consideraremos o conceito de “resistência à detonação” mais adiante, por enquanto observaremos apenas que hidrocarbonetos com moléculas de estrutura ramificada têm resistência à detonação significativamente maior. É possível aumentar a proporção de hidrocarbonetos ramificados isoméricos na mistura formada durante o craqueamento adicionando catalisadores de isomerização ao sistema.
Os campos de petróleo contêm, via de regra, grandes acumulações do chamado gás de petróleo associado, que se acumula acima do petróleo na crosta terrestre e é parcialmente dissolvido nela sob a pressão das rochas sobrejacentes. Tal como o petróleo, o gás de petróleo associado é uma valiosa fonte natural de hidrocarbonetos. Contém principalmente alcanos, cujas moléculas contêm de 1 a 6 átomos de carbono. É óbvio que a composição do gás de petróleo associado é muito mais pobre que a do petróleo. Porém, apesar disso, também é amplamente utilizado tanto como combustível quanto como matéria-prima para a indústria química. Há apenas algumas décadas, na maioria dos campos petrolíferos, o gás de petróleo associado era queimado como um complemento inútil ao petróleo. Actualmente, por exemplo, em Surgut, a reserva de petróleo mais rica da Rússia, a electricidade mais barata do mundo é gerada utilizando gás de petróleo associado como combustível.
Como já foi observado, o gás de petróleo associado, comparado ao gás natural, é mais rico em composição em diversos hidrocarbonetos. Dividindo-os em frações, obtemos:
A gasolina gasosa é uma mistura altamente volátil que consiste principalmente de lentano e hexano;
Mistura de propano-butano, constituída, como o nome indica, por propano e butano e que se transforma facilmente no estado líquido quando a pressão aumenta;
O gás seco é uma mistura contendo principalmente metano e etano.
A gasolina gasosa, por ser uma mistura de componentes voláteis de pequeno peso molecular, evapora bem mesmo em Baixas temperaturas. Isso possibilita o uso da gasolina como combustível para motores de combustão interna no Extremo Norte e como aditivo ao combustível para motores, facilitando a partida dos motores no inverno.
Uma mistura de propano-butano na forma de gás liquefeito é usada como combustível doméstico (os conhecidos cilindros de gás em sua dacha) e para encher isqueiros. Transferência gradual do transporte rodoviário para gás liquefeito- uma das principais formas de superar a crise global dos combustíveis e resolver os problemas ambientais.
O gás seco, de composição próxima ao gás natural, também é amplamente utilizado como combustível.
No entanto, a utilização do gás de petróleo associado e seus componentes como combustível está longe de ser a forma mais promissora de utilizá-lo.
É muito mais eficiente utilizar os componentes do gás de petróleo associado como matéria-prima para a produção química. Dos alcanos que compõem o gás de petróleo associado, obtêm-se hidrogênio, acetileno, hidrocarbonetos insaturados e aromáticos e seus derivados.
Os hidrocarbonetos gasosos podem não apenas acompanhar o petróleo na crosta terrestre, mas também formar acumulações independentes - depósitos de gás natural.
Gás natural
- uma mistura de hidrocarbonetos gasosos saturados de baixo peso molecular. O principal componente do gás natural é o metano, cuja participação, dependendo da área, varia de 75 a 99% em volume. Além do metano, o gás natural inclui etano, propano, butano e isobutano, bem como nitrogênio e dióxido de carbono.
Tal como o petróleo associado, o gás natural é utilizado tanto como combustível como matéria-prima para a produção de uma variedade de substâncias orgânicas e inorgânicas. Você já sabe que o hidrogênio, o acetileno e o álcool metílico, o formaldeído e o ácido fórmico e muitas outras substâncias orgânicas são obtidos a partir do metano, principal componente do gás natural. O gás natural é utilizado como combustível em usinas de energia, em sistemas de caldeiras para aquecimento de água de edifícios residenciais e industriais, em altos-fornos e indústrias a céu aberto. Ao riscar um fósforo e acender o gás do fogão a gás da cozinha de uma casa na cidade, você “desencadeia” uma reação em cadeia de oxidação dos alcanos que compõem o gás natural. Além do petróleo, dos gases naturais e associados ao petróleo, o carvão é uma fonte natural de hidrocarbonetos. 0n forma camadas espessas nas entranhas da terra, suas reservas exploradas excedem significativamente as reservas de petróleo. Tal como o petróleo, o carvão contém um grande número de diversas substâncias orgânicas. Além de substâncias orgânicas, contém também substâncias inorgânicas, como água, amônia, sulfeto de hidrogênio e, claro, o próprio carbono – o carvão. Um dos principais métodos de processamento do carvão é a coqueificação - calcinação sem acesso ao ar. Como resultado da coqueificação, que é realizada a uma temperatura de cerca de 1000 °C, formam-se:
Gás de coqueria, que contém hidrogênio, metano, dióxido de carbono e dióxido de carbono, misturas de amônia, nitrogênio e outros gases;
alcatrão de carvão contendo várias centenas de substâncias orgânicas pessoais, incluindo benzeno e seus homólogos, fenol e álcoois aromáticos, naftaleno e vários compostos heterocíclicos;
suprasina, ou água amoniacal, contendo, como o nome indica, amônia dissolvida, além de fenol, sulfeto de hidrogênio e outras substâncias;
o coque é um resíduo sólido da coqueificação, carbono quase puro.
Coca-Cola é usada na produção de ferro e aço, amônia - na produção de nitrogênio e fertilizantes combinados, e a importância dos produtos de coque orgânico dificilmente pode ser superestimada.
Assim, associados ao petróleo e aos gases naturais, o carvão não é apenas as fontes mais valiosas de hidrocarbonetos, mas também parte de um armazém único de recursos naturais insubstituíveis, cujo uso cuidadoso e razoável é uma condição necessária para o desenvolvimento progressivo da sociedade humana.
1. Liste as principais fontes naturais de hidrocarbonetos. Quais substâncias orgânicas estão incluídas em cada um deles? O que suas composições têm em comum?
2. Descreva as propriedades físicas do óleo. Por que não tem um ponto de ebulição constante?
3. Resumindo os relatos dos meios de comunicação social, descrever os desastres ambientais causados pelas fugas de petróleo e as formas de ultrapassar as suas consequências.
4. O que é retificação? Em que se baseia esse processo? Cite as frações obtidas como resultado da retificação do óleo. Como eles são diferentes um do outro?
5. O que está rachando? Forneça equações para três reações correspondentes ao craqueamento de produtos petrolíferos.
6. Que tipos de fissuras você conhece? O que esses processos têm em comum? Como eles são diferentes um do outro? Qual é a diferença fundamental entre os diferentes tipos de produtos de cracking?
7. Porque é que o gás de petróleo associado tem este nome? Quais são seus principais componentes e suas utilizações?
8. Qual a diferença entre o gás natural e o gás de petróleo associado? O que suas composições têm em comum? Forneça as equações de reação de combustão para todos os componentes do gás de petróleo associado que você conhece.
9. Forneça equações de reação que podem ser usadas para obter benzeno a partir do gás natural. Especifique as condições para essas reações.
10. O que é coque? Quais são seus produtos e sua composição? Forneça equações de reações características dos produtos da coqueificação do carvão que você conhece.
11. Explique por que a queima de petróleo, carvão e gás de petróleo associado está longe de ser a forma mais racional de utilizá-los.
Durante a aula você poderá estudar o tema “ Fontes naturais hidrocarbonetos. Refinaria de oléo". Mais de 90% de toda a energia consumida atualmente pela humanidade é obtida a partir de compostos orgânicos naturais fósseis. Você aprenderá sobre os recursos naturais (gás natural, petróleo, carvão), o que acontece com o petróleo após sua extração.
Tópico: Hidrocarbonetos saturados
Lição: Fontes Naturais de Hidrocarbonetos
Cerca de 90% da energia consumida pela civilização moderna é gerada pela queima de combustíveis fósseis naturais – gás natural, petróleo e carvão.
A Rússia é um país rico em reservas naturais de combustíveis fósseis. Existem grandes reservas de petróleo e gás natural no Sibéria Ocidental e os Urais. O carvão é extraído nas bacias de Kuznetsk, South Yakutsk e outras regiões.
Gás natural consiste em média de 95% de metano em volume.
Além do metano, o gás natural de vários campos contém nitrogênio, dióxido de carbono, hélio, sulfeto de hidrogênio, bem como outros alcanos leves - etano, propano e butanos.
O gás natural é extraído de depósitos subterrâneos onde está sob alta pressão. O metano e outros hidrocarbonetos são formados a partir de substâncias orgânicas de origem vegetal e animal durante sua decomposição sem acesso ao ar. O metano é constantemente formado como resultado da atividade de microrganismos.
Metano descoberto em planetas sistema solar e seus companheiros.
O metano puro não tem odor. Porém, o gás utilizado no dia a dia apresenta um odor desagradável característico. É assim que cheiram os aditivos especiais - mercaptanos. O cheiro dos mercaptanos permite detectar a tempo um vazamento de gás doméstico. Misturas de metano com ar são explosivas em uma ampla gama de proporções - de 5 a 15% de gás por volume. Portanto, se sentir cheiro de gás em uma sala, você não deve apenas acender o fogo, mas também não usar interruptores elétricos. A menor faísca pode causar uma explosão.
Arroz. 1. Petróleo de diferentes campos
Óleo- um líquido espesso semelhante ao óleo. Sua cor varia do amarelo claro ao marrom e preto.
Arroz. 2. Campos de petróleo
O petróleo de diferentes campos varia muito em composição. Arroz. 1. A parte principal do petróleo são hidrocarbonetos contendo 5 ou mais átomos de carbono. Basicamente, esses hidrocarbonetos são classificados como limitantes, ou seja, alcanos. Arroz. 2.
O óleo também contém compostos orgânicos contendo enxofre, oxigênio e nitrogênio. O óleo contém água e impurezas inorgânicas.
Os gases liberados durante sua produção são dissolvidos em óleo - gases de petróleo associados. São metano, etano, propano, butanos com misturas de nitrogênio, dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio.
Carvão, como o petróleo, é uma mistura complexa. A participação do carbono é de 80-90%. O resto é hidrogênio, oxigênio, enxofre, nitrogênio e alguns outros elementos. Em lenhite a proporção de carbono e matéria orgânica é menor do que na pedra. Ainda menos matéria orgânica em xisto betuminoso.
Na indústria, o carvão é aquecido a 900-1100 0 C sem acesso de ar. Este processo é chamado coque. O resultado é coque com alto teor de carbono, gás de coqueria e alcatrão de carvão necessário para a metalurgia. Muitas substâncias orgânicas são liberadas do gás e do alcatrão. Arroz. 3.
Arroz. 3. Construção de coqueria
O gás natural e o petróleo são as fontes mais importantes de matérias-primas para a indústria química. O petróleo tal como é extraído, ou “petróleo bruto”, é difícil de usar, mesmo como combustível. Portanto, o petróleo bruto é dividido em frações (do inglês “fraction” - “part”), utilizando diferenças nos pontos de ebulição de suas substâncias constituintes.
O método de separação do óleo com base nos diferentes pontos de ebulição dos seus hidrocarbonetos constituintes é denominado destilação ou destilação. Arroz. 4.
Arroz. 4. Produtos petrolíferos
A fração que destila de aproximadamente 50 a 180 0 C é chamada Gasolina.
Querosene ferve a temperaturas de 180-300 0 C.
Um resíduo preto espesso que não contém substâncias voláteis é chamado óleo combustível.
Há também uma série de frações intermediárias que fervem em faixas mais estreitas - éteres de petróleo (40-70 0 C e 70-100 0 C), aguarrás (149-204 ° C) e gasóleo (200-500 0 C) . Eles são usados como solventes. O óleo combustível pode ser destilado sob pressão reduzida para produzir óleos lubrificantes e parafina. Resíduo sólido da destilação de óleo combustível - asfalto. É utilizado para a produção de superfícies rodoviárias.
O processamento de gases de petróleo associados é uma indústria separada e produz vários produtos valiosos.
Resumindo a lição
Durante a aula você estudou o tema “Fontes naturais de hidrocarbonetos. Refinaria de oléo". Mais de 90% de toda a energia consumida atualmente pela humanidade é obtida a partir de compostos orgânicos naturais fósseis. Você aprendeu sobre os recursos naturais (gás natural, petróleo, carvão), o que acontece com o petróleo após sua extração.
Bibliografia
1. Rudzite G.E. Química. Fundamentos de química geral. 10º ano: livro didático para instituições de ensino geral: nível básico / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14ª edição. - M.: Educação, 2012.
2. Química. 10ª série. Nível do perfil: acadêmico. para educação geral instituições/ V.V. Eremin, N. E. Kuzmenko, V.V. Lunin et al. - M.: Abetarda, 2008. - 463 p.
3. Química. Grau 11. Nível do perfil: acadêmico. para educação geral instituições/ V.V. Eremin, N. E. Kuzmenko, V.V. Lunin et al. - M.: Abetarda, 2010. - 462 p.
4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Coleção de problemas de química para quem ingressa nas universidades. - 4ª ed. - M.: RIA "New Wave": Editora Umerenkov, 2012. - 278 p.
Trabalho de casa
1. Nº 3, 6 (p. 74) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Química: Química Orgânica. 10º ano: livro didático para instituições de ensino geral: nível básico / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14ª edição. - M.: Educação, 2012.
2. Como o gás de petróleo associado difere do gás natural?
3. Como o óleo é destilado?
Os hidrocarbonetos são de grande importância econômica, pois servem como o tipo de matéria-prima mais importante para a produção de quase todos os produtos da moderna indústria de síntese orgânica e são amplamente utilizados para fins energéticos. Eles parecem ter acumulado calor solar e energia que são liberadas quando queimadas. Turfa, carvão, xisto betuminoso, petróleo, gases naturais e associados ao petróleo contêm carbono, cuja combinação com o oxigênio durante a combustão é acompanhada pela liberação de calor.
| carvão | turfa | óleo | gás natural |
 |  |
||
| sólido | sólido | líquido | gás |
| sem cheiro | sem cheiro | Cheiro forte | sem cheiro |
| composição homogênea | composição homogênea | mistura de substâncias | mistura de substâncias |
| rocha de cor escura com alto teor de substâncias inflamáveis resultantes do soterramento de acumulações de diversas plantas em estratos sedimentares | acúmulo de matéria vegetal meio apodrecida acumulada no fundo de pântanos e lagos cobertos de vegetação | líquido oleoso inflamável natural, constituído por uma mistura de hidrocarbonetos líquidos e gasosos | mistura de gases formados nas entranhas da Terra durante a decomposição anaeróbica de substâncias orgânicas, o gás pertence ao grupo dos sedimentares pedras |
| Valor calórico - o número de calorias liberadas ao queimar 1 kg de combustível | |||
| 7 000 - 9 000 | 500 - 2 000 | 10000 - 15000 | ? |
Carvão.
O carvão sempre foi uma matéria-prima promissora para a produção de energia e muitos produtos químicos.
O primeiro grande consumidor de carvão desde o século XIX foi o transporte, depois o carvão passou a ser utilizado para a produção de eletricidade, coque metalúrgico, produção de diversos produtos por meio de processamento químico, materiais estruturais carbono-grafite, plásticos, cera de rocha, sintéticos, combustíveis líquidos e gasosos de alto teor calórico, ácidos nitrosos para a produção de fertilizantes
O carvão é uma mistura complexa de compostos de alto peso molecular, que inclui os seguintes elementos: C, H, N, O, S. O carvão, como o petróleo, contém um grande número de várias substâncias orgânicas, bem como substâncias inorgânicas, como a água , amônia, sulfeto de hidrogênio e, claro, o próprio carbono - carvão.
O processamento do carvão ocorre em três direções principais: coqueificação, hidrogenação e combustão incompleta. Um dos principais métodos de processamento de carvão é coque– calcinação sem acesso de ar em fornos de coque a uma temperatura de 1000–1200°C. Nessa temperatura, sem acesso ao oxigênio, o carvão sofre transformações químicas complexas, resultando na formação de coque e produtos voláteis:
1. gás de coqueria (hidrogênio, metano, monóxido de carbono e dióxido de carbono, misturas de amônia, nitrogênio e outros gases);
2. alcatrão de carvão (várias centenas de substâncias orgânicas diferentes, incluindo benzeno e seus homólogos, fenol e álcoois aromáticos, naftaleno e vários compostos heterocíclicos);
3. alcatrão ou amônia, água (amônia dissolvida, bem como fenol, sulfeto de hidrogênio e outras substâncias);
4. coque (resíduo sólido de coque, carbono quase puro).
O coque resfriado é enviado para usinas metalúrgicas.
Quando produtos voláteis (gás de coqueria) são resfriados, o alcatrão de carvão e a água de amônia se condensam.
Ao passar produtos não condensados (amônia, benzeno, hidrogênio, metano, CO 2, nitrogênio, etileno, etc.) por uma solução de ácido sulfúrico, é liberado sulfato de amônio, que é utilizado como fertilizante mineral. O benzeno é absorvido pelo solvente e destilado da solução. Depois disso, o gás da coqueria é utilizado como combustível ou como matéria-prima química. O alcatrão de carvão é obtido em pequenas quantidades (3%). Mas, dada a escala de produção, o alcatrão de carvão é considerado matéria-prima para a produção de uma série de substâncias orgânicas. Se você remover da resina produtos que fervem a 350°C, o que resta é uma massa sólida - piche. É usado para fazer vernizes.
A hidrogenação do carvão é realizada a uma temperatura de 400–600°C sob uma pressão de hidrogênio de até 25 MPa na presença de um catalisador. Isto produz uma mistura de hidrocarbonetos líquidos, que pode ser usada como combustível para motor. Produção de combustível líquido a partir do carvão. O combustível sintético líquido é gasolina de alta octanagem, diesel e combustível de caldeira. Para obter combustível líquido a partir do carvão, é necessário aumentar o seu teor de hidrogénio através da hidrogenação. A hidrogenação é realizada por meio de circulação múltipla, o que permite converter toda a massa orgânica do carvão em líquido e gases. A vantagem deste método é a possibilidade de hidrogenar lenhite de baixo teor.
A gaseificação do carvão permitirá o uso de carvão marrom e duro de baixa qualidade em usinas termelétricas sem poluir ambiente compostos de enxofre. Este é o único método para produzir monóxido de carbono concentrado (monóxido de carbono) CO. A combustão incompleta do carvão produz monóxido de carbono (II). Usando um catalisador (níquel, cobalto) em pressão normal ou aumentada, a gasolina contendo hidrocarbonetos saturados e insaturados pode ser obtida a partir de hidrogênio e CO:
nCO + (2n+1)H 2 → C n H 2n+2 + nH 2 O;
nCO + 2nH 2 → C n H 2n + nH 2 O.
Se a destilação seca do carvão for realizada a 500–550°C, obtém-se alcatrão que, juntamente com o betume, é utilizado na indústria da construção como material de ligação na fabricação de coberturas e revestimentos impermeabilizantes (feltro para telhados, feltro para telhados , etc.).
Na natureza, o carvão mineral é encontrado nas seguintes regiões: Região de Moscou, Bacia de South Yakutsk, Kuzbass, Donbass, Bacia de Pechora, Bacia de Tunguska, Bacia de Lena.
Gás natural.
O gás natural é uma mistura de gases cujo principal componente é o metano CH 4 (de 75 a 98% dependendo da área), o restante é etano, propano, butano e uma pequena quantidade de impurezas - nitrogênio, monóxido de carbono (IV ), sulfeto de hidrogênio e vapores de água, e, quase sempre, sulfeto de hidrogênio e compostos orgânicos de petróleo - mercaptanos. São eles que conferem ao gás um odor desagradável específico e, quando queimados, levam à formação do dióxido de enxofre tóxico SO 2 .
Normalmente, quanto maior o peso molecular de um hidrocarboneto, menos ele é encontrado no gás natural. A composição do gás natural de diferentes campos não é a mesma. Sua composição média em percentual por volume é a seguinte:
| Capítulo 4 | C2H6 | C3H8 | C4H10 | N 2 e outros gases |
| 75-98 | 0,5 - 4 | 0,2 – 1,5 | 0,1 – 1 | 1-12 |
O metano é formado durante a fermentação anaeróbica (sem acesso ao ar) de resíduos vegetais e animais, por isso é formado em sedimentos de fundo e é chamado de gás “pântano”.
Depósitos de metano em forma cristalina hidratada, os chamados hidrato de metano encontrado sob a camada permafrost e em grandes profundidades dos oceanos. Em baixas temperaturas (-800ºC) e altas pressões, as moléculas de metano estão localizadas nos vazios da rede cristalina da água gelada. Nos vazios de gelo de um metro cúbico de hidrato de metano, 164 metros cúbicos de gás são “enlatados”.
Pedaços de hidrato de metano parecem gelo sujo, mas no ar queimam com uma chama azul-amarelada. Estima-se que o planeta armazene entre 10 mil e 15 mil gigatoneladas de carbono na forma de hidrato de metano (“giga” equivale a 1 bilhão). Esses volumes são muitas vezes maiores do que todas as reservas de gás natural atualmente conhecidas.
O gás natural é renovável recurso natural, uma vez que é sintetizado na natureza continuamente. Também é chamado de “biogás”. Portanto, muitos cientistas ambientais hoje associam as perspectivas de existência próspera da humanidade ao uso do gás como combustível alternativo.
Como combustível, o gás natural apresenta grandes vantagens sobre os combustíveis sólidos e líquidos. Seu calor de combustão é muito maior, quando queimado não deixa cinzas e os produtos da combustão são muito mais limpos ambientalmente. Assim, cerca de 90% do volume total de gás natural extraído é queimado como combustível em termelétricas e caldeiras, em processos térmicos em empreendimentos industriais e na vida cotidiana. Cerca de 10% do gás natural é utilizado como matéria-prima valiosa para a indústria química: para a produção de hidrogênio, acetileno, fuligem, diversos plásticos e medicamentos. Metano, etano, propano e butano são separados do gás natural. Os produtos que podem ser obtidos a partir do metano são de grande importância industrial. O metano é usado para a síntese de muitas substâncias orgânicas - gás de síntese e posterior síntese de álcoois baseados nele; solventes (tetracloreto de carbono, cloreto de metileno, etc.); formaldeído; acetileno e fuligem.
O gás natural forma depósitos independentes. Os principais depósitos de gases combustíveis naturais estão localizados no norte e oeste da Sibéria, na bacia do Volga-Ural, no norte do Cáucaso (Stavropol), na República de Komi, na região de Astrakhan e no Mar de Barents.
