Fonti naturali di idrocarburi - Ipermercato della conoscenza. Fonti naturali di idrocarburi Fonti naturali di idrocarburi loro lavorazione e applicazione

Gli idrocarburi sono di grande importanza economica, poiché servono come il tipo più importante di materia prima per ottenere quasi tutti i prodotti della moderna industria della sintesi organica e sono ampiamente utilizzati per scopi energetici. Sembrano accumulare calore solare ed energia, che vengono rilasciati durante la combustione. Torba, carbone, scisto bituminoso, petrolio, gas di petrolio naturali e associati contengono carbonio, la cui combinazione con l'ossigeno durante la combustione è accompagnata dal rilascio di calore.

carbone	torba	il petrolio	gas naturale
solido	solido	liquido	gas
senza odore	senza odore	Odore forte	senza odore
composizione uniforme	composizione uniforme	miscela di sostanze	miscela di sostanze
una roccia di colore scuro ad alto contenuto di materia combustibile derivante dall'interramento di accumuli di varie piante negli strati sedimentari	accumulo di massa vegetale semidecomposta accumulata sul fondo di paludi e laghi invasi	liquido oleoso combustibile naturale, costituito da una miscela di idrocarburi liquidi e gassosi	miscela di gas formata nelle viscere della Terra durante la decomposizione anaerobica di sostanze organiche, il gas appartiene al gruppo delle rocce sedimentarie
Potere calorifico: il numero di calorie rilasciate bruciando 1 kg di carburante
7 000 - 9 000	500 - 2 000	10000 - 15000	?

Carbone.

Il carbone è sempre stato una materia prima promettente per l'energia e molti prodotti chimici.

Dal 19° secolo il primo grande consumatore di carbone è stato il trasporto, poi il carbone ha cominciato ad essere utilizzato per la produzione di elettricità, coke metallurgico, la produzione di vari prodotti durante la lavorazione chimica, materiali strutturali in carbonio-grafite, plastica, cera di roccia, combustibili sintetici, liquidi e gassosi ad alto contenuto calorico, acidi ad alto contenuto di azoto per la produzione di fertilizzanti.

Il carbone è una miscela complessa di composti macromolecolari, che include i seguenti elementi: C, H, N, O, S. Il carbone, come il petrolio, contiene un gran numero di varie sostanze organiche, così come non materia organica, come, ad esempio, acqua, ammoniaca, acido solfidrico e, naturalmente, il carbonio stesso - carbone.

La lavorazione del carbon fossile va in tre direzioni principali: coke, idrogenazione e combustione incompleta. Uno dei modi principali di lavorazione del carbone è cokeria– calcinazione senza accesso d'aria in cokerie ad una temperatura di 1000–1200°C. A questa temperatura, senza accesso all'ossigeno, il carbone subisce le trasformazioni chimiche più complesse, a seguito delle quali si formano coke e prodotti volatili:

1. gas di coke (idrogeno, metano, monossido di carbonio e anidride carbonica, impurità di ammoniaca, azoto e altri gas);

2. catrame di carbone (diverse centinaia di diverse sostanze organiche, tra cui benzene e suoi omologhi, alcoli fenolici e aromatici, naftalene e vari composti eterociclici);

3. sopra-catrame, o ammoniaca, acqua (ammoniaca disciolta, oltre a fenolo, acido solfidrico e altre sostanze);

4. coke (residuo solido di coke, carbonio praticamente puro).

Il coke raffreddato viene inviato agli impianti metallurgici.

Quando i prodotti volatili (gas di cokeria) vengono raffreddati, il catrame di carbone e l'acqua di ammoniaca condensano.

Passando i prodotti non condensati (ammoniaca, benzene, idrogeno, metano, CO 2 , azoto, etilene, ecc.) attraverso una soluzione di acido solforico, si isola il solfato di ammonio, che viene utilizzato come fertilizzante minerale. Il benzene viene ripreso nel solvente e distillato dalla soluzione. Successivamente, il gas di coke viene utilizzato come combustibile o come materia prima chimica. Il catrame di carbone si ottiene in piccole quantità (3%). Ma, data l'entità della produzione, il catrame di carbone è considerato una materia prima per ottenere una serie di sostanze organiche. Se i prodotti bollenti fino a 350 ° C vengono allontanati dalla resina, rimane una massa solida: la pece. Viene utilizzato per la produzione di vernici.

L'idrogenazione del carbone viene effettuata a una temperatura di 400–600°C sotto una pressione di idrogeno fino a 25 MPa in presenza di un catalizzatore. In questo caso si forma una miscela di idrocarburi liquidi, che può essere utilizzata come carburante per motori. Ottenere combustibile liquido dal carbone. I combustibili sintetici liquidi sono benzina ad alto numero di ottani, diesel e combustibili per caldaie. Per ottenere combustibile liquido dal carbone, è necessario aumentare il suo contenuto di idrogeno mediante idrogenazione. L'idrogenazione viene effettuata utilizzando la circolazione multipla, che consente di trasformare in un liquido e gas l'intera massa organica del carbone. Il vantaggio di questo metodo è la possibilità di idrogenazione di lignite di bassa qualità.

La gassificazione del carbone consentirà di utilizzare carboni scuri e neri di bassa qualità nelle centrali termoelettriche senza inquinare l'ambiente con composti di zolfo. Questo è l'unico metodo per ottenere monossido di carbonio concentrato (monossido di carbonio) CO. La combustione incompleta del carbone produce monossido di carbonio (II). Su un catalizzatore (nichel, cobalto) a pressione normale o elevata, idrogeno e CO possono essere utilizzati per produrre benzina contenente idrocarburi saturi e insaturi:

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

nCO + 2nH 2 → C n H 2n + nH 2 O.

Se la distillazione a secco del carbone viene eseguita a 500–550 ° C, si ottiene catrame che, insieme al bitume, viene utilizzato nell'industria edile come legante nella produzione di coperture, rivestimenti impermeabili (feltro per tetti, feltro per tetti, eccetera.).

In natura, il carbone si trova nelle seguenti regioni: la regione di Mosca, il bacino di Yakutsk meridionale, il Kuzbass, il Donbass, il bacino di Pechora, il bacino di Tunguska, il bacino di Lena.

Gas naturale.

Il gas naturale è una miscela di gas, il cui componente principale è il metano CH 4 (dal 75 al 98% a seconda del campo), il resto è etano, propano, butano e una piccola quantità di impurità: azoto, monossido di carbonio (IV ), acido solfidrico e vapori di acqua, e, quasi sempre, acido solfidrico e composti organici dell'olio - mercaptani. Sono loro che danno al gas uno specifico odore sgradevole e, una volta bruciati, portano alla formazione di anidride solforosa tossica SO 2.

In genere, maggiore è il peso molecolare dell'idrocarburo, minore è il suo contenuto nel gas naturale. La composizione del gas naturale proveniente da diversi giacimenti non è la stessa. La sua composizione media in percentuale in volume è la seguente:

CH 4	C 2 H 6	C 3 H 8	C 4 H 10	N 2 e altri gas
75-98	0,5 - 4	0,2 – 1,5	0,1 – 1	1-12

Il metano si forma durante la fermentazione anaerobica (senza accesso all'aria) di residui vegetali e animali, quindi si forma nei sedimenti di fondo ed è chiamato gas di "palude".

Depositi di metano in forma cristallina idrata, la cosiddetta idrato di metano, trovato sotto uno strato di permafrost e a grandi profondità degli oceani. A basse temperature (-800ºC) e pressioni elevate, le molecole di metano si trovano nei vuoti del reticolo cristallino del ghiaccio d'acqua. Nei vuoti di ghiaccio di un metro cubo di idrato di metano, vengono "messa fuori servizio" 164 metri cubi di gas.

Pezzi di idrato di metano sembrano ghiaccio sporco, ma nell'aria bruciano con una fiamma giallo-blu. Si stima che sul pianeta siano immagazzinate da 10.000 a 15.000 gigatonnellate di carbonio sotto forma di idrato di metano (un giga è 1 miliardo). Tali volumi sono molte volte maggiori di tutte le riserve di gas naturale attualmente note.

Il gas naturale è una risorsa naturale rinnovabile, in quanto viene continuamente sintetizzato in natura. Viene anche chiamato "biogas". Pertanto, molti scienziati ambientali oggi associano le prospettive di una prospera esistenza dell'umanità proprio all'uso del gas come combustibile alternativo.

Come combustibile, il gas naturale ha grandi vantaggi rispetto ai combustibili solidi e liquidi. Il suo potere calorifico è molto più alto, una volta bruciato non lascia cenere, i prodotti della combustione sono molto più rispettosi dell'ambiente. Pertanto, circa il 90% del volume totale di gas naturale prodotto viene bruciato come combustibile nelle centrali termoelettriche e nelle caldaie, nei processi termici a imprese industriali e nella vita di tutti i giorni. Circa il 10% del gas naturale viene utilizzato come preziosa materia prima per l'industria chimica: per produrre idrogeno, acetilene, fuliggine, plastiche varie e medicinali. Metano, etano, propano e butano sono isolati dal gas naturale. I prodotti ottenibili dal metano sono di grande importanza industriale. Il metano viene utilizzato per la sintesi di molte sostanze organiche: gas di sintesi e ulteriore sintesi di alcoli a base di esso; solventi (tetracloruro di carbonio, cloruro di metilene, ecc.); formaldeide; acetilene e fuliggine.

Il gas naturale forma depositi indipendenti. I principali giacimenti di gas combustibili naturali si trovano nel nord e Siberia occidentale, il bacino del Volga-Ural, nel Caucaso settentrionale (Stavropol), nella Repubblica dei Komi, regione di Astrachan', Mare di Barents.

FONTI NATURALI DI IDROCARBURI

Gli idrocarburi sono tutti così diversi -
Liquido, solido e gassoso.
Perché ce ne sono così tanti in natura?
È carbonio insaziabile.

In effetti, questo elemento, come nessun altro, è “insaziabile”: si sforza di formare o catene, dritte e ramificate, o anelli, o griglie da una moltitudine dei suoi atomi. Da qui i molti composti di atomi di carbonio e idrogeno.

Gli idrocarburi sono sia gas naturale - metano, sia un altro gas combustibile domestico, che viene riempito con bombole - propano C 3 H 8. Gli idrocarburi sono petrolio, benzina e cherosene. E anche: un solvente organico C 6 H 6, paraffina, da cui vengono fatte le candele di Capodanno, vaselina di una farmacia e persino un sacchetto di plastica per l'imballaggio alimentare ...

Le più importanti fonti naturali di idrocarburi sono i minerali: carbone, petrolio, gas.

CARBONE

Più conosciuto in tutto il mondo 36 mille bacini e depositi di carbone, che insieme occupano 15% territorio il globo. I giacimenti di carbone possono estendersi per migliaia di chilometri. In totale, le riserve geologiche generali di carbone sul globo sono 5 trilioni 500 miliardi di tonnellate, compresi i depositi esplorati - 1 trilione 750 miliardi di tonnellate.

Esistono tre tipi principali di carboni fossili. Quando si brucia carbone marrone, antracite, la fiamma è invisibile, la combustione è senza fumo e il carbone fa un forte crepitio durante la combustione.

Antraciteè il carbone fossile più antico. Differisce nella grande densità e lucentezza. Contiene fino a 95% carbonio.

Carbone- contiene fino a 99% carbonio. Di tutti i carboni fossili, è il più utilizzato.

Carbone marrone- contiene fino a 72% carbonio. Ha un colore marrone. Essendo il carbone fossile più giovane, conserva spesso tracce della struttura dell'albero da cui si è formato. Differisce per l'elevata igroscopicità e l'alto contenuto di ceneri ( dal 7% al 38%), pertanto viene utilizzato solo come combustibile locale e come materia prima per lavorazioni chimiche. In particolare, per idrogenazione si ottengono pregiati tipi di combustibili liquidi: benzina e cherosene.

Carbonio principale componente carbone ( 99% ), lignite ( fino al 72%). L'origine del nome carbonio, cioè "carbone portante". Allo stesso modo, Nome latino“Carboneum” contiene nella sua base una radice di carbocarbone.

Come il petrolio, il carbone contiene una grande quantità di materia organica. Oltre alle sostanze organiche, include anche sostanze inorganiche, come acqua, ammoniaca, acido solfidrico e, naturalmente, il carbonio stesso: il carbone. Uno dei modi principali di lavorazione del carbone è il coke: la calcinazione senza accesso all'aria. Come risultato della cokefazione, che viene effettuata a una temperatura di 1000 0 C, si forma quanto segue:

cokeria a gas- è costituito da idrogeno, metano, monossido di carbonio e anidride carbonica, impurità di ammoniaca, azoto e altri gas.

Catrame di carbone - contiene diverse centinaia di sostanze organiche, tra cui benzene e suoi omologhi, alcoli fenolici e aromatici, naftalene e vari composti eterociclici.

Acqua di catrame o ammoniaca - contenente, come suggerisce il nome, ammoniaca disciolta, oltre a fenolo, acido solfidrico e altre sostanze.

Coca Cola– residuo di cokeria solido, carbonio praticamente puro.

Il coke viene utilizzato nella produzione di ferro e acciaio, l'ammoniaca viene utilizzata nella produzione di azoto e fertilizzanti combinati e l'importanza dei prodotti di cokeria organici non può essere sopravvalutata. Qual è la geografia di distribuzione di questo minerale?

La parte principale delle risorse di carbone ricade nell'emisfero settentrionale: Asia, Nord America, Eurasia. Quali paesi si distinguono in termini di riserve e produzione di carbone?

Cina, USA, India, Australia, Russia.

I paesi sono i principali esportatori di carbone.

USA, Australia, Russia, Sud Africa.

principali centri di importazione.

Giappone, Europa d'oltremare.

È un carburante molto sporco per l'ambiente. Durante l'estrazione del carbone si verificano esplosioni e incendi di metano e sorgono alcuni problemi ambientali.

Inquinamento ambiente - si tratta di qualsiasi cambiamento indesiderabile nello stato di questo ambiente a seguito delle attività umane. Questo accade anche nel settore minerario. Immagina una situazione in un'area di estrazione del carbone. Insieme al carbone, un'enorme quantità di roccia di scarto sale in superficie, che, in quanto non necessaria, viene semplicemente inviata alle discariche. Gradualmente formato cumuli di rifiuti- enormi montagne di roccia di scarto, alte decine di metri, a forma di cono, che distorcono l'aspetto del paesaggio naturale. E tutto il carbone sollevato in superficie sarà necessariamente esportato al consumatore? Ovviamente no. Dopotutto, il processo non è ermetico. Un'enorme quantità di polvere di carbone si deposita sulla superficie della terra. Di conseguenza, la composizione dei suoli e delle acque sotterranee cambia, il che inevitabilmente influenzerà l'animale e mondo vegetale quartiere.

Il carbone contiene carbonio radioattivo - C, ma dopo che il carburante è stato bruciato, la sostanza pericolosa, insieme al fumo, entra nell'aria, nell'acqua, nel suolo e viene trasformata in scorie o ceneri, che vengono utilizzate per produrre materiali da costruzione. Di conseguenza, negli edifici residenziali, pareti e soffitti "si illuminano" e rappresentano una minaccia per la salute umana.

IL PETROLIO

L'olio è noto all'umanità fin dai tempi antichi. Sulle rive dell'Eufrate veniva estratto

6-7 mila anni aC ehm . Era usato per illuminare le abitazioni, per preparare mortai, come medicinali e unguenti, e per l'imbalsamazione. Il petrolio nel mondo antico era un'arma formidabile: fiumi di fuoco si riversavano sulle teste di coloro che assaltavano le mura della fortezza, frecce infuocate immerse nell'olio volavano verso le città assediate. Il petrolio era parte integrante dell'agente incendiario passato alla storia sotto il nome "Fuoco greco" Nel medioevo veniva utilizzato principalmente per l'illuminazione stradale.

Sono stati esplorati più di 600 bacini di petrolio e gas, 450 sono in fase di sviluppo , e il numero totale di giacimenti petroliferi raggiunge i 50 mila.

Distinguere tra olio leggero e pesante. L'olio leggero viene estratto dal sottosuolo mediante pompe o con il metodo della fontana. Per lo più benzina e cherosene sono prodotti da tale olio. A volte vengono estratti oli di qualità pesante anche con il metodo della miniera (nella Repubblica di Komi) e da esso vengono preparati bitume, olio combustibile e vari oli.

Il petrolio è il carburante più versatile, ad alto contenuto calorico. La sua estrazione è relativamente semplice ed economica, perché quando si estrae il petrolio non è necessario abbassare le persone sottoterra. Il trasporto di petrolio attraverso gli oleodotti non è un grosso problema. Il principale svantaggio di questo tipo di carburante è la scarsa disponibilità di risorse (circa 50 anni ) . Le riserve geologiche generali sono pari a 500 miliardi di tonnellate, di cui 140 miliardi esplorate .

IN 2007 Gli scienziati russi hanno dimostrato alla comunità mondiale che le creste sottomarine di Lomonosov e Mendeleev, che si trovano nell'Oceano Artico, sono una zona di piattaforma della terraferma e quindi appartengono alla Federazione Russa. L'insegnante di chimica parlerà della composizione dell'olio, delle sue proprietà.

Il petrolio è un "pacchetto di energia". Con solo 1 ml di esso, puoi riscaldare un intero secchio d'acqua di un grado e per far bollire un secchio samovar, hai bisogno di meno di mezzo bicchiere d'olio. In termini di concentrazione di energia per unità di volume, il petrolio è al primo posto tra le sostanze naturali. Anche i minerali radioattivi non possono competere con esso in questo senso, poiché il contenuto di sostanze radioattive in essi contenuto è così piccolo che può essere estratto 1 mg. il combustibile nucleare deve essere trasformato tonnellate di rocce.

Il petrolio non è solo la base del combustibile e del complesso energetico di qualsiasi stato.

Qui sono a posto le famose parole di D. I. Mendeleev “combustire l'olio equivale a riscaldare una fornace banconote". Ogni goccia di olio ne contiene più di 900 vari composti chimici, più della metà degli elementi chimici della tavola periodica. Questo è davvero un miracolo della natura, la base dell'industria petrolchimica. Circa il 90% di tutto il petrolio prodotto viene utilizzato come combustibile. Nonostante “ possedere il 10%” , la sintesi petrolchimica fornisce molte migliaia di composti organici che soddisfano i bisogni urgenti della società moderna. Non c'è da stupirsi se la gente chiama rispettosamente il petrolio "oro nero", "il sangue della Terra".

L'olio è un liquido oleoso marrone scuro con una sfumatura rossastra o verdastra, a volte nero, rosso, blu o chiaro e persino trasparente con un caratteristico odore pungente. A volte l'olio è bianco o incolore, come l'acqua (per esempio, nel campo di Surukhanskoye in Azerbaigian, in alcuni campi in Algeria).

La composizione dell'olio non è la stessa. Ma tutti di solito contengono tre tipi di idrocarburi: alcani (principalmente struttura normale), cicloalcani e idrocarburi aromatici. Il rapporto di questi idrocarburi nel petrolio di diversi giacimenti è diverso: ad esempio, il petrolio di Mangyshlak è ricco di alcani e il petrolio nella regione di Baku è ricco di cicloalcani.

Le principali riserve petrolifere si trovano nell'emisfero settentrionale. Totale 75 i paesi del mondo producono petrolio, ma il 90% della sua produzione ricade sulla quota di soli 10 paesi. Di ? le riserve mondiali di petrolio rappresentano paesi in via di sviluppo. (L'insegnante chiama e mostra sulla mappa).

Principali paesi produttori:

Arabia Saudita, USA, Russia, Iran, Messico.

Allo stesso tempo di più 4/5 il consumo di petrolio cade sulla quota dei paesi economicamente sviluppati, che sono i principali paesi importatori:

Giappone, Europa d'oltremare, USA.

L'olio nella sua forma grezza non viene utilizzato da nessuna parte, ma vengono utilizzati prodotti raffinati.

Raffinazione del petrolio

Un moderno impianto è costituito da un forno di riscaldamento dell'olio e da una colonna di distillazione in cui viene separato l'olio fazioni - singole miscele di idrocarburi secondo il loro punto di ebollizione: benzina, nafta, cherosene. Il forno ha un lungo tubo avvolto a spirale. Il forno è riscaldato dai prodotti della combustione di olio combustibile o gas. L'olio viene alimentato continuamente nella bobina: lì viene riscaldato a 320 - 350 0 C sotto forma di una miscela di liquido e vapore ed entra nella colonna di distillazione. La colonna di distillazione è un apparato cilindrico in acciaio con un'altezza di circa 40 m. Ha all'interno diverse dozzine di partizioni orizzontali con fori: le cosiddette piastre. I vapori d'olio, entrando nella colonna, salgono e passano attraverso i fori delle piastre. Man mano che si raffreddano gradualmente mentre si spostano verso l'alto, si liquefanno parzialmente. Gli idrocarburi meno volatili vengono liquefatti già sulle prime piastre, formando una frazione di gasolio; gli idrocarburi più volatili vengono raccolti sopra e formano una frazione di cherosene; ancora più alto - frazione di nafta. Gli idrocarburi più volatili escono dalla colonna sotto forma di vapori e, dopo la condensazione, formano benzina. Parte della benzina viene reimmessa nella colonna per "irrigazione", che contribuisce a una migliore modalità di funzionamento. (Inserimento in un quaderno). Benzina - contiene idrocarburi C5 - C11, con punto di ebollizione nell'intervallo da 40 0 ​​C a 200 0 C; nafta - contiene idrocarburi C8 - C14 con un punto di ebollizione da 120 0 C a 240 0 C; cherosene - contiene idrocarburi C12 - C18, bollenti a una temperatura da 180 0 C a 300 0 C; gasolio - contiene idrocarburi C13 - C15, distillati a una temperatura compresa tra 230 0 C e 360 ​​0 C; oli lubrificanti - C16 - C28, far bollire a una temperatura di 350 0 C e oltre.

Dopo la distillazione di prodotti leggeri dall'olio, rimane un liquido nero viscoso: l'olio combustibile. È una preziosa miscela di idrocarburi. Gli oli lubrificanti sono ottenuti dall'olio combustibile mediante distillazione aggiuntiva. La parte non distillabile dell'olio combustibile è chiamata catrame, che viene utilizzato nelle costruzioni e nella pavimentazione stradale (dimostrazione di un frammento video). La frazione più preziosa della distillazione diretta del petrolio è la benzina. Tuttavia, la resa di questa frazione non supera il 17-20% in peso di petrolio greggio. Sorge il problema: come soddisfare le esigenze sempre crescenti della società in materia di carburanti per autoveicoli e aerei? La soluzione fu trovata alla fine del XIX secolo da un ingegnere russo Vladimir Grigorievich Shukhov. IN 1891 anno, ha prima svolto un'attività industriale cracking frazione cherosene del petrolio, che ha permesso di aumentare la resa della benzina al 65-70% (calcolato come petrolio greggio). Solo per lo sviluppo del processo di cracking termico dei prodotti petroliferi, l'umanità riconoscente ha iscritto in lettere d'oro il nome di questo persona unica nella storia della civiltà.

I prodotti ottenuti a seguito della rettifica dell'olio sono sottoposti a lavorazioni chimiche, di cui alcune processi complessi, Uno di questi è il cracking dei prodotti petroliferi (dall'inglese "Cracking"-splitting). Esistono diversi tipi di cracking: termico, catalitico, cracking ad alta pressione, riduzione. Il cracking termico consiste nella scissione di molecole di idrocarburi a catena lunga in molecole più corte sotto l'influenza dell'alta temperatura (470-550 0 C). Nel processo di questa scissione, insieme agli alcani, si formano gli alcheni:

Attualmente, il cracking catalitico è il più comune. Viene eseguito a una temperatura di 450-500 0 C, ma a una velocità maggiore e consente di ottenere benzina di qualità superiore. Nelle condizioni di cracking catalitico, insieme alle reazioni di scissione, si verificano reazioni di isomerizzazione, cioè la trasformazione di idrocarburi di struttura normale in idrocarburi ramificati.

L'isomerizzazione influisce sulla qualità della benzina, poiché la presenza di idrocarburi ramificati aumenta notevolmente il suo numero di ottano. Il cracking è riferito ai cosiddetti processi secondari di raffinazione del petrolio. Anche numerosi altri processi catalitici, come il reforming, sono classificati come secondari. Riformare- questa è l'aromatizzazione delle benzine riscaldandole in presenza di un catalizzatore, ad esempio il platino. In queste condizioni, alcani e cicloalcani vengono convertiti in idrocarburi aromatici, per cui anche il numero di ottano della benzina aumenta in modo significativo.

Ecologia e giacimento di petrolio

Per la produzione petrolchimica, il problema dell'ambiente è particolarmente rilevante. La produzione di petrolio è associata ai costi energetici e all'inquinamento ambientale. Una pericolosa fonte di inquinamento degli oceani è la produzione di petrolio offshore e anche gli oceani sono inquinati durante il trasporto di petrolio. Ognuno di noi ha visto in TV le conseguenze degli incidenti delle petroliere. Coste nere e ricoperte di petrolio, onde nere, delfini che soffocano, uccelli le cui ali sono in olio combustibile viscoso, persone in tute protettive che raccolgono olio con pale e secchi. Vorrei citare i dati di un grave disastro ambientale avvenuto nello stretto di Kerch nel novembre 2007. Nell'acqua sono finite 2.000 tonnellate di prodotti petroliferi e circa 7.000 tonnellate di zolfo. Il Tuzla Spit, che si trova all'incrocio tra il Mar Nero e il Mar d'Azov, e il Chushka Spit hanno sofferto di più a causa del disastro. Dopo l'incidente, sul fondo si è depositato olio combustibile, che ha ucciso una piccola conchiglia a forma di cuore, alimento principale degli abitanti del mare. Ci vorranno 10 anni per ripristinare l'ecosistema. Morirono più di 15mila uccelli. Un litro d'olio, caduto in acqua, si sparge sulla sua superficie in macchie di 100 mq. Il film d'olio, sebbene molto sottile, forma una barriera insormontabile al percorso dell'ossigeno dall'atmosfera alla colonna d'acqua. Di conseguenza, il regime di ossigeno e l'oceano sono disturbati. "soffocare". Il plancton, che è la spina dorsale della catena alimentare oceanica, sta morendo. Attualmente, circa il 20% dell'area dell'Oceano Mondiale è coperta da fuoriuscite di petrolio e l'area interessata dall'inquinamento da petrolio è in crescita. Oltre al fatto che l'Oceano Mondiale è ricoperto da una pellicola di petrolio, possiamo osservarlo anche a terra. Ad esempio, nei giacimenti petroliferi della Siberia occidentale, ogni anno viene versato più petrolio di quanto una petroliera possa contenere, fino a 20 milioni di tonnellate. Circa la metà di questo petrolio finisce a terra a causa di incidenti, il resto sono fontane e perdite "pianificate" durante l'avvio di pozzi, perforazioni esplorative e riparazioni di condutture. La più grande area di terra contaminata dal petrolio, secondo il Comitato per l'ambiente dell'Okrug autonomo di Yamalo-Nenets, cade nel distretto di Purovsky.

GAS DI PETROLIO NATURALE E ASSOCIATI

Il gas naturale contiene idrocarburi a basso peso molecolare, i componenti principali lo sono metano. Il suo contenuto nel gas di vari giacimenti varia dall'80% al 97%. Oltre al metano - etano, propano, butano. Inorganico: azoto - 2%; CO2; H2O; H2S, gas nobili. Quando il gas naturale viene bruciato, viene rilasciato molto calore.

In termini di proprietà, il gas naturale come combustibile supera anche il petrolio, è più calorico. Questo è il ramo più giovane dell'industria dei combustibili. Il gas è ancora più facile da estrarre e trasportare. È il più economico di tutti i combustibili. È vero, ci sono anche degli svantaggi: il complesso trasporto intercontinentale del gas. Autocisterne - letame di metano, che trasportano gas allo stato liquefatto, sono strutture estremamente complesse e costose.

Viene utilizzato come: combustibile efficace, materia prima nell'industria chimica, nella produzione di acetilene, etilene, idrogeno, fuliggine, plastica, acido acetico, coloranti, medicinali, ecc. produzione. Il gas di petrolio contiene meno metano, ma più propano, butano e altri idrocarburi superiori. Dove viene prodotto il gas?

Più di 70 paesi del mondo hanno riserve di gas commerciali. Inoltre, come nel caso del petrolio, i paesi in via di sviluppo hanno riserve molto grandi. Ma la produzione di gas viene effettuata principalmente i paesi sviluppati. Hanno l'opportunità di usarlo o un modo per vendere gas ad altri paesi che si trovano nello stesso continente con loro. Il commercio internazionale di gas è meno attivo del commercio di petrolio. Circa il 15% del gas prodotto nel mondo entra nel mercato internazionale. Quasi i 2/3 della produzione mondiale di gas sono forniti da Russia e USA. Indubbiamente, la principale regione di produzione di gas non solo nel nostro paese, ma anche nel mondo è la Yamalo-Nenets Autonomous Okrug, dove questo settore si sviluppa da 30 anni. La nostra città Novy Urengoy è giustamente riconosciuta come la capitale del gas. I giacimenti più grandi includono Urengoyskoye, Yamburgskoye, Medvezhye, Zapolyarnoye. Il campo Urengoy è incluso nel Guinness dei primati. Le riserve e la produzione del deposito sono uniche. Le riserve esplorate superano i 10 trilioni. m 3 , 6 trilioni. m 3. Nel 2008 JSC "Gazprom" prevede di produrre 598 miliardi di m 3 di "oro blu" nel campo di Urengoy.

Gas ed ecologia

L'imperfezione della tecnologia di produzione di petrolio e gas, il loro trasporto provoca la costante combustione del volume di gas nelle unità di calore delle centrali di compressione e nei razzi. Le stazioni di compressione rappresentano circa il 30% di queste emissioni. Circa 450.000 tonnellate di gas naturale e associato vengono bruciate ogni anno negli impianti di torcia, mentre più di 60.000 tonnellate di inquinanti entrano nell'atmosfera.

Petrolio, gas, carbone sono materie prime preziose per l'industria chimica. Nel prossimo futuro, troveranno un sostituto nel complesso di combustibili ed energia del nostro paese. Attualmente, gli scienziati stanno cercando modi per utilizzare l'energia solare ed eolica, il combustibile nucleare per sostituire completamente il petrolio. L'idrogeno è il carburante più promettente del futuro. Ridurre l'uso del petrolio nell'ingegneria termoelettrica è la via non solo per un suo uso più razionale, ma anche per la conservazione di questa materia prima per le generazioni future. Le materie prime a base di idrocarburi dovrebbero essere utilizzate solo nell'industria di trasformazione per ottenere una varietà di prodotti. Purtroppo la situazione non sta ancora cambiando e fino al 94% dell'olio prodotto viene utilizzato come combustibile. D. I. Mendeleev disse saggiamente: "Bruciare l'olio è come riscaldare la fornace con le banconote".

Le principali fonti naturali di idrocarburi sono petrolio, gas, carbone. La maggior parte delle sostanze della chimica organica sono isolate da esse. Ulteriori informazioni su questa classe di sostanze organiche sono discusse di seguito.

Composizione dei minerali

Gli idrocarburi sono la classe più ampia di sostanze organiche. Questi includono classi di composti aciclici (lineari) e ciclici. Esistono idrocarburi saturi (limitanti) e insaturi (insaturi).

Gli idrocarburi saturi includono composti con legami singoli:

• alcani- collegamenti di linea;
• cicloalcani- sostanze cicliche.

Gli idrocarburi insaturi includono sostanze con legami multipli:

• alcheni- contengono un doppio legame;
• alchini- contengono un triplo legame;
• alcadieni- comprende due doppi legami.

Separatamente si distingue una classe di areni o idrocarburi aromatici contenenti un anello benzenico.

Riso. 1. Classificazione degli idrocarburi.

Gli idrocarburi gassosi e liquidi sono isolati dai minerali. La tabella descrive più dettagliatamente le fonti naturali di idrocarburi.

Una fonte	tipi
		Alcani, cicloalcani, areni, ossigeno, azoto, composti solforati
	naturale: una miscela di gas che si trova in natura; associato - una miscela gassosa disciolta in olio o situata sopra di essa	Metano con impurità (non più del 5%): propano, butano, anidride carbonica, azoto, acido solfidrico, vapore acqueo. Il gas naturale contiene più metano del gas associato
	antracite - include il 95% di carbonio; pietra: contiene il 99% di carbonio; marrone - 72% di carbonio	Carbonio, idrogeno, zolfo, azoto, ossigeno, idrocarburi

Ogni anno in Russia vengono prodotti più di 600 miliardi di m 3 di gas, 500 milioni di tonnellate di petrolio e 300 milioni di tonnellate di carbone.

Raccolta differenziata

I minerali sono utilizzati in una forma elaborata. Il carbon fossile viene calcinato senza accesso all'ossigeno (processo di cokefazione) per isolare diverse frazioni:

• cokeria a gas- una miscela di metano, ossidi di carbonio (II) e (IV), ammoniaca, azoto;
• catrame di carbone- una miscela di benzene, suoi omologhi, fenolo, areni, composti eterociclici;
• acqua ammoniacale- una miscela di ammoniaca, fenolo, acido solfidrico;
• Coca Cola- il prodotto finale della cokeria contenente carbonio puro.

Riso. 2. Cokeria.

Uno dei rami principali dell'industria mondiale è la raffinazione del petrolio. L'olio estratto dalle viscere della terra è chiamato grezzo. È in elaborazione. Per prima cosa viene effettuata la purificazione meccanica dalle impurità, quindi l'olio purificato viene distillato per ottenere varie frazioni. La tabella descrive le principali frazioni di olio.

Frazione	Composizione	Cosa ottengono
	Alcani gassosi dal metano al butano
Benzina	Alcani da pentano (C 5 H 12) a undecano (C 11 H 24)	Benzina, eteri
Nafta	Alcani da ottano (C 8 H 18) a tetradecano (C 14 H 30)	Nafta (benzina pesante)
Cherosene
diesel	Alcani da tridecano (C 13 H 28) a nonadecano (C 19 H 36)
	Alcani da pentadecano (C 15 H 32) a pentacontano (C 50 H 102)	Oli lubrificanti, vaselina, bitume, paraffina, catrame

Riso. 3. Distillazione dell'olio.

Gli idrocarburi sono usati per produrre plastica, fibre, medicinali. Metano e propano sono usati come combustibili domestici. Il coke è utilizzato nella produzione di ferro e acciaio. L'acido nitrico, l'ammoniaca, i fertilizzanti sono prodotti dall'acqua di ammoniaca. Il catrame è usato nelle costruzioni.

Cosa abbiamo imparato?

Dall'argomento della lezione, abbiamo imparato da quali fonti naturali vengono isolati gli idrocarburi. Petrolio, carbone, gas naturali e associati sono usati come materie prime per i composti organici. I minerali vengono purificati e suddivisi in frazioni, da cui si ottengono sostanze idonee alla produzione o all'uso diretto. I combustibili liquidi e gli oli sono prodotti dal petrolio. I gas contengono metano, propano, butano utilizzati come combustibili domestici. Dal carbone vengono isolate materie prime liquide e solide per la produzione di leghe, fertilizzanti e medicinali.

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Le fonti naturali di idrocarburi sono combustibili fossili - petrolio e

gas, carbone e torba. I giacimenti di greggio e gas sorsero 100-200 milioni di anni fa

indietro da piante e animali marini microscopici che si sono rivelati essere

compreso nelle rocce sedimentarie formate sul fondo del mare, Diversamente

che carbone e torba iniziarono a formarsi 340 milioni di anni fa dalle piante,

cresce sulla terraferma.

Il gas naturale e il petrolio greggio si trovano solitamente insieme all'acqua

strati oleosi situati tra strati di rocce (Fig. 2). Termine

"gas naturale" si applica anche ai gas che si formano in natura

condizioni a seguito della decomposizione del carbone. Gas naturale e petrolio greggio

sviluppato in tutti i continenti tranne l'Antartide. il più grande

produttori di gas naturale nel mondo sono Russia, Algeria, Iran e

Stati Uniti. I maggiori produttori di petrolio greggio sono

Venezuela, Arabia Saudita, Kuwait e Iran.

Il gas naturale è costituito principalmente da metano (Tabella 1).

Il petrolio greggio è un liquido oleoso, il cui colore può

essere il più vario - dal marrone scuro o verde a quasi

incolore. Contiene un gran numero di alcani. Tra loro ci sono

alcani a catena lineare, alcani ramificati e cicloalcani con il numero di atomi

carbonio da cinque a 40. Il nome industriale di questi cicloalcani è numerato. IN

il greggio, inoltre, contiene circa il 10% di aromatico

idrocarburi, nonché una piccola quantità di altri composti contenenti

zolfo, ossigeno e azoto.

Tabella 1 Composizione del gas naturale

Il carbone è fonte antica energia con cui hai familiarità

umanità. È un minerale (Fig. 3), che è stato formato da

materia vegetale durante il metamorfismo. Metamorfico

chiamate rocce, la cui composizione ha subito cambiamenti di condizioni

alte pressioni e alte temperature. Il prodotto della prima fase in

processo di formazione del carbone è la torba, che è

materia organica decomposta. Il carbone è formato dalla torba dopo

è ricoperta di rocce sedimentarie. Queste rocce sedimentarie sono chiamate

sovraccarico. Le precipitazioni sovraccariche riducono il contenuto di umidità della torba.

Nella classificazione dei carboni vengono utilizzati tre criteri: purezza (determinata da

contenuto di carbonio relativo in percentuale); tipo (definito

la composizione della materia vegetale originaria); grado (a seconda

grado di metamorfismo).

Tabella 2 Contenuto di carbonio in alcuni tipi di combustibili e loro potere calorifico

capacità

I carboni fossili di grado più basso sono lignite e

lignite (Tabella 2). Sono i più vicini alla torba e sono caratterizzati da relativamente

caratterizzato da un contenuto di umidità inferiore ed è ampiamente utilizzato in

industria. Il tipo di carbone più secco e più duro è l'antracite. La sua

utilizzato per il riscaldamento e la cucina della casa.

IN Ultimamente Grazie ai progressi tecnologici, sempre di più

gassificazione economica del carbone. I prodotti di gassificazione del carbone includono

monossido di carbonio, anidride carbonica, idrogeno, metano e azoto. Sono usati in

come combustibile gassoso o come materia prima per la produzione di vari

prodotti chimici e fertilizzanti.

Il carbone, come discusso di seguito, è un'importante fonte di materie prime per

composti aromatici. Il carbone rappresenta

una miscela complessa sostanze chimiche contenente carbonio,

idrogeno e ossigeno, nonché piccole quantità di azoto, zolfo e altre impurità

elementi. Inoltre, la composizione del carbone, a seconda del suo grado, include

quantità diversa umidità e vari minerali.

Gli idrocarburi si trovano naturalmente non solo nei combustibili fossili, ma anche nei combustibili fossili

in alcuni materiali di origine biologica. gomma naturale

è un esempio di polimero idrocarburico naturale. molecola di gomma

è costituito da migliaia di unità strutturali, che sono metilbuta-1,3-diene

(isoprene);

gomma naturale. Circa il 90% di gomma naturale, che

attualmente estratto in tutto il mondo, ottenuto dal brasiliano

albero della gomma Hevea brasiliensis, coltivato principalmente in

paesi equatoriali dell'Asia. La linfa di questo albero, che è il lattice

(una soluzione acquosa colloidale di polimero), raccolto da incisioni fatte con un coltello

abbaiare. Il lattice contiene circa il 30% di gomma. I suoi piccoli pezzi

sospeso in acqua. Il succo viene versato in contenitori di alluminio, dove viene aggiunto acido,

facendo coagulare la gomma.

Molti altri composti naturali contengono anche isoprene strutturale

frammenti. Ad esempio, il limonene contiene due porzioni di isoprene. Limonene

è il componente principale degli oli estratti dalla buccia degli agrumi,

come limoni e arance. Questa connessione appartiene alla classe delle connessioni,

chiamati terpeni. I terpeni contengono 10 atomi di carbonio nelle loro molecole (C

10-composti) e includono due frammenti di isoprene collegati tra loro

l'altro in sequenza ("testa a coda"). Composti con quattro isoprene

i frammenti (composti C 20) sono chiamati diterpeni e con sei

frammenti di isoprene - triterpeni (composti C 30). Squalene

trovato nell'olio di fegato di squalo è un triterpene.

I tetraterpeni (composti C 40) contengono otto isoprene

frammenti. I tetraterpeni si trovano nei pigmenti dei grassi vegetali e animali.

origine. La loro colorazione è dovuta alla presenza di un lungo sistema coniugato

doppi legami. Ad esempio, il β-carotene è responsabile della caratteristica arancia

colorazione delle carote.

Tecnologia di lavorazione del petrolio e del carbone

IN fine XIX in. sotto l'influenza dei progressi nel campo dell'ingegneria termica, dei trasporti, dell'ingegneria, dell'esercito e di una serie di altri settori, la domanda è aumentata incommensurabilmente ed è emersa un'urgente necessità di nuovi tipi di combustibili e prodotti chimici.

In questo momento, l'industria della raffinazione del petrolio è nata e ha progredito rapidamente. Un enorme impulso allo sviluppo dell'industria della raffinazione del petrolio è stato dato dall'invenzione e dalla rapida diffusione del motore a combustione interna funzionante con prodotti petroliferi. Anche la tecnica di lavorazione del carbone, che non è solo una delle principali tipologie di combustibile, ma, che è particolarmente degna di nota, è diventata una materia prima essenziale per l'industria chimica nel periodo in esame, ha avuto un forte sviluppo. Un ruolo importante in questa materia apparteneva alla chimica del coke. Le cokerie, che in precedenza fornivano coke alla metallurgia ferrosa, si sono trasformate in imprese chimiche di coke, che, inoltre, producevano una serie di preziosi prodotti chimici: gas di cokeria, benzene grezzo, catrame di carbone e ammoniaca.

La produzione di sostanze e materiali organici sintetici iniziò a svilupparsi sulla base di prodotti di raffinazione del petrolio e del carbone. Sono ampiamente utilizzati come materie prime e semilavorati in vari rami dell'industria chimica.

Biglietto numero 10

Composti contenenti solo atomi di carbonio e idrogeno.

Gli idrocarburi si dividono in ciclici (composti carbociclici) e aciclici.

I composti ciclici (carbociclici) sono chiamati composti che includono uno o più cicli costituiti solo da atomi di carbonio (al contrario dei composti eterociclici contenenti eteroatomi - azoto, zolfo, ossigeno, ecc.). I composti carbociclici, a loro volta, si dividono in composti aromatici e non aromatici (aliciclici).

Gli idrocarburi aciclici includono composti organici il cui scheletro di carbonio delle molecole è catene aperte.

Queste catene possono essere formate da legami singoli (al-cani), contenere un doppio legame (alcheni), due o più doppi legami (dieni o polieni), un triplo legame (alchini).

Come sapete, le catene di carbonio fanno parte della maggior parte delle sostanze organiche. Pertanto, lo studio degli idrocarburi è di particolare importanza, poiché questi composti sono la base strutturale di altre classi di composti organici.

Inoltre, gli idrocarburi, in particolare gli alcani, sono le principali fonti naturali di composti organici e la base delle più importanti sintesi industriali e di laboratorio (Schema 1).

Sapete già che gli idrocarburi sono la materia prima più importante per l'industria chimica. A loro volta, gli idrocarburi sono abbastanza diffusi in natura e possono essere isolati da diverse fonti naturali: petrolio, petrolio associato e gas naturale, carbone. Consideriamoli più in dettaglio.

Il petrolio- una miscela naturale complessa di idrocarburi, principalmente alcani lineari e ramificati, contenente da 5 a 50 atomi di carbonio in molecole, con altre sostanze organiche. La sua composizione dipende in modo significativo dal luogo di produzione (deposito), può contenere, oltre agli alcani, cicloalcani e idrocarburi aromatici.

I componenti gassosi e solidi dell'olio vengono disciolti nei suoi componenti liquidi, che ne determinano lo stato di aggregazione. L'olio è un liquido oleoso di colore scuro (dal marrone al nero) con un odore caratteristico, insolubile in acqua. La sua densità è inferiore a quella dell'acqua, quindi, entrando al suo interno, l'olio si diffonde sulla superficie, impedendo la dissoluzione dell'ossigeno e di altri gas dell'aria nell'acqua. Ovviamente, entrando nei corpi idrici naturali, il petrolio provoca la morte di microrganismi e animali, provocando disastri ambientali e persino catastrofi. Esistono batteri che possono utilizzare i componenti dell'olio come alimento, convertendolo in prodotti innocui della loro attività vitale. È chiaro che l'uso di colture di questi batteri è il modo più sicuro e promettente per l'ambiente per combattere l'inquinamento da petrolio nel processo di produzione, trasporto e lavorazione.

In natura, il petrolio e il gas di petrolio associato, di cui parleremo di seguito, riempiono le cavità interne della terra. Essendo una miscela di varie sostanze, l'olio non ha un punto di ebollizione costante. È chiaro che ciascuno dei suoi componenti conserva le sue caratteristiche individuali nella miscela. Proprietà fisiche, che permette di separare l'olio nei suoi componenti. Per fare ciò, viene purificato dalle impurità meccaniche, composti contenenti zolfo e sottoposto alla cosiddetta distillazione frazionata, o rettifica.

La distillazione frazionata è un metodo fisico per separare una miscela di componenti con diversi punti di ebollizione.

La distillazione viene eseguita in installazioni speciali - colonne di distillazione, in cui si ripetono i cicli di condensazione ed evaporazione delle sostanze liquide contenute nell'olio (Fig. 9).

I vapori formatisi durante l'ebollizione di una miscela di sostanze sono arricchiti con una componente a ebollizione più leggera (cioè a temperatura più bassa). Questi vapori vengono raccolti, condensati (raffreddati al di sotto del punto di ebollizione) e riportati ad ebollizione. In questo caso si formano vapori ancora più arricchiti da una sostanza bassobollente. Con la ripetizione ripetuta di questi cicli è possibile ottenere una separazione quasi completa delle sostanze contenute nella miscela.

La colonna di distillazione riceve olio riscaldato in un forno tubolare ad una temperatura di 320-350 °C. La colonna di distillazione ha partizioni orizzontali con fori - le cosiddette piastre, su cui condensano le frazioni di olio. Su quelle superiori si accumulano frazioni leggermente bollenti, su quelle inferiori le frazioni altobollenti.

Nel processo di rettifica, l'olio è suddiviso nelle seguenti frazioni:

Gas di rettifica - una miscela di idrocarburi a basso peso molecolare, principalmente propano e butano, con un punto di ebollizione fino a 40 ° C;

Frazione di benzina (benzina) - idrocarburi di composizione da C 5 H 12 a C 11 H 24 (punto di ebollizione 40-200 ° C); con una separazione più fine di questa frazione si ottengono benzina (etere di petrolio, 40-70°C) e benzina (70-120°C);

Frazione nafta - idrocarburi di composizione da C8H18 a C14H30 (punto di ebollizione 150-250 ° C);

Frazione cherosene - idrocarburi di composizione da C12H26 a C18H38 (punto di ebollizione 180-300 ° C);

Gasolio - idrocarburi di composizione da C13H28 a C19H36 (punto di ebollizione 200-350 ° C).

Residuo di distillazione dell'olio - olio combustibile- contiene idrocarburi con un numero di atomi di carbonio da 18 a 50. La distillazione a pressione ridotta da olio combustibile produce olio solare (C18H28-C25H52), oli lubrificanti (C28H58-C38H78), vaselina e paraffina - miscele fusibili di idrocarburi solidi. I residui solidi della distillazione dell'olio combustibile - catrame e suoi prodotti di lavorazione - bitume e asfalto sono utilizzati per la fabbricazione di manti stradali.

I prodotti ottenuti come risultato della rettifica dell'olio sono sottoposti a un trattamento chimico, che comprende una serie di processi complessi. Uno di questi è il cracking dei prodotti petroliferi. Sai già che l'olio combustibile viene separato in componenti a pressione ridotta. Ciò è spiegato dal fatto che a pressione atmosferica i suoi costituenti iniziano a decomporsi prima di raggiungere il punto di ebollizione. Questo è ciò che sta alla base del cracking.

Incrinarsi - decomposizione termica dei prodotti petroliferi, che porta alla formazione di idrocarburi con un minor numero di atomi di carbonio nella molecola.

Esistono diversi tipi di cracking: cracking termico, catalitico, cracking alta pressione, cracking riduttivo.

Il cracking termico consiste nella scissione di molecole di idrocarburi con una lunga catena di carbonio in molecole più corte sotto l'influenza dell'alta temperatura (470-550 ° C). Nel processo di questa scissione, insieme agli alcani, si formano gli alcheni.

IN vista generale questa reazione può essere scritta come segue:

C n H 2n+2 -> C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k
alcano alcano alchene
catena lunga

Gli idrocarburi risultanti possono nuovamente subire il cracking per formare alcani e alcheni con una catena ancora più corta di atomi di carbonio nella molecola:

Durante il cracking termico convenzionale si formano molti idrocarburi gassosi a basso peso molecolare, che possono essere utilizzati come materie prime per la produzione di alcoli, acidi carbossilici e composti ad alto peso molecolare (ad esempio polietilene).

cracking catalitico avviene in presenza di catalizzatori, che vengono utilizzati come alluminosilicati naturali della composizione

L'implementazione del cracking mediante catalizzatori porta alla formazione di idrocarburi aventi una catena ramificata o chiusa di atomi di carbonio nella molecola. Il contenuto di idrocarburi di una tale struttura nel carburante per motori migliora significativamente la sua qualità, principalmente la resistenza agli urti: il numero di ottani della benzina.

Il cracking dei prodotti petroliferi procede ad alte temperature, quindi spesso si formano depositi di carbonio (fuliggine), contaminando la superficie del catalizzatore, riducendo drasticamente la sua attività.

La pulizia della superficie del catalizzatore dai depositi di carbonio - la sua rigenerazione - è la condizione principale per l'implementazione pratica del cracking catalitico. Il modo più semplice ed economico per rigenerare un catalizzatore è la sua tostatura, durante la quale i depositi di carbonio vengono ossidati dall'ossigeno atmosferico. I prodotti gassosi di ossidazione (principalmente anidride carbonica e anidride solforosa) vengono rimossi dalla superficie del catalizzatore.

Il cracking catalitico è un processo eterogeneo che coinvolge sostanze solide (catalizzatori) e gassose (vapori di idrocarburi). È ovvio che anche la rigenerazione del catalizzatore - l'interazione dei depositi solidi con l'ossigeno atmosferico - è un processo eterogeneo.

reazioni eterogenee(gas - solido) scorre più velocemente all'aumentare della superficie del solido. Pertanto, il catalizzatore viene frantumato e la sua rigenerazione e cracking degli idrocarburi viene effettuata in un "letto fluido", a voi familiare dalla produzione di acido solforico.

La materia prima di cracking, come il gasolio, entra nel reattore conico. La parte inferiore del reattore ha un diametro più piccolo, quindi la portata del vapore di alimentazione è molto elevata. Il gas in movimento ad alta velocità cattura le particelle di catalizzatore e le trasporta nella parte superiore del reattore, dove, a causa dell'aumento del suo diametro, la portata diminuisce. Sotto l'azione della gravità, le particelle di catalizzatore cadono nella parte inferiore e più stretta del reattore, da dove vengono nuovamente trasportate verso l'alto. Pertanto, ogni granello del catalizzatore è in costante movimento e viene lavato da tutti i lati da un reagente gassoso.

Alcuni granuli di catalizzatore entrano nella parte esterna e più ampia del reattore e, senza incontrare resistenza al flusso di gas, affondano nella parte inferiore, dove vengono raccolti dal flusso di gas e portati al rigeneratore. Anche lì, nella modalità "letto fluido", il catalizzatore viene bruciato e restituito al reattore.

Pertanto, il catalizzatore circola tra il reattore e il rigeneratore e da essi vengono rimossi i prodotti gassosi del cracking e della tostatura.

L'uso di catalizzatori di cracking consente di aumentare leggermente la velocità di reazione, ridurne la temperatura e migliorare la qualità dei prodotti crackizzati.

Gli idrocarburi ottenuti dalla frazione benzina hanno principalmente una struttura lineare, che porta ad una bassa resistenza all'urto della benzina ottenuta.

Considereremo più avanti il ​​concetto di "resistenza ai colpi", per ora notiamo solo che gli idrocarburi con molecole ramificate hanno una resistenza alla detonazione molto maggiore. È possibile aumentare la proporzione di idrocarburi ramificati isomerici nella miscela formata durante il cracking aggiungendo catalizzatori di isomerizzazione al sistema.

I giacimenti petroliferi contengono, di norma, grandi accumuli del cosiddetto gas di petrolio associato, che viene raccolto al di sopra del petrolio in la crosta terrestre e si dissolve parzialmente in esso sotto la pressione delle rocce sovrastanti. Come il petrolio, il gas di petrolio associato è una preziosa fonte naturale di idrocarburi. Contiene principalmente alcani, che hanno da 1 a 6 atomi di carbonio nelle loro molecole. Ovviamente, la composizione del gas di petrolio associato è molto più povera del petrolio. Tuttavia, nonostante ciò, è anche ampiamente utilizzato sia come combustibile che come materia prima per l'industria chimica. Fino a pochi decenni fa, nella maggior parte dei giacimenti petroliferi, il gas di petrolio associato veniva bruciato come inutile aggiunta al petrolio. Attualmente, ad esempio, a Surgut, la più ricca dispensa di petrolio della Russia, l'elettricità più economica del mondo viene generata utilizzando il gas di petrolio associato come combustibile.

Come già notato, il gas di petrolio associato è più ricco di composizione in vari idrocarburi rispetto al gas naturale. Dividendoli in frazioni, si ottengono:

Benzina naturale - una miscela altamente volatile composta principalmente da lentano ed esano;

Miscela propano-butano, costituita, come suggerisce il nome, da propano e butano e si trasforma facilmente in uno stato liquido all'aumentare della pressione;

Gas secco: una miscela contenente principalmente metano ed etano.

La benzina naturale, essendo una miscela di componenti volatili di piccolo peso molecolare, evapora bene anche a basse temperature. Ciò consente di utilizzare la benzina a gas come carburante per motori a combustione interna nell'estremo nord e come additivo al carburante per motori, facilitando l'avviamento dei motori in condizioni invernali.

Una miscela di propano-butano sotto forma di gas liquefatto viene utilizzata come combustibile domestico (bombole di gas a te familiari nel paese) e per il riempimento di accendini. La graduale transizione del trasporto su strada al gas liquefatto è uno dei modi principali per superare la crisi globale dei combustibili e risolvere i problemi ambientali.

Anche il gas secco, di composizione simile al gas naturale, è ampiamente utilizzato come combustibile.

Tuttavia, l'uso del gas di petrolio associato e dei suoi componenti come combustibile è tutt'altro che il modo più promettente per usarlo.

È molto più efficiente utilizzare i componenti del gas di petrolio associati come materia prima per la produzione chimica. Idrogeno, acetilene, idrocarburi insaturi e aromatici e loro derivati ​​sono ottenuti da alcani, che fanno parte del gas di petrolio associato.

Gli idrocarburi gassosi non solo possono accompagnare il petrolio nella crosta terrestre, ma possono anche formare accumuli indipendenti: depositi di gas naturale.

Gas naturale - una miscela di idrocarburi saturi gassosi a basso peso molecolare. Il principale componente del gas naturale è il metano, la cui quota, a seconda del campo, varia dal 75 al 99% in volume. Oltre al metano, il gas naturale contiene etano, propano, butano e isobutano, nonché azoto e anidride carbonica.

Come il gas di petrolio associato, il gas naturale viene utilizzato sia come combustibile che come materia prima per la produzione di varie sostanze organiche e inorganiche. Sapete già che dal metano, il principale componente del gas naturale, si ottengono idrogeno, acetilene e alcol metilico, formaldeide e acido formico, e molte altre sostanze organiche. Come combustibile, il gas naturale viene utilizzato nelle centrali elettriche, negli impianti di caldaie per il riscaldamento dell'acqua di edifici residenziali e industriali, negli altiforni e nella produzione a focolare aperto. Accendendo un fiammifero e accendendo il gas nella cucina dei fornelli a gas di una casa di città, si "avvia" una reazione a catena di ossidazione degli alcani che fanno parte del gas naturale. , Oltre all'olio, naturale e associato gas petroliferi, la fonte naturale di idrocarburi è il carbone. 0n forma potenti strati nelle viscere della terra, le sue riserve esplorate superano significativamente le riserve di petrolio. Come il petrolio, il carbone contiene una grande quantità di varie sostanze organiche. Oltre all'organico, include anche sostanze inorganiche, come acqua, ammoniaca, acido solfidrico e, naturalmente, il carbonio stesso: il carbone. Uno dei modi principali di lavorazione del carbone è il coke: la calcinazione senza accesso all'aria. Come risultato della cokefazione, che viene effettuata ad una temperatura di circa 1000 ° C, si formano:

Gas di cokeria, che comprende idrogeno, metano, monossido di carbonio e anidride carbonica, impurità di ammoniaca, azoto e altri gas;
catrame di carbone contenente diverse centinaia di diverse sostanze organiche, tra cui benzene e suoi omologhi, alcoli fenolici e aromatici, naftalene e vari composti eterociclici;
supra-tar, o acqua ammoniacale, contenente, come suggerisce il nome, ammoniaca disciolta, oltre a fenolo, acido solfidrico e altre sostanze;
coke - residuo solido di coke, carbonio quasi puro.

coca cola usata nella produzione di ferro e acciaio, ammoniaca - nella produzione di azoto e fertilizzanti combinati e l'importanza dei prodotti di cokeria organici difficilmente possono essere sopravvalutati.

Così, associati al petrolio e ai gas naturali, il carbone non sono solo le fonti più preziose di idrocarburi, ma fanno anche parte della dispensa unica di insostituibili risorse naturali, il cui uso attento e ragionevole è condizione necessaria per il progressivo sviluppo della società umana.

1. Elencare le principali fonti naturali di idrocarburi. Quali sostanze organiche sono incluse in ciascuna di esse? Cosa hanno in comune?

2. Descrivi le proprietà fisiche dell'olio. Perché non ha un punto di ebollizione costante?

3. Dopo aver riassunto i resoconti dei media, descrivere i disastri ambientali causati dalla fuoriuscita di petrolio e come superarne le conseguenze.

4. Che cos'è la rettifica? Su cosa si basa questo processo? Denominare le frazioni ottenute a seguito della rettifica dell'olio. In che modo differiscono l'uno dall'altro?

5. Cos'è il cracking? Fornisci le equazioni di tre reazioni corrispondenti al cracking dei prodotti petroliferi.

6. Quali tipi di crack conosci? Cosa hanno in comune questi processi? In che modo differiscono l'uno dall'altro? Qual è la differenza fondamentale tra i diversi tipi di prodotti crackizzati?

7. Perché il gas di petrolio associato è chiamato così? Quali sono i suoi componenti principali e i loro usi?

8. In che cosa differisce il gas naturale dal gas di petrolio associato? Cosa hanno in comune? Fornisci le equazioni delle reazioni di combustione di tutti i componenti del gas di petrolio associato a te noti.

9. Fornire le equazioni di reazione che possono essere utilizzate per ottenere il benzene dal gas naturale. Specificare le condizioni per queste reazioni.

10. Che cos'è il coke? Quali sono i suoi prodotti e la loro composizione? Fornisci le equazioni delle reazioni tipiche dei prodotti della cokefazione del carbone a te noti.

11. Spiega perché bruciare petrolio, carbone e gas di petrolio associato è tutt'altro che il modo più razionale per utilizzarli.

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