Hiromantia 

Looduslikud süsivesinike allikad. Nafta rafineerimine Looduslikud süsivesinike allikad kivisüsi

Kõige olulisemad looduslikud süsivesinike allikad on õli , maagaas Ja kivisüsi . Nad moodustavad rikkalikke ladestusi erinevates Maa piirkondades.

Varem kasutati kaevandatud loodustooteid eranditult kütusena. Praeguseks on välja töötatud ja laialdaselt kasutusel meetodid nende töötlemiseks, mis võimaldavad eraldada väärtuslikke süsivesinikke, mida kasutatakse nii kvaliteetse kütusena kui ka erinevate orgaaniliste sünteeside toorainena. Töötleb looduslikke tooraineallikaid naftakeemiatööstus . Vaatame looduslike süsivesinike töötlemise peamisi meetodeid.

Kõige väärtuslikum loodusliku tooraine allikas on õli . See on iseloomuliku lõhnaga tumepruuni või musta värvi õline vedelik, mis praktiliselt ei lahustu vees. Õli tihedus on 0,73–0,97 g/cm3. Nafta on mitmesuguste vedelate süsivesinike segu, milles on lahustunud gaasilised ja tahked süsivesinikud ning erinevatest väljadest pärit õli koostis võib erineda. Alkaane, tsükloalkaane, aromaatseid süsivesinikke, aga ka hapnikku, väävlit ja lämmastikku sisaldavaid orgaanilisi ühendeid võib õlis esineda erinevas vahekorras.

Toornafta praktiliselt ei kasutata, vaid töödeldakse.

Eristama esmane nafta rafineerimine (destilleerimine ), st. jagades selle erineva keemistemperatuuriga fraktsioonideks ja ringlussevõtt (pragunemine ), mille käigus muudetakse süsivesinike struktuuri

selle koosseisu kuuluvad dovid.

Esmane nafta rafineerimine põhineb asjaolul, et mida kõrgem on süsivesinike keemispunkt, seda suurem on nende molaarmass. Õli sisaldab ühendeid, mille keemistemperatuur on 30–550 °C. Destilleerimise tulemusena jagatakse õli fraktsioonideks, mis keevad erinevatel temperatuuridel ja sisaldavad erineva molaarmassiga süsivesinike segusid. Nendel fraktsioonidel on mitmesuguseid kasutusviise (vt tabel 10.2).

Tabel 10.2. Nafta esmase rafineerimise tooted.

Murd Keemistemperatuur, °C Ühend Rakendus
Veeldatud gaas <30 Süsivesinikud C 3 - C 4 Gaaskütused, keemiatööstuse tooraine
Bensiin 40-200 Süsivesinikud C 5 – C 9 Lennuki- ja autokütus, lahusti
Tööstusbensiin 150-250 Süsivesinikud C 9 – C 12 Diislikütus, lahusti
Petrooleum 180-300 Süsivesinikud C 9-C 16 Diiselmootorite kütus, majapidamiskütus, valgustuskütus
Gaasiõli 250-360 Süsivesinikud C 12-C 35 Diislikütus, katalüütilise krakkimise lähteaine
Kütteõli > 360 Kõrgemad süsivesinikud, O-, N-, S-, Me-sisaldavad ained Kütus katlajaamadele ja tööstuslikele ahjudele, tooraine edasiseks destilleerimiseks

Kütteõli moodustab umbes poole õli massist. Seetõttu töödeldakse seda ka termiliselt. Lagunemise vältimiseks destilleeritakse kütteõli alandatud rõhul. Sel juhul saadakse mitu fraktsiooni: vedelad süsivesinikud, mida kasutatakse kui määrdeõlid ; vedelate ja tahkete süsivesinike segu - vaseliin , kasutatakse salvide valmistamisel; tahkete süsivesinike segu - parafiin , kasutatakse kingakreemi, küünalde, tikkude ja pliiatsite tootmiseks, samuti puidu immutamiseks; mittelenduvad jäägid - tõrva , mida kasutatakse teede-, ehitus- ja katusebituumeni tootmiseks.

Õli taaskasutus hõlmab keemilisi reaktsioone, mis muudavad süsivesinike koostist ja keemilist struktuuri. Selle mitmekesisus on

ty – termiline krakkimine, katalüütiline krakkimine, katalüütiline reformimine.

Termiline pragunemine tavaliselt alluvad kütteõlile ja muudele rasketele õlifraktsioonidele. Temperatuuril 450–550 °C ja rõhul 2–7 MPa lõhustuvad süsivesinike molekulid vabade radikaalide mehhanismi toimel väiksema süsinikuaatomite arvuga fragmentideks ning tekivad küllastunud ja küllastumata ühendid:

S 16 H 34 ¾® S 8 H 18 + S 8 H 16

C8H18¾®C4H10 +C4H8

Seda meetodit kasutatakse mootoribensiini saamiseks.

Katalüütiline krakkimine viiakse läbi katalüsaatorite (tavaliselt alumiiniumsilikaatide) juuresolekul atmosfäärirõhul ja temperatuuril 550–600 °C. Samal ajal toodetakse lennukibensiini petrooleumi ja nafta gaasiõli fraktsioonidest.

Süsivesinike lagunemine alumosilikaatide juuresolekul toimub ioonmehhanismi järgi ja sellega kaasneb isomerisatsioon, s.t. hargnenud süsiniku karkassiga küllastunud ja küllastumata süsivesinike segu moodustumine, näiteks:

CH3CH3CH3CH3CH3

kass., t||

C16H34¾¾® CH3-C-C-CH3 + CH3-C = C-CH-CH3

Katalüütiline reformimine teostatakse temperatuuril 470–540 °C ja rõhul 1–5 MPa, kasutades Al 2 O 3 alusele sadestatud plaatina või plaatina-reeniumi katalüsaatoreid. Nendel tingimustel toimub parafiinide muundumine ja

tsükloparafiinid nafta aromaatseteks süsivesinikeks


kass., t, lk

¾¾¾¾® + 3Н 2


kass., t, lk

C6H14¾¾¾¾® + 4H2

Katalüütilised protsessid võimaldavad saada parema kvaliteediga bensiini tänu suurele hargnenud ja aromaatsete süsivesinike sisaldusele. Bensiini kvaliteeti iseloomustab selle oktaanarv. Mida rohkem kütuse ja õhu segu kolvid kokku suruvad, seda suurem on mootori võimsus. Kuid kokkusurumist saab läbi viia ainult teatud piirini, millest kõrgemal toimub detonatsioon (plahvatus).

gaasisegu, mis põhjustab mootori ülekuumenemist ja enneaegset kulumist. Tavalistel parafiinidel on madalaim detonatsioonikindlus. Keti pikkuse vähenemisega, selle hargnemise ja kahekordsete arvu suurenemisega

See suurendab ühenduste arvu; selles on eriti palju aromaatseid süsivesinikke

enne sünnitust. Erinevat tüüpi bensiini detonatsioonikindluse hindamiseks võrreldakse neid segu sarnaste näitajatega isooktaan Ja n-hep-tana erinevate komponentide vahekordadega; Oktaanarv on võrdne isooktaani protsendiga selles segus. Mida kõrgem see on, seda kõrgem on bensiini kvaliteet. Oktaanarvu saab suurendada ka spetsiaalsete dekoputusvastaste ainete lisamisega, näiteks tetraetüülplii Pb(C 2 H 5) 4 aga on selline bensiin ja selle põlemissaadused mürgised.

Lisaks vedelkütusele tekivad katalüütiliste protsesside käigus madalama gaasiga süsivesinikud, mida seejärel kasutatakse orgaanilise sünteesi toorainena.

Teine oluline looduslik süsivesinike allikas, mille tähtsus pidevalt suureneb, on maagaas. See sisaldab kuni 98 mahuprotsenti metaani, 2–3 mahuprotsenti. selle lähimad homoloogid, samuti vesiniksulfiidi, lämmastiku, süsinikdioksiidi, väärisgaaside ja vee lisandid. Nafta tootmisel eralduvad gaasid ( mööduv ), sisaldavad vähem metaani, kuid rohkem selle homolooge.

Kütusena kasutatakse maagaasi. Lisaks eraldatakse sellest destilleerimise teel üksikud küllastunud süsivesinikud, samuti sünteesgaas , mis koosneb peamiselt CO-st ja vesinikust; neid kasutatakse erinevate orgaaniliste sünteeside toorainena.

Kaevandatakse suurtes kogustes kivisüsi – musta või hallikasmust värvi heterogeenne tahke materjal. See on mitmesuguste suure molekulmassiga ühendite kompleksne segu.

Kivisütt kasutatakse tahke kütusena ja seda ka töödeldakse koksistamine – kuivdestilleerimine ilma õhu juurdepääsuta temperatuuril 1000–1200 °C. Selle protsessi tulemusena moodustuvad: koks , mis on peeneks jahvatatud grafiit ja mida kasutatakse metallurgias redutseerijana; kivisöetõrv , mida destilleeritakse aromaatsete süsivesinike (benseen, tolueen, ksüleen, fenool jne) saamiseks ja helikõrgus kasutatakse katusepapi valmistamiseks; ammoniaagi vesi Ja koksiahju gaas , mis sisaldab umbes 60% vesinikku ja 25% metaani.

Seega pakuvad looduslikud süsivesinike allikad

keemiatööstus mitmekesise ja suhteliselt odava toorainega orgaaniliste sünteeside läbiviimiseks, mis võimaldab saada arvukalt looduses mitte leiduvaid, kuid inimesele vajalikke orgaanilisi ühendeid.

Põhilise orgaanilise ja naftakeemia sünteesi looduslike toorainete kasutamise üldise skeemi saab esitada järgmiselt.


Areenid Sünteesigaas Atsetüleen AlkeenidAlkaanid


Põhiline orgaaniline ja naftakeemiline süntees


Testiülesanded.

1222. Mis vahe on esmasel nafta rafineerimisel ja sekundaarsel rafineerimisel?

1223. Millised ühendid määravad kõrgekvaliteedilise bensiini?

1224. Soovitage meetodit, mis võimaldab saada õlist etüülalkoholi.

– koosneb (peamiselt) metaanist ja (väiksemates kogustes) selle lähimatest homoloogidest - etaanist, propaanist, butaanist, pentaanist, heksaanist jne; täheldatud seotud naftagaasis, st maagaasis, mida leidub looduses nafta kohal või mis on selles rõhu all lahustunud.

Õli

on õline tuleohtlik vedelik, mis koosneb alkaanidest, tsükloalkaanidest, areenidest (valdavalt), samuti hapnikku, lämmastikku ja väävlit sisaldavatest ühenditest.

Kivisüsi

– orgaanilise päritoluga tahkekütuse mineraal. See sisaldab vähe grafiiti ja palju keerulisi tsüklilisi ühendeid, sealhulgas elemente C, H, O, N ja S. Leitakse antratsiiti (peaaegu veevaba), kivisütt (-4% niiskust) ja pruunsütt (50-60% niiskust). Koksimismeetodit kasutades muudetakse kivisüsi süsivesinikeks (gaasiline, vedel ja tahke) ja koksiks (üsna puhas grafiit).

Söe koksimine

Söe kuumutamine ilma õhu juurdepääsuta temperatuurini 900–1050 ° C viib selle termilise lagunemiseni lenduvate saaduste (kivisöetõrv, ammoniaagivesi ja koksiahjugaas) ja tahke jäägi - koksi moodustumisega.

Peamised tooted: koks - 96-98% süsinikku; koksiahju gaas -60% vesinik, 25% metaan, 7% süsinikmonooksiid (II) jne.

Kõrvalsaadused: kivisöetõrv (benseen, tolueen), ammoniaak (koksiahju gaasist) jne.

Õli rafineerimine rektifikatsioonimeetodil

Eelrafineeritud õli destilleeritakse atmosfäärirõhul (või vaakum) pideva destilleerimise kolonnides teatud keemistemperatuuriga fraktsioonideks.

Peamised tooted: kerge ja raske bensiin, petrooleum, gaasiõli, määrdeõlid, kütteõli, tõrv.

Õli rafineerimine katalüütilise krakkimise teel

Tooraine: kõrge keemistemperatuuriga õlifraktsioonid (petrooleum, gaasiõli jne)

Abimaterjalid: katalüsaatorid (modifitseeritud alumiiniumsilikaadid).

Põhiline keemiline protsess: temperatuuril 500-600 °C ja rõhul 5·10 5 Pa süsivesinike molekulid jagunevad väiksemateks molekulideks, katalüütilise krakkimisega kaasnevad aromatiseerimis-, isomerisatsiooni- ja alküülimisreaktsioonid.

Tooted: madala keemistemperatuuriga süsivesinike segu (kütused, naftakeemia tooraine).

C 16. H 34 → C 8 H 18 + C 8 H 16
C8H18 → C4H10 + C4H8
C4H10 → C2H6 + C2H4

Ühendid, mis koosnevad ainult süsiniku ja vesiniku aatomitest.

Süsivesinikud jagunevad tsüklilisteks (karbotsüklilised ühendid) ja atsüklilisteks.

Tsüklilised (karbotsüklilised) on ühendid, mis sisaldavad ühte või mitut ainult süsinikuaatomitest koosnevat tsüklit (erinevalt heterotsüklilistest ühenditest, mis sisaldavad heteroaatomeid - lämmastik, väävel, hapnik jne). Karbotsüklilised ühendid jagunevad omakorda aromaatseteks ja mittearomaatseteks (alitsüklilisteks) ühenditeks.

Atsüklilised süsivesinikud hõlmavad orgaanilisi ühendeid, mille süsiniku skeleti molekulid on avatud ahelad.

Neid ahelaid võivad moodustada üksiksidemed (alkaanid), need võivad sisaldada ühte kaksiksidet (alkeene), kahte või enamat kaksiksidet (dieenid või polüeenid) või ühte kolmiksidet (alküünid).

Nagu teate, on süsinikuahelad osa enamikust orgaanilistest ainetest. Seega on süsivesinike uurimine eriti oluline, kuna need ühendid on teiste orgaaniliste ühendite klasside struktuurne alus.

Lisaks on süsivesinikud, eriti alkaanid, peamised looduslikud orgaaniliste ühendite allikad ning olulisemate tööstuslike ja laboratoorsete sünteeside aluseks (skeem 1).

Te juba teate, et süsivesinikud on keemiatööstuse kõige olulisem tooraine. Süsivesinikud on omakorda looduses üsna laialt levinud ja neid saab eraldada erinevatest looduslikest allikatest: nafta, sellega seotud nafta ja maagaas, kivisüsi. Vaatame neid lähemalt.

Õli- süsivesinike, peamiselt hargnemata ja hargnenud struktuuriga alkaanide looduslik komplekssegu, mis sisaldab molekulides 5–50 süsinikuaatomit, ja teiste orgaaniliste ainetega. Selle koostis sõltub oluliselt selle ekstraheerimiskohast (ladestusest), lisaks alkaanidele võib see sisaldada tsükloalkaane ja aromaatseid süsivesinikke.

Nafta gaasilised ja tahked komponendid lahustuvad selle vedelates komponentides, mis määrab selle agregatsiooni oleku. Õli on tumedat (pruunist mustani) värvi iseloomuliku lõhnaga õline vedelik, mis ei lahustu vees. Selle tihedus on väiksem kui vee tihedus, seetõttu levib õli sellesse sattudes üle pinna, takistades hapniku ja muude õhugaaside lahustumist vees. On ilmne, et kui nafta satub looduslikesse veekogudesse, põhjustab see mikroorganismide ja loomade surma, põhjustades keskkonnakatastroofe ja isegi katastroofe. On baktereid, mis võivad kasutada õlikomponente toiduna, muutes selle oma elutähtsa tegevuse kahjututeks toodeteks. On selge, et nende bakterite kultuuride kasutamine on keskkonnale kõige ohutum ja paljutõotavam viis nafta tootmisel, transportimisel ja rafineerimisel tekkiva keskkonnareostuse vastu võitlemiseks.

Looduses täidavad nafta ja sellega seotud naftagaas, millest tuleb juttu allpool, maa sisemuse õõnsusi. Erinevate ainete seguna ei ole õlil pidevat keemistemperatuuri. On selge, et iga selle komponent säilitab segus oma individuaalsed füüsikalised omadused, mis võimaldab eraldada õli selle komponentideks. Selleks puhastatakse see mehaanilistest lisanditest ja väävlit sisaldavatest ühenditest ning allutatakse nn fraktsioneerivale destilleerimisele ehk rektifikatsioonile.

Fraktsiooniline destilleerimine on füüsikaline meetod erineva keemistemperatuuriga komponentide segu eraldamiseks.

Destilleerimine toimub spetsiaalsetes seadmetes - destilleerimiskolonnides, milles korratakse õlis sisalduvate vedelate ainete kondenseerumis- ja aurustumistsükleid (joonis 9).

Ainete segu keemisel tekkivad aurud on rikastatud madalama keemistemperatuuriga (st madalama temperatuuriga) komponendiga. Need aurud kogutakse kokku, kondenseeritakse (jahutatakse alla keemistemperatuuri) ja lastakse uuesti keema. Sel juhul moodustuvad aurud, mis on veelgi rikastatud madala keemistemperatuuriga ainega. Neid tsükleid korduvalt korrates on võimalik saavutada segus sisalduvate ainete peaaegu täielik eraldumine.

Destillatsioonikolonni saab toruahjus temperatuurini 320-350 °C kuumutatud õli. Destilleerimiskolonnis on horisontaalsed aukudega vaheseinad - nn kandikud, millel toimub õlifraktsioonide kondenseerumine. Madala keemistemperatuuriga fraktsioonid kogunevad kõrgematele ja kõrge keemistemperatuuridega - madalamatele.

Rektifitseerimisprotsessi käigus jagatakse õli järgmisteks fraktsioonideks:

Rektifikatsioonigaasid on madala molekulmassiga süsivesinike, peamiselt propaani ja butaani segu, mille keemistemperatuur on kuni 40 °C;

Bensiinifraktsioon (bensiin) - süsivesinikud koostisega C5H12 kuni C11H24 (keemistemperatuur 40-200 °C); selle fraktsiooni peenemal eraldamisel saadakse bensiin (petrooleeter, 40-70 °C) ja bensiin (70-120 °C);

Tööstusbensiini fraktsioon - süsivesinikud koostisega C8H18 kuni C14H30 (keemistemperatuur 150-250 °C);

Petrooleumi fraktsioon - süsivesinikud koostisega C12H26 kuni C18H38 (keemistemperatuur 180-300 °C);

Diislikütus - süsivesinikud koostisega C13H28 kuni C19H36 (keemistemperatuur 200-350 °C).

Ülejäänud õli destilleerimisest moodustab kütteõli- sisaldab süsivesinikke süsinikuaatomite arvuga 18 kuni 50. Kütteõlist alandatud rõhul destilleerimisel saadakse diisliõli (C18H28-C25H52), määrdeõlid (C28H58-C38H78), vaseliin ja parafiin - madala sulamistemperatuuriga segud tahketest süsivesinikest. Kütteõli destilleerimisel tekkivat tahket jääki - tõrva ja selle töötlemise saadusi - bituumenit ja asfalti kasutatakse teekatete valmistamiseks.

Õli puhastamise tulemusena saadud tooted allutatakse keemilisele töötlemisele, mis hõlmab mitmeid keerulisi protsesse. Üks neist on naftatoodete krakkimine. Te juba teate, et kütteõli jaotatakse komponentideks alandatud rõhu all. Seda seletatakse asjaoluga, et atmosfäärirõhul hakkavad selle komponendid lagunema enne keemistemperatuuri saavutamist. See on täpselt pragunemise alus.

Pragunemine - naftasaaduste termiline lagunemine, mille tulemusena moodustuvad molekulis väiksema süsinikuaatomite arvuga süsivesinikud.

Krakkimist on mitut tüüpi: termiline, katalüütiline krakkimine, kõrgsurvekrakkimine ja redutseerimiskrakkimine.

Termokrakkimine hõlmab pika süsinikuahelaga süsivesinike molekulide jagamist lühemateks kõrge temperatuuri (470–550 ° C) mõjul. Selle lõhustamise käigus moodustuvad alkeenid koos alkaanidega.

Üldiselt võib selle reaktsiooni kirjutada järgmiselt:

C n H 2n+2 -> C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k
alkaan alkaan alkeen
pika ketiga

Saadud süsivesinikke saab uuesti krakkida, et moodustada alkaane ja alkeene, mille molekulis on veelgi lühem süsinikuaatomite ahel:

Tavaline termiline krakkimine annab palju madala molekulmassiga gaasilisi süsivesinikke, mida saab kasutada toorainena alkoholide, karboksüülhapete ja suure molekulmassiga ühendite (näiteks polüetüleeni) tootmiseks.

Katalüütiline krakkimine esineb katalüsaatorite juuresolekul, mis kasutavad looduslikke alumiiniumsilikaate koostisega RA1203" T8Iu2-

Katalüsaatorite kasutamisega pragunemine põhjustab süsivesinike moodustumist, millel on molekulis hargnenud või suletud süsinikuaatomite ahel. Sellise struktuuriga süsivesinike sisaldus mootorikütuses suurendab oluliselt selle kvaliteeti, eelkõige detonatsioonikindlust – bensiini oktaanarvu.

Naftasaaduste pragunemine toimub kõrgel temperatuuril, mistõttu tekivad sageli süsiniku ladestused (tahm), mis saastavad katalüsaatori pinda, mis vähendab järsult selle aktiivsust.

Katalüsaatori pinna puhastamine süsiniku ladestustest - selle regenereerimine - on katalüütilise krakkimise praktilise rakendamise peamine tingimus. Lihtsaim ja odavaim viis katalüsaatori regenereerimiseks on selle röstimine, mille käigus süsiniku ladestused oksüdeeritakse õhuhapnikuga. Katalüsaatori pinnalt eemaldatakse gaasilised oksüdatsiooniproduktid (peamiselt süsinikdioksiid ja vääveldioksiid).

Katalüütiline krakkimine on heterogeenne protsess, milles osalevad tahked (katalüsaator) ja gaasilised (süsivesiniku aur) ained. On ilmne, et katalüsaatori regenereerimine – tahke tahma koostoime õhuhapnikuga – on samuti heterogeenne protsess.

Heterogeensed reaktsioonid(gaas - tahke aine) voolab kiiremini, kui tahke aine pindala suureneb. Seetõttu katalüsaator purustatakse ning selle regenereerimine ja süsivesinike krakkimine viiakse läbi "keevkihis", mis on teile tuttav väävelhappe tootmisest.

Krakkimise lähteaine, näiteks gaasiõli, siseneb koonilisse reaktorisse. Reaktori alumine osa on väiksema läbimõõduga, mistõttu on tooraine aurude voolukiirus väga suur. Suurel kiirusel liikuv gaas püüab kinni katalüsaatorosakesed ja kannab need reaktori ülemisse ossa, kus selle läbimõõdu suurenemise tõttu voolukiirus väheneb. Gravitatsiooni mõjul langevad katalüsaatoriosakesed reaktori alumisse kitsamasse ossa, kust need taas ülespoole kantakse. Seega on iga katalüsaatori tera pidevas liikumises ja seda pestakse igast küljest gaasilise reagendiga.

Mõned katalüsaatoriterad sisenevad reaktori välimisse laiemasse ossa ja, ilma et nad ei puutu gaasivoolule vastupanu, kukuvad alumisse ossa, kus gaasivool need üles võtab ja regeneraatorisse kantakse. Seal "keevkihi" režiimis katalüsaator põletatakse ja tagastatakse reaktorisse.

Seega ringleb katalüsaator reaktori ja regeneraatori vahel ning nendest eemaldatakse gaasilised krakkimis- ja röstimisproduktid.

Krakkimiskatalüsaatorite kasutamine võimaldab veidi tõsta reaktsiooni kiirust, alandada selle temperatuuri ja parandada krakkimistoodete kvaliteeti.

Saadud bensiinifraktsiooni süsivesinikud on peamiselt lineaarse struktuuriga, mis põhjustab saadud bensiini madala detonatsioonikindluse.

"Koputamiskindluse" kontseptsiooni käsitleme hiljem, praegu märgime ainult seda, et hargnenud struktuuriga molekulidega süsivesinikel on oluliselt suurem detonatsioonikindlus. Krakkimisel tekkinud segus on võimalik suurendada isomeersete hargnenud ahelaga süsivesinike osakaalu, lisades süsteemi isomerisatsioonikatalüsaatoreid.

Naftaväljadel on reeglina suured akumulatsioonid nn assotsieerunud naftagaasi, mis koguneb nafta kohale maapõue ja lahustub selles osaliselt kattekihtide survel. Nagu nafta, on ka sellega seotud naftagaas väärtuslik looduslik süsivesinike allikas. See sisaldab peamiselt alkaane, mille molekulid sisaldavad 1 kuni 6 süsinikuaatomit. On ilmne, et sellega seotud naftagaasi koostis on palju vaesem kui nafta. Kuid vaatamata sellele kasutatakse seda laialdaselt nii kütusena kui ka keemiatööstuse toorainena. Vaid mõnikümmend aastat tagasi põletati enamikul naftaväljadel sellega seotud naftagaasi kasutu lisana naftale. Praegu toodetakse näiteks Venemaa rikkaimas naftavarus Surgutis maailma odavaimat elektrit, kasutades kütusena sellega seotud naftagaasi.

Nagu juba märgitud, on seotud naftagaas maagaasiga võrreldes mitmete süsivesinike poolest rikkam. Jagades need murdudeks, saame:

Bensiin on väga lenduv segu, mis koosneb peamiselt lentaanist ja heksaanist;

Propaani-butaani segu, mis koosneb, nagu nimigi ütleb, propaanist ja butaanist ning muutub rõhu tõustes kergesti vedelaks;

Kuiv gaas on segu, mis sisaldab peamiselt metaani ja etaani.

Bensiin, mis on väikese molekulmassiga lenduvate komponentide segu, aurustub hästi ka madalatel temperatuuridel. See võimaldab kasutada gaasibensiini Kaug-Põhjas sisepõlemismootorite kütusena ja mootorikütuse lisandina, mis muudab mootorite käivitamise talvistes tingimustes lihtsamaks.

Propaani-butaani segu vedelgaasina kasutatakse majapidamises kütusena (teie suvilas tuttavad gaasiballoonid) ja tulemasinate täitmiseks. Maanteetranspordi järkjärguline üleminek vedelgaasile on üks peamisi viise ülemaailmsest kütusekriisist ülesaamiseks ja keskkonnaprobleemide lahendamiseks.

Kütusena kasutatakse laialdaselt ka kuiva gaasi, mis on koostiselt lähedane maagaasile.

Seotud naftagaasi ja selle komponentide kasutamine kütusena ei ole aga kaugeltki kõige lootustandvam viis selle kasutamiseks.

Palju tõhusam on kasutada seotud naftagaasi komponente keemiatootmise toorainena. Assotsieerunud naftagaasi moodustavatest alkaanidest saadakse vesinik, atsetüleen, küllastumata ja aromaatsed süsivesinikud ning nende derivaadid.

Gaasilised süsivesinikud ei saa mitte ainult maapõues naftaga kaasas käia, vaid moodustada ka iseseisvaid kogumeid – maagaasimaardlaid.

Maagaas – madala molekulmassiga gaasiliste küllastunud süsivesinike segu. Maagaasi põhikomponendiks on metaan, mille osakaal on olenevalt valdkonnast 75-99 mahuprotsenti. Maagaasi kuuluvad lisaks metaanile etaan, propaan, butaan ja isobutaan, samuti lämmastik ja süsihappegaas.

Sarnaselt sellega seotud naftale kasutatakse maagaasi nii kütusena kui ka toorainena mitmesuguste orgaaniliste ja anorgaaniliste ainete tootmiseks. Te juba teate, et maagaasi põhikomponendist metaanist saadakse vesinikku, atsetüleeni ja metüülalkoholi, formaldehüüdi ja sipelghapet ning paljusid teisi orgaanilisi aineid. Maagaasi kasutatakse kütusena elektrijaamades, elamute ja tööstushoonete vee soojendamise katlasüsteemides, kõrgahju- ja ahjutööstuses. Löödes tikku ja süütades gaasi linnamaja köögi gaasipliidis, "käivitate" maagaasi moodustavate alkaanide oksüdatsiooni ahelreaktsiooni. Lisaks naftale, looduslikele ja nendega seotud naftagaasidele on süsi looduslik süsivesinike allikas. 0n moodustab maa soolestikus paksud kihid, selle tõestatud varud ületavad oluliselt naftavarusid. Nagu nafta, sisaldab kivisüsi suures koguses erinevaid orgaanilisi aineid. Lisaks orgaanilistele ainetele sisaldab see ka anorgaanilisi aineid, nagu vesi, ammoniaak, vesiniksulfiid ja loomulikult süsinik ise – kivisüsi. Üks peamisi kivisöe töötlemise meetodeid on koksimine - kaltsineerimine ilma õhu juurdepääsuta. Temperatuuril umbes 1000 °C läbiviidava koksimise tulemusena moodustuvad:

koksiahjugaas, mis sisaldab vesinikku, metaani, süsihappegaasi ja süsihappegaasi, ammoniaagi, lämmastiku ja muude gaaside segusid;
kivisöetõrv, mis sisaldab mitusada korda isikupärasemaid orgaanilisi aineid, sealhulgas benseeni ja selle homolooge, fenooli ja aromaatseid alkohole, naftaleeni ja mitmesuguseid heterotsüklilisi ühendeid;
suprasiin ehk ammoniaagivesi, mis sisaldab, nagu nimigi viitab, lahustunud ammoniaaki, aga ka fenooli, vesiniksulfiidi ja muid aineid;
koks on koksimise tahke jääk, peaaegu puhas süsinik.

Kasutatakse koksi raua ja terase tootmisel, ammoniaak - lämmastiku ja kombineeritud väetiste tootmisel ning orgaaniliste koksitoodete tähtsust on vaevalt võimalik üle hinnata.

Seega ei ole nendega seotud nafta ja maagaasid, kivisüsi mitte ainult kõige väärtuslikumad süsivesinike allikad, vaid ka osa ainulaadsest asendamatute loodusvarade laost, mille hoolikas ja mõistlik kasutamine on inimühiskonna järkjärgulise arengu vajalik tingimus.

1. Loetlege peamised looduslikud süsivesinike allikad. Milliseid orgaanilisi aineid igaüks neist sisaldab? Mis on nende kompositsioonidel ühist?

2. Kirjeldage õli füüsikalisi omadusi. Miks ei ole sellel pidevat keemistemperatuuri?

3. Tehes kokkuvõtteid meediakajastustest, kirjeldada naftaleketest põhjustatud keskkonnakatastroofe ja viise nende tagajärgede ületamiseks.

4. Mis on parandamine? Millel see protsess põhineb? Nimetage õli rektifitseerimise tulemusena saadud fraktsioonid. Mille poolest nad üksteisest erinevad?

5. Mis on krakkimine? Esitage võrrandid kolmele reaktsioonile, mis vastavad naftasaaduste krakkimisele.

6. Milliseid krakkimise liike teate? Mis on neil protsessidel ühist? Mille poolest nad üksteisest erinevad? Mis on põhimõtteline erinevus erinevat tüüpi krakkimistoodete vahel?

7. Miks on seotud naftagaasil see nimi? Millised on selle peamised komponendid ja nende kasutusalad?

8. Mille poolest maagaas erineb sellega seotud naftagaasist? Mis on nende kompositsioonidel ühist? Esitage põlemisreaktsiooni võrrandid kõigi teile teadaolevate seotud naftagaasi komponentide jaoks.

9. Esitage reaktsioonivõrrandid, mille abil saab maagaasist benseeni saada. Täpsustage nende reaktsioonide tingimused.

10. Mis on koksimine? Millised on selle tooted ja nende koostis? Esitage teile tuntud koksisöe saadustele iseloomulikud reaktsioonivõrrandid.

11. Selgitage, miks nafta, kivisöe ja nendega seotud naftagaasi põletamine pole kaugeltki kõige ratsionaalsem viis nende kasutamiseks.

Peamised looduslikud süsivesinike allikad on nafta, gaas ja kivisüsi. Neist eraldatakse suurem osa orgaanilise keemia aineid. Allpool käsitleme seda orgaaniliste ainete klassi üksikasjalikumalt.

Mineraalide koostis

Süsivesinikud on kõige ulatuslikum orgaaniliste ainete klass. Nende hulka kuuluvad atsüklilised (lineaarsed) ja tsüklilised ühendite klassid. Seal on küllastunud (küllastunud) ja küllastumata (küllastumata) süsivesinikud.

Küllastunud süsivesinikud hõlmavad üksiksidemetega ühendeid:

  • alkaanid- lineaarsed ühendused;
  • tsükloalkaanid- tsüklilised ained.

Küllastumata süsivesinike hulka kuuluvad mitme sidemega ained:

  • alkeenid- sisaldavad ühte kaksiksidet;
  • alküünid- sisaldavad ühte kolmiksidet;
  • alkadieenid- sisaldab kahte kaksiksidet.

Eraldi benseenitsüklit sisaldavate areenide ehk aromaatsete süsivesinike klass eristatakse.

Riis. 1. Süsivesinike klassifikatsioon.

Maavarade hulka kuuluvad gaasilised ja vedelad süsivesinikud. Tabelis kirjeldatakse süsivesinike looduslikke allikaid üksikasjalikumalt.

Allikas

Liigid

Alkaanid, tsükloalkaanid, areenid, hapnik, lämmastik, väävlit sisaldavad ühendid
  • looduslik - looduses leiduvate gaaside segu;
  • seotud - õlis lahustunud või selle kohal paiknev gaasisegu

Metaan lisanditega (mitte üle 5%): propaan, butaan, süsinikdioksiid, lämmastik, vesiniksulfiid, veeaur. Maagaas sisaldab rohkem metaani kui sellega seotud gaas
  • antratsiit - sisaldab 95% süsinikku;
  • kivi - sisaldab 99% süsinikku;
  • pruun - 72% süsinikku

Süsinik, vesinik, väävel, lämmastik, hapnik, süsivesinikud

Igal aastal toodetakse Venemaal üle 600 miljardi m 3 gaasi, 500 miljonit tonni naftat ja 300 miljonit tonni kivisütt.

Taaskasutus

Mineraale kasutatakse töödeldud kujul. Kivisüsi kaltsineeritakse ilma hapnikuta (koksimisprotsess), et eraldada mitu fraktsiooni:

  • koksiahju gaas- metaani, süsinikoksiidide (II) ja (IV), ammoniaagi, lämmastiku segu;
  • kivisöetõrv- benseeni, selle homoloogide, fenooli, areenide, heterotsükliliste ühendite segu;
  • ammoniaagi vesi- ammoniaagi, fenooli, vesiniksulfiidi segu;
  • koks- puhast süsinikku sisaldav koksimise lõpptoode.

Riis. 2. Kokseerimine.

Maailma tööstuse üks juhtivaid harusid on nafta rafineerimine. Maa sügavusest kaevandatud naftat nimetatakse toornaftaks. See on taaskasutatud. Esiteks viiakse läbi mehaaniline puhastamine lisanditest, seejärel puhastatud õli destilleeritakse erinevate fraktsioonide saamiseks. Tabelis kirjeldatakse õli peamisi fraktsioone.

Murd

Ühend

Mida sa saad?

Gaasilised alkaanid metaanist butaaniks

Bensiin

Alkaanid pentaanist (C5H12) undekaaniks (C11H24)

Bensiin, estrid

Tööstusbensiin

Alkaanid oktaanist (C8H18) tetradekaaniks (C14H30)

Tööstusbensiin (raske bensiin)

Petrooleum

Diisel

Alkaanid tridekaanist (C13H28) nonadekaaniks (C19H36)

Alkaanid pentadekaanist (C15H32) pentakontaaniks (C50H102)

Määrdeõlid, vaseliin, bituumen, parafiin, tõrv

Riis. 3. Õli destilleerimine.

Süsivesinikest toodetakse plastmassi, kiude ja ravimeid. Majapidamiskütusena kasutatakse metaani ja propaani. Koksi kasutatakse raua ja terase tootmisel. Ammoniaagiveest toodetakse lämmastikhapet, ammoniaaki ja väetisi. Tõrva kasutatakse ehituses.

Mida me õppisime?

Tunni teemast saime teada, millistest looduslikest allikatest süsivesinikke isoleeritakse. Orgaaniliste ühendite toorainena kasutatakse naftat, kivisütt, looduslikke ja nendega seotud gaase. Mineraalid puhastatakse ja jagatakse fraktsioonideks, millest saadakse tootmiseks või otseseks kasutamiseks sobivad ained. Õlist toodetakse vedelaid kütuseid ja õlisid. Gaasid sisaldavad metaani, propaani, butaani, mida kasutatakse majapidamiskütusena. Kivisöest ekstraheeritakse vedelat ja tahket toorainet sulamite, väetiste ja ravimite tootmiseks.

Test teemal

Aruande hindamine

Keskmine hinne: 4.2. Kokku saadud hinnanguid: 289.