talismannen 

Aardgas: samenstelling, gebruik als brandstof. Natuurlijke bronnen van koolwaterstoffen. Olieraffinage Natuurlijke bronnen van steenkool

– bestaat (voornamelijk) uit methaan en (in kleinere hoeveelheden) uit de meest nabije homologen ervan - ethaan, propaan, butaan, pentaan, hexaan, enz.; waargenomen in geassocieerd petroleumgas, d.w.z. aardgas dat in de natuur boven olie is of daarin onder druk is opgelost.

Olie

- het is een olieachtige brandbare vloeistof, bestaande uit alkanen, cycloalkanen, arenen (overheersend), evenals zuurstof-, stikstof- en zwavelhoudende verbindingen.

Steenkool

- vaste brandstof mineraal van organische oorsprong. Het bevat weinig grafiet a en veel complexe cyclische verbindingen, waaronder de elementen C, H, O, N en S. Er zijn antraciet (bijna watervrij), steenkool (-4% vocht) en bruinkool (50-60% vocht). Door cokeskolen wordt steenkool omgezet in koolwaterstoffen (gasvormig, vloeibaar en vast) en cokes (vrij zuiver grafiet).

Cokeskolen

Het verwarmen van steenkool zonder luchttoegang tot 900-1050 ° C leidt tot thermische ontleding met de vorming van vluchtige producten (koolteer, ammoniakwater en cokesovengas) en een vast residu - cokes.

Belangrijkste producten: cokes - 96-98% koolstof; cokesovengas - 60% waterstof, 25% methaan, 7% koolmonoxide (II), enz.

Bijproducten: koolteer (benzeen, tolueen), ammoniak (uit cokesovengas), enz.

Olieraffinage door rectificatiemethode

De voorgezuiverde olie wordt onderworpen aan atmosferische (of vacuüm) destillatie tot fracties met bepaalde kookpuntbereiken in continue destillatiekolommen.

Belangrijkste producten: lichte en zware benzine, kerosine, gasolie, smeeroliën, stookolie, teer.

Olieraffinage door katalytisch kraken

Grondstoffen: hoogkokende oliefracties (kerosine, gasolie, enz.)

Hulpstoffen: katalysatoren (gemodificeerde aluminosilicaten).

Het belangrijkste chemische proces: bij een temperatuur van 500-600 ° C en een druk van 5 10 5 Pa worden koolwaterstofmoleculen gesplitst in kleinere moleculen, katalytisch kraken gaat gepaard met aromatisering, isomerisatie en alkyleringsreacties.

Producten: mengsel van laagkokende koolwaterstoffen (brandstof, grondstof voor petrochemicaliën).

C 16. H 34 → C 8 H 18 + C 8 H 16
C 8 H 18 → C 4 H 10 + C 4 H 8
C 4 H 10 → C 2 H 6 + C 2 H 4

Lesdoelen:

Opleiding:

  • Om de cognitieve activiteit van studenten te ontwikkelen.
  • De studenten vertrouwd maken met natuurlijke bronnen van koolwaterstoffen: olie, aardgas, steenkool, hun samenstelling en verwerkingsmethoden.
  • De belangrijkste afzettingen van deze hulpbronnen op wereldschaal en in Rusland bestuderen.
  • Toon hun belang in de nationale economie.
  • Denk aan milieubeschermingskwesties.

Leerzaam:

  • Interesse wekken in het bestuderen van het onderwerp, spraakcultuur bijbrengen in scheikundelessen.

Ontwikkelen:

  • Ontwikkel aandacht, observatie, het vermogen om te luisteren en conclusies te trekken.

Pedagogische methoden en technieken:

  • Perceptieve benadering.
  • Gnostische benadering.
  • cybernetische benadering.

Apparatuur: Interactief bord, multimedia, elektronische leerboeken MarSTU, internet, collecties "Olie en de belangrijkste producten van zijn verwerking", "Kolen en de belangrijkste producten van zijn verwerking".

Tijdens de lessen

I. Organisatorisch moment.

Ik introduceer het doel en de doelstellingen van deze les.

II. Grootste deel.

De belangrijkste natuurlijke bronnen van koolwaterstoffen zijn: olie, kolen, natuurlijke en aanverwante petroleumgassen.

Olie is "zwart goud" (Ik laat studenten kennismaken met de oorsprong van olie, de belangrijkste reserves, productie, samenstelling van olie, fysieke eigenschappen, geraffineerde producten).

Tijdens het rectificatieproces wordt olie verdeeld in de volgende fracties:

Ik demonstreer monsters van breuken uit de collectie (demonstratie gaat vergezeld van uitleg).

  • fractioneringsgassen- een mengsel van koolwaterstoffen met een laag molecuulgewicht, voornamelijk propaan en butaan, met een temperatuur tot 40°C,
  • Benzinefractie (benzine)- HC samenstelling C 5 H 12 tot C 11 H 24 (bp ​​​​t 40-200 ° C, met een fijnere scheiding van deze fractie, gasolie(petroleumether, 40 - 70°C) en benzine(70 - 120°С),
  • naftafractie- HC-samenstelling van C 8 H 18 tot C 14 H 30 (bp t 150 - 250 ° C),
  • kerosine fractie- HC-samenstelling van C 12 H 26 tot C 18 H 38 (bp t 180 - 300 ° C),
  • Diesel brandstof- HC samenstelling van C 13 H 28 tot C 19 H 36 (bp t 200 - 350 ° C)

Residu van olieraffinage - brandstof- bevat koolwaterstoffen met een aantal koolstofatomen van 18 tot 50. Destillatie onder verminderde druk uit stookolie wordt verkregen zonne-olie(S 18 H 28 - S 25 H 52), smeeroliën(S 28 H 58 - S 38 H 78), petrolatum En paraffine– smeltbare mengsels van vaste koolwaterstoffen. Het vaste residu van de destillatie van stookolie - teer en producten van zijn verwerking - bitumen En asfalt gebruikt voor de vervaardiging van wegdekken.

De producten die door olierectificatie worden verkregen, worden chemisch verwerkt. Een van hen is kraken.

Kraken is de thermische ontleding van aardolieproducten, wat leidt tot de vorming van koolwaterstoffen met een kleiner aantal koolstofatomen in het molecuul. (Ik gebruik het MarSTU elektronische leerboek, dat vertelt over de soorten kraken).

Studenten vergelijken thermisch en katalytisch kraken. (Dia nummer 16)

Thermisch kraken.

De splitsing van koolwaterstofmoleculen gebeurt bij een hogere temperatuur (470-5500 C). Het proces verloopt langzaam, er ontstaan ​​koolwaterstoffen met een onvertakte keten van koolstofatomen. In benzine die wordt verkregen als gevolg van thermisch kraken, zijn er, naast verzadigde koolwaterstoffen, veel onverzadigde koolwaterstoffen. Daarom heeft deze benzine een grotere klopvastheid dan gewone benzine. Thermische kraakbenzine bevat veel onverzadigde koolwaterstoffen, die gemakkelijk kunnen worden geoxideerd en gepolymeriseerd. Hierdoor is deze benzine minder stabiel tijdens opslag. Bij verbranding kunnen verschillende onderdelen van de motor verstopt raken.

katalytisch kraken.

De splitsing van koolwaterstofmoleculen gebeurt in aanwezigheid van katalysatoren en bij een lagere temperatuur (450-5000 C). De focus ligt op benzine. Ze proberen meer en noodzakelijkerwijs betere kwaliteit te krijgen. Katalytisch kraken ontstond juist als gevolg van de langdurige, koppige strijd van oliemannen om de kwaliteit van benzine te verbeteren. Vergeleken met thermisch kraken verloopt het proces veel sneller; in dit geval vindt niet alleen de splitsing van koolwaterstofmoleculen plaats, maar ook hun isomerisatie, d.w.z. koolwaterstoffen met een vertakte keten van koolstofatomen worden gevormd. Vergeleken met thermisch gekraakte benzine heeft katalytisch gekraakte benzine een nog grotere klopvastheid.

Steenkool. (Ik laat studenten kennismaken met de oorsprong van steenkool, de belangrijkste reserves, mijnbouw, fysieke eigenschappen, verwerkte producten).

Oorsprong: (Ik gebruik het elektronische leerboek MarGTU, waar ze praten over de oorsprong van steenkool).

belangrijkste voorraden: (dia nummer 18) Op de kaart laat ik studenten de grootste steenkoolvoorraden in Rusland zien in termen van productie - dit zijn de Tunguska-, Kuznetsk- en Pechora-bekkens.

Mijnbouw:(Ik gebruik het MarGTU elektronische leerboek, waar ze praten over kolenwinning).

  • cokesoven gas- waaronder H 2, CH 4, CO, CO 2, onzuiverheden NH 3, N 2 en andere gassen,
  • Kool teer- bevat honderden verschillende organische stoffen, waaronder benzeen en zijn homologen, fenol en aromatische alcoholen, naftaleen en verschillende heterocyclische verbindingen,
  • Nadsmolnaya, of ammoniak water- bevat opgeloste ammoniak, evenals fenol, waterstofsulfide en andere stoffen,
  • Cokes– vast cokesresidu, bijna zuivere koolstof.

Natuurlijke en aardoliegerelateerde gassen. (Ik laat studenten kennismaken met de belangrijkste reserves, productie, samenstelling, verwerkte producten).

III. Generalisatie.

In het generaliserende deel van de les, met behulp van het Turning Point-programma, heb ik een test gemaakt. De studenten waren gewapend met afstandsbedieningen. Wanneer een vraag op het scherm verschijnt, kiezen ze door op de bijbehorende knop te drukken het juiste antwoord.

1. De belangrijkste componenten van aardgas zijn:

  • ethaan;
  • Propaan;
  • methaan;
  • Butaan.

2. Welke oliedestillatiefractie bevat 4 tot 9 koolstofatomen in een molecuul?

  • nafta;
  • gasolie;
  • Benzine;
  • Kerosine.

3. Wat is de betekenis van kraken van zware olie?

  • Methaan krijgen;
  • Het verkrijgen van benzinefracties met een hoge detonatieweerstand;
  • Het verkrijgen van synthesegas;
  • Het verkrijgen van waterstof.

4. Welk proces is niet van toepassing op olieraffinage?

  • vercooksen;
  • Gefractioneerde destillatie;
  • katalytisch kraken;
  • Thermisch kraken.

5. Welke van de volgende gebeurtenissen is het gevaarlijkst voor aquatische ecosystemen?

  • Overtreding van de dichtheid van de oliepijpleiding;
  • Olielek als gevolg van een tankerongeval;
  • Overtreding van technologie tijdens diepe olieproductie op het land;
  • Vervoer van kolen over zee.

6. Haal uit methaanvormend aardgas:

  • synthese gas;
  • Ethyleen;
  • Acetyleen;
  • butadieen.

7. Welke kenmerken onderscheiden katalytisch gekraakte benzine van directe benzine?

  • De aanwezigheid van alkenen;
  • De aanwezigheid van alkynen;
  • De aanwezigheid van koolwaterstoffen met een vertakte keten van koolstofatomen;
  • Hoge detonatieweerstand.

Het testresultaat is direct zichtbaar op het scherm.

Huiswerk:§ 10, oefening 1 - 8

Literatuur:

  1. L.Yu.Alikberova "Entertaining chemistry" - M.: "AST-Press", 1999.
  2. OSGabrielyan, IGOstroumov "Bureauboek van een scheikundeleraar Grade 10" - M.: "Blik and K", 2001.
  3. OS Gabrielyan, FNMaskaev, S.Yu.Ponomarev, VITerenin "Chemistry Grade 10".

NATUURLIJKE BRONNEN VAN KOOLWATERSTOFFEN

Koolwaterstoffen zijn allemaal zo verschillend -
Vloeibaar, vast en gasvormig.
Waarom zijn er zo veel van in de natuur?
Het is onverzadigbare koolstof.

Dit element is inderdaad als geen ander "onverzadigbaar": het streeft ernaar om ofwel rechte en vertakte ketens, ofwel ringen, ofwel roosters te vormen uit een veelvoud van zijn atomen. Vandaar de vele verbindingen van koolstof- en waterstofatomen.

Koolwaterstoffen zijn zowel aardgas - methaan als een ander huishoudelijk brandbaar gas, dat is gevuld met cilinders - propaan C 3 H 8. Koolwaterstoffen zijn olie, benzine en kerosine. En ook - een organisch oplosmiddel C 6 H 6, paraffine, waaruit nieuwjaarskaarsen worden gemaakt, vaseline van een apotheek en zelfs een plastic zak voor voedselverpakking ...

De belangrijkste natuurlijke bronnen van koolwaterstoffen zijn mineralen - steenkool, olie, gas.

STEENKOOL

Meer bekend over de hele wereld 36 duizend steenkoolbekkens en afzettingen, die samen een 15% territoria van de wereld. Kolenvelden kunnen zich over duizenden kilometers uitstrekken. In totaal zijn de algemene geologische reserves van steenkool op de wereld: 5 biljoen 500 miljard ton, inclusief onderzochte deposito's - 1 triljoen 750 miljard ton.

Er zijn drie hoofdtypen fossiele kolen. Bij verbranding van bruinkool, antraciet, is de vlam onzichtbaar, is de verbranding rookloos en maakt steenkool een luide knal bij het branden.

Antracietis de oudste fossiele steenkool. Verschilt in de grote dichtheid en glans. Bevat tot 95% koolstof.

Steenkool- bevat tot 99% koolstof. Van alle fossiele kolen wordt het het meest gebruikt.

bruinkool- bevat tot 72% koolstof. Heeft een bruine kleur. Als de jongste fossiele steenkool, behoudt het vaak sporen van de structuur van de boom waaruit het is gevormd. Verschilt in hoge hygroscopiciteit en hoog asgehalte ( van 7% tot 38%), daarom wordt het alleen gebruikt als lokale brandstof en als grondstof voor chemische verwerking. Door hydrogenering worden met name waardevolle soorten vloeibare brandstoffen verkregen: benzine en kerosine.

Koolstof is het hoofdbestanddeel van steenkool 99% ), bruinkool ( tot 72%). De oorsprong van de naam koolstof, d.w.z. "kolen dragend". Evenzo bevat de Latijnse naam "carboneum" aan de basis de wortel carbo-kolen.

Net als olie bevat steenkool een grote hoeveelheid organisch materiaal. Naast organische stoffen omvat het ook anorganische stoffen, zoals water, ammoniak, waterstofsulfide en natuurlijk koolstof zelf - steenkool. Een van de belangrijkste manieren van steenkoolverwerking is cokesvorming - calcineren zonder toegang tot lucht. Als resultaat van cokesvorming, die wordt uitgevoerd bij een temperatuur van 1000 0 C, wordt het volgende gevormd:

cokesoven gas- het bestaat uit waterstof, methaan, koolmonoxide en kooldioxide, onzuiverheden van ammoniak, stikstof en andere gassen.

Kool teer - bevat honderden verschillende organische stoffen, waaronder benzeen en zijn homologen, fenol en aromatische alcoholen, naftaleen en verschillende heterocyclische verbindingen.

Topteer- of ammoniakwater - bevattende, zoals de naam al aangeeft, opgeloste ammoniak, evenals fenol, waterstofsulfide en andere stoffen.

Cokes– vast cokesresidu, praktisch zuivere koolstof.

Cokes wordt gebruikt bij de productie van ijzer en staal, ammoniak wordt gebruikt bij de productie van stikstof en gecombineerde meststoffen, en het belang van organische cokesproducten kan niet worden overschat. Wat is de geografische verspreiding van dit mineraal?

Het grootste deel van de steenkoolvoorraden valt op het noordelijk halfrond - Azië, Noord-Amerika, Eurazië. Welke landen onderscheiden zich qua reserves en steenkoolproductie?

China, VS, India, Australië, Rusland.

Landen zijn de belangrijkste exporteurs van steenkool.

VS, Australië, Rusland, Zuid-Afrika.

belangrijkste importcentra.

Japan, Europa overzee.

Het is een zeer milieuvervuilende brandstof. Tijdens de steenkoolwinning treden explosies en branden van methaan op en ontstaan ​​er bepaalde milieuproblemen.

Milieuvervuiling - dit is elke ongewenste verandering in de toestand van deze omgeving als gevolg van menselijk handelen. Dit gebeurt ook in de mijnbouw. Stel je een situatie voor in een kolenmijngebied. Samen met steenkool stijgt een enorme hoeveelheid afvalgesteente naar de oppervlakte, dat, als onnodig, eenvoudig naar stortplaatsen wordt gestuurd. Geleidelijk gevormd afvalhopen- enorme, tientallen meters hoge, kegelvormige bergen van afvalgesteente, die de aanblik van het natuurlijke landschap verstoren. En zal alle steenkool die aan de oppervlakte komt, noodzakelijkerwijs naar de consument worden geëxporteerd? Natuurlijk niet. Het proces is immers niet hermetisch. Een enorme hoeveelheid steenkoolstof bezinkt op het aardoppervlak. Als gevolg hiervan verandert de samenstelling van de bodem en het grondwater, wat onvermijdelijk gevolgen zal hebben voor de flora en fauna van de regio.

Steenkool bevat radioactieve koolstof - C, maar nadat de brandstof is verbrand, komt de gevaarlijke stof, samen met rook, in de lucht, het water, de bodem en wordt gebakken tot slak of as, die wordt gebruikt om bouwmaterialen te produceren. Als gevolg hiervan "gloeien" muren en plafonds in woongebouwen en vormen ze een bedreiging voor de menselijke gezondheid.

OLIE

Olie is al sinds de oudheid bekend bij de mensheid. Aan de oevers van de Eufraat werd het gedolven

6-7 duizend jaar voor Christus uh . Het werd gebruikt om woningen te verlichten, mortieren te bereiden, als medicijnen en zalven, en om te balsemen. Olie in de oudheid was een formidabel wapen: vurige rivieren stroomden over de hoofden van degenen die de vestingmuren bestormden, brandende pijlen gedrenkt in olie vlogen naar de belegerde steden. Olie was een integraal onderdeel van de brandgevaarlijke agent die de geschiedenis inging onder de naam "Grieks vuur" In de middeleeuwen werd het vooral gebruikt voor straatverlichting.

Meer dan 600 olie- en gasbassins zijn onderzocht, 450 worden ontwikkeld , en het totale aantal olievelden bereikt 50 duizend.

Maak onderscheid tussen lichte en zware olie. Lichte olie wordt met pompen of de fonteinmethode uit de ondergrond gewonnen. Van dergelijke olie worden meestal benzine en kerosine gemaakt. Zware soorten olie worden soms zelfs gewonnen met de mijnmethode (in de Komi-republiek) en er worden bitumen, stookolie en verschillende oliën uit bereid.

Olie is de meest veelzijdige brandstof, calorierijk. De winning ervan is relatief eenvoudig en goedkoop, omdat het bij het winnen van olie niet nodig is om mensen ondergronds te laten zakken. Het transporteren van olie door pijpleidingen is geen groot probleem. Het grootste nadeel van dit type brandstof is de lage beschikbaarheid van hulpbronnen (ongeveer 50 jaar) ) . Algemene geologische reserves zijn gelijk aan 500 miljard ton, inclusief onderzochte 140 miljard ton .

IN 2007 Russische wetenschappers hebben de wereldgemeenschap bewezen dat de onderwaterruggen van Lomonosov en Mendelejev, die zich in de Noordelijke IJszee bevinden, een plankgebied van het vasteland zijn en daarom tot de Russische Federatie behoren. De scheikundeleraar zal vertellen over de samenstelling van olie, de eigenschappen ervan.

Olie is een "bundel van energie". Met slechts 1 ml ervan verwarm je een hele emmer water met één graad en om een ​​emmer samovar te koken heb je minder dan een half glas olie nodig. In termen van energieconcentratie per volume-eenheid staat olie op de eerste plaats onder natuurlijke stoffen. Zelfs radioactieve ertsen kunnen in dit opzicht niet concurreren, omdat het gehalte aan radioactieve stoffen erin zo klein is dat 1 mg kan worden gewonnen. nucleaire brandstof moet worden verwerkt tonnen rotsen.

Olie is niet alleen de basis van het brandstof- en energiecomplex van elke staat.

Hier zijn de beroemde woorden van D.I. Mendelejev op hun plaats “Het verbranden van olie is hetzelfde als het verwarmen van een oven bankbiljetten". Elke druppel olie bevat meer dan 900 verschillende chemische verbindingen, meer dan de helft van de chemische elementen van het periodiek systeem. Dit is werkelijk een natuurwonder, de basis van de petrochemische industrie. Ongeveer 90% van alle geproduceerde olie wordt gebruikt als brandstof. Ondanks “ bezit 10%” , petrochemische synthese levert vele duizenden organische verbindingen die voldoen aan de dringende behoeften van de moderne samenleving. Geen wonder dat mensen olie respectvol "zwart goud", "het bloed van de aarde" noemen.

Olie is een olieachtige donkerbruine vloeistof met een roodachtige of groenachtige tint, soms zwart, rood, blauw of licht en zelfs transparant met een kenmerkende penetrante geur. Soms is olie wit of kleurloos, zoals water (bijvoorbeeld in het Surukhanskoye-veld in Azerbeidzjan, in sommige velden in Algerije).

De samenstelling van olie is niet hetzelfde. Maar ze bevatten meestal drie soorten koolwaterstoffen: alkanen (voornamelijk normale structuur), cycloalkanen en aromatische koolwaterstoffen. De verhouding van deze koolwaterstoffen in de olie van verschillende velden is anders: Mangyshlak-olie is bijvoorbeeld rijk aan alkanen en olie in de regio Bakoe is rijk aan cycloalkanen.

De belangrijkste oliereserves bevinden zich op het noordelijk halfrond. Totaal 75 landen van de wereld produceren olie, maar 90% van de productie valt op het aandeel van slechts 10 landen. Over ? wereldoliereserves bevinden zich in ontwikkelingslanden. (De leraar roept en toont op de kaart).

Belangrijkste producerende landen:

Saoedi-Arabië, VS, Rusland, Iran, Mexico.

Tegelijkertijd meer 4/5 olieverbruik daalt op het aandeel van economisch ontwikkelde landen, de belangrijkste importerende landen:

Japan, Europa overzee, VS.

Olie in zijn ruwe vorm wordt nergens gebruikt, maar geraffineerde producten worden gebruikt.

Olieraffinage

Een moderne fabriek bestaat uit een olieverwarmingsoven en een destillatiekolom waar de olie wordt gescheiden in: facties - individuele mengsels van koolwaterstoffen volgens hun kookpunt: benzine, nafta, kerosine. De oven heeft een lange buis die tot een spoel is opgerold. De oven wordt verwarmd door de verbrandingsproducten van stookolie of gas. Er wordt continu olie aan de spoel toegevoerd: daar wordt het in de vorm van een mengsel van vloeistof en damp tot 320 - 350 ° C verwarmd en komt het in de destillatiekolom. De destillatiekolom is een stalen cilindrisch apparaat met een hoogte van ongeveer 40 meter. Het heeft binnen enkele tientallen horizontale scheidingswanden met gaten - de zogenaamde platen. Oliedampen die de kolom binnenkomen, stijgen op en gaan door de gaten in de platen. Terwijl ze geleidelijk afkoelen terwijl ze naar boven gaan, worden ze gedeeltelijk vloeibaar. Minder vluchtige koolwaterstoffen worden al op de eerste platen vloeibaar gemaakt en vormen een gasoliefractie; vluchtigere koolwaterstoffen worden hierboven verzameld en vormen een kerosinefractie; nog hoger - naftafractie. De meest vluchtige koolwaterstoffen verlaten de kolom als dampen en vormen na condensatie benzine. Een deel van de benzine wordt teruggevoerd naar de kolom voor "irrigatie", wat bijdraagt ​​aan een betere werking. (Vermelding in een notitieboekje). Benzine - bevat koolwaterstoffen C5 - C11, met een kooktraject van 40 0 ​​​​C tot 200 0 C; nafta - bevat koolwaterstoffen C8 - C14 met een kookpunt van 120 0 C tot 240 0 C; kerosine - bevat koolwaterstoffen C12 - C18, kokend bij een temperatuur van 180 0 C tot 300 0 C; gasolie - bevat koolwaterstoffen C13 - C15, afgedestilleerd bij een temperatuur van 230 0 C tot 360 0 C; smeeroliën - C16 - C28, kook bij een temperatuur van 350 0 C en hoger.

Na destillatie van lichte producten uit olie blijft een stroperige zwarte vloeistof over - stookolie. Het is een waardevol mengsel van koolwaterstoffen. Smeeroliën worden door aanvullende destillatie uit stookolie gewonnen. Het niet-destillerende deel van stookolie wordt teer genoemd, dat wordt gebruikt in de bouw en bij het bestraten van wegen (demonstratie van een videofragment). De meest waardevolle fractie van directe destillatie van olie is benzine. De opbrengst van deze fractie is echter niet groter dan 17-20 gew.% ruwe olie. Het probleem doet zich voor: hoe tegemoet te komen aan de steeds groter wordende behoeften van de samenleving aan auto- en vliegtuigbrandstof? De oplossing werd eind 19e eeuw gevonden door een Russische ingenieur Vladimir Grigorievich Shukhov. IN 1891 jaar voerde hij voor het eerst een industriële kraken kerosinefractie van olie, waardoor de opbrengst aan benzine kon worden verhoogd tot 65-70% (berekend als ruwe olie). Alleen voor de ontwikkeling van het proces van thermisch kraken van aardolieproducten, schreef de dankbare mensheid de naam van deze unieke persoon in de geschiedenis van de beschaving met gouden letters.

De producten die worden verkregen als gevolg van olierectificatie worden onderworpen aan een chemische verwerking, die een aantal complexe processen omvat, waaronder het kraken van aardolieproducten (van het Engelse "Cracking" - splitsen). Er zijn verschillende soorten kraken: thermisch, katalytisch, hogedrukkraken, reductie. Thermisch kraken bestaat uit het splitsen van koolwaterstofmoleculen met een lange keten in kortere onder invloed van hoge temperatuur (470-550 0 C). Tijdens deze splitsing worden, samen met alkanen, alkenen gevormd:

Momenteel is katalytisch kraken het meest gebruikelijk. Het wordt uitgevoerd bij een temperatuur van 450-500 0 C, maar met een hogere snelheid en stelt u in staat benzine van hogere kwaliteit te krijgen. Onder de omstandigheden van katalytisch kraken vinden, samen met splitsingsreacties, isomerisatiereacties plaats, dat wil zeggen de omzetting van koolwaterstoffen met een normale structuur in vertakte koolwaterstoffen.

Isomerisatie beïnvloedt de kwaliteit van benzine, aangezien de aanwezigheid van vertakte koolwaterstoffen het octaangetal aanzienlijk verhoogt. Kraken wordt aangeduid als de zogenaamde secundaire processen van olieraffinage. Een aantal andere katalytische processen, zoals reforming, worden ook als secundair geclassificeerd. hervormen- dit is de aromatisering van benzines door ze te verhitten in aanwezigheid van een katalysator, bijvoorbeeld platina. Onder deze omstandigheden worden alkanen en cycloalkanen omgezet in aromatische koolwaterstoffen, waardoor ook het octaangetal van benzine aanzienlijk toeneemt.

Ecologie en olieveld

Voor de petrochemische productie is vooral het probleem van het milieu relevant. Olieproductie gaat gepaard met energiekosten en milieuvervuiling. Een gevaarlijke bron van vervuiling van de oceanen is offshore olieproductie, en de oceanen worden ook vervuild tijdens het transport van olie. Ieder van ons heeft op tv de gevolgen van ongevallen met olietankers gezien. Zwarte, met olie bedekte kusten, zwarte branding, verstikkende dolfijnen, vogels waarvan de vleugels bedekt zijn met stroperige olie, mensen in beschermende pakken die olie verzamelen met schoppen en emmers. Ik zou graag de gegevens willen aanhalen van een ernstige milieuramp die in november 2007 in de Straat van Kerch heeft plaatsgevonden. 2000 ton olieproducten en ongeveer 7.000 ton zwavel kwamen in het water terecht. De Tuzla Spit, die is gelegen op de kruising van de Zwarte Zee en de Azov Zee, en de Chushka Spit hebben het meest te lijden gehad van de ramp. Na het ongeval zakte stookolie naar de bodem, waardoor een kleine hartvormige schelp stierf, het belangrijkste voedsel van de bewoners van de zee. Het herstel van het ecosysteem duurt 10 jaar. Meer dan 15 duizend vogels stierven. Een liter olie, die in het water is gevallen, verspreidt zich over het oppervlak op plekken van 100 m². De oliefilm, hoewel erg dun, vormt een onoverkomelijke barrière voor het pad van zuurstof van de atmosfeer naar de waterkolom. Als gevolg hiervan worden het zuurstofregime en de oceaan verstoord. "verstikken". Plankton, de ruggengraat van de oceaanvoedselketen, sterft af. Op dit moment is ongeveer 20% van het gebied van de Wereldoceaan bedekt met olievlekken en het gebied dat wordt getroffen door olievervuiling groeit. Naast het feit dat de Wereldoceaan is bedekt met een oliefilm, kunnen we deze ook op het land waarnemen. In de olievelden van West-Siberië wordt bijvoorbeeld meer olie per jaar gemorst dan een tanker kan bevatten - tot 20 miljoen ton. Ongeveer de helft van deze olie komt op de grond terecht als gevolg van ongevallen, de rest is "geplande" fonteinen en lekkages tijdens het opstarten van putten, proefboringen en pijpleidingreparaties. Het grootste gebied van met olie verontreinigd land valt volgens de Milieucommissie van de Yamalo-Nenets Autonome Okrug in het Purovsky-district.

AARD EN BIJBEHOREND AARDOLIEGAS

Aardgas bevat koolwaterstoffen met een laag molecuulgewicht, de belangrijkste componenten zijn: methaan. Het gehalte ervan in het gas van verschillende velden varieert van 80% tot 97%. Naast methaan - ethaan, propaan, butaan. Anorganisch: stikstof - 2%; CO2; H20; H2S, edelgassen. Bij de verbranding van aardgas komt veel warmte vrij.

In termen van zijn eigenschappen overtreft aardgas als brandstof zelfs olie, het is meer calorisch. Dit is de jongste tak van de brandstofindustrie. Gas is nog makkelijker te winnen en te transporteren. Het is de zuinigste van alle brandstoffen. Toegegeven, er zijn ook nadelen: het complexe intercontinentale transport van gas. Tankers - methaanmest, die gas in vloeibare toestand transporteert, zijn uiterst complexe en dure constructies.

Het wordt gebruikt als: effectieve brandstof, grondstof in de chemische industrie, bij de productie van acetyleen, ethyleen, waterstof, roet, kunststoffen, azijnzuur, kleurstoffen, medicijnen, enz. productie. Aardoliegas bevat minder methaan, maar meer propaan, butaan en andere hogere koolwaterstoffen. Waar wordt het gas geproduceerd?

Meer dan 70 landen van de wereld hebben commerciële gasreserves. Bovendien beschikken ontwikkelingslanden, net als in het geval van olie, over zeer grote reserves. Maar de gasproductie wordt voornamelijk uitgevoerd door ontwikkelde landen. Ze hebben mogelijkheden om het te gebruiken of een manier om gas te verkopen aan andere landen die zich met hen op hetzelfde continent bevinden. De internationale gashandel is minder actief dan de oliehandel. Ongeveer 15% van het geproduceerde gas in de wereld komt op de internationale markt. Bijna 2/3 van de wereldgasproductie wordt geleverd door Rusland en de VS. De leidende gasproductieregio, niet alleen in ons land, maar ook in de wereld, is ongetwijfeld de autonome regio Yamalo-Nenets, waar deze industrie zich al 30 jaar ontwikkelt. Onze stad Novy Urengoy wordt terecht erkend als de gashoofdstad. De grootste afzettingen zijn Urengoyskoye, Yamburgskoye, Medvezhye, Zapolyarnoye. Het Urengoy-veld is opgenomen in het Guinness Book of Records. De reserves en productie van het depot zijn uniek. De onderzochte reserves bedragen meer dan 10 biljoen. m 3 , 6 biljoen. m3 In 2008 is JSC "Gazprom" van plan om 598 miljard m 3 "blauw goud" te produceren in het Urengoy-veld.

Gas en ecologie

De imperfectie van de technologie van olie- en gasproductie, hun transport veroorzaakt de constante verbranding van het gasvolume in de warmte-eenheden van compressorstations en in fakkels. Compressorstations zijn verantwoordelijk voor ongeveer 30% van deze emissies. Jaarlijks wordt ongeveer 450.000 ton aardgas en bijbehorend gas verbrand bij fakkelinstallaties, terwijl meer dan 60.000 ton verontreinigende stoffen in de atmosfeer terechtkomen.

Olie, gas, kolen zijn waardevolle grondstoffen voor de chemische industrie. Op korte termijn vinden ze een vervanger in het brandstof- en energiecomplex van ons land. Momenteel zoeken wetenschappers naar manieren om zonne- en windenergie, nucleaire brandstof, te gebruiken om olie volledig te vervangen. Waterstof is de meest veelbelovende brandstof van de toekomst. Het verminderen van het gebruik van olie in thermische energietechniek is niet alleen de weg naar een rationeler gebruik, maar ook naar het behoud van deze grondstof voor toekomstige generaties. Koolwaterstofgrondstoffen mogen alleen in de verwerkende industrie worden gebruikt om een ​​verscheidenheid aan producten te verkrijgen. Helaas verandert de situatie nog niet en wordt tot 94% van de geproduceerde olie als brandstof gebruikt. D. I. Mendelejev zei wijselijk: "Het verbranden van olie is hetzelfde als het verwarmen van de oven met bankbiljetten."

Onthoud: destillatie (destillatie) is een methode om een ​​mengsel van vluchtige vloeistoffen te scheiden door geleidelijke verdamping gevolgd door condensatie.

Olie. Olieraffinage

Veel van de organische stoffen waarmee u in het dagelijks leven te maken krijgt - kunststoffen, verf, wasmiddelen, medicijnen, vernissen, oplosmiddelen - worden gesynthetiseerd uit koolwaterstoffen. Er zijn drie belangrijke bronnen van koolwaterstoffen in de natuur: olie, aardgas en steenkool.

Olie is een van de belangrijkste mineralen. Het is onmogelijk om ons leven voor te stellen zonder olie en zijn producten. Niet voor niets spelen olierijke landen een belangrijke rol in de wereldeconomie.

Olie is een donkere, olieachtige vloeistof die in de aardkorst wordt aangetroffen (Figuur 29.1). Het is een homogeen mengsel van enkele honderden stoffen - meestal verzadigde koolwaterstoffen met een aantal koolstofatomen in het molecuul van 1 tot 40.

Zowel fysische als chemische methoden worden gebruikt om dit mengsel te verwerken. Eerst wordt olie gescheiden in eenvoudige mengsels - fracties - door destillatie (destillatie of rectificatie), op basis van het feit dat verschillende stoffen in de samenstelling van olie bij verschillende temperaturen koken (Tabel 12). Destillatie vindt plaats in een destillatiekolom met significante verwarming (Fig. 29.2). De fracties met het hoogste kookpunt, die bij hoge temperaturen ontleden, worden onder verminderde druk gedestilleerd.

Tabel 12. Oliedestillatiefracties

Aantal koolstofatomen in moleculen

Kookpunt, °C

Sollicitatie

Meer dan 200 o C

Autobrandstof

Brandstof, grondstoffen voor synthese

Luchtvaart benzine

diesel brandstof

Zware gasolie (stookolie)

Brandstof voor thermische centrales

Ontleedt bij verhitting, gedestilleerd onder verminderde druk

Productie van asfalt, bitumen, paraffine, smeermiddelen, brandstof voor ketels

Oekraïne is behoorlijk rijk aan oliereserves. De belangrijkste afzettingen zijn geconcentreerd in drie olie- en gasregio's: in het oosten (regio's Sumy, Poltava, Tsjernihiv en Kharkiv), in het westen (regio's Lvov en Ivano-Frankivsk) en in het zuiden (regio van de Zwarte Zee, planken van de Azov en de Zwarte Zee). De oliereserves in Oekraïne worden geschat op ongeveer 2 miljard ton, maar een aanzienlijk deel daarvan is geconcentreerd op grote diepten (5-7 km). De jaarlijkse olieproductie in Oekraïne is ongeveer 2 miljoen ton, terwijl de vraag 16 miljoen ton is, dus helaas is Oekraïne nog steeds gedwongen aanzienlijke hoeveelheden olie te importeren.


Chemische verwerking van aardolieproducten

Sommige producten van oliedestillatie kunnen onmiddellijk worden gebruikt zonder verdere verwerking - dit zijn benzine en kerosine, maar ze vormen slechts 20-30% van de olie. Bovendien is benzine na destillatie van slechte kwaliteit (met een laag octaangetal, dat wil zeggen, wanneer het in de motor wordt gecomprimeerd, het explodeert en niet doorbrandt). Een motor die op dergelijke brandstof loopt, maakt een karakteristieke klop en valt al snel uit. Om de kwaliteit van benzine te verbeteren en de opbrengst ervan te verhogen, wordt olie chemisch verwerkt.

Een van de belangrijkste methoden voor chemische olieraffinage is kraken (van het Engels naar kraken - om te splitsen, breken, aangezien kraken optreedt wanneer koolstofketens worden verbroken) (Fig. 29.3). Bij verhitting tot 500 ° C zonder toegang tot lucht in aanwezigheid van speciale katalysatoren, worden lange alkaanmoleculen gesplitst in kleinere. Tijdens het kraken vormen verzadigde koolwaterstoffen een mengsel van lichte verzadigde en onverzadigde koolwaterstoffen, bijvoorbeeld:

Dit proces verhoogt de opbrengst aan benzine en kerosine. Dergelijke benzine wordt soms gekraakte benzine genoemd.

Een van de kenmerken die de kwaliteit van benzine bepalen, is het octaangetal, dat de mogelijkheid van detonatie (explosie) van het lucht-brandstofmengsel in de motor aangeeft. Hoe hoger het octaangetal, hoe kleiner de kans op ontploffing en dus hoe hoger de kwaliteit van benzine. Heptaan is ongeschikt als motorbrandstof, het zal eerder ontploffen, terwijl isooctaan (2,2,4-trimethylpentaan) de tegenovergestelde eigenschappen heeft - het ontploft bijna niet in een motor. Deze twee stoffen werden de basis van een schaal voor het bepalen van de kwaliteit van benzine - de octaangetalschaal. Op deze schaal is heptaan 0 en isooctaan 100. Volgens deze schaal heeft 95-octaanbenzine dezelfde detonatie-eigenschappen als een mengsel van 95% isooctaan en 5% heptaan.

Olieraffinage vindt plaats bij speciale ondernemingen - olieraffinaderijen. Zowel de rectificatie van ruwe olie als de chemische verwerking van de resulterende olieproducten worden daar uitgevoerd. Er zijn zes olieraffinaderijen in Oekraïne: in Odessa, Kremenchug, Cherson, Lisichansk, Nadvornyansk en Drohobych. De totale capaciteit van alle Oekraïense olieraffinaderijen bedraagt ​​meer dan 52 miljoen ton per jaar.

Natuurlijk gas

De tweede belangrijkste bron van koolwaterstofgrondstoffen is aardgas, met als hoofdbestanddeel methaan (93-99%). Aardgas wordt voornamelijk gebruikt als een efficiënte brandstof. Wanneer het wordt verbrand, wordt er geen as of giftige koolmonoxide gevormd, dus aardgas wordt als een milieuvriendelijke brandstof beschouwd.

De chemische industrie gebruikt een grote hoeveelheid aardgas. De verwerking van aardgas wordt voornamelijk gereduceerd tot de productie van onverzadigde koolwaterstoffen en synthesegas. Ethyleen en acetyleen worden gevormd door de eliminatie van waterstof uit lagere alkanen:

Synthesegas - een mengsel van koolstof(II)oxide en waterstof - wordt verkregen door methaan te verhitten met stoom:

Uit dit mengsel worden met behulp van verschillende katalysatoren zuurstofhoudende verbindingen gesynthetiseerd - methylalcohol, azijnzuur, enz.

Wanneer het over een kobaltkatalysator wordt geleid, wordt synthesegas omgezet in een mengsel van alkanen, wat synthetische benzine is:

Steenkool

Een andere bron van koolwaterstoffen is steenkool. In de chemische industrie wordt het verwerkt door cokesvorming - verwarming tot 1000 ° C zonder toegang tot lucht (Fig. 29.5, p. 170). In dit geval worden cokes en koolteer gevormd, waarvan de massa slechts enkele procenten van de massa steenkool is. Cokes wordt gebruikt als reductiemiddel in de metallurgie (bijvoorbeeld om ijzer uit zijn oxiden te halen).

Koolteer bevat enkele honderden organische verbindingen, voornamelijk aromatische koolwaterstoffen, die daaruit worden verkregen door destillatie.

Als brandstof wordt ook steenkool gebruikt, maar er zijn grote milieuproblemen. Ten eerste bevat steenkool onbrandbare onzuiverheden, die bij de verbranding van brandstof in slakken veranderen; ten tweede bevat steenkool kleine hoeveelheden zwavel- en stikstofverbindingen, waarvan de verbranding oxiden produceert die de atmosfeer vervuilen. Wat betreft steenkoolreserves bezet Oekraïne een van de eerste plaatsen ter wereld. Op het grondgebied dat gelijk is aan 0,4% van de wereld, is ongeveer 5% van de wereldreserves van energiegrondstoffen geconcentreerd in Oekraïne, waarvan 95% steenkool (ongeveer 54 miljard ton). In 2015 bedroeg de steenkoolproductie 40 miljoen ton, bijna de helft zoveel als in 2011. Vandaag zijn er 300 steenkoolmijnen in Oekraïne, en 40% daarvan produceert cokeskolen (die tot cokes kunnen worden verwerkt). De productie is voornamelijk geconcentreerd in de regio's Donetsk, Lugansk, Dnepropetrovsk en Volyn.

taalkundige taak

In het Grieks betekent pyro "vuur" en lysis betekent "ontleding". Waarom denk je dat de termen "kraken" en "pyrolyse" vaak door elkaar worden gebruikt?


kernidee

De belangrijkste bronnen van koolwaterstoffen voor de industrie zijn olie, kolen en aardgas. Voor een efficiënter gebruik moeten deze natuurlijke hulpbronnen worden verwerkt om afzonderlijke stoffen of mengsels te isoleren.

testvragen

334. Noem de belangrijkste natuurlijke bronnen van koolwaterstoffen.

335. Wat is de basis van de fysische methode om olie in fracties te scheiden?

336. In welke fracties wordt olie gescheiden tijdens destillatie? Beschrijf hun toepassing. Wat is het meest waardevolle product van olieraffinage voor de moderne samenleving?

337. Wat is het verschil tussen de belangrijkste olieproducten qua chemische samenstelling?

338. Beschrijf met behulp van de informatie in deze en vorige paragrafen het gebruik van aardgas in de chemische industrie.

339. Welke hoofdproducten worden gewonnen door cokeskolen?

340. Waarom wordt steenkool tijdens de verwerking zonder luchttoegang verwarmd?

341. Waarom is aardgas beter dan steenkool als brandstof?

342. Welke stoffen en materialen worden verkregen bij de verwerking van kolen en aardgas?

Taken om de stof onder de knie te krijgen

343. Bij het kraken van koolwaterstof C 20 H 42 worden twee producten gevormd met hetzelfde aantal koolstofatomen in de moleculen. Schrijf een vergelijking voor de reactie.

344. Wat is het fundamentele verschil tussen oliekraken en rectificatie?

345. Waarom denk je dat het bij directe destillatie van olie niet mogelijk is om olie voor meer dan 20% in benzine om te zetten?

346. Analyseer afb. 29.2 en beschrijf hoe olie wordt gedestilleerd.

347. Maak vergelijkingen voor de reacties voor het verkrijgen van ethyleen en acetyleen uit aardgascomponenten.

348. Een van de bestanddelen van benzine is de koolwaterstof C 8 H 18 . Schrijf een vergelijking voor de reactie van de productie van koolstof (II) oxide en waterstof.

349. Wanneer benzine volledig wordt verbrand, vormen zich kooldioxide en water in de motor. Schrijf een vergelijking voor de verbrandingsreactie van benzine, aangenomen dat deze bestaat uit koolwaterstoffen met de samenstelling C 8 H 18 .

350. Uitlaatgassen van auto's bevatten giftige stoffen: koolstof(II)oxide en stikstof(N)oxide. Leg uit van welke chemische reacties ze zijn ontstaan.

351. Hoe vaak zal het volume van het brandstof-luchtmengsel, bestaande uit 40 ml octaangetal en 3 liter lucht, toenemen bij ontsteking? Ga er bij de berekening van uit dat de lucht 20% zuurstof (volume) bevat.

352. Benzine die wordt verkocht in landen met een warm klimaat, bestaat uit koolwaterstoffen met een hoger molecuulgewicht dan benzine die wordt verkocht in landen met een koud klimaat. Geef aan waarom raffinaderijen dit doen.

353*. Olie bevat zoveel waardevolle organische stoffen dat D.I. Mendelejev zei: "Het verbranden van olie in een oven is bijna hetzelfde als het verbranden van bankbiljetten." Hoe begrijp je deze uitspraak? Suggesties voor een rationeel gebruik van natuurlijke bronnen van koolwaterstoffen.

354*. Vind in aanvullende bronnen informatie over materialen en stoffen waarvoor olie, aardgas of kolen grondstoffen zijn. Kunnen ze worden gemaakt zonder gebruik te maken van natuurlijke bronnen van koolwaterstoffen? Kan de mensheid weigeren deze materialen te gebruiken? Motiveer het antwoord.

355*. Gebruikmakend van de kennis die is opgedaan in aardrijkskundelessen in de klassen 8 en 9, beschrijf de huidige en toekomstige bekkens en gebieden van steenkool-, olie- en aardgasproductie in Oekraïne. Of de locatie van de bedrijven voor het verwerken van deze bronnen van koolwaterstoffen is afgestemd op hun afzettingen.

Dit is leerboekmateriaal.