Surse naturale de chimie a hidrocarburilor Pe scurt. Rezumat: Surse naturale de hidrocarburi. Impactul asupra mediului

Obiectivele lecției:

Educational:

• Să dezvolte activitatea cognitivă a elevilor.
• Să familiarizeze elevii cu sursele naturale de hidrocarburi: petrol, gaze naturale, cărbune, cu compoziția și metodele de prelucrare a acestora.
• Explorați principalele zăcăminte ale acestor resurse la scară globală și în Rusia.
• Arată semnificația lor în economia națională.
• Luați în considerare problemele de mediu.

Educational:

• Stimularea interesului pentru studierea temei, insuflarea culturii vorbirii în lecțiile de chimie.

În curs de dezvoltare:

• Dezvoltați atenția, observarea, abilitățile de ascultare și tragerea de concluzii.

Metode și tehnici pedagogice:

• Abordare perceptivă.
• Abordare gnostică.
• Abordare cibernetică.

Echipament: Tablă interactivă, multimedia, manuale electronice ale MarSTU, Internet, colecții „Uleiul și principalele produse ale prelucrării sale”, „Carbune bituminos și cele mai importante produse ale prelucrării sale”.

În timpul orelor

I. Moment organizatoric.

Vă prezint scopul și obiectivele acestei lecții.

II. Parte principală.

Cele mai importante surse naturale de hidrocarburi sunt: ​​petrolul, cărbunele, gazele naturale și asociate.

Uleiul este „aur negru” (Le prezint elevilor originea petrolului, principalele rezerve, producția, compoziția petrolului, proprietățile fizice, produsele rafinate).

În procesul de rectificare, uleiul este împărțit în următoarele fracții:

Arăt mostre de facțiuni din colecție (demonstrația este însoțită de o explicație).

• Gaze de distilare- un amestec de hidrocarburi cu molecul scăzut, în principal propan și butan, cu un punct de fierbere de până la 40 ° C,
• Fracția de benzină (benzină)- HC cu compoziția С 5 Н 12 până la С 11 Н 24 (t bp 40-200 ° С, cu o separare mai fină a acestei fracțiuni, motorina(eter de petrol, 40 - 70 ° С) și benzină(70 - 120 ° C),
• Fracția de nafta- HC de compoziție de la С 8 Н 18 la С 14 Н 30 (t bp 150 - 250 ° С),
• Fracția de kerosen- HC cu compoziție de la C 12 H 26 la C 18 H 38 (punct de fierbere 180 - 300 ° C),
• Combustibil diesel- HC cu compoziție de la C 13 N 28 la C 19 N 36 (tbp 200 - 350 ° C)

Rafinarea petrolului rămasă - păcură- contine hidrocarburi cu numarul de atomi de carbon de la 18 la 50. Se obtine distilare la presiune redusa din pacura. motorina(C 18H 28 - C 25H 52), uleiuri lubrifiante(C 28 H 58 - C 38 H 78), petrolatumși parafină- amestecuri cu punct de topire scăzut de hidrocarburi solide. Reziduu solid din distilare de păcură - gudronși produsele prelucrării sale - bitumși asfalt utilizate pentru fabricarea suprafeţelor rutiere.

Produsele obtinute in urma rectificarii uleiului sunt supuse prelucrarii chimice. Unul dintre ei este cracare.

Cracarea este descompunerea termică a produselor petroliere, care duce la formarea de hidrocarburi cu mai puțini atomi de carbon pe moleculă. (Folosesc manualul electronic al MarSTU, care vorbește despre tipurile de crăpare).

Elevii compară cracarea termică și catalitică. (Diapozitivul numărul 16)

Fisura termica.

Divizarea moleculelor de hidrocarburi are loc la o temperatură mai mare (470-5500 C). Procesul decurge lent, se formează hidrocarburi cu atomi de carbon neramificati. În benzina obținută ca urmare a cracării termice, alături de hidrocarburile saturate, există multe hidrocarburi nesaturate. Prin urmare, această benzină are o rezistență la detonare mai mare decât benzina de funcționare directă. Benzina cracata termic conține multe hidrocarburi nesaturate, care sunt ușor oxidate și polimerizate. Prin urmare, această benzină este mai puțin stabilă în timpul depozitării. Arderea poate înfunda diverse părți ale motorului.

Cracare catalitică.

Diviziunea moleculelor de hidrocarburi are loc in prezenta catalizatorilor si la o temperatura mai scazuta (450-5000 C). Accentul principal este pe benzină. Ei încearcă să obțină mai mult și întotdeauna o calitate mai bună. Cracarea catalitică a apărut tocmai ca urmare a luptei de lungă durată și încăpățânată a lucrătorilor din petrol pentru a îmbunătăți calitatea benzinei. În comparație cu cracarea termică, procesul decurge mult mai rapid, nu numai cu descompunerea moleculelor de hidrocarburi, ci și izomerizarea acestora, adică. au format hidrocarburi cu catenă ramificată de atomi de carbon. Benzina cracata catalitic are o rezistenta la detonare chiar mai mare decat benzina cracata termic.

Cărbune. (Le prezint elevilor originea cărbunelui, rezervele principale, minerit, proprietăți fizice, produse prelucrate).

Origine: (Eu folosesc manualul electronic al MarSTU, unde se vorbește despre originea cărbunelui).

Rezerve de bază: (diapozitivul numărul 18) Pe hartă le arăt studenților cele mai mari zăcăminte de cărbune din Rusia în ceea ce privește volumul de producție - acestea sunt bazinele Tunguska, Kuznetsk și Pechora.

Extracţie:(Eu folosesc manualul electronic al MarSTU, unde se vorbește despre minerit de cărbune).

• Gaz cuptor de cocs- care conține Н 2, СН 4, СО, СО 2, impurități de NH 3, N 2 și alte gaze,
• Gudron de cărbune- conține câteva sute de substanțe organice diferite, inclusiv benzen și omologii săi, fenoli și alcooli aromatici, naftalină și diverși compuși heterociclici;
• Nadzmolnaya, sau apa cu amoniac- conține amoniac dizolvat, precum și fenol, hidrogen sulfurat și alte substanțe;
• Coca-Cola- reziduu solid de cocsificare, carbon practic pur.

Gaze naturale și asociate petrolului. (Le prezint elevilor principalele rezerve, producție, compoziție, produse prelucrate).

III. Generalizare.

În partea de rezumat a lecției, folosind programul Turning Point, am făcut un test. Elevii s-au înarmat cu telecomenzi. Când o întrebare apare pe ecran, prin apăsarea butonului corespunzător, ei aleg răspunsul corect.

1. Principalele componente ale gazelor naturale sunt:

• etan;
• propan;
• Metan;
• Butan.

2. Ce fracție din distilarea uleiului conține de la 4 până la 9 atomi de carbon pe moleculă?

• nafta;
• motorină;
• Benzină;
• Kerosenul.

3. Ce rost are cracarea produselor petroliere grele?

• Producția de metan;
• Obținerea fracțiilor de benzină cu rezistență mare la detonare;
• producerea gazelor de sinteză;
• Obținerea de hidrogen.

4. Care proces nu are legătură cu rafinarea petrolului?

• Cocsificabil;
• Distilație fracțională;
• Cracare catalitică;
• Fisura termica.

5. Care dintre evenimentele enumerate este cel mai periculos pentru ecosistemele acvatice?

• Încălcarea etanșeității conductei de petrol;
• Deversarea de petrol ca urmare a unui accident de cisternă;
• Încălcarea tehnologiei în timpul producției de petrol în adâncime pe uscat;
• Transportul cărbunelui pe mare.

6. Din metan, care formează gaz natural, obțineți:

• gaz de sinteză;
• Etilenă;
• Acetilenă;
• butadienă.

7. Ce caracteristici deosebesc benzina cracata catalitic de benzina cu exploatare directă?

• Prezența alchenelor;
• Prezența alchinelor;
• Prezența hidrocarburilor cu catenă ramificată;
• Rezistență mare la detonare.

Rezultatul testului este vizibil imediat pe ecran.

Teme pentru acasă:§ 10, exercițiul 1 - 8

Literatură:

1. L.Yu. Alikberova „Chimie distractivă.” - M.: „AST-Press”, 1999.
2. OS Gabrielyan, IG Ostroumov „Manualul unui profesor de chimie, clasa a 10-a”. - M .: „Blik și K”, 2001.
3. O.S.Gabrielyan, F.N.Maskaev, S.Yu. Ponomarev, V.I. Terenin „Clasa de chimie 10” .– M .: „Bustard”, 2003.

Originea combustibililor fosili.

Pe lângă faptul că toate organismele vii sunt compuse din substanțe organice, sursa principală de compuși organici sunt: ​​petrolul, cărbunele, gazele petroliere naturale și asociate.

Petrolul, cărbunele și gazele naturale sunt surse de hidrocarburi.

Aceste resurse naturale sunt utilizate:

· Ca combustibil (sursă de energie și căldură) - aceasta este arderea convențională;

· Sub formă de materii prime pentru prelucrare ulterioară, este sinteza organică.

Teorii despre originea substanțelor organice:

1- Teoria originii organice.

Conform acestei teorii, depozitele s-au format din rămășițele unor organisme vegetale și animale dispărute, care s-au transformat într-un amestec de hidrocarburi în grosimea scoarței terestre sub influența bacteriilor, a presiunii ridicate și a temperaturii.

2- Teoria originii minerale (vulcanice) a petrolului.

Conform acestei teorii, petrolul, cărbunele și gazele naturale s-au format în timpul stadiului inițial al formării planetei Pământ. În acest caz, metalele s-au combinat cu carbonul, formând carburi. Ca rezultat al reacției carburilor cu vaporii de apă, în adâncurile planetei s-au format hidrocarburi gazoase, în special metanul și acetilena. Și sub influența încălzirii, radiațiilor și catalizatorilor, din aceștia s-au format alți compuși conținuti în ulei. În straturile superioare ale litosferei, componentele uleiului lichid s-au evaporat, lichidul s-a îngroșat, s-a transformat în asfalt și apoi în cărbune.

Această teorie a fost exprimată pentru prima dată de D.I. Mendeleev, iar apoi, în secolul al XX-lea, omul de știință francez P. Sabatier a modelat procesul descris în laborator și a obținut un amestec de hidrocarburi asemănător petrolului.

Componenta principală gaz natural este metanul. De asemenea, conține etan, propan, butan. Cu cât greutatea moleculară a hidrocarburii este mai mare, cu atât este mai puțin conținută în gazul natural.

Aplicație: Atunci când gazul natural este ars, se eliberează multă căldură, prin urmare acesta servește drept combustibil eficient din punct de vedere energetic și ieftin în industrie. Gazele naturale sunt, de asemenea, o sursă de materii prime pentru industria chimică: producția de acetilenă, etilenă, hidrogen, funingine, diverse materiale plastice, acid acetic, coloranți, medicamente și alte produse.

Gaze petroliere asociate găsit în natură deasupra uleiului sau dizolvat în acesta sub presiune. Anterior, gazele petroliere asociate nu erau folosite, acestea erau arse. În zilele noastre, ele sunt capturate și utilizate ca combustibil și materii prime chimice valoroase. Gazele asociate conțin mai puțin metan decât gazul natural, dar conțin mult mai mulți omologi. Gazele petroliere asociate sunt separate într-o compoziție mai îngustă.

De exemplu: benzină naturală - un amestec de pentan, hexan și alte hidrocarburi este adăugat la benzină pentru a îmbunătăți pornirea motorului; ca combustibil se folosește fracția propan-butan sub formă de gaz lichefiat; gazul uscat - asemănător ca compoziție cu gazul natural - este folosit pentru a produce acetilenă, hidrogen și, de asemenea, ca combustibil.Uneori gazele petroliere asociate sunt separate mai minuțios și din ele se extrag hidrocarburi individuale, din care apoi se obțin hidrocarburi nesaturate.

Cărbunele rămâne unul dintre cei mai răspândiți combustibili și materii prime pentru sinteza organică. Ce tipuri de cărbune există, de unde este luat cărbunele și pentru ce produse este folosit - acestea sunt principalele întrebări pe care le vom lua în considerare în lecția de astăzi. Cărbunele a fost folosit ca sursă de substanțe chimice mai devreme decât petrolul și gazele naturale.

Cărbunele nu este o substanță individuală. Include: carbon liber (până la 10%), substanțe organice care conțin, pe lângă carbon și hidrogen, oxigen, sulf, azot, minerale care rămân sub formă de zgură la arderea cărbunelui.

Cărbunele este un combustibil fosil solid de origine organică. Conform ipotezei biogene, s-a format din plante moarte ca urmare a activității vitale a microorganismelor în perioada carboniferă a erei paleozoice (acum aproximativ 300 de milioane de ani). Cărbunele este mai ieftin decât petrolul, este distribuit mai uniform în scoarța terestră, rezervele sale naturale depășesc cu mult rezervele de petrol și, conform oamenilor de știință, nu se vor epuiza încă un secol.

Formarea cărbunelui din reziduurile vegetale (coalificare) are loc în mai multe etape: turbă - cărbune brun - cărbune - antracit.

Procesul de coalificare constă într-o creștere treptată a conținutului relativ de carbon din materia organică ca urmare a epuizării acestuia în oxigen și hidrogen. Formarea turbei și cărbunelui brun are loc ca urmare a descompunerii biochimice a reziduurilor vegetale fără acces la oxigen. Tranziția cărbunelui brun la cărbune are loc sub influența temperaturilor și presiunilor ridicate asociate cu procesele de formare a munților și vulcanice.

Rețineți: distilarea (distilarea) este o metodă de separare a unui amestec de lichide volatile prin evaporare treptată urmată de condensare.

Ulei. Distilarea uleiului

Multe substanțe organice cu care te confrunți în viața de zi cu zi - materiale plastice, vopsele, detergenți, medicamente, lacuri, solvenți - sunt sintetizate din hidrocarburi. Există trei surse principale de hidrocarburi în natură - petrol, gaze naturale și cărbune.

Uleiul este unul dintre cele mai importante minerale. Este imposibil să ne imaginăm viața fără ulei și produsele sale. Nu degeaba țările bogate în petrol joacă un rol important în economia globală.

Uleiul este un lichid uleios de culoare închisă care se găsește în scoarța terestră (Figura 29.1). Este un amestec omogen de câteva sute de substanțe - în principal hidrocarburi saturate cu un număr de atomi de carbon dintr-o moleculă de la 1 la 40.

Pentru prelucrarea acestui amestec sunt folosite atât metode fizice, cât și chimice. În primul rând, uleiul este separat în amestecuri simple - fracții - prin distilare (distilare sau rectificare), pe baza faptului că diverse substanțe din ulei fierb la temperaturi diferite (Tabelul 12). Distilarea are loc într-o coloană de distilare cu încălzire semnificativă (Fig. 29.2). Fracțiile cu cele mai mari puncte de fierbere care se descompun la temperaturi ridicate sunt distilate sub presiune redusă.

Tabelul 12. Fracții de distilare a uleiului

Ucraina este destul de bogată în rezerve de petrol. Principalele zăcăminte sunt concentrate în trei regiuni de petrol și gaze: estică (regiunile Sumy, Poltava, Cernigov și Harkov), vestică (regiunile Lvov și Ivano-Frankovsk) și sudice (regiunile Mării Negre, Azov și Mării Negre). Rezervele de petrol din Ucraina sunt estimate la aproximativ 2 miliarde de tone, dar o parte semnificativă din ele este concentrată la adâncimi mari (5-7 km). Producția anuală de petrol în Ucraina este de aproximativ 2 milioane de tone, cu o cerere de 16 milioane de tone, prin urmare, din păcate, Ucraina este încă obligată să importe volume semnificative de petrol.

Prelucrarea chimică a produselor petroliere

Unele produse din distilarea uleiului pot fi utilizate imediat, fără prelucrare ulterioară - acestea sunt benzina și kerosenul, dar reprezintă doar 20-30% din ulei. În plus, după distilare, se obține benzina de proastă calitate (cu cifră octanică scăzută, adică atunci când este comprimată în motor, explodează și nu arde). Un motor care funcționează cu un astfel de combustibil produce o lovitură caracteristică și se defectează rapid. Pentru a îmbunătăți calitatea benzinei și a crește randamentul acesteia, uleiul este supus unei prelucrări chimice.

Una dintre cele mai importante metode de rafinare chimică a petrolului este cracarea (din engleză. A crack - a despica, rupe, deoarece fisurarea are loc atunci când lanțurile de carbon sunt rupte) (Fig. 29.3). Când sunt încălzite la 500 ° C fără acces la aer în prezența catalizatorilor speciali, moleculele lungi de alcan sunt împărțite în altele mai mici. Cracarea din hidrocarburi saturate formează un amestec de hidrocarburi saturate ușoare și nesaturate, de exemplu:

Acest proces crește randamentul de benzină și kerosen. Această benzină este uneori denumită benzină crăpată.

Una dintre caracteristicile care determină calitatea benzinei este cifra octanică, care indică posibilitatea detonării (exploziei) a amestecului aer-combustibil din motor. Cu cât este mai mare cifra octanică, cu atât este mai mică probabilitatea de detonare și, prin urmare, cu atât calitatea benzinei este mai mare. Heptanul este nepotrivit ca combustibil pentru motor, este mai probabil să detoneze, în timp ce izooctanul (2,2,4-trimetilpentan) are proprietăți opuse - cu greu detonează în motor. Aceste două substanțe au devenit baza scalei pentru determinarea calității benzinei - scara cifrelor octanice. Pe această scară, heptanul a primit o valoare de 0, iar izooctanul - 100. Conform acestei scale, benzina cu o valoare octanică de 95 are aceleași proprietăți de detonare ca un amestec de 95% izooctan și 5% heptan.

Rafinarea petrolului are loc la întreprinderi speciale - rafinăriile de petrol. Acolo se efectuează atât rectificarea țițeiului, cât și prelucrarea chimică a produselor petroliere rezultate. În Ucraina există șase rafinării: la Odesa, Kremenchug, Herson, Lisichansk, Nadvornyansk și Drohobych. Capacitatea totală a tuturor întreprinderilor ucrainene de rafinare a petrolului depășește 52 de milioane de tone pe an.

Gaz natural

A doua cea mai importantă sursă de hidrocarburi este gazul natural, a cărui componentă principală este metanul (93-99%). Gazul natural este folosit în primul rând ca combustibil eficient. Când arde, nu se formează nici cenuşă, nici monoxid de carbon otrăvitor, prin urmare gazul natural este considerat un combustibil prietenos cu mediul.

O mare cantitate de gaz natural este folosită de industria chimică. Prelucrarea gazelor naturale se reduce în principal la producerea de hidrocarburi nesaturate și gaz de sinteză. Etilena și acetilena se formează prin eliminarea hidrogenului din alcanii inferiori:

Gazul de sinteză - un amestec de oxid de carbon (P) și hidrogen - se obține prin încălzirea metanului cu abur:

Din acest amestec, folosind diferiți catalizatori, se sintetizează compuși care conțin oxigen - alcool metilic, acid acetic etc.

Când este trecut peste un catalizator de cobalt, gazul de sinteză este transformat într-un amestec de alcani, care este benzină sintetică:

Cărbune

O altă sursă de hidrocarburi este cărbunele. În industria chimică, este prelucrat prin cocsificare - încălzire la 1000 ° C fără acces la aer (Fig. 29.5, p. 170). În acest caz, se formează cocs și gudron de cărbune, a căror masă este doar câteva procente din masa cărbunelui. Cocsul este folosit ca agent reducător în metalurgie (de exemplu, pentru a obține fier din oxizii săi).

Gudronul de cărbune conține câteva sute de compuși organici, în principal hidrocarburi aromatice, care se obțin din acesta prin distilare.

Cărbunele bituminos este folosit și ca combustibil, dar pune mari probleme de mediu. În primul rând, cărbunele conține impurități incombustibile, care se transformă în zgură în timpul arderii combustibilului; în al doilea rând, compoziția cărbunelui conține cantități mici de compuși de sulf și azot, a căror combustie produce oxizi care poluează atmosfera. În ceea ce privește rezervele de cărbune, Ucraina este una dintre primele din lume. Pe un teritoriu egal cu 0,4% din lume, aproximativ 5% din rezervele de energie ale lumii sunt concentrate în Ucraina, din care 95% cade pe cărbune (circa 54 miliarde de tone). În 2015, producția de cărbune s-a ridicat la 40 de milioane de tone, adică de aproape două ori mai puțin decât în ​​2011. Astăzi există 300 de mine de cărbune în Ucraina, iar 40% dintre ele produc cărbune de cocs (care poate fi transformat în cocs). Producția este concentrată în principal în regiunile Donețk, Lugansk, Dnepropetrovsk și Volyn.

Sarcina lingvistică

În greacă, pyro înseamnă foc și lysis înseamnă descompunere. De ce credeți că termenii „cracare” și „piroliză” sunt adesea folosiți interschimbabil?

Idee cheie

Principalele surse de hidrocarburi pentru industrie sunt petrolul, cărbunele și gazele naturale. Pentru o utilizare mai eficientă, aceste resurse naturale trebuie prelucrate pentru a izola substanțe sau amestecuri individuale.

Întrebări de control

334. Care sunt principalele surse naturale de hidrocarburi.

335. Pe ce se bazează metoda fizică de separare a uleiului în fracții?

336. În ce fracții se separă uleiul în timpul distilării? Descrieți aplicația lor. Care este cel mai valoros produs petrolier pentru societatea modernă?

337. Care este diferența de compoziție chimică a celor mai importante produse petroliere?

338. Folosind informațiile din acest paragraf și din cele precedente, descrieți utilizarea gazelor naturale în industria chimică.

339. Care sunt principalele produse produse din cărbunele cocsificabil?

340. De ce se încălzește cărbunele fără acces la aer în timpul procesării?

341. De ce gazul natural este mai bun ca combustibil decât cărbunele?

342. Ce substanțe și materiale se extrag prin prelucrarea cărbunelui și a gazelor naturale?

Sarcini pentru stăpânirea materialului

343. În procesul de cracare a hidrocarburii C 20 H 42 se formează doi produși cu același număr de atomi de carbon în molecule. Scrieți ecuația reacției.

344. Care este diferența fundamentală dintre cracarea și rectificarea uleiului?

345. De ce crezi că nu este posibil să procesezi uleiul cu mai mult de 20% cu distilarea directă a uleiului?

346. Analizați fig. 29.2 și descrieți cum este distilat uleiul.

347. Faceți ecuațiile pentru reacțiile de obținere a etilenei și acetilenei din componentele gazelor naturale.

348. Unul dintre componentele benzinei este hidrocarbura C 8 H 18. Scrieți ecuația reacției pentru prepararea acesteia din oxid de carbon (I) și hidrogen.

349. Odată cu arderea completă a benzinei, în motor se formează dioxid de carbon și apă. Scrieți ecuația reacției pentru arderea benzinei, presupunând că aceasta constă din hidrocarburi de compoziția C 8 H 18.

350. Gazele de eșapament ale autoturismelor conțin substanțe toxice: oxid de carbon (P) și oxid de azot (^). Explicați ce fel de reacții chimice au format.

351. De câte ori va crește volumul amestecului combustibil-aer, format din 40 ml de vapori octanici și 3 litri de aer, la aprindere? Când calculați, presupuneți că aerul conține 20% oxigen (în volum).

352. Benzina vândută în țările calde constă din hidrocarburi cu o greutate moleculară mai mare decât benzina vândută în climă rece. Ghiciți de ce rafinăriile fac asta.

353 *. Uleiul conține atât de multe substanțe organice valoroase încât D. I. Mendeleev a spus: „Arderea uleiului într-un cuptor este aproape la fel cu arderea cu bancnote”. Cum înțelegi această afirmație? Sugerați modalități de utilizare rațională a surselor naturale de hidrocarburi.

354 *. În surse suplimentare, găsiți informații despre materiale și substanțe pentru care materia primă este petrol, gaze naturale sau cărbune. Pot fi făcute fără a folosi surse naturale de hidrocarburi? Poate omenirea să refuze să folosească aceste materiale? Justificați răspunsul.

355 *. Folosind cunoștințele acumulate la lecțiile de geografie din clasele a 8-a și a 9-a, descrieți bazinele actuale și viitoare și zonele de producție de cărbune, petrol, gaze naturale din Ucraina. Locațiile unităților de procesare pentru aceste surse de hidrocarburi se potrivesc cu câmpurile lor?

Acesta este material tutorial

Cele mai importante surse de hidrocarburi sunt gazele petroliere naturale și asociate, petrolul, cărbunele.

Prin rezerve gaz natural primul loc în lume îi aparține țării noastre. Gazul natural conține hidrocarburi cu greutate moleculară mică. Are următoarea compoziție aproximativă (în volum): 80–98% metan, 2–3% dintre cei mai apropiați omologi ai săi - etan, propan, butan și o cantitate mică de impurități - hidrogen sulfurat Н 2 S, azot N 2, nobil gaze, monoxid de carbon (IV ) CO 2 și vapori de apă H 2 O . Compoziția gazului este specifică fiecărui domeniu. Există următorul model: cu cât greutatea moleculară relativă a hidrocarburii este mai mare, cu atât este mai puțin conținută în gazul natural.

Gazul natural este utilizat pe scară largă ca combustibil ieftin cu o putere calorică mare (în timpul arderii a 1m 3 se eliberează până la 54.400 kJ). Este unul dintre cele mai bune tipuri de combustibil pentru nevoile casnice și industriale. În plus, gazul natural servește ca materie primă valoroasă pentru industria chimică: pentru producția de acetilenă, etilenă, hidrogen, funingine, diverse materiale plastice, acid acetic, coloranți, medicamente și alte produse.

Gaze petroliere asociate sunt situate în zăcăminte împreună cu petrolul: sunt dizolvate în acesta și sunt situate deasupra uleiului, formând un „capac”. Când uleiul este extras la suprafață, gazele sunt separate de acesta datorită unei scăderi puternice a presiunii. Anterior, gazele asociate nu au fost folosite și au fost arse în timpul producției de petrol. În zilele noastre, ele sunt capturate și utilizate ca combustibil și materii prime chimice valoroase. Gazele asociate conțin mai puțin metan decât gazul natural, dar mai mult etan, propan, butan și hidrocarburi mai mari. În plus, conțin în principal aceleași impurități ca și în gazele naturale: H 2 S, N 2, gaze nobile, vapori H 2 O, CO 2 . Hidrocarburile individuale (etan, propan, butan etc.) sunt extrase din gazele asociate, iar prelucrarea lor face posibila obtinerea de hidrocarburi nesaturate prin dehidrogenare - propilena, butilena, butadiena, din care apoi se sintetizeaza cauciucuri si materiale plastice. Un amestec de propan și butan (gaz lichefiat) este folosit ca combustibil de uz casnic. Benzina (un amestec de pentan și hexan) este utilizată ca aditiv la benzină pentru o mai bună aprindere a combustibilului la pornirea motorului. Acizii organici, alcoolii si alte produse se obtin prin oxidarea hidrocarburilor.

Ulei- lichid uleios inflamabil de culoare maro închis sau aproape negru cu miros caracteristic. Este mai ușor decât apa (= 0,73–0,97 g/cm 3), practic insolubil în apă. Din punct de vedere al compoziției, uleiul este un amestec complex de hidrocarburi de diferite greutăți moleculare, deci nu are un punct de fierbere specific.

Uleiul este format în principal din hidrocarburi lichide (în ele sunt dizolvate hidrocarburi solide și gazoase). De obicei, aceștia sunt alcani (în cea mai mare parte cu structură normală), cicloalcani și arene, al căror raport în uleiurile din diferite domenii variază foarte mult. Uleiul Ural conține mai multe arene. Pe lângă hidrocarburi, uleiul conține oxigen, sulf și compuși organici azotați.

De obicei nu se folosește țiței. Pentru a obține produse valoroase din punct de vedere tehnic din ulei, acesta este prelucrat.

Prelucrare primară uleiul constă în distilarea lui. Distilarea se efectuează la rafinării după separarea gazelor asociate. La distilarea uleiului, se obțin produse petroliere ușoare:

benzina ( t balot = 40–200 ° С) conține hidrocarburi С 5 –С 11,

nafta ( t balot = 150–250 ° С) conține hidrocarburi С 8 –С 14,

kerosen ( t balot = 180-300 ° C) conține hidrocarburi C 12 -C 18,

motorina ( t balot > 275 ° C),

iar în rest - un lichid negru vâscos - păcură.

Păcură este prelucrată în continuare. Se distilează sub presiune redusă (pentru a preveni descompunerea) și se eliberează uleiuri lubrifiante: ax, mașină, cilindru etc. Vaselina și parafina sunt izolate din păcură a unor tipuri de ulei. Păcura reziduală după distilare - gudron - după oxidare parțială este utilizată pentru obținerea asfaltului. Principalul dezavantaj al distilării uleiului este randamentul scăzut al benzinei (nu mai mult de 20%).

Produsele de distilare a petrolului au diverse aplicații.

Benzinăîn cantități mari este folosit ca combustibil pentru aviație și automobile. De obicei, constă din hidrocarburi care conțin în medie 5 până la 9 atomi de C în molecule. Nafta este folosit ca combustibil pentru tractoare, precum și ca solvent în industria vopselelor și lacurilor. Cantități mari din acesta sunt transformate în benzină. Kerosenul Este folosit ca combustibil pentru tractoare, avioane cu reacție și rachete, precum și pentru nevoile casnice. ulei solar - motorina- este folosit ca combustibil pentru motor, și uleiuri lubrifiante- pentru lubrifierea mecanismelor. Petrolatum folosit în medicină. Constă dintr-un amestec de hidrocarburi lichide și solide. Parafină Se foloseste la obtinerea de acizi carboxilici mai mari, la impregnarea lemnului la productia de chibrituri si creioane, la fabricarea de lumanari, lac de pantofi etc. Este format dintr-un amestec de hidrocarburi solide. Păcură pe lângă faptul că este procesat în uleiuri lubrifiante și benzină, este folosit ca combustibil lichid pentru cazan.

La metode de prelucrare secundară ulei, are loc o modificare a structurii hidrocarburilor care alcătuiesc compoziția sa. Dintre aceste metode, cracarea hidrocarburilor petroliere este de mare importanță pentru a crește randamentul benzinei (până la 65–70%).

Cracare- procesul de descompunere a hidrocarburilor continute in ulei, in urma caruia se formeaza hidrocarburi cu un numar mai mic de atomi de C intr-o molecula. Există două tipuri principale de cracare: termică și catalitică.

Fisura termica efectuată prin încălzirea materiei prime (pacură etc.) la o temperatură de 470–550 ° C și o presiune de 2–6 MPa. În acest caz, moleculele de hidrocarburi cu un număr mare de atomi de C sunt împărțite în molecule cu un număr mai mic de atomi de hidrocarburi atât saturate, cât și nesaturate. De exemplu:

(mecanism radical),

În acest fel, se obține în principal benzină de motor. Producția sa din petrol ajunge la 70%. Fisurarea termică a fost descoperită de inginerul rus V.G. Shukhov în 1891.

Cracare catalitică efectuată în prezența catalizatorilor (de obicei aluminosilicați) la 450–500 ° C și presiunea atmosferică. În acest fel, se obține benzina de aviație cu un randament de până la 80%. Acest tip de cracare se aplică în principal la fracțiunile petrolului de petrol și kerosen. În cracarea catalitică, împreună cu reacțiile de clivaj, apar reacții de izomerizare. Ca urmare a acestora din urmă, se formează hidrocarburi saturate cu un schelet de carbon ramificat de molecule, ceea ce îmbunătățește calitatea benzinei:

Benzina cracata catalitic are o calitate superioara. Procesul de obținere a acestuia decurge mult mai rapid, cu un consum mai mic de energie termică. În plus, cracarea catalitică produce relativ multe hidrocarburi cu lanț ramificat (compuși iso), care sunt de mare valoare pentru sinteza organică.

La t= 700 ° C și peste, are loc piroliza.

Piroliza- descompunerea substantelor organice fara acces la aer la temperaturi ridicate. În piroliza uleiului, principalii produși de reacție sunt hidrocarburile gazoase nesaturate (etilenă, acetilena) și hidrocarburile aromatice - benzen, toluen etc. Deoarece piroliza uleiului este una dintre cele mai importante modalități de obținere a hidrocarburilor aromatice, acest proces este adesea numit ulei. aromatizare.

Aromatizarea- transformarea alcanilor si cicloalcanilor in arene. Când fracțiile grele de produse petroliere sunt încălzite în prezența unui catalizator (Pt sau Mo), hidrocarburile care conțin 6-8 atomi de C într-o moleculă sunt transformate în hidrocarburi aromatice. Aceste procese au loc în timpul reformării (rafinarea benzinelor).

Reformare Este aromatizarea benzinelor, realizată prin încălzirea lor în prezența unui catalizator, de exemplu Pt. În aceste condiții, alcanii și cicloalcanii sunt transformați în hidrocarburi aromatice, drept urmare și numărul octanic al benzinelor crește semnificativ. Aromatizarea este utilizată pentru a obține hidrocarburi aromatice individuale (benzen, toluen) din fracțiunile de benzină petrolieră.

În ultimii ani, hidrocarburile petroliere au fost utilizate pe scară largă ca sursă de materii prime chimice. În diverse moduri, ele sunt utilizate pentru obținerea de substanțe necesare producerii materialelor plastice, fibre textile sintetice, cauciuc sintetic, alcooli, acizi, detergenți sintetici, explozivi, pesticide, grăsimi sintetice etc.

Cărbune la fel ca gazele naturale și petrolul, este o sursă de energie și o materie primă chimică valoroasă.

Principala metodă de prelucrare a cărbunelui bituminos este cocsificabil(distilarea uscată). În timpul cocsării (încălzire la 1000°C - 1200°C fără acces la aer), se obțin diverse produse: cocs, gudron de cărbune, apă suprarășină și gaz de cocs (diagrama).

Sistem

Cocsul este folosit ca agent reducător în producția de fontă la uzinele metalurgice.

Gudronul de cărbune servește ca sursă de hidrocarburi aromatice. Este supus la distilare de rectificare și obține benzen, toluen, xilen, naftalenă, precum și fenoli, compuși care conțin azot, etc. smoală - o masă neagră groasă rămasă după distilarea rășinii, este utilizată pentru prepararea electrozilor și a gudronului de acoperiș. hârtie.

Din apa supra-rășină se obțin amoniacul, sulfatul de amoniu, fenolul etc.

Gazul cuptorului de cocs este folosit pentru încălzirea cuptoarelor de cocs (în timpul arderii a 1m 3 se eliberează circa 18.000 kJ), dar în principal este supus prelucrărilor chimice. Deci, hidrogenul este eliberat din el pentru sinteza amoniacului, care este apoi folosit pentru a obține îngrășăminte cu azot, precum și metan, benzen, toluen, sulfat de amoniu, etilenă.

Controversa asupra formei Pământului nu diminuează semnificația conținutului său. Cea mai importantă fosilă a fost întotdeauna apa subterană. Ele asigură nevoile primare ale corpului uman. Cu toate acestea, fără combustibilii fosili, care sunt principala sursă de energie pentru civilizația umană, viața umană pare să fie complet diferită.

Combustibilul este o sursă de energie

Dintre toate fosilele ascunse în măruntaiele Pământului, combustibilul aparține tipului combustibil (sau sedimentar).

Baza este hidrocarbură, prin urmare, unul dintre efectele reacției de ardere este eliberarea de energie, care poate fi utilizată cu ușurință pentru a îmbunătăți confortul vieții umane. În ultimul deceniu, aproximativ 90% din toată energia folosită pe Pământ a fost generată din combustibili fosili. Acest fapt ne face să ne gândim la multe, având în vedere că bogăția intestinelor planetei aparține surselor de energie neregenerabile și se epuizează în timp.

Tipuri de combustibil

șisturi bituminoase

Ulei

Aerosoli

Suspensii

Piatra, antracit, grafit

Sapropel

Gaze de șist

Nisipuri bituminoase

Emulsii

Gaz mineral

Combustibil lichid pentru rachete

Gaz metan

Produs pe baza procesului Fischer-Tropsch

Hidrat de metan

Gaz comprimat

Produse de gazeificare a combustibilului solid

Toți combustibilii fosili sunt furnizați cu petrol, cărbune și gaze naturale.

Slip folosit ca combustibil

Materiile prime pentru producția de purtători de energie sunt petrolul, cărbunele, șisturile bituminoase, gazele naturale, hidrați de gaz, turba.

Ulei- un lichid legat de minerale combustibile (sedimentare). Constă din hidrocarburi și alte elemente chimice. Culoarea lichidului, în funcție de compoziție, variază între maro deschis, maro închis și negru. Compozițiile de culoare galben-verde și incoloră sunt rare. Prezența elementelor care conțin azot, sulf și oxigen în ulei determină culoarea și mirosul acestuia.

Cărbune- nume de origine latină. Carbō este numele internațional pentru carbon. Compoziția conține mase bituminoase și reziduuri vegetale. Acesta este un compus organic care a devenit obiect de descompunere lentă sub influența factorilor externi (geologici și biologici).

șisturi bituminoase, ca cărbunele, sunt un reprezentant al grupului de fosile solide combustibile, sau caustobioliți (care s-au tradus literalmente din greacă sună ca „o piatră combustibilă a vieții”). În timpul distilării uscate (sub influența temperaturilor ridicate), formează rășini care sunt apropiate ca compoziție chimică de ulei. Compoziția șisturilor este dominată de minerale (calcid, dolomit, cuarț, pirit etc.), dar există și organice (kerogen), care doar în roci de calitate superioară ajung la 50% din compoziția totală.

Gaz natural- o substanta gazoasa formata in timpul descompunerii substantelor organice. În intestinele Pământului, există trei tipuri de acumulare de amestecuri de gaze: acumulări separate, capace de gaze ale câmpurilor petroliere și în compoziția petrolului sau a apei. În condiții climatice optime, substanța este doar în stare gazoasă. Este posibil să se găsească în interiorul pământului sub formă de cristale (hidrati de gaze naturale).

Hidrații de gaz- formaţiuni cristaline formate din apă şi gaz în anumite condiţii. Ei aparțin grupului de compuși cu compoziție variabilă.

Turbă- rocă afanată folosită ca combustibil, material termoizolant, îngrășământ. Este un mineral cu gaz care este folosit ca combustibil în multe regiuni.

Origine

Tot ceea ce omul modern extrage în măruntaiele pământului aparține resurselor naturale neregenerabile. A fost nevoie de milioane de ani și de condiții geologice speciale pentru apariția lor. O mare cantitate de combustibili fosili s-a format în Mezozoic.

Ulei- conform teoriei biogene a originii sale, formarea a durat sute de milioane de ani din materia organică a rocilor sedimentare.

Cărbune- se formează cu condiția ca materialul vegetal în descompunere să fie completat mai repede decât are loc descompunerea. Mlaștinile sunt un loc potrivit pentru acest proces. Apa stătătoare protejează un strat de masă vegetală de distrugerea completă de către bacterii datorită conținutului său scăzut de oxigen. Cărbunele se împarte în humic (provine din resturi de lemn, frunze, tulpini) și sapropelit (format în principal din alge).

Turba poate fi numită materie primă pentru formarea cărbunelui. Dacă este scufundat sub straturile de sedimente, apa și gazele se pierd sub influența compresiei și se formează cărbune.

șisturi bituminoase- componenta organică este formată prin transformări biochimice ale celor mai simple alge. Se împarte în două tipuri: talomoalginit (conține alge cu structură celulară păstrată) și coloalginit (alge cu pierderea structurii celulare).

Gaz natural- conform aceleiași teorii a originii biogene a fosilelor, gazele naturale se formează la valori de presiune și temperatură mai mari decât petrolul, ceea ce este dovedit de apariția mai profundă a zăcămintelor. Ele sunt formate din același material natural (rămășițele organismelor vii).

Hidrații de gaz- acestea sunt astfel de formațiuni, pentru apariția cărora sunt necesare condiții termobarice speciale. Prin urmare, se formează în principal pe sedimentele de pe fundul mării și pe roci înghețate. Ele se pot forma, de asemenea, pe pereții conductelor în timpul producției de gaz și, prin urmare, fosila este încălzită la o temperatură peste formarea de hidrat.

Turbă- formată în condiţii de mlaştină din resturi vegetale organice incomplet descompuse. Se depune pe suprafata solului.

Minerit

Cărbunele bituminos și gazul natural diferă nu numai prin modul în care sunt ridicate la suprafață. Mai adânc decât restul sunt zăcăminte de gaze - de la unul la câțiva kilometri în interior. Substanța se găsește în porii rezervoarelor (formație care conține gaze naturale). Forța care face ca materialul să se ridice în sus este diferența de presiune dintre straturile subterane și sistemul de colectare. Producția are loc folosind puțuri, care încearcă să fie distribuite uniform pe întregul câmp. Extragerea combustibilului, astfel, permite evitarea fluxurilor incrucisate de gaze intre zone si udarea intempestiva a depozitelor.

Tehnologiile de producție de petrol și gaze au unele asemănări. Tipurile de producție de ulei se disting prin metodele de ridicare a substanței la suprafață:

• fântână (o tehnologie similară cu gazul, bazată pe diferența de presiune în subteran și în sistemul de livrare a lichidului);
• lift cu gaz;
• folosind o pompă centrifugă electrică;
• cu instalarea unei pompe electrice cu șurub;
• pompe cu tije de absorbție (uneori conectate la o unitate de pompare la sol).

Metoda de extracție depinde de adâncimea de apariție a substanței. Există o mulțime de opțiuni pentru ridicarea uleiului la suprafață.

Metoda de dezvoltare a unui zăcământ de cărbune depinde și de caracteristicile apariției cărbunelui în sol. Exploatarea în cariera se desfășoară atunci când fosila este găsită la un nivel de o sută de metri de suprafață. Un tip mixt de minerit se desfășoară adesea: mai întâi prin cariera, apoi prin subteran (folosind fețele). Zăcămintele de cărbune sunt bogate în alte resurse cu valoare de consum: metale valoroase, metan, metale rare, apă subterană.

Zăcămintele de șist sunt dezvoltate fie prin exploatare (considerată a fi ineficientă), fie prin producție în rezervor, când roca este încălzită în subteran. Datorită complexității tehnologiei, mineritul se desfășoară în cantități foarte limitate.

Turba este extrasă prin drenarea mlaștinilor. Datorită apariției oxigenului, microorganismele aerobe sunt activate, descompunându-i materia organică, ceea ce duce la eliberarea de dioxid de carbon într-un ritm extraordinar. Turba este cel mai ieftin tip de combustibil, este extras constant cu respectarea anumitor reguli.

Rezerve recuperabile

Una dintre evaluările bunăstării societății se bazează pe consumul de combustibil pe cap de locuitor: cu cât este mai mult consum, cu atât oamenii trăiesc mai confortabil. Acest fapt (și nu numai) obligă omenirea să crească volumul producției de combustibil, influențând prețul. Costul petrolului astăzi este definit printr-un astfel de termen economic ca „netback”. Acest termen înseamnă prețul pentru care include costul mediu ponderat al produselor petroliere (produse din substanța achiziționată) și livrarea materiilor prime către întreprindere.

Bursele comerciale vând petrol la prețuri CIF, ceea ce înseamnă literal „cost, asigurare și transport”. Din aceasta putem concluziona că prețul petrolului astăzi conform cotațiilor tranzacțiilor include prețul materiilor prime, costurile de transport pentru livrarea acestuia.

Ratele de consum

Ținând cont de ratele în creștere ale consumului de resurse naturale, este dificil să se ofere o evaluare fără ambiguitate a furnizării de combustibil pe o perioadă lungă. Odată cu dinamica actuală, producția de petrol în 2018 se va ridica la 3 miliarde de tone, ceea ce va duce la epuizarea rezervelor mondiale cu 80% până în 2030. Aprovizionarea cu aur negru este prognozată în 55 - 50 de ani. Gazele naturale se pot epuiza în 60 de ani la ratele actuale de consum.

Există mult mai multe rezerve de cărbune pe Pământ decât petrol și gaze. Cu toate acestea, în ultimul deceniu, producția sa a crescut, iar dacă ritmul nu încetinește, atunci din cei 420 de ani planificați (prognoze existente), rezervele se vor epuiza în 200.

Impactul asupra mediului

Utilizarea activă a combustibililor fosili duce la o creștere a emisiilor de dioxid de carbon (CO2) în atmosferă, al cărui efect nociv asupra climei planetei a fost confirmat de organizațiile internaționale de mediu. Dacă nu reduceți emisiile de CO2, este inevitabilă o catastrofă ecologică, începutul căreia poate fi observat de contemporani. Potrivit estimărilor preliminare, între 60% și 80% din toate rezervele de combustibili fosili ar trebui să rămână intacte pentru a stabiliza situația de pe Pământ. Cu toate acestea, acesta nu este singurul efect secundar al utilizării combustibililor fosili. Însăși producția, transportul, prelucrarea la rafinărie contribuie la poluarea mediului cu substanțe mult mai toxice. Un exemplu este accidentul din Golful Mexic, care a dus la suspendarea Gulf Stream.

Limitări și alternative

Extracția de combustibili fosili este o afacere profitabilă pentru companiile a căror principală limitare este epuizarea resurselor naturale. De obicei se uită să menționăm că golurile formate de activitatea umană în măruntaiele pământului contribuie la dispariția apei proaspete de la suprafață și la plecarea acesteia în straturi mai adânci. Dispariția apei potabile de pe Pământ nu poate fi justificată de niciunul dintre beneficiile combustibililor fosili. Și se va întâmpla dacă umanitatea nu își raționalizează șederea pe planetă.

În urmă cu cinci ani, în China au apărut motociclete și mașini cu o nouă generație de motoare (fără combustibil). Dar au fost lansate în cantități strict limitate (pentru un anumit cerc de oameni), iar tehnologia a devenit clasificată. Acest lucru vorbește doar despre miopie a lăcomiei umane, pentru că dacă poți „face bani” pe petrol și gaze, nimeni nu-i va opri pe magnații petrolului să facă asta.

Concluzie

Alături de binecunoscutele surse alternative de energie (regenerabile), există tehnologii mai puțin costisitoare, dar clasificate. Cu toate acestea, aplicarea lor trebuie să intre inevitabil în viața unei persoane, altfel viitorul nu va fi atât de lung și fără nori pe cât și-l imaginează „oamenii de afaceri”.