Природный газ попутные нефтяные газы уголь коксование каменного угля реферат

Обновлено: 04.07.2024

Ключевые слова конспекта: Ископаемый уголь (антрацит, каменный уголь, бурый уголь). Коксование. Коксохимическое производство. Кокс. Коксовый газ. Аммиачная вода. Каменноугольная смола. Газификация угля. Водяной газ. Каталитическое гидрирование угля.

Каменный уголь и его разновидности

Наверное, вы догадались, что речь пойдёт о ещё одном полезном ископаемом, которым так богата наша Родина, — каменном угле. Это горная порода, образованная окаменелыми останками доисторических растений.

Уголь стал первым в истории человечества ископаемым топливом. Помимо прямого использования теплоты сгорания угля, человек научился превращать выделяющуюся энергию в механическую работу, а затем и в электрическую энергию. Вплоть до середины прошлого века тепловые электростанции, работающие на ископаемом угле, давали более половины мирового производства электроэнергии. Только с появлением атомной энергетики теплоэлектростанции стали уступать место более эффективным и экологичным способам производства электроэнергии.

Из курса географии вы знаете, что в зависимости от физико-химических свойств различают три вида ископаемых углей: антрацит, каменный уголь и бурый уголь.

Антрацит залегает на больших глубинах — около 6 км. В результате огромного давления расположенных выше почвенных слоёв пласты антрацита приобрели большую плотность и характерный блеск. Содержание углерода в антраците — от 95 % и выше. Теплота сгорания этого вида угля самая высокая, однако загорается он с трудом. Используют антрацит в качестве высокоэффективного топлива, а также для изготовления электродов и получения карбидов металлов.

Каменный уголь залегает на меньших глубинах, содержит больше летучих веществ и влаги. Содержание углерода в каменном угле в зависимости от месторождения составляет от 70 до 95 %. Именно этот вид угля используют как сырьё в коксохимическом производстве. По внешнему виду каменный уголь отличается от антрацита отсутствием характерного блеска.

Бурый уголь имеет наименьшую глубину залегания. Образовывался он при значительно меньших давлениях и температуре, массовая доля углерода в нём менее 70 %, зато много летучих органических веществ, неорганических примесей и влаги. Теплота сгорания бурого угля невелика, однако ценность представляют продукты его переработки. Этот вид угля имеет характерную чёрно-бурую окраску, низкую плотность и рыхлую структуру.

Запасы угля значительно превышают запасы нефти и природного газа, а значит, в недалёком будущем он станет важнейшим природным источником органических соединений и главным углеродным энергоресурсом.

По ресурсам ископаемого угля Россия занимает второе место в мире после США, владея примерно 17 % его мировых запасов. В настоящее время около половины добываемого каменного угля используется в качестве топлива, остальное количество служит сырьём для коксохимического производства.

Переработка каменного угля

Один из основных процессов химической переработки каменного угля — коксование.

Коксование — процесс высокотемпературного нагревания угля без доступа воздуха.

Этот процесс проводят с целью получения важнейшего для металлургической промышленности продукта — кокса. Кроме него, в результате коксования образуются каменноугольная смола, аммиачная вода и коксовый газ (рис. 21). Отрасль чёрной металлургии, занимающуюся переработкой каменного угля методом коксования, называют коксохимическим производством.

При коксовании каменный уголь загружают в коксовую печь и нагревают при 1000 °С в течение 14—15 ч. Кусочки угля превращаются в кокс, представляющий собой практически чистый углерод. Кокс выталкивают из печи, сортируют и отправляют на металлургические заводы для использования в доменном процессе.

Органические вещества, входящие в состав каменного угля, при нагревании постепенно разлагаются с образованием летучих продуктов. Они поступают в специальный сборник, где конденсируются в две несмешивающиеся жидкости: каменноугольную смолу (каменноугольный дёготь) и аммиачную воду. В состав каменноугольной смолы входит около 300 различных соединений, часть из которых выделяют путём фракционной перегонки. Так получают, например, бензол и другие ароматические углеводороды. В аммиачной воде содержатся, естественно в растворённом состоянии, аммиак и другие вещества. На специальной колонне растворённые вещества выделяют и разделяют. Полученный аммиак идёт главным образом на производство азотных удобрений.

Коксовый газ, оставшийся после конденсации, очищают от остатков смол и извлекают из него аммиак. Для этого газ пропускают через раствор серной кислоты, превращая аммиак в сульфат аммония, который используют в качестве азотного удобрения. Из коксового газа выделяют также водород, этилен, бензол и некоторые другие вещества.

Вторым важным направлением переработки каменного угля является его газификация. Измельчённый уголь, или кокс, подаётся в газогенератор, где при высокой температуре соприкасается с перегретым водяным паром. В результате образуется смесь газообразных продуктов, содержащая главным образом водород и оксид углерода(II) — так называемый водяной газ:

Водяной газ можно разделить на компоненты, а можно без разделения использовать для синтеза углеводородов и кислородсодержащих органических соединений.

В последние годы вновь возрос интерес к процессу каталитического гидрирования угля. Для этого процесса может быть использован водород, образующийся в процессе газификации. Реакция между углеродом и водородом при повышенной температуре и давлении приводит к образованию смеси углеводородов, которая используется в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания и является альтернативой продуктам нефтепереработки:

Запасы природного газа, нефти, каменного угля на Земле небезграничны. Все полезные ископаемые относятся к невозобновляемым сырьевым ресурсам. Человечество приходит к необходимости искать альтернативные, в том числе возобновляемые, источники энергии и сырья.

Разве существует сырьё, которое никогда не кончается? Представьте себе, да. Всё большее внимание химиков и технологов привлекают растения. Ежегодно на Земле вырастает миллион миллиардов тонн зелёной растительной массы, а ведь это уникальный источник органических веществ, промышленную переработку которого ещё только предстоит освоить.

Переработка каменного угля, его значение, потребление, мировые запасы. Особенности перегонки нефти на непрерывно действующих трубчатых установках. Основные виды крекинга. Состав природного газа, его применение. Способы применения попутного нефтяного газа.

Рубрика	Химия
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	20.12.2015
Размер файла	26,7 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Бюджетное профессиональное образовательное учреждение

Россошанский медицинский колледж

Выполнила студентка 101 группы

Проверила преподаватель: Гринёва Н. А.

Нефть, природный и попутные газы, каменный уголь.

Основными источниками углеводородов являются природный и попутные нефтяные газы, нефть и каменный уголь.

крекинг нефть газ уголь

Нефть - жидкое горючее ископаемое темно-бурого цвета с плотностью 0,70 - 1,04 г/см?. Нефть представляет собой сложную смесь веществ - преимущественно жидких углеводородов. По составу нефти бывают парафиновыми, нафтеновыми и ароматическими. Однако наиболее часто встречается нефть смешанного типа. Кроме углеводородов, в состав нефти входят примеси органических кислородных и сернистых соединений, а также вода и растворенные в ней кальциевые и магниевые соли. Содержатся в нефти и механические примеси - песок и глина. Нефть - ценное сырье для получения высококачественных видов моторного топлива. После очистки от воды и других нежелательных примесей нефть подвергают переработке. Основной способ переработки нефти - перегонка. Она основана на разнице температур кипения углеводородов, входящих в состав нефти. Поскольку нефть содержит сотни различных веществ, многие из которых имеют близкие температуры кипения, выделение индивидуальных углеводородов практически невозможно. Поэтому перегонкой нефть разделяют на фракции, кипящие в довольно широком интервале температур. Перегонкой при обычном давлении нефть разделяют на четыре фракции: бензиновую (30-180 °С), керосиновую (120-315 °С), дизельную (180-350 °С) и мазут (остаток после перегонки). При более тщательной перегонке каждую из этих фракций можно разделить еще на несколько более узких фракций. Так, из бензиновой фракции (смесь углеводородов С5 - С12) можно выделить петролейный эфир (40-70 °С), собственно бензин (70-120 °С) и лигроин (120-180 °С). В состав петролейного эфира входят пентан и гексан. Он является прекрасным растворителем жиров и смол. Бензин содержит неразветвленные предельные углеводороды от пентанов до деканов, циклоалканы (циклопентан и циклогексан) и бензол. Бензин после соответствующей переработки применяется в качестве горючего для авиационных и автомобильных

ДВС. Лигроин, содержащий в своем составе углеводороды С8 - С14 и керосин (смесь углеводородов С12 - С18) используют как горючее для бытовых нагревательных и осветительных приборов. Керосин в больших количествах (после тщательной очистки) применяют в качестве горючего для реактивных самолетов и ракет.

Дизельная фракция нефтеперегонки - горючее для дизельных двигателей. Мазут представляет собой смесь высококипящих углеводородов. Из мазута путем перегонки под уменьшенным давлением получают смазочные масла. Остаток от перегонки мазута называется гудроном. Из него получают битум. Эти продукты используются в дорожном строительстве. Мазут применяют и как котельное топливо.

Основным способом переработки нефти являются различные виды крекинга, т.е. термокаталитического превращения составных частей нефти. Различают следующие основные виды крекинга.

Термический крекинг - расщепление углеводородов происходит под воздействием высоких температур (500-700 оС). Например, из молекулы предельного углеводорода декана С10Н22образуются молекулы пентана и пентена:

С10Н22 >С5Н12 + С5Н10

Каталитический крекинг проводят также при высоких температурах, но в присутствии катализатора, что позволяет управлять процессом и вести его в нужном направлении. При крекинге нефти образуются непредельные углеводороды, которые находят широкое применение в промышленном органическом синтезе

Природный и попутный нефтяной газы

Природный газ. В состав природного газа входит в основном метан (около 93%). Кроме метана природный газ содержит еще и другие углеводороды, а также азот, СО2, и часто - сероводород. Природный газ при сгорании выделяет много тепла. В этом отношении он значительно превосходит другие виды топлива. Поэтому 90% всего количества природного газа расходуется в качестве топлива на местных электростанциях, промышленных предприятиях и в быту. Остальные 10% используют как ценное сырье для химической промышленности. С этой целью из природного газа выделяют метан, этан и другие алканы. Продукты, которые можно получить из метана имеют важное промышленное значение.

Попутные нефтяные газы. Они растворены под давлением в нефти. При ее извлечении на поверхность давление падает, и растворимость уменьшается, в результате чего газы выделяются из нефти. Попутные газы содержат метан и его гомологи, а также негорючие газы - азот, аргон и СО2. Попутные газы перерабатывают на газоперерабатывающих заводах. Из них получают метан, этан, пропан, бутан и газовый бензин, содержащий углеводороды с числом атомов углерода 5 и больше. Этан и пропан подвергают дегидрированию и получают непредельные углеводороды - этилен и пропилен. Смесь пропана и бутана (сжиженный газ) применяют как бытовое топливо. Газовый бензин добавляют к обычному бензину для ускорения его воспламенения при запуске ДВС.

Каменный уголь. Переработка каменного угля идет по трем основным направлениям: коксование, гидрирование и неполное сгорание. Коксование происходит в коксовых печах при температуре 1000-1200 °С. При этой температуре без доступа кислорода каменный уголь подвергается сложнейшим химическим превращениям, в результате которых образуется кокс и летучие продукты. Остывший кокс отправляют на металлургические заводы. При охлаждении летучих продуктов (коксовый газ) конденсируются каменноугольная смола и аммиачная вода. Несконденсированными остаются аммиак, бензол, водород, метан, СО2, азот, этилен и др. Пропуская эти продукты через раствор серной кислоты выделяют сульфат аммония, который используется в качестве минерального удобрения. Бензол поглощают растворителем и отгоняют из раствора. После этого коксовый газ используется как топливо или как химическое сырье. Каменноугольная смола получается в незначительных количествах (3%). Но, учитывая масштабы производства, каменноугольная смола рассматривается как сырье для получения ряда органических веществ. Если от смолы отогнать продукты, кипящие до 350 °С, то остается твердая масса - пек. Его применяют для изготовления лаков. Гидрирование угля осуществляется при температуре 400-600 °С под давлением водорода до 25 МПа в присутствии катализатора. При этом образуется смесь жидких углеводородов, которая может быть использована как моторное топливо. Достоинством этого метода является возможность гидрирования низкосортного бурого угля. Неполное сгорание угля дает оксид углерода (II). На катализаторе (никель, кобальт) при обычном или повышенном давлении из водорода и СО можно получить бензин, содержащий предельные и непредельные углеводороды:

nCO + (2n+1)H2 > CnH2n+2 + nH2O;

nCO + 2nH2 > CnH2n + nH2O.

Если сухую перегонку угля проводить при 500-550 °С, то получают деготь, который наряду с битумом используется в строительном деле как связующий материал при изготовлении кровельных, гидроизоляционных покрытий (рубероид, толь и др.).

На сегодняшний день существует серьезная опасность экологической катастрофы. На земле практически нет места, где природа не потерпела бы от деятельности промышленных предприятий и жизнедеятельности человека. При работе с продуктами перегонки нефти нужно следить, чтобы они не попадали в почву и водоемы. Почва, пропитанная нефтепродуктами, теряет плодородие на многие десятки лет, и его очень трудно восстановить. Только за 1988 г. при повреждении нефтепроводов в одно из крупнейших озер попало около 110000 т нефти. Известны трагические случаи слива мазута и нефти в реки, в которых происходит нерест ценных пород рыб. Серьезную опасность загрязнения воздуха представляют ТЭС, работающие на угле, -- они являются основным источником загрязнения. Отрицательно воздействуют на водоемы ГЭС, работающие в равнинах рек. Хорошо известно, что автомобильный транспорт сильно загрязняет атмосферу продуктами неполного сгорания бензина. Перед учеными стоит задача к минимуму сократить степень загрязнения окружающей среды.

Природная нефть всегда содержит воду, минеральные соли и разного рода механические примеси. Поэтому, прежде чем поступить на переработку, природная нефть подвергается обезвоживанию, обессоливанию и ряду других предварительных операций.

Особенности перегонки нефти:

1. Способ получения нефтепродуктов путем отгонки из нефти одной фракции за другой подобно тому, как это осуществляется в лаборатории, для промышленных условий неприемлем.

2. Он очень непроизводителен, требует больших затрат и не обеспечивает достаточно четкого распределения углеводородов по фракциям в соответствии с их молекулярной массой.

Всех этих недостатков лишен способ перегонки нефти на непрерывно действующих трубчатых установках:

1. Установка состоит из трубчатой печи для нагревания нефти и ректификационной колонны, где нефть разделяется на фракции (дистилляты) отдельные смеси углеводородов в соответствии с их температурами кипения - бензин, лигроин, керосин и т. д.;

2. В трубчатой печи расположен в виде змеевика длинный трубопровод;

3. Печь обогревается горящим мазутом или газом;

4. По трубопроводу непрерывно подается нефть, в нем она нагревается до 320-350 °C и в виде смеси жидкости и паров поступает в ректификационную колонну.

Особенности природного газа.

1. Основная составная часть природного газа - метан.

2. Кроме метана, в природном газе присутствуют этан, пропан, бутан.

3. Обычно чем выше молекулярная масса углеводорода, тем меньше его содержится в природном газе.

4. Состав природного газа различных месторождений неодинаков. Средний состав его (в процентах по объему) следующий: а) СН4 - 80-97; б) С2Н6 - 0,5-4,0; в) С3Н8 - 0,2-1,5.

5. В качестве горючего природный газ имеет большие преимущества перед твердым и жидким топливом.

6. Теплота сгорания его значительно выше, при сжигании он не оставляет золы.

7. Продукты сгорания значительно более чистые в экологическом отношении.

8. Природный газ широко используется на тепловых электростанциях, в заводских котельных установках, различных промышленных печах.

Способы применения природного газа

1. Сжигание природного газа в доменных печах позволяет сократить расход кокса, снизить содержание серы в чугуне и значительно повысить производительность печи.

2. Использование природного газа в домашнем хозяйстве.

3. В настоящее время он начинает применяться в автотранспорте (в баллонах под высоким давлением), что позволяет экономить бензин, снижать износ двигателя и благодаря более полному сгоранию топлива сохранять чистоту воздушного бассейна.

4. Природный газ - важный источник сырья для химической промышленности, и роль его в этом отношении будет возрастать.

5. Из метана получают водород, ацетилен, сажу.

Особенности попутного нефтяного газа:

1. попутный нефтяной газ по своему происхождению тоже является природным газом;

Способы применения попутного нефтяного газа.

1. Прежде попутный газ не находил применения и тут же на промысле сжигался.

2. В настоящее время его все в большей степени улавливают, так как он, как и природный газ, представляет собой хорошее топливо и ценное химическое сырье.

3. Возможности использования попутного газа даже значительно шире, чем природного; наряду с метаном в нем содержатся значительные количества других углеводородов: этана, пропана, бутана, пентана.

Каменный уголь -- один из самых ценных топливно-энергетических ресурсов человечества. Его называют иногда окаменевшим солнечным светом. В результате длительного разложения и химического преобразования гигантских масс отмерших деревьев и трав, которое происходило в так называемый каменноугольный период--210--280 млн. лет назад, в недрах накопилась подавляющая часть сегодняшних запасов этого сырья. Мировые запасы его превышают 15 триллионов тонн. Каменного угля на нашей планете извлекают много больше, чем любого другого полезного ископаемого: примерно 2,5 млрд. т в год, или около 700 кг на каждого жителя Земли.

Применение каменного угля очень разнообразно и широко. Его используют для выработки электроэнергии на тепловых электростанциях, а также сжигают и для других энергетических целей; из него получают кокс для металлургического производства, а при химической переработке делают еще около 300 различных продуктов промышленности. В последнее время возрастает потребление каменного угля для новых целей -- получения горного воска, пластмасс, газообразного высококалорийного топлива, высокоуглеродистых углеграфитовых композиционных материалов, редких элементов -- германия и галлия.

Многие века каменный уголь был и остается одним из основных видов технологического и энергетического топлива, а его значение как сырья для химической промышленности все более возрастает. Поэтому разведываются все новые месторождения угля, строятся карьеры и шахты для его добычи.

1. Алёна Игоревна Титаренко. Шпаргалка по органической химии

Размещено на Allbest.ur

Подобные документы

Основные состояния природного газа, залегающего в земных недрах и в виде газогидратов в океанах и зонах вечной мерзлоты материков. Химический состав и физические свойства природного газа, его месторождения и добыча. Утилизация попутного нефтяного газа.

презентация [109,0 K], добавлен 08.03.2011

Цели и задачи, основные процессы и технологические схемы установок очистки попутного нефтяного газа. Методы очистки газа от газоконденсата, нефти, капельной, мелкодисперсной, аэрозольной влаги и механических шламовых примесей. Абсорбционная очистка газа.

реферат [286,1 K], добавлен 11.01.2013

Способы получения синтез-газа, газификация каменного угля. Новые инженерные решения в газификации угля. Конверсия метана в синтез-газ. Синтез Фишера-Тропша. Аппаратурно-техническое оформление процесса. Продукты, получаемые на основе синтез-газа.

дипломная работа [3,5 M], добавлен 04.01.2009

Характеристика физических и химических свойств нефти, ее добыча, состав и виды фракций при перегонке. Особенности переработки нефти, сущность каталитического крекинга и коксования. Применение нефти и экологические проблемы нефтеперерабатывающих заводов.

презентация [329,5 K], добавлен 16.05.2013

Природный газ - одно из важнейших горючих ископаемых, занимающих ключевые позиции в топливно-энергетических балансах многих государств. Попутные нефтяные газы как побочные продукты при добыче нефти. Добыча, переработка, транспортировка и применение газов.

презентация [10,6 M], добавлен 08.01.2012

Изучение основных функций, свойств и принципа действия катализаторов. Значение катализаторов в переработке нефти и газа. Основные этапы нефтепереработки, особенности применения катализаторов. Основы приготовления твердых катализаторов переработки нефти.

реферат [1,0 M], добавлен 10.05.2010

Первичные и основные способы переработки нефти. Увеличения выхода бензина и других светлых продуктов. Процессы деструктивной переработки нефтяного сырья. Состав продуктов прямой гонки. Виды крекинг-процесса. Технологическая схема установки крекинга.

1. Нефть
a) Физические свойства:
фракционная перегонка
б) Химические свойства:
крекинг , термический, каталитический крекинг
в) Получение
г) Применение
2. Газ
a) Получение
б) Применение
3. Каменный уголь
a) Каменный уголь, коксование
б) Применение
Заключение

Прикрепленные файлы: 1 файл

Нефть, газ и каменый уголь.docx

Природные источники углеводородов

Нефть, газ и каменный уголь

Отинова Валентина Андреевна 10(4)кл

a) Физические свойства:

фракционная перегонка

б) Химические свойства:

крекинг , термический, каталитический крекинг

3. Каменный уголь

a) Каменный уголь, коксование

Нефть – это маслянистая горючая жидкость, обладающая специфическим

запахом, обычно коричневого цвета с зеленоватым или другим оттенком,

иногда почти черная, очень редко бесцветная.

Главнейшим свойством нефти, принесшим им мировую славу исключительных

энергоносителей, является их способность выделять при сгорании значительное

количество теплоты. Нефть и ее производные обладают наивысшей среди всех

видов топлив теплотой сгорания. Теплота сгорания нефти – 41 МДж/кг, бензина

– 42 МДж/кг. Важным показателем для нефти является температура кипения,

которая зависит от строения входящих в состав нефти углеводородов и

колеблется от 50 до 550°С.

Нефть, как и любая жидкость, при определенной температуре закипает и

переходит в газообразное состояние. Различные компоненты нефти переходят в

газообразное состояние при различной температуре. Так, температура кипения

метана –161,5°С, этана –88°С, бутана 0,5°С, пентана 36,1°С. Легкие нефти

кипят при 50–100°С, тяжелые – при температуре более 100°С.

Нефть можно разделить на ее составляющие, для этого ее очищают от механических примесей или подвергают так называемой фракционной перегонке.

Фракционная перегонка - физический способ разделения смеси компонентов с различными температурами кипения.

Перегонка осуществляется в специальных установках – ректификационных колоннах, в которых повторяют цикл конденсации и испарения жидких веществ, содержащихся в нефти.

Схема промышленной установки непрерывной перегонки нефти

В ректификационную колонну поступает нефть, нагретая в трубчатой печи до температуры 320-350 °С. Ректификационная колонна имеет горизонтальные перегородки с отверстиями - так называемые тарелки, на которых происходит конденсация фракции нефти.

В процессе ректификации нефти разделяется на следующие фракции:

Ректификационные газы – смесь низкомолекулярных углеводородов(пропан, бутан)
Газолиновая фракция(бензин ) углеводороды от C₅H₁₂ – С₁₁H₂₄
Лигроиновая фракция – углеводороды от C₈H₁₈ – C₁₄H₃₀
Керосиновая фракция – углеводороды от C₁₂H₂₆ – C₁₈H₃₈
Дизельное топливо – углеводороды от C₁₃H₂₈ – C₁₉H₃₆

Остаток перегонки нефти – мазут – содержит углеводороды с числом атомов углерода от 18 до 50. Перегонкой при пониженном давлении из мазут получают соляровое масло (C₁₈H₂₈ - C₂₅H₅₂), смазочные масла(C₂₈H₅₈ – C₃₈H₇₈), вазелин и парафин – легкоплавкие смеси твердых углеводородов. Твердый остаток перегонки мазута – гудрон и продукты его переработки – битум и асфальт используют для изготовления дорожных покрытий.

Нефти состоят главным образом из углерода – 79,5 – 87,5 % и водорода –

11,0 – 14,5 % от массы нефти. Кроме них в нефтях присутствуют еще три

элемента – сера, кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5

– 8 %. В незначительных концентрациях в нефтях встречаются элементы:

ванадий, никель, железо, алюминий, медь, магний, барий, стронций, марганец,

хром, кобальт, молибден, бор, мышьяк, калий и др. Их общее содержание не

превышает 0,02 – 0,03 % от массы нефти. Указанные элементы образуют

органические и неорганические соединения, из которых состоят нефти.

Кислород и азот находятся в нефтях только в связанном состоянии. Сера может

встречаться в свободном состоянии или входить в состав сероводорода.

В результате полученные ректификации нефти продукты подвергаются химической переработке, включающий ряд сложных процессов. Один из них – крекинг нефтепродуктов.

Крекинг – термическое разложение нефтепродуктов, приводящее к образованию углеводородов с меньшим числом атомов углерода в молекуле.

Существуют несколько видов крекинга: термический, каталитический крекинг, крекинг высокого давления, восстановительный крекинг.

Термический крекинг – расщепление молекул углеводородов с длинной углеродной цепью на более короткие под действием высокой температуры(470-550°С). Алканы распадаются за счет разрыва связей С–С (более прочные связи С–Н при такой температуре сохраняются) и образуются алканы и алкены с меньшим числом углеродных атомов.

В общем виде это процесс можно выразить схемой:

При обычном термическом крекинге образуется много низкомолекулярных газообразных углеводородов, которые используют как сырье для получения спиртов, карбоновых кислот, высокомолекулярных соединений (полиэтилен).

Каталитический крекинг происходит в присутствии катализаторов, в качестве которых используют природные алюмосиликаты состава nAl₂O₃ * mSiO₂ при температуре 500°С . Осуществление крекинга с применением катализаторов приводит к образованию углеводородов, имеющих разветвленную или замкнутую цепь атомов углерода в молекуле.

Крекинг нефтепродуктов протекает при высоких температурах, поэтому часто образуется нагар (сажа), загрязняющий поверхность катализатора, что резко снижает его активность. Очистка от нагара – его регенерация – основное условие практического осуществления каталитического крекинга. Наиболее простым способ регенерации катализатора является его обжиг, при котором происходит окисление нагара кислородом воздуха.

Сырье для крекинга, например газойль, поступает в реактор(схема). Нижняя часть реактора имеет меньший диаметр, поэтому скорость потока паров сырья весьма высока. Движущийся с большой скоростью газ захватывает частицы катализатора и уносит их в верхнюю часть реактора, где из-за увеличения его диаметра скорость потока понижается. Под действием силы тяжести частицы катализатора падают в нижнюю, более узкую часть реактора, откуда вновь выносятся вверх. Таким образом, каждая крупинка катализатора находится в постоянном движении и со всех сторон омывается газообразным реагентом.

Схема установки каталитического крекинга в кипящем слое

Некоторые зерна катализатора попадают во внешнюю, более широкую часть реактора и, встречая сопротивления потока газа, опускаются в нижнюю часть, где подхватываются потоком газа и уносятся в регенератор. Использование катализаторов крекинга позволяет несколько увеличить скорость реакции, уменьшить ее температуру, повысить качество продуктов крекинга.

Полученные углеводороды бензиновой фракции в основном имеют линейное строение, приводит к невысокой детонационной устойчивости полученного бензина.

Месторождение нефти содержит, большие скопления попутного нефтяного газа, который собирается над нефтью в земной коре и частично растворяется в ней под давлением вышележащих пород. Попутный нефтяной газ, как и нефть, является ценным природным источником углеводородов. По составу попутный нефтяной газ значительно беднее нефти. Попутный нефтяной газ по сравнению с природным более богат по составу различными углеводородами. Разделяя их на фракции, получают:

Газовый бензин (пентан и гексан);
Пропан - бутановую смесь (пропан и бутан);
Сухой газ (метан и этан).

Газовый бензин используют в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания и так же добавкой к моторному топливу, для облегчения запуска двигателей в зимних условиях. Пропан - бутановую смесь применяют как бытовое топливо и для заполнения зажигалок. Сухой газ широко используют в качестве топлива. Нефтяной газ используется в качестве сырья для химических производств. Из алканов в ходящий в состав попутного нефтяного газа, получают водород, ацетилен, непредельные и ароматические углеводороды и их производные. Газообразные углеводороды могут образовывать самостоятельные скопления – месторождение природного газа.

Природный газ

Природный газ – смесь газообразных предельных углеводородов с не большой молекулярной массой. Основным компонентом газа является метан, доля которого в зависимости от месторождения составляет от 75 до 99% по объему. Так же в природный газ входят этан, пропан, бутан, изобутан, азот и углекислый газ.

Месторождения природного газа находятся в пористых горных породах, образовавшихся в результате тектонических сдвигов. Слои, покрывающие эти породы, не пропускают газ. Состав природного газа существенно отличается от одного месторождения к другому. Поэтому перед использованием природный газ должен проходить обработку, позволяющую удалить ненужные компоненты, например, сернистокислую соль, воду и т.д. Обработка, как правило, осуществляется на месте добычи. При этом особую сложность представляет удаление серных соединений, поскольку при их сжигании выделяется токсичный сернистый газ (SO₂).

Природный газ используется как топливо, и в качестве сырья для получения разнообразных органических и неорганических веществ. Из метана получают водород, ацетилена и метилового спирта, формальдегид и муравьиную кислоту. В качестве топлива природный газ используют на электростанциях, в котельных системах водяного отопления жилых домов и промышленных зданий, в доменном и мартеновском производствах. Ценность природного газа как горючего состоит еще и в том, что это экологически чистое минеральное топливо. При его сгорании образуется гораздо меньше вредных веществ по сравнению с другими видами топлива. Поэтому природный газ является одним из главных источников энергии в человеческой деятельности.

В химической промышленности природный газ используется как сырьё для получения различных органических веществ, например, пластмасс, каучука, спирта, органических кислот. Именно использование природного газа помогло синтезировать многие химические вещества, не существующие в природе, например, полиэтилен.

Каменный уголь

Каменный уголь — осадочная порода, представляющая собой продукт глубокого разложения остатков растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений). Каменный уголь состоит из органических и неорганических веществ, например, как вода, аммиак, сероводород и углерод - уголь.

Коксование – способ переработки каменного угля, прокаливание без доступа воздуха. При температуре около 1000°С, в результате коксования образуются:

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Тема: Природные источники углеводородов: природный газ,

нефть, каменный уголь

1. Природный и попутный нефтяной газы.

2. Нефть и ее переработка

3. Каменный уголь.

Углеводороды широко распространены в природе. Основными источниками углеводородов являются нефть, природные и попутные нефтяные газы и каменный уголь.

1. Природный и попутный нефтяной газы

Природный газ — смесь газов, образует самостоятельные месторождения. Основным его компонентом является метан (от 75 до 98% в зависимости от месторождения), остальное приходится на долю этана, пропана, бутана и небольшого количества примесей — азота, оксида углерода (IV), сероводорода и паров воды.

При сгорании природного газа выделяется много тепла, поэтому до 90% его расходуется в качестве топлива (теплоэлектростанции, промышленные предприятия). Остальные 10% являются источником сырья для химической промышленности: получение водорода, этилена, ацетилена, сажи, различных пластмасс, медикаментов и других продуктов.

Попутные нефтяные газы . По происхождению это тоже природные газы, но встречаются вместе с нефтью — находятся над нефтью или растворены в ней под давлением. При извлечении нефти на поверхность давление падает и растворимость газов уменьшается, в результате этого они выделяются из нефти.

Попутные газы содержат меньше метана (30—50%), но больше его гомологов: этана, пропана, бутана и других углеводородов. Кроме того, в них присутствуют те же примеси, что и в природных газах.

На газоперерабатывающих заводах попутные газы разделяют на фракции:

газовый бензин , содержащий легколетучие углеводороды, добавляют к бензину для улучшения запуска двигателя;

пропан-бутановая фракция (сжиженный газ) применяется как бытовое топливо;

сухой газ (по составу сходен с природным газом) используют для получения ацетилена, водорода, этилена и других веществ, из которых в свою очередь производят каучуки, пластмассы, спирты, органические кислоты и т. д.

2. Нефть и ее переработка

Нефть — маслянистая жидкость от желтого или светло-бурого до черного цвета с характерным запахом. Она легче воды и в ней практически нерастворима; представляет собой смесь = 150 углеводородов с примесями других веществ, поэтому у нее нет определенной температуры кипения.

В зависимости от месторождения нефть имеет различный состав. Так, бакинская нефть богата нафтеновыми углеводородам (до 90%), в грозненской нефти преобладают предельные углеводороды, а в уральской — ароматические. Наиболее часто встречаются нефти смешанного состава. По плотности различают легкую и тяжелую нефть.

В настоящее время в мире добывается около 3 млрд. т нефти . Большая часть ее (90%) используется как сырье для производства различных видов топлива и смазочных материалов. В то ж время нефть — ценное сырье для химической промышленности. Из веществ, добываемых из нефти, получают синтетические каучуки, пластмассы, взрывчатые вещества, лекарственные препараты, синтетические волокна и многое другое. Поэтому можно сказать, что экономика государств зависит от нефти больше, чем от любого другого продукта.

Нефть, добываемую из земных недр, называют сырой. Нефть в сыром виде не применяют, ее подвергают переработке.

Переработка нефти

Первичная переработка (физические процессы)

Очистка. Сырую нефть очищают от газов, воды и механических примесей (песок, глина, минеральные соли и т. п.). Затек нефть подвергают фракционированной перегонке.

Перегонка (ректификация) — процесс разделения смесей на отдельные компоненты или фракции на основании различия их температур кипения.

В состав нефти входят углеводороды, многие из которых имеют близкие температуры кипения, поэтому при перегонке получают не индивидуальные углеводороды, а фракции с определенными интервалами температур кипения.

При нагревании в первую очередь переходят в парообразное состояние углеводороды с малой молекулярной массой (они кипят при более низкой температуре). Пары этих углеводородов поступают в холодильник, где конденсируются при охлаждении водой. Жидкие углеводороды собираются в приемник. По мере повышения температуры начинают кипеть углеводороды с большой молекулярной массой. Меняя приемники, можно разделить нефть на отдельные фракции, кипящие в определенном интервале температур.

В промышленности перегонку осуществляют на установках непрерывного действия в ректификационных колоннах . Колонна представляет собой стальной цилиндрический аппарат высотой 50—60 м, диаметром до 3 м. Внутри цилиндра на некотором расстоянии друг от друга располагаются горизонтальные перегородки с отверстиями — тарелки. Предварительно нагретая до 300—350 °С нефть подается в нижнюю часть ректификационной колонны. Пары нефти через отверстия в тарелках поднимаются вверх, при этом они постепенно охлаждаются и сжижаются на тех или иных тарелках в зависимости от температуры кипения. Наиболее легколетучие углеводороды поднимаются до самого верха колонны и сжижаются на самых верхних тарелках. Менее летучие конденсируются уже на первых тарелках. При перегонке выделяют следующие фракции нефти:

Газовая фракция (температура кипения до 40 °С), содержит нормальные и разветвленные алканы C ₁ — С ₄ . Раньше эти газы сжигались факельным способом. В настоящее время их стремятся улавливать и использовать как в качестве топлива, так и в качестве химического сырья – газовый бензин.

Бензиновая фракция (температура кипения 40—200 °С), содержит углеводороды С ₅ -С ₁₁ ; при повторной перегонке из нее выделяют легкие нефтепродукты, кипящие в более узких интервалах температур: петролейный эфир (40—70 °С), авиационый и автомобильный бензин (70—120 °С).

Лигроиновая (тяжелый бензин, температура кипения (150 - 250 °С) — углеводороды состава С ₈ -С ₁₄ ; применяют в качестве горючего для тракторов - лигроин.

Керосиновая (температура кипения 180—300 °С), включает углеводороды состава С ₁₂ —С ₁₈ ; используют в качестве горючего для реактивных самолетов, ракет - керосин.

Газойль (дизельное топливо, температура кипения (270- 350 °С), используется как дизельное топливо и в больших масштабах подвергается крекингу. После отгонки указанных фракций, получивших название светлых нефтепродуктов, остается темная вязкая жидкость — мазут.

Мазут , используют как топливо в котельных установках, но основная масса его подвергается перегонке (ректификации) под низким давлением (под вакуумом). При этих условиях из мазут выделяют соляровые масла (из них получают дизельное топливо и смазочные масла) ; вазелин (основа для косметических средств и лекарств); парафин (применяют для производства свечей, в медицине). Остаток от перегонки мазута — гудрон , его применяют при производстве материалов для дорожного строительства (асфальт).

Фракционная перегонка нефти позволяет получить не более 20% бензиновой фракции. Кроме этого выделенный бензин должен обладать детонационной (от фр. detoner — взрываться) стойкостью.

Наименьшей стойкостью к детонации обладают предельные углеводороды нормального строения. Предельные углеводороды с разветвленной цепью, а также непредельные и ароматические устойчивы к детонации . Они допускают значительное сжатие воздушно-бензиновой смеси и, следовательно, позволяют конструировать более мощные двигатели.

Количественно детонационная стойкость бензина характеризуется октановым числом. Чем больше это число, тем выше стойкость бензина к детонации. Детонационная стойкость н-гептана СН ₃ – СН ₂ – СН ₂ – СН ₂ – СН ₂ – СН ₂ – СН ₃ , который легко детонирует, условно принята за 0 ; а наиболее устойчивого к детонации изооктана (2,2,4-триметилпентан) принята за 100.

Октановое число бензина численно равно такому процентному содержанию изооктана в смеси с н-гептаном, при котором детонационная стойкость этой смеси и сравниваемого с ним бензина одинакова. Например, если октановое число бензина равно 95, то это означает, что он допускает такое же сжатие смеси в цилиндре без детонации, как смесь из 95% изооктана и 5% к-гептана.

С высокими темпами развития автомобильного и авиационного транспорта возникла необходимость в дополнительном производстве бензина и с более высоким октановым числом. Для увеличения выхода высококачественных бензиновых фракций были разработаны химические способы переработки нефтепродуктов.

Вторичная переработка (химические процессы).

Исходным сырьем при вторичной переработке являются высококипящие нефтяные фракции: керосин, газойль, мазут.

Крекинг нефтепродуктов . Одним из первых способов химической переработки был крекинг. Промышленный крекинг предложен в 1891 г. русским инженером В.Г. Шуховым. Вам известно, что сущность крекинга заключается в расщеплении крупных молекул углеводородов на более мелкие и что в зависимости от условий различают крекинг термический и каталитический.

Термический крекинг осуществляют нагреванием углеводородов до 470—550 °С под давлением. При этих условиях образуется смесь жидких предельных и непредельных углеводородов нормального строения:

гексадекан октан октен

Образовавшиеся углеводороды подвергаются дальнейшему крекингу, поэтому кроме углеводородов, входящих в состав бен зина, образуются и газообразные продукты (этан, этилен, метан, водород):

которые используют как сырье в химической промышленное

Процесс разложения углеводородов под действием высокой температуры протекает по радикальному механизму.

Бензин термического крекинга, наряду с предельными угле водородами, содержит непредельные углеводороды. Поэтому этот бензин обладает более высоким октановым числом, чем бензин прямой перегонки. Однако, он менее устойчив при хранении поскольку непредельные углеводороды легко окисляются и полимеризуются. При его сгорании могут засориться различи части двигателя.

В настоящее время наиболее распространен каталитический крекинг. Он проводится при атмосферном давлении, в присутствии катализаторов (алюмосиликатов) и при более низкой температуре (450—500 °С). В этих условиях процесс протекает с большей скоростью, по сравнению с термическим крекингом, сопровождается не только расщеплением молекул углеводородов, но и их изомеризацией , приводящей к получению углеводородов разветвленного строения:

Каталитический крекинг сопровождается не только изомеризацией, но и ароматизацией и алкилированием углеводордов . Вследствие этого бензин каталитического крекинга, по сравнению с бензином термического крекинга, содержит не только углеводороды с разветвленной цепью углеродных атомов, но и небольшой процент ароматических углеводородов, поэтому он обладает большей детонационной стойкостью (октановое число около 90). Кроме этого, он содержит меньше непредельных углеводородов, что делает его устойчивым при хранении.

Следовательно, использование крекинг-процесса не только повышает выход бензина (до 65—75% в расчете на сырую нефть), но и позволяет получить бензин с более высоким октановым числом .

Риформинг (ароматизация) — это превращение алканов и циклоалканов в ароматические соединения.

Осуществляют его путем нагревания бензина при повышенном давлении в присутствии катализатора, например платины.

Образовавшиеся ароматические углеводороды повышают октановое число бензина.

Риформинг применяют и для получения ароматических углеводородов (бензола, толуола) из бензиновых фракций, которые являются сырьем для важнейших химических продуктов.

Пиролиз проводят нагреванием нефтепродуктов до температуры 650—800 °С. В этих условиях основными продуктами реакции являются непредельные газообразные углеводороды (этилен, ацетилен) и ароматические (бензол, толуол).

Из вышеизложенного следует: нефть — сырье не только для топлива, но и для производства многих органических веществ.

1. Укажите температуры кипения пропана, пентана, гептана и нонана среди следующих: 151, 98, —42, 36 °С.

2. Декан входит в состав нефтяной фракции:

а) лигроиновой; б) керосиновой; в) бензиновой; г) газовой.

Укажите, какие еще углеводороды входят в состав этой фракции.

3. Объясните, почему перегонку мазута ведут при низком давлении, а не прибегают к повышению температуры.

Читайте также: