Olieraffinering. Naturlige kilder til kulbrinter

Det skal bemærkes, at kulbrinter er udbredt i naturen. De fleste organiske stoffer kommer fra naturlige kilder. I gang med syntese organiske forbindelser naturlige og tilhørende gasser, stenkul og brunkul, olie, tørv, animalske produkter og planteoprindelse.

Naturlige kilder kulbrinter: naturgasser.

Naturgasser er naturlige blandinger af kulbrinter forskellige strukturer og nogle gasurenheder (hydrogensulfid, brint, kuldioxid), der fylder klipperne sten V jordskorpen. Disse forbindelser dannes som følge af hydrolyse af organiske stoffer på store dybder i Jorden. Fundet i fri stat i form af enorme ophobninger - gas, gaskondensat og olie- og gasfelter.

Hoved strukturel komponent brændbare naturgasser er СН₄ (methan - 98 %), С₂Н₆ (ethan - 4,5 %), propan (С₃Н₈ - 1,7 %), butan (С₄Н₁₀ - 0,8 %), pentan (С₁₅ - 0,6 %). Relateret petroleumsgas Det er en del af olien i opløst tilstand og frigives fra det på grund af et fald i trykket, når olien stiger til overfladen. I gas- og oliefelter indeholder et ton olie fra 30 til 300 kvm. m gas. Naturlige kilder til kulbrinter er værdifuldt brændstof og råmaterialer til den organiske synteseindustri. Gas leveres til gasbehandlingsanlæg, hvor den kan behandles (olie, lavtemperaturadsorption, kondensering og rektifikation). Det er opdelt i individuelle komponenter, som hver især bruges til bestemte formål. For eksempel fra methansyntesegas, som er det grundlæggende råmateriale til fremstilling af andre kulbrinter, acetylen, methanol, methanal, chloroform.

Naturlige kilder til kulbrinter: olie.

Olie er en kompleks blanding, der primært består af naphtheniske, paraffiniske og aromatiske kulbrinter. Sammensætningen af ​​olie omfatter asfalt-harpiksholdige stoffer, mono- og disulfider, mercaptaner, thiophen, thiophan, hydrogensulfid, piperidin, pyridin og dets homologer samt andre stoffer. Baseret på produkterne ved hjælp af petrokemiske syntesemetoder opnås mere end 3000 forskellige produkter, inkl. ethylen, benzen, propylen, dichlorethan, vinylchlorid, styren, ethanol, isopropanol, butylener, diverse plast, kemiske fibre, farvestoffer, rengøringsmidler, medicin, sprængstoffer mv.

Tørv er en sedimentær bjergart af planteoprindelse. Dette stof bruges som brændstof (hovedsageligt til termiske kraftværker), kemiske råmaterialer (til syntese af mange organiske stoffer), antiseptisk affald på gårde, især i fjerkræfarme, og en komponent i gødning til havearbejde og markdyrkning.

Naturlige kilder til kulbrinter: xylem eller træ.

Xylem - væv højere planter, langs hvilken vand og opløst næringsstoffer kommer fra rhizom af systemet til bladene, såvel som andre organer i planten. Den består af celler med en stivnet skal, der har et vaskulært ledningssystem. Alt efter hvilken træsort den indeholder forskellige mængder pektinstoffer og mineralske forbindelser (hovedsageligt calciumsalte), lipider og æteriske olier. Træ bruges som brændsel og kan syntetiseres af methylalkohol, acetatsyre, cellulose og andre stoffer. Nogle træsorter bruges til at producere farvestoffer (sandeltræ, træ), tanniner (eg), harpiks og balsam (cedertræ, fyrretræ, gran) og alkaloider (planter af natskygge-, valmue-, ranunculaceae- og skærmfamilien). Nogle alkaloider bruges som lægemidler(kitin, koffein), herbicider (anabasin), insekticider (nikotin).

– består (hovedsagelig) af metan og (i mindre mængder) dets nærmeste homologer - ethan, propan, butan, pentan, hexan osv.; observeret i tilhørende petroleumsgas, dvs. naturgas fundet i naturen over olie eller opløst i den under tryk.

Olie

er en olieagtig brændbar væske bestående af alkaner, cycloalkaner, arener (overvejende), samt ilt-, nitrogen- og svovlholdige forbindelser.

Kul

– fast brændselsmineral af organisk oprindelse. Den indeholder lidt grafit og mange komplekse cykliske forbindelser, herunder grundstofferne C, H, O, N og S. Der findes antracit (næsten vandfrit), kul (-4 % fugt) og brunkul (50-60 % fugt). Ved hjælp af koksmetoden omdannes kul til kulbrinter (gasformige, flydende og faste) og koks (temmelig ren grafit).

Koksning af kul

Opvarmning af kul uden luftadgang til 900-1050 ° C fører til dets termiske nedbrydning med dannelse af flygtige produkter (kultjære, ammoniakvand og koksovnsgas) og en fast rest - koks.

Vigtigste produkter: koks - 96-98% kulstof; koksovnsgas -60% brint, 25% methan, 7% kulilte (II) osv.

Biprodukter: stenkulstjære (benzen, toluen), ammoniak (fra koksovnsgas) osv.

Olieraffinering ved hjælp af rektifikationsmetode

Foroprenset olie underkastes atmosfærisk (eller vakuum) destillation til fraktioner med visse kogepunktsintervaller i kontinuerlige destillationskolonner.

Vigtigste produkter: let og tung benzin, petroleum, gasolie, smøreolier, brændselsolie, tjære.

Olieraffinering ved katalytisk krakning

Råmaterialer: højtkogende oliefraktioner (petroleum, gasolie osv.)

Hjælpematerialer: katalysatorer (modificerede aluminosilicater).

Grundlæggende kemisk proces: ved en temperatur på 500-600 °C og et tryk på 5·10 5 Pa opdeles carbonhydridmolekyler i mindre molekyler, katalytisk krakning ledsages af aromatisering, isomerisering og alkyleringsreaktioner.

Produkter: blanding af lavtkogende kulbrinter (brændstoffer, råvarer til petrokemikalier).

C 16. H34 → C8H18 + C8H16
C8H18 → C4H10 + C4H8
C4H10 → C2H6 + C2H4

I løbet af lektionen vil du være i stand til at studere emnet "Naturlige kilder til kulbrinter. Olieraffinering." Mere end 90% af al energi, der i øjeblikket forbruges af menneskeheden, kommer fra fossile naturlige organiske forbindelser. Du vil lære om naturressourcer (naturgas, olie, kul), hvad der sker med olie efter dens udvinding.

Emne: Mættede kulbrinter

Lektion: Naturlige kilder til kulbrinter

Omkring 90% af den energi, der forbruges af moderne civilisation, genereres ved afbrænding af naturlige fossile brændstoffer - naturgas, olie og kul.

Rusland er et land rigt på naturlige fossile brændstoffer. Der er store reserver af olie og naturgas i Vestsibirien og Ural. Kul udvindes i Kuznetsk, South Yakutsk bassinerne og andre regioner.

Naturgas består i gennemsnit af 95 volumenprocent metan.

Ud over metan indeholder naturgas fra forskellige felter nitrogen, kuldioxid, helium, svovlbrinte, samt andre lette alkaner - ethan, propan og butaner.

Naturgas udvindes fra underjordiske aflejringer, hvor den er under højt tryk. Metan og andre kulbrinter dannes af organiske stoffer af plante- og animalsk oprindelse under deres nedbrydning uden adgang til luft. Metan dannes konstant som følge af mikroorganismers aktivitet.

Metan opdaget på planeter solsystemet og deres ledsagere.

Ren metan har ingen lugt. Den gas, der bruges i hverdagen, har dog en egenskab dårlig lugt. Sådan lugter specielle tilsætningsstoffer - mercaptaner. Duften af ​​mercaptaner giver dig mulighed for at opdage en huslig gaslækage i tide. Blandinger af metan med luft er eksplosive i en bred vifte af forhold - fra 5 til 15% gas efter volumen. Hvis du lugter gas i et rum, bør du derfor ikke kun tænde bål, men heller ikke bruge elektriske kontakter. Den mindste gnist kan forårsage en eksplosion.

Ris. 1. Olie fra forskellige felter

Olie- en tyk væske, der ligner olie. Dens farve spænder fra lysegul til brun og sort.

Ris. 2. Oliefelter

Olie fra forskellige områder varierer meget i sammensætning. Ris. 1. Hovedparten af ​​olie er kulbrinter, der indeholder 5 eller flere kulstofatomer. Grundlæggende er disse kulbrinter klassificeret som begrænsende, dvs. alkaner. Ris. 2.

Olie indeholder også organiske forbindelser, der indeholder svovl, oxygen, nitrogen. Olie indeholder vand og uorganiske urenheder.

Gasser, der frigives under produktionen, opløses i olie - olie tilhørende gasser . Disse er metan, ethan, propan, butaner med blandinger af nitrogen, kuldioxid og svovlbrinte.

Kul, ligesom olie, er en kompleks blanding. Andelen af ​​kulstof i det tegner sig for 80-90%. Resten er brint, ilt, svovl, nitrogen og nogle andre grundstoffer. I brunkul andelen af ​​kulstof og organisk stof er lavere end i sten. Endnu mindre organisk stof i olieskifer.

I industrien opvarmes kul til 900-1100 0 C uden luftadgang. Denne proces kaldes koksning. Resultatet er koks med et højt kulstofindhold, koksovnsgas og stenkulstjære, der er nødvendig til metallurgi. Mange organiske stoffer frigives fra gas og tjære. Ris. 3.

Ris. 3. Opbygning af en koksovn

Naturgas og olie er de vigtigste kilder til råstoffer til kemisk industri. Olie, som den udvindes, eller "råolie", er svær at bruge selv som brændstof. Derfor er råolie opdelt i fraktioner (fra det engelske "fraktion" - "del") ved hjælp af forskelle i kogepunkterne for dets bestanddele.

Olieseparationsmetode baseret på forskellige temperaturer kogning af dets kulbrinter kaldes destillation eller destillation. Ris. 4.

Ris. 4. Petroleumsprodukter

Den fraktion, der destillerer fra cirka 50 til 180 0 C, kaldes benzin.

Petroleum koger ved temperaturer på 180-300 0 C.

En tyk sort rest, der ikke indeholder flygtige stoffer kaldes brændselsolie.

Der er også en række mellemfraktioner, der koger i smallere områder - petroleumsethere (40-70 0 C og 70-100 0 C), terpentin (149-204 ° C) og gasolie (200-500 0 C) . De bruges som opløsningsmidler. Brændselsolie kan destilleres under reduceret tryk for at producere smøreolier og paraffin. Fast rest fra brændselsoliedestillation - asfalt. Det bruges til fremstilling af vejbelægninger.

Forarbejdning af tilhørende petroleumsgasser er en særskilt industri og producerer en række værdifulde produkter.

Opsummering af lektionen

I løbet af lektionen studerede du emnet "Naturlige kilder til kulbrinter. Olieraffinering." Mere end 90 % af al energi, der i øjeblikket forbruges af menneskeheden, kommer fra fossile naturlige organiske forbindelser. Du lærte om naturressourcer (naturgas, olie, kul), hvad der sker med olie efter dens udvinding.

Referencer

1. Rudzitis G.E. Kemi. Grundlæggende generel kemi. 10. klasse: lærebog for almene uddannelsesinstitutioner: grundlæggende niveau/ G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. udgave. - M.: Uddannelse, 2012.

2. Kemi. 10. klasse. Profilniveau: akademisk. til almen uddannelse institutioner/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin et al. - M.: Bustard, 2008. - 463 s.

3. Kemi. 11. klasse. Profilniveau: akademisk. til almen uddannelse institutioner/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin et al. - M.: Bustard, 2010. - 462 s.

4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Samling af problemer i kemi for dem, der kommer ind på universiteter. - 4. udg. - M.: RIA "New Wave": Forlag Umerenkov, 2012. - 278 s.

Lektier

1. nr. 3, 6 (s. 74) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Kemi: Organisk kemi. 10. klasse: lærebog for almene uddannelsesinstitutioner: grundniveau / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. udgave. - M.: Uddannelse, 2012.

2. Hvordan adskiller tilhørende petroleumsgas sig fra naturgas?

3. Hvordan destilleres olie?

Husk: destillation (destillation) er en metode til at adskille en blanding af flygtige væsker ved gradvis fordampning efterfulgt af kondensation.

Olie. Olie destillation

Mange af de organiske stoffer du beskæftiger dig med i hverdagen,—plastik, maling, rengøringsmidler, medicin, lak, opløsningsmidler—syntetiseres af kulbrinter. Der er tre hovedkilder til kulbrinter i naturen - olie, naturgas og kul.

Olie er en af ​​de vigtigste mineralressourcer. Det er umuligt at forestille sig vores liv uden olie og dens produkter. Det er ikke for ingenting, at olierige lande spiller en vigtig rolle i den globale økonomi.

Olie er en mørk, olieagtig væske, der findes i jordskorpen (Figur 29.1). Det er en homogen blanding af flere hundrede stoffer - hovedsageligt mættede kulbrinter med antallet af kulstofatomer i molekylet fra 1 til 40.

For at behandle denne blanding anvendes både fysiske og kemiske metoder. Først adskilles olie i simple blandinger - fraktioner - ved destillation (destillation eller rektifikation), baseret på det faktum, at forskellige stoffer i sammensætningen af ​​olie koges ved forskellige temperaturer(Tabel 12). Destillation sker i en destillationskolonne under betydelig opvarmning (fig. 29.2). Fraktioner med flest høje temperaturer kogende, nedbrydes kl høj temperatur Destilleret under reduceret tryk.

Tabel 12. Oliedestillationsfraktioner

	Antal kulstofatomer i molekyler	Kogepunkt, °C	Anvendelse
		Over 200 o C
			Brændstof til biler
			Brændstof, råmaterialer til syntese
			Luftfartsbenzin
			Diesel brændstof
Tung gasolie (fuel oil)			Brændstof til termiske kraftværker
		Nedbrydes ved opvarmning, destilleret under reduceret tryk	Produktion af asfalt, bitumen, paraffin, smøremidler, brændsel til kedelhuse

Ukraine er ret rigt på oliereserver. Hovedfelterne er koncentreret i tre olie- og gasregioner: østlige (Sumy, Poltava, Chernihiv og Kharkov regioner), vestlige (Lviv og Ivano-Frankivsk regioner) og sydlige (Sortehavsregionen, hylderne i Azov og Sortehavet). Oliereserverne i Ukraine anslås til omkring 2 milliarder tons, men en betydelig del af dem er koncentreret på store dybder (5-7 km). Den årlige olieproduktion i Ukraine er omkring 2 millioner tons med en efterspørgsel på 16 millioner tons, så desværre er Ukraine stadig tvunget til at importere betydelige mængder olie.

Kemisk raffinering af olieprodukter

Nogle kan bruges med det samme uden yderligere forarbejdning, såsom benzin og petroleum, men de udgør kun 20-30 % af olien. Derudover er benzin efter destillation af lav kvalitet (med et lavt oktantal, dvs. når det komprimeres i motoren, eksploderer det i stedet for at brænde). En motor, der kører på sådant brændstof, laver en karakteristisk bankelyd og fejler hurtigt. For at forbedre kvaliteten af ​​benzin og øge dets udbytte udsættes olie for kemisk behandling.

En af de vigtigste måder kemisk raffinering af olie - cracking (fra engelsk til crack - at spalte, bryde, da kulstofkæderne under cracking brydes) (fig. 29.3). Når de opvarmes til 500 °C uden luftadgang i nærværelse af specielle katalysatorer, opdeles lange alkanmolekyler i mindre. Ved krakning af mættede kulbrinter dannes en blanding af let mættede og umættede kulbrinter, f.eks.

Takket være denne proces øges udbyttet af benzin og petroleum. Denne type benzin kaldes nogle gange krakket benzin.

En af de egenskaber, der bestemmer kvaliteten af ​​benzin, er oktantallet, som angiver muligheden for detonation (eksplosion) af brændstof-luftblandingen i motoren. Jo højere oktantal, jo lavere er sandsynligheden for detonation, og derfor højere kvalitet af benzin. Heptan er uegnet som motorbrændstof, er det mere sandsynligt, at det detonerer, mens isooctan (2,2,4-trimethylpentan) har de modsatte egenskaber - det detonerer næsten ikke i motoren. Disse to stoffer blev grundlaget for skalaen til at bestemme kvaliteten af ​​benzin - oktantalsskalaen. På denne skala fik heptan en værdi på 0, og isooctan - 100. Ifølge denne skala har benzin med et oktantal på 95 de samme bankeegenskaber som en blanding af 95% isooctan og 5% heptan.

Olieraffinering foregår på særlige virksomheder - olieraffinaderier. Der udfører de både rektificering af råolie og kemisk behandling af de resulterende olieprodukter. Der er seks olieraffinaderier i Ukraine: i Odessa, Kremenchug, Kherson, Lisichansk, Nadvornyansk og Drohobych. Den samlede kapacitet for alle ukrainske olieraffineringsvirksomheder overstiger 52 millioner tons om året.

Naturgas

Den næstvigtigste kilde til kulbrinter er naturgas, hvis hovedbestanddel er metan (93-99%). Naturgas bruges primært som et effektivt brændstof. Når det brænder, dannes der hverken aske eller giftige stoffer. kulilte, derfor betragtes naturgas som et miljøvenligt brændstof.

Store mængder naturgas bruges af den kemiske industri. Forarbejdning af naturgas reduceres hovedsageligt til produktion af umættede kulbrinter og syntesegas. Ethylen og acetylen dannes ved eliminering af hydrogen fra lavere alkaner:

Syntesegas - en blanding af kul(II)oxid og brint - fremstilles ved opvarmning af metan med vanddamp:

Fra denne blanding syntetiseres oxygenholdige forbindelser ved hjælp af forskellige katalysatorer - methylalkohol, eddikesyre osv.

Når den ledes over en koboltkatalysator, omdannes syntesegassen til en blanding af alkaner, som er syntetisk benzin:

Kul

En anden kilde til kulbrinter er kul. I den kemiske industri behandles det ved koksning - opvarmning til 1000 ° C uden luftadgang (fig. 29.5, s. 170). I dette tilfælde dannes koks og stenkulstjære, hvis masse kun er nogle få procent af kulmassen. Koks bruges som et reduktionsmiddel i metallurgi (for eksempel til at opnå jern fra dets oxider).

Stenkulstjære indeholder flere hundrede organiske forbindelser, hovedsageligt aromatiske kulbrinter, som opnås fra den ved destillation.

Kul bruges også som brændsel, men det skaber store miljøproblemer. For det første indeholder kul ikke-brændbare urenheder, som bliver til slagger under brændstofforbrænding; for det andet indeholder kul små mængder forbindelser af svovl og nitrogen, hvis forbrænding producerer oxider, der forurener atmosfæren. Ukraine rangerer blandt de første i verden med hensyn til kulreserver. På et territorium svarende til 0,4 % af verden indeholder Ukraine omkring 5 % af verdens reserver af energiråstoffer, hvoraf 95 % er kul (ca. 54 milliarder tons). I 2015 udgjorde kulproduktionen 40 millioner tons, hvilket er næsten halvt så meget som i 2011. I dag er der 300 kulminer i Ukraine, og 40 % af dem producerer kokskul (som kan forarbejdes til koks). Produktionen er hovedsageligt koncentreret i Donetsk, Lugansk, Dnepropetrovsk og Volyn-regionerne.

Sproglig opgave

På græsk betyder pyro "ild" og lysis betyder "nedbrydning". Hvorfor tror du, at udtrykkene "cracking" og "pyrolyse" ofte bruges i flæng?

Nøgle idé

De vigtigste kilder til kulbrinter til industrien er olie, kul og naturgas. For mere effektiv anvendelse disse naturressourcer skal behandles for at isolere individuelle stoffer eller blandinger.

Sikkerhedsspørgsmål

334. Nævn de vigtigste naturlige kilder til kulbrinter.

335. Hvad er den fysiske metode til at separere olie i fraktioner baseret på?

336. Hvilke fraktioner opdeles olie i under destillation? Beskriv deres brug. Hvilket olieprodukt er det mest værdifulde for det moderne samfund?

337. Hvordan adskiller de vigtigste olieprodukter sig i kemisk sammensætning?

338. Beskriv brugen af ​​naturgas i den kemiske industri ved hjælp af oplysninger fra dette og tidligere afsnit.

339. Hvad er de vigtigste produkter fremstillet af kokskul?

340. Hvorfor opvarmes kul under forarbejdning uden luftadgang?

341. Hvorfor er naturgas bedre end kul som brændsel?

342. Hvilke stoffer og materialer fremstilles ved forarbejdning af kul og naturgas?

Opgaver til at mestre stoffet

343. I processen med at spalte kulbrinten C 20 H 42 dannes der to produkter med det samme antal kulstofatomer i molekylerne. Skriv en ligning for reaktionen.

344. Hvad er det? grundlæggende forskel revner olie fra udbedring?

345. Hvorfor tror du, at det under direkte destillation af olie ikke er muligt at forarbejde mere end 20 % af den til benzin?

346. Analysér fig. 29.2 og beskriv hvordan petroleumsdestillation foregår.

347. Nedskriv ligninger for reaktionerne ved fremstilling af ethylen og acetylen fra naturgaskomponenter.

348. En af komponenterne i benzin er kulbrinte C 8 H 18. Skriv en ligning for reaktionen af ​​dets produktion fra carbon(I)oxid og brint.

349. Når benzin brænder helt, dannes der kuldioxid og vand i motoren. Skriv en ligning for benzins forbrændingsreaktion, idet det antages, at den består af carbonhydrider med sammensætningen C 8 H 18.

350. Bilens udstødningsgasser indeholder giftige stoffer: carbon(N)oxid og nitrogen(^)oxid. Forklar hvorfor kemiske reaktioner de blev dannet.

351. Hvor mange gange vil volumenet af brændstof-luftblandingen, der består af 40 ml oktandamp og 3 liter luft, stige ved antænding? Når du laver beregninger, skal du antage, at luften indeholder 20 % ilt (i volumen).

352. Benzin sælges i lande med varmt klima, består af kulbrinter med en højere molekylvægt end benzin, som sælges i lande med koldt klima. Gæt hvorfor olieraffinaderier gør dette.

353*. Olie indeholder så mange værdifulde organiske stoffer, at D.I. Mendeleev sagde: "At brænde olie i en ovn er næsten det samme som at brænde med pengesedler." Hvordan forstår du denne udtalelse? Foreslå måder rationel brug naturlige kilder til kulbrinter.

354*. I yderligere kilder kan du finde oplysninger om materialer og stoffer, hvis råvarer er olie, naturgas eller kul. Kan de laves uden at bruge naturlige kilder til kulbrinter? Er det muligt for menneskeheden at stoppe med at bruge disse materialer? Begrund dit svar.

355*. Beskriv de nuværende og lovende bassiner og områder med kul-, olie- og naturgasproduktion i Ukraine ved hjælp af den viden, der er opnået i geografitimerne i klasse 8 og 9. Er placeringen af ​​forarbejdningsanlæg for disse kulbrintekilder koordineret med deres forekomster?

Dette er lærebogsmateriale