Raffinazione del petrolio. Fonti naturali di idrocarburi

È opportuno tenere presente che gli idrocarburi sono molto diffusi in natura. La maggior parte delle sostanze organiche sono ottenute da fonti naturali. In fase di sintesi composti organici gas naturali e associati, carbon fossile e lignite, petrolio, torba, prodotti animali e origine vegetale.

Sorgenti naturali idrocarburi: gas naturali.

I gas naturali sono miscele naturali di idrocarburi strutture diverse e alcune impurità gassose (idrogeno solforato, idrogeno, anidride carbonica) che riempiono le rocce rocce V la crosta terrestre. Questi composti si formano a seguito dell'idrolisi di sostanze organiche a grandi profondità nella Terra. Trovato in stato libero sotto forma di enormi accumuli: gas, condensato di gas e giacimenti di petrolio e gas.

Principale componente strutturale i gas naturali combustibili sono СН₄ (metano - 98%), С₂Н₆ (etano - 4,5%), propano (С₃Н₈ - 1,7%), butano (С₄Н₁₀ - 0,8%), pentano (С₅Н₁₂ - 0,6% ). Imparentato gas di petrolio Fa parte dell'olio allo stato disciolto e ne viene rilasciato a causa di una diminuzione della pressione quando l'olio sale in superficie. Nei giacimenti di gas e petrolio, una tonnellata di petrolio contiene da 30 a 300 mq. m di gas. Le fonti naturali di idrocarburi sono preziosi combustibili e materie prime per l'industria della sintesi organica. Il gas viene fornito agli impianti di trattamento del gas, dove può essere trattato (olio, adsorbimento a bassa temperatura, condensazione e rettifica). È diviso in singoli componenti, ognuno dei quali viene utilizzato per scopi specifici. Ad esempio dal gas di sintesi del metano, che è la materia prima base per la produzione di altri idrocarburi, acetilene, metanolo, metanale, cloroformio.

Fonti naturali di idrocarburi: petrolio.

Il petrolio è una miscela complessa costituita principalmente da idrocarburi naftenici, paraffinici e aromatici. La composizione dell'olio comprende sostanze asfaltiche-resinose, mono- e disolfuri, mercaptani, tiofene, tiofano, idrogeno solforato, piperidina, piridina e suoi omologhi, nonché altre sostanze. Sulla base dei prodotti che utilizzano metodi di sintesi petrolchimica, si ottengono più di 3000 prodotti diversi, incl. etilene, benzene, propilene, dicloroetano, cloruro di vinile, stirene, etanolo, isopropanolo, butileni, plastiche varie, fibre chimiche, coloranti, detergenti, medicinali, esplosivi, ecc.

La torba è una roccia sedimentaria di origine vegetale. Questa sostanza viene utilizzata come combustibile (principalmente per centrali termoelettriche), materie prime chimiche (per la sintesi di molte sostanze organiche), lettiera antisettica nelle aziende agricole, soprattutto negli allevamenti di pollame, e componente di fertilizzanti per il giardinaggio e la coltivazione in campo.

Fonti naturali di idrocarburi: xilema o legno.

Xilema: tessuto piante superiori, lungo il quale l'acqua e disciolta nutrienti provengono dal rizoma dell'apparato alle foglie, così come da altri organi della pianta. È costituito da cellule con una membrana irrigidita che hanno un sistema di conduzione vascolare. A seconda del tipo di legno che contiene quantità diverse sostanze pectiniche e composti minerali (principalmente sali di calcio), lipidi e oli essenziali. Il legno viene utilizzato come combustibile e può essere sintetizzato alcool metilico, acido acetato, cellulosa e altre sostanze. Alcuni tipi di legno vengono utilizzati per produrre coloranti (legno di sandalo, legno di tronchi), tannini (quercia), resine e balsami (cedro, pino, abete rosso) e alcaloidi (piante delle famiglie della belladonna, del papavero, delle ranuncoli e delle ombrellacee). Alcuni alcaloidi sono usati come medicinali(chitina, caffeina), erbicidi (anabasina), insetticidi (nicotina).

– è costituito (principalmente) da metano e (in quantità minori) dai suoi omologhi più vicini: etano, propano, butano, pentano, esano, ecc.; osservato nel gas di petrolio associato, cioè nel gas naturale che si trova in natura al di sopra del petrolio o disciolto in esso sotto pressione.

Olio

è un liquido oleoso infiammabile costituito da alcani, cicloalcani, areni (predominanti), nonché composti contenenti ossigeno, azoto e zolfo.

Carbone

– minerale combustibile solido di origine organica. Contiene poca grafite e molti composti ciclici complessi, inclusi gli elementi C, H, O, N e S. Si trovano antracite (quasi anidra), carbone (-4% di umidità) e lignite (50-60% di umidità). Utilizzando il metodo del coking, il carbone viene convertito in idrocarburi (gassosi, liquidi e solidi) e coke (grafite abbastanza pura).

Coke del carbone

Il riscaldamento del carbone senza accesso all'aria a 900-1050 ° C porta alla sua decomposizione termica con la formazione di prodotti volatili (catrame di carbone, acqua di ammoniaca e gas di cokeria) e un residuo solido: coke.

Prodotti principali: coke - 96-98% di carbonio; gas di cokeria -60% idrogeno, 25% metano, 7% monossido di carbonio (II), ecc.

Sottoprodotti: catrame di carbone (benzene, toluene), ammoniaca (dal gas di cokeria), ecc.

Raffinazione del petrolio mediante il metodo di rettifica

L'olio preraffinato viene sottoposto a distillazione atmosferica (o sotto vuoto) in frazioni con determinati intervalli di punto di ebollizione in colonne di distillazione continua.

Prodotti principali: benzina leggera e pesante, kerosene, gasolio, oli lubrificanti, olio combustibile, catrame.

Raffinazione del petrolio mediante cracking catalitico

Materie prime: frazioni petrolifere altobollenti (kerosene, gasolio, ecc.)

Materiali ausiliari: catalizzatori (alluminosilicati modificati).

Processo chimico di base: ad una temperatura di 500-600 °C e ad una pressione di 5·10 5 Pa, le molecole di idrocarburi vengono divise in molecole più piccole, il cracking catalitico è accompagnato da reazioni di aromatizzazione, isomerizzazione e alchilazione.

Prodotti: miscela di idrocarburi bassobollenti (carburanti, materie prime per prodotti petrolchimici).

DO 16. H 34 → DO 8 H 18 + DO 8 H 16
DO 8 H 18 → DO 4 H 10 + DO 4 H 8
C4H10 → C2H6 + C2H4

Durante la lezione potrai approfondire il tema “Fonti naturali di idrocarburi. Raffinazione del petrolio". Oltre il 90% di tutta l’energia attualmente consumata dall’umanità è ottenuta da composti organici naturali fossili. Imparerai a conoscere le risorse naturali (gas naturale, petrolio, carbone), cosa succede al petrolio dopo la sua estrazione.

Argomento: Idrocarburi saturi

Lezione: Fonti naturali di idrocarburi

Circa il 90% dell'energia consumata dalla civiltà moderna è generata dalla combustione di combustibili fossili naturali: gas naturale, petrolio e carbone.

La Russia è un paese ricco di riserve naturali di combustibili fossili. Ci sono grandi riserve di petrolio e gas naturale Siberia occidentale e gli Urali. Il carbone viene estratto nei bacini di Kuznetsk, Yakutsk meridionale e in altre regioni.

Gas naturale è costituito in media dal 95% di metano in volume.

Il gas naturale proveniente da vari giacimenti contiene oltre al metano, azoto, diossido di carbonio, elio, idrogeno solforato e altri alcani leggeri: etano, propano e butani.

Il gas naturale viene estratto da giacimenti sotterranei, dove è sottoposto ad alta pressione. Il metano e altri idrocarburi si formano da sostanze organiche di origine vegetale e animale durante la loro decomposizione senza accesso all'aria. Il metano si forma costantemente a causa dell'attività dei microrganismi.

Metano scoperto sui pianeti sistema solare e i loro compagni.

Il metano puro non ha odore. Tuttavia, il gas utilizzato nella vita di tutti i giorni ha una caratteristica cattivo odore. Questo è l'odore degli additivi speciali: i mercaptani. L'odore dei mercaptani consente di individuare in tempo una fuga di gas domestico. Le miscele di metano con aria sono esplosive in un'ampia gamma di rapporti: dal 5 al 15% di gas in volume. Pertanto, se senti odore di gas in una stanza, non solo dovresti accendere il fuoco, ma anche non utilizzare interruttori elettrici. La minima scintilla può provocare un'esplosione.

Riso. 1. Petrolio proveniente da diversi settori

Olio- un liquido denso simile all'olio. Il suo colore varia dal giallo chiaro al marrone e al nero.

Riso. 2. Giacimenti petroliferi

Il petrolio proveniente da diversi campi varia notevolmente nella composizione. Riso. 1. La parte principale del petrolio sono gli idrocarburi contenenti 5 o più atomi di carbonio. Fondamentalmente questi idrocarburi sono classificati come limitanti, cioè alcani. Riso. 2.

L'olio contiene anche composti organici contenenti zolfo, ossigeno, azoto. L'olio contiene acqua e impurità inorganiche.

I gas rilasciati durante la sua produzione vengono disciolti nell'olio - olio gas associati . Questi sono metano, etano, propano, butani con miscele di azoto, anidride carbonica e idrogeno solforato.

Carbone, come l'olio, è una miscela complessa. La quota di carbonio in esso rappresenta l'80-90%. Il resto è idrogeno, ossigeno, zolfo, azoto e alcuni altri elementi. Nella lignite la proporzione di carbonio e materia organica è inferiore a quella della pietra. C'è ancora meno materia organica scisti bituminosi.

Nell'industria, il carbone viene riscaldato a 900-1100 0 C senza accesso all'aria. Questo processo si chiama coca. Il risultato è coke ad alto contenuto di carbonio, gas di cokeria e catrame di carbone necessari per la metallurgia. Molte sostanze organiche vengono rilasciate dal gas e dal catrame. Riso. 3.

Riso. 3. Costruzione di una cokeria

Il gas naturale e il petrolio sono le fonti più importanti di materie prime per l'industria industria chimica. Il petrolio così come viene estratto, o “petrolio greggio”, è difficile da utilizzare anche come combustibile. Pertanto, il petrolio greggio viene diviso in frazioni (dall'inglese “frazione” - “parte”), utilizzando le differenze nei punti di ebollizione delle sue sostanze costituenti.

Metodo di separazione dell'olio basato su temperature diverse l'ebollizione dei suoi idrocarburi costituenti è chiamata distillazione o distillazione. Riso. 4.

Riso. 4. Prodotti petroliferi

Si chiama la frazione che distilla da 50 a 180 0 C circa benzina.

Cherosene bolle a temperature di 180-300 0 C.

Viene chiamato un residuo nero denso che non contiene sostanze volatili carburante.

Esistono anche una serie di frazioni intermedie che bollono in intervalli più ristretti: eteri di petrolio (40-70 0 C e 70-100 0 C), acqua ragia minerale (149-204 ° C) e gasolio (200-500 0 C). . Sono usati come solventi. L'olio combustibile può essere distillato a pressione ridotta per produrre oli lubrificanti e paraffina. Residuo solido della distillazione dell'olio combustibile - asfalto. Viene utilizzato per la produzione di pavimentazioni stradali.

Il trattamento dei gas di petrolio associati è un settore separato e produce una serie di prodotti preziosi.

Riassumendo la lezione

Durante la lezione hai approfondito l'argomento “Fonti naturali di idrocarburi. Raffinazione del petrolio". Oltre il 90% di tutta l’energia attualmente consumata dall’umanità è ottenuta da composti organici naturali fossili. Hai imparato a conoscere le risorse naturali (gas naturale, petrolio, carbone), cosa succede al petrolio dopo la sua estrazione.

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Compiti a casa

1. N. 3, 6 (pag. 74) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Chimica: Chimica organica. 10° grado: libro di testo per istituti di istruzione generale: livello base / G. E. Rudzitis, F.G. Feldmann. - 14a edizione. - M.: Educazione, 2012.

2. In cosa differisce il gas di petrolio associato dal gas naturale?

3. Come viene distillato l'olio?

Ricorda: la distillazione (distillazione) è un metodo per separare una miscela di liquidi volatili mediante evaporazione graduale seguita da condensazione.

Olio. Distillazione dell'olio

Molte delle sostanze organiche con cui hai a che fare Vita di ogni giorno,—plastiche, vernici, detergenti, medicinali, vernici, solventi—sono sintetizzati da idrocarburi. In natura esistono tre fonti principali di idrocarburi: petrolio, gas naturale e carbone.

Il petrolio è una delle risorse minerali più importanti. È impossibile immaginare la nostra vita senza il petrolio e i suoi prodotti. Non per niente i paesi ricchi di petrolio svolgono un ruolo importante nell’economia globale.

Il petrolio è un liquido scuro e oleoso che si trova nella crosta terrestre (Fig. 29.1). È una miscela omogenea di diverse centinaia di sostanze, principalmente idrocarburi saturi con un numero di atomi di carbonio in una molecola compreso tra 1 e 40.

Per elaborare questa miscela vengono utilizzati metodi sia fisici che chimici. Innanzitutto, il petrolio viene separato in miscele semplici - frazioni - mediante distillazione (distillazione o rettifica), in base al fatto che varie sostanze nella composizione dell'olio bollire a temperature diverse(Tabella 12). La distillazione avviene in una colonna di distillazione sotto un riscaldamento significativo (Fig. 29.2). Fazioni con più alte temperature bollente, decomponendosi a alta temperatura, distillato a pressione ridotta.

Tabella 12. Frazioni di distillazione del petrolio

	Numero di atomi di carbonio nelle molecole	Punto di ebollizione, °C	Applicazione
		Oltre 200°C
			Carburante automobilistico
			Carburante, materie prime per la sintesi
			Benzina per aviazione
			Carburante diesel
Gasolio pesante (olio combustibile)			Combustibile per centrali termoelettriche
		Si decompone se riscaldato, distillato a pressione ridotta	Produzione di asfalto, bitume, paraffina, lubrificanti, combustibile per caldaie

L’Ucraina è piuttosto ricca di riserve petrolifere. I giacimenti principali sono concentrati in tre regioni di petrolio e gas: orientale (regioni di Sumy, Poltava, Chernihiv e Kharkov), occidentale (regioni di Lviv e Ivano-Frankivsk) e meridionale (regione del Mar Nero, piattaforma dell'Azov e del Mar Nero). Le riserve petrolifere in Ucraina sono stimate in circa 2 miliardi di tonnellate, ma una parte significativa di esse è concentrata a grandi profondità (5-7 km). La produzione annuale di petrolio in Ucraina è di circa 2 milioni di tonnellate con una domanda di 16 milioni di tonnellate, quindi, sfortunatamente, l’Ucraina è ancora costretta ad importare volumi significativi di petrolio.

Raffinazione chimica dei prodotti petroliferi

Alcuni prodotti della distillazione del petrolio possono essere utilizzati immediatamente, senza ulteriore lavorazione, come benzina e cherosene, ma costituiscono solo il 20-30% del petrolio. Inoltre, dopo la distillazione, la benzina è di bassa qualità (con un basso numero di ottano, cioè quando compressa nel motore esplode anziché bruciare). Un motore che funziona con tale carburante emette un caratteristico rumore battente e si guasta rapidamente. Per migliorare la qualità della benzina e aumentarne la resa, il petrolio viene sottoposto a trattamenti chimici.

Uno di i modi più importanti raffinazione chimica del petrolio - cracking (dall'inglese crack - dividere, rompere, poiché durante il cracking le catene di carbonio vengono rotte) (Fig. 29.3). Quando riscaldate a 500 °C senza accesso all'aria in presenza di catalizzatori speciali, le molecole lunghe di alcani vengono divise in molecole più piccole. Durante il cracking di idrocarburi saturi, si forma una miscela di idrocarburi leggeri saturi e insaturi, ad esempio:

Grazie a questo processo aumenta la resa di benzina e cherosene. Questo tipo di benzina viene talvolta chiamata benzina crackizzata.

Una delle caratteristiche che determina la qualità della benzina è il numero di ottano, che indica la possibilità di detonazione (esplosione) della miscela aria-carburante nel motore. Maggiore è il numero di ottano, minore è la probabilità di detonazione e quindi maggiore è la qualità della benzina. L'eptano non è adatto come carburante per motori, è più probabile che esploda, mentre l'isoottano (2,2,4-trimetilpentano) ha le proprietà opposte: quasi non esplode nel motore. Queste due sostanze sono diventate la base per la scala per determinare la qualità della benzina: la scala del numero di ottano. Su questa scala, l'eptano ha ricevuto un valore pari a 0 e l'isoottano - 100. Secondo questa scala, la benzina con un numero di ottano di 95 ha le stesse proprietà di detonazione di una miscela di 95% isoottano e 5% eptano.

La raffinazione del petrolio avviene in imprese speciali: le raffinerie di petrolio. Lì effettuano sia la rettifica del petrolio greggio che la lavorazione chimica dei prodotti petroliferi risultanti. Ci sono sei raffinerie di petrolio in Ucraina: a Odessa, Kremenchug, Kherson, Lisichansk, Nadvornyansk e Drohobych. La capacità totale di tutte le imprese ucraine di raffinazione del petrolio supera i 52 milioni di tonnellate all'anno.

Gas naturale

La seconda fonte più importante di idrocarburi è il gas naturale, il cui componente principale è il metano (93-99%). Il gas naturale viene utilizzato principalmente come combustibile efficiente. Quando brucia non si forma né cenere né sostanze velenose. monossido di carbonio, pertanto il gas naturale è considerato un combustibile rispettoso dell'ambiente.

Grandi quantità di gas naturale vengono utilizzate dall’industria chimica. La lavorazione del gas naturale si riduce principalmente alla produzione di idrocarburi insaturi e gas di sintesi. L'etilene e l'acetilene si formano mediante l'eliminazione dell'idrogeno dagli alcani inferiori:

Il gas di sintesi, una miscela di ossido di carbonio (II) e idrogeno, viene prodotto riscaldando il metano con vapore acqueo:

Da questa miscela, utilizzando diversi catalizzatori, vengono sintetizzati composti contenenti ossigeno: alcol metilico, acido acetico, ecc.

Quando viene fatto passare su un catalizzatore al cobalto, il gas di sintesi viene convertito in una miscela di alcani, che è benzina sintetica:

Carbone

Un'altra fonte di idrocarburi è il carbone. Nell'industria chimica viene lavorato mediante cokefazione - riscaldamento a 1000 ° C senza accesso all'aria (Fig. 29.5, p. 170). In questo caso si formano coke e catrame di carbone, la cui massa rappresenta solo una piccola percentuale della massa del carbone. Il coke viene utilizzato come agente riducente in metallurgia (ad esempio per ottenere il ferro dai suoi ossidi).

Il catrame di carbone contiene diverse centinaia di composti organici, principalmente idrocarburi aromatici, che se ne ottengono mediante distillazione.

Anche il carbone viene utilizzato come combustibile, ma crea grandi quantità problemi ecologici. Innanzitutto, il carbone contiene impurità non infiammabili, che si trasformano in scorie durante la combustione del carburante; in secondo luogo, il carbone contiene piccole quantità composti di Zolfo e Azoto, la cui combustione produce ossidi che inquinano l'atmosfera. L’Ucraina è uno dei primi paesi al mondo in termini di riserve di carbone. Su un territorio pari allo 0,4% della superficie mondiale, l'Ucraina contiene circa il 5% delle riserve mondiali di materie prime energetiche, di cui il 95% è carbone (circa 54 miliardi di tonnellate). Nel 2015 la produzione di carbone è stata di 40 milioni di tonnellate, quasi la metà rispetto al 2011. Oggi in Ucraina ci sono 300 miniere di carbone e il 40% di esse produce carbone da coke (che può essere trasformato in coke). La produzione è concentrata principalmente nelle regioni di Donetsk, Lugansk, Dnepropetrovsk e Volyn.

Compito linguistico

In greco, piro significa "fuoco" e lisi significa "decomposizione". Perché pensi che i termini “cracking” e “pirolisi” siano spesso usati in modo intercambiabile?

Idea chiave

Le principali fonti di idrocarburi per l'industria sono il petrolio, il carbone e il gas naturale. Per più applicazione efficace queste risorse naturali devono essere trattate per isolare singole sostanze o miscele.

Domande di controllo

334. Nomina le principali fonti naturali di idrocarburi.

335. Su cosa si basa il metodo fisico per separare il petrolio in frazioni?

336. In quali frazioni viene suddiviso l'olio durante la distillazione? Descrivi il loro utilizzo. Quale prodotto petrolifero ha più valore per la società moderna?

337. In che modo i più importanti prodotti petroliferi differiscono nella composizione chimica?

338. Utilizzando le informazioni contenute in questo paragrafo e in quelli precedenti, descrivere l'uso del gas naturale nell'industria chimica.

339. Quali sono i principali prodotti ottenuti dal carbone da coke?

340. Perché il carbone viene riscaldato durante la lavorazione senza accesso all'aria?

341. Perché il gas naturale è migliore del carbone come combustibile?

342. Quali sostanze e materiali vengono prodotti dalla lavorazione del carbone e del gas naturale?

Compiti per padroneggiare il materiale

343. Nel processo di cracking dell'idrocarburo C 20 H 42, si formano due prodotti con lo stesso numero di atomi di carbonio nelle molecole. Scrivi un'equazione per la reazione.

344. Che cos'è? differenza fondamentale cracking dell'olio dalla rettifica?

345. Perché pensi che durante la distillazione diretta del petrolio non sia possibile trasformarne più del 20% in benzina?

346. Analizza la fig. 29.2 e descrivono come avviene la distillazione del petrolio.

347. Annotare le equazioni per le reazioni di produzione di etilene e acetilene da componenti del gas naturale.

348. Uno dei componenti della benzina è l'idrocarburo C 8 H 18. Scrivi un'equazione per la reazione della sua produzione da ossido di carbonio (I) e idrogeno.

349. Quando la benzina brucia completamente, nel motore si formano anidride carbonica e acqua. Scrivi un'equazione per la reazione di combustione della benzina, supponendo che sia costituita da idrocarburi della composizione C 8 H 18.

350. I gas di scarico delle automobili contengono sostanze tossiche: ossido di carbonio(N) e ossido di azoto(^). Spiega perchè reazioni chimiche si sono formati.

351. Quante volte aumenterà il volume della miscela aria-carburante, composta da 40 ml di vapore di ottano e 3 litri di aria, quando viene accesa? Quando si effettuano i calcoli, si presuppone che l'aria contenga il 20% di ossigeno (in volume).

352. Benzina venduta nei paesi con clima caldo, è costituito da idrocarburi con un valore più elevato peso molecolare rispetto alla benzina, che viene venduta nei paesi con climi freddi. Indovina perché le raffinerie di petrolio lo fanno.

353*. Il petrolio contiene così tante sostanze organiche preziose che D.I. Mendeleev ha detto: "Bruciare petrolio in una fornace è quasi come bruciare con le banconote". Come interpreti questa affermazione? Suggerisci modi uso razionale fonti naturali di idrocarburi.

354*. In ulteriori fonti, trova informazioni su materiali e sostanze le cui materie prime sono petrolio, gas naturale o carbone. Possono essere realizzati senza utilizzare fonti naturali di idrocarburi? È possibile per l’umanità smettere di usare questi materiali? Giustifica la tua risposta.

355*. Utilizzando le conoscenze acquisite nelle lezioni di geografia delle classi 8 e 9, descrivere gli attuali e promettenti bacini e le aree di produzione di carbone, petrolio e gas naturale in Ucraina. Le ubicazioni degli impianti di lavorazione di queste fonti di idrocarburi sono coordinate con i loro depositi?

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