Kādi ogļūdeņraži ir dabasgāzē. Aromātisko ogļūdeņražu sagatavošana

Nodarbības mērķi:

Izglītības:

  • Attīstīt skolēnu izziņas darbību.
  • Iepazīstināt studentus ar dabiskajiem ogļūdeņražu avotiem: naftu, dabasgāzi, akmeņoglēm, to sastāvu un pārstrādes metodēm.
  • Izpētīt galvenās šo resursu atradnes pasaulē un Krievijā.
  • Parādiet to nozīmi valsts ekonomikā.
  • Apsveriet vides aizsardzības jautājumus.

Izglītības:

  • Intereses veidošana par tēmas izpēti, runas kultūras ieaudzināšana ķīmijas stundās.

Izglītības:

  • Attīstīt uzmanību, novērošanu, klausīšanās prasmes un secinājumu izdarīšanu.

Pedagoģiskās metodes un tehnikas:

  • Uztveres pieeja.
  • Gnostiskā pieeja.
  • Kibernētiskā pieeja.

Aprīkojums: Interaktīvā tāfele, multimediji, MarSTU elektroniskās mācību grāmatas, internets, krājumi “Nafta un tās pārstrādes galvenie produkti”, “Ogles un tās pārstrādes svarīgākie produkti”.

Nodarbību laikā

I. Organizatoriskais moments.

Iepazīstinu ar šīs nodarbības mērķi un uzdevumiem.

II. Galvenā daļa.

Svarīgākie dabiskie ogļūdeņražu avoti ir: nafta, ogles, dabiskās un saistītās naftas gāzes.

Eļļa - "melnais zelts" (Iepazīstinu studentus ar naftas izcelsmi, galvenajām rezervēm, ieguvi, naftas sastāvu, fizikālajām īpašībām, naftas produktiem).

Rektifikācijas procesā eļļa tiek sadalīta šādās frakcijās:

Rādu frakciju paraugus no kolekcijas (demonstrācija kopā ar skaidrojumu).

  • Destilācijas gāzes– mazmolekulāru ogļūdeņražu maisījums, galvenokārt propāns un butāns, ar viršanas temperatūru līdz 40 °C,
  • Benzīna frakcija (benzīns)– HC sastāvs no C 5 H 12 līdz C 11 H 24 (viršanas temperatūra 40-200°C, smalkāk atdalot šo frakciju, iegūst gāzeļļa(petrolēteris, 40 - 70°C) un benzīns(70–120°C),
  • Ligroīna frakcija– HC sastāvs no C8H18 līdz C14H30 (viršanas temperatūra 150–250°C),
  • Petrolejas frakcija– HC sastāvs no C12H26 līdz C18H38 (viršanas temperatūra 180–300°C),
  • Dīzeļdegviela– HC sastāvs no С 13 Н 28 līdz С 19 Н 36 (t viršanas temperatūra 200 - 350 ° С)

Naftas rafinēšanas atlikumi - mazuts– satur ogļūdeņražus ar oglekļa atomu skaitu no 18 līdz 50. Destilējot pazeminātā spiedienā no mazuta, rodas saules eļļa(C18H28–C25H52), smēreļļas(C 28 H 58 – C 38 H 78), petrolatums Un parafīns– cieto ogļūdeņražu maisījumi ar zemu kušanas temperatūru. Cietie atlikumi no mazuta destilācijas – darva un tā pārstrādes produkti - bitumens Un asfalts izmanto ceļu segumu izgatavošanai.

Eļļas rektifikācijas rezultātā iegūtie produkti tiek pakļauti ķīmiskai apstrādei. Viens no tiem ir plaisāšana.

Krekinga ir naftas produktu termiskā sadalīšanās, kuras rezultātā veidojas ogļūdeņraži ar mazāku oglekļa atomu skaitu molekulā. (izmantoju MarSTU elektronisko mācību grāmatu, kurā ir runāts par plaisāšanas veidiem).

Studenti salīdzina termisko un katalītisko krekingu. (16. slaids)

Termiskā plaisāšana.

Ogļūdeņražu molekulu sadalīšanās notiek augstākā temperatūrā (470-5500 C). Process norit lēni, veidojas ogļūdeņraži ar nesazarotu oglekļa atomu ķēdi. Benzīns, kas iegūts termiskās krekinga rezultātā, kopā ar piesātinātajiem ogļūdeņražiem satur daudz nepiesātinātu ogļūdeņražu. Tāpēc šim benzīnam ir lielāka detonācijas pretestība nekā tiešajam destilētam benzīnam. Termiski krekinga benzīns satur daudz nepiesātinātu ogļūdeņražu, kas viegli oksidējas un polimerizējas. Tāpēc šis benzīns uzglabāšanas laikā ir mazāk stabils. Tam degot, var aizsērēt dažādas dzinēja daļas.

Katalītiskā krekinga.

Ogļūdeņražu molekulu sadalīšanās notiek katalizatoru klātbūtnē un zemākā temperatūrā (450-5000 C). Galvenā uzmanība tiek pievērsta benzīnam. Viņi cenšas iegūt vairāk un vienmēr labākas kvalitātes. Katalītiskā krekinga radās tieši naftas darbinieku ilgstošas, neatlaidīgas cīņas par benzīna kvalitātes uzlabošanu rezultātā. Salīdzinot ar termisko krekinga procesu, process norit daudz ātrāk, un notiek ne tikai ogļūdeņražu molekulu šķelšanās, bet arī to izomerizācija, t.i. veidojas ogļūdeņraži ar sazarotu oglekļa atomu ķēdi. Katalītiskā krekinga benzīns ir vēl izturīgāks pret detonāciju nekā termiski krekinga benzīns.

Ogles. (Iepazīstinu studentus ar ogļu izcelsmi, galvenajām rezervēm, ražošanu, fizikālajām īpašībām, pārstrādes produktiem).

Izcelsme: (Es izmantoju MarSTU elektronisko mācību grāmatu, kur viņi runā par ogļu izcelsmi).

Galvenās rezerves: (18. slaids) Kartē es parādu studentiem lielākās ogļu atradnes Krievijā ražošanas apjoma ziņā - tās ir Tunguskas, Kuzņeckas un Pečoras baseini.

Ražošana:(Es izmantoju MarSTU elektronisko mācību grāmatu, kur viņi runā par ogļu ieguvi).

  • Koksa gāze– kas ietver H 2, CH 4, CO, CO 2, NH 3, N 2 un citu gāzu piemaisījumus,
  • Akmeņogļu darva– satur vairākus simtus dažādu organisko vielu, tai skaitā benzolu un tā homologus, fenolu un aromātiskos spirtus, naftalīnu un dažādus heterocikliskos savienojumus,
  • Nadsmoļnaja, vai amonjaka ūdens– satur izšķīdušu amonjaku, kā arī fenolu, sērūdeņradi un citas vielas,
  • Kokss– ciets koksēšanas atlikums, gandrīz tīrs ogleklis.

Dabiskās un ar naftu saistītās gāzes. (Iepazīstinu studentus ar galvenajām rezervēm, ražošanu, sastāvu, pārstrādes produktiem).

III. Vispārināšana.

Nodarbības kopsavilkuma daļā izveidoju testu, izmantojot programmu Turning Point. Skolēni bruņojās ar tālvadības pultīm. Kad ekrānā parādās jautājums, nospiežot atbilstošo pogu, viņi izvēlas pareizo atbildi.

1. Dabasgāzes galvenās sastāvdaļas ir:

  • Etāns;
  • Propāns;
  • metāns;
  • Butāns.

2. Kura naftas destilācijas frakcija satur no 4 līdz 9 oglekļa atomiem vienā molekulā?

  • Ligroīns;
  • gāzeļļa;
  • Benzīns;
  • Petroleja.

3. Kāds ir smago naftas produktu krekinga nolūks?

  • Metāna ražošana;
  • Benzīna frakciju iegūšana ar augstu detonācijas pretestību;
  • Sintēzes gāzes ražošana;
  • Ūdeņraža ražošana.

4. Kurš process nav saistīts ar naftas rafinēšanu?

  • Koksēšana;
  • Frakcionētā destilācija;
  • katalītiskā krekinga;
  • Termiskā plaisāšana.

5. Kurš no šiem notikumiem ir visbīstamākais ūdens ekosistēmām?

  • Naftas cauruļvada hermētiskuma pārkāpums;
  • Naftas noplūde tankkuģa avārijas rezultātā;
  • Tehnoloģijas pārkāpums dziļās naftas ieguves laikā uz zemes;
  • Ogļu transportēšana pa jūru.

6. No metāna, kas veido dabasgāzi, iegūstam:

  • Sintēzes gāze;
  • Etilēns;
  • Acetilēns;
  • Butadiēns.

7. Kādas īpašības atšķir katalītiskā krekinga benzīnu no tiešā destilēta benzīna?

  • alkēnu klātbūtne;
  • Alkīnu klātbūtne;
  • Ogļūdeņražu klātbūtne ar sazarotu oglekļa atomu ķēdi;
  • Augsta detonācijas pretestība.

Testa rezultāts ir uzreiz redzams ekrānā.

Mājasdarbs: 10. §, piem., 1.–8

Literatūra:

  1. L.Ju.Alikberova "Izklaidējošā ķīmija". - M.: "AST-Press", 1999.
  2. O.S.Gabrieljans, I.G.Otroumovs “Rokasgrāmata ķīmijas skolotājiem, 10.klase.” – M.: “Blik un K”, 2001.
  3. O.S.Gabrieljans, F.N.Maskajevs, S.Ju.Ponomarjovs, V.I.Tereņins “Ķīmija 10.klase.” – M.: “Drofa”, 2003.g.

Savienojumi, kas sastāv tikai no oglekļa un ūdeņraža atomiem.

Ogļūdeņražus iedala cikliskajos (karbocikliskajos savienojumos) un acikliskajos.

Cikliskie (karbocikliskie) ir savienojumi, kas satur vienu vai vairākus ciklus, kas sastāv tikai no oglekļa atomiem (atšķirībā no heterocikliskiem savienojumiem, kas satur heteroatomus - slāpekli, sēru, skābekli utt.). Karbocikliskos savienojumus savukārt iedala aromātiskajos un nearomātiskajos (alicikliskajos) savienojumos.

Acikliskie ogļūdeņraži ietver organiskos savienojumus, kuru oglekļa skeleta molekulas ir atvērtas ķēdes.

Šīs ķēdes var veidot ar vienkāršām saitēm (alkāniem), satur vienu dubultsaiti (alkānus), divas vai vairākas dubultās saites (diēnus vai poliēnus) vai vienu trīskāršu saiti (alkīnus).

Kā jūs zināt, oglekļa ķēdes ir daļa no lielākās daļas organisko vielu. Tādējādi ogļūdeņražu izpēte ir īpaši svarīga, jo šie savienojumi ir citu organisko savienojumu klašu strukturālais pamats.

Turklāt ogļūdeņraži, īpaši alkāni, ir galvenie dabiskie organisko savienojumu avoti un svarīgāko rūpniecisko un laboratorijas sintēžu pamatā (1. shēma).

Jūs jau zināt, ka ogļūdeņraži ir vissvarīgākais ķīmiskās rūpniecības izejvielu veids. Savukārt ogļūdeņraži ir diezgan plaši izplatīti dabā un tos var izolēt no dažādiem dabas avotiem: naftas, saistītās naftas un dabasgāzes, akmeņoglēm. Apskatīsim tos tuvāk.

Eļļa- dabisks komplekss ogļūdeņražu maisījums, galvenokārt lineāras un sazarotas struktūras alkāni, kas molekulās satur no 5 līdz 50 oglekļa atomiem, ar citām organiskām vielām. Tās sastāvs būtiski ir atkarīgs no ieguves (nogulsnes) vietas, papildus alkāniem tas var saturēt cikloalkānus un aromātiskos ogļūdeņražus.

Eļļas gāzveida un cietās sastāvdaļas tiek izšķīdinātas tās šķidrajās sastāvdaļās, kas nosaka tās agregācijas stāvokli. Eļļa ir eļļains šķidrums ar tumšu (brūnu līdz melnu) krāsu ar raksturīgu smaržu, nešķīst ūdenī. Tā blīvums ir mazāks nekā ūdens blīvums, tāpēc, nokļūstot tajā eļļai, tā izkliedējas pa virsmu, novēršot skābekļa un citu gaisa gāzu izšķīšanu ūdenī. Acīmredzami, ka nafta, nonākot dabiskajās ūdenstilpēs, izraisa mikroorganismu un dzīvnieku nāvi, izraisot vides katastrofas un pat katastrofas. Ir baktērijas, kas var izmantot eļļas komponentus kā pārtiku, pārvēršot to nekaitīgos savas vitālās darbības produktos. Ir skaidrs, ka šo baktēriju kultūru izmantošana ir videi drošākais un daudzsološākais veids, kā cīnīties pret vides piesārņojumu ar naftu tās ražošanas, transportēšanas un pārstrādes laikā.

Dabā nafta un ar to saistītā naftas gāze, kas tiks apspriesta turpmāk, aizpilda zemes iekšpuses dobumus. Tā kā eļļa ir dažādu vielu maisījums, tai nav pastāvīgas viršanas temperatūras. Ir skaidrs, ka katra tā sastāvdaļa maisījumā saglabā savas individuālās fizikālās īpašības, kas ļauj sadalīt eļļu tā sastāvdaļās. Lai to izdarītu, to attīra no mehāniskiem piemaisījumiem un sēru saturošiem savienojumiem un pakļauj tā sauktajai frakcionētai destilācijai jeb rektifikācijai.

Frakcionālā destilācija ir fizikāla metode komponentu maisījuma atdalīšanai ar dažādiem viršanas punktiem.

Destilāciju veic īpašās iekārtās - destilācijas kolonnās, kurās atkārtojas eļļā esošo šķidro vielu kondensācijas un iztvaikošanas cikli (9. att.).

Tvaiki, kas veidojas vielu maisījumam vāroties, tiek bagātināti ar zemākas viršanas (t.i., zemākas temperatūras) komponentu. Šos tvaikus savāc, kondensē (atdzesē līdz vārīšanās temperatūrai) un atkal uzvāra. Šajā gadījumā veidojas tvaiki, kas ir vēl vairāk bagātināti ar zemu viršanas temperatūru. Šos ciklus atkārtojot daudzas reizes, ir iespējams panākt gandrīz pilnīgu maisījumā esošo vielu atdalīšanu.

Destilācijas kolonna saņem eļļu, kas uzkarsēta cauruļu krāsnī līdz 320-350 °C temperatūrai. Destilācijas kolonnai ir horizontālas starpsienas ar caurumiem - tā sauktās paplātes, uz kurām notiek eļļas frakciju kondensācija. Frakcijas ar zemu viršanas temperatūru uzkrājas uz augstākajām, bet ar augstu viršanas temperatūru - uz zemākajām.

Rektifikācijas procesā eļļa tiek sadalīta šādās frakcijās:

Rektifikācijas gāzes ir zemas molekulmasas ogļūdeņražu maisījums, galvenokārt propāns un butāns, ar viršanas temperatūru līdz 40 ° C;

Benzīna frakcija (benzīns) - ogļūdeņraži ar sastāvu no C 5 H 12 līdz C 11 H 24 (viršanas temperatūra 40-200 ° C); ar smalkāku šīs frakcijas atdalīšanu iegūst benzīnu (petrolēteri, 40-70 °C) un benzīnu (70-120 °C);

Ligroīna frakcija - ogļūdeņraži ar sastāvu no C8H18 līdz C14H30 (viršanas temperatūra 150-250 °C);

Petrolejas frakcija - ogļūdeņraži ar sastāvu no C12H26 līdz C18H38 (viršanas temperatūra 180-300 °C);

Dīzeļdegviela - ogļūdeņraži ar sastāvu no C13H28 līdz C19H36 (viršanas temperatūra 200-350 °C).

Atlikušais eļļas destilācijas apjoms ir mazuts- satur ogļūdeņražus ar oglekļa atomu skaitu no 18 līdz 50. Destilējot pazeminātā spiedienā no mazuta, iegūst dīzeļdegvielu (C18H28-C25H52), smēreļļas (C28H58-C38H78), vazelīnu un parafīnu - zemas kušanas maisījumus cietajiem ogļūdeņražiem. Mazuta destilācijas cietais atlikums - darva un tā pārstrādes produkti - bitumens un asfalts tiek izmantoti ceļu segumu ražošanai.

Eļļas rektifikācijas rezultātā iegūtie produkti tiek pakļauti ķīmiskai apstrādei, kas ietver vairākus sarežģītus procesus. Viens no tiem ir naftas produktu plaisāšana. Jūs jau zināt, ka degvieleļļa tiek sadalīta komponentos zem pazemināta spiediena. Tas izskaidrojams ar to, ka atmosfēras spiedienā tā sastāvdaļas sāk sadalīties pirms viršanas temperatūras sasniegšanas. Tas ir tieši plaisāšanas pamats.

Krekings - naftas produktu termiskā sadalīšanās, kā rezultātā veidojas ogļūdeņraži ar mazāku oglekļa atomu skaitu molekulā.

Ir vairāki krekinga veidi: termiskā, katalītiskā krekinga, augstspiediena krekinga un samazināšanas krekinga.

Termiskā plaisāšana ietver ogļūdeņražu molekulu ar garu oglekļa ķēdi sadalīšanu īsākās augstas temperatūras (470–550 ° C) ietekmē. Šīs šķelšanās laikā kopā ar alkāniem veidojas alkēni.

Kopumā šo reakciju var uzrakstīt šādi:

C n H 2n+2 -> C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k
alkāns alkāns alkēns
ar garu ķēdi

Iegūtos ogļūdeņražus var atkal sašķelt, veidojot alkānus un alkēnus ar vēl īsāku oglekļa atomu ķēdi molekulā:

Parastā termiskā krekinga rezultātā tiek iegūts daudz zemas molekulmasas gāzveida ogļūdeņražu, ko var izmantot kā izejvielas spirtu, karbonskābju un augstas molekulmasas savienojumu (piemēram, polietilēna) ražošanai.

Katalītiskā krekinga rodas katalizatoru klātbūtnē, kuros izmantoti dabīgie alumīnija silikāti ar sastāvu RA1203" T8Iu2-

Plaisāšana, izmantojot katalizatorus, noved pie ogļūdeņražu veidošanās ar sazarotu vai slēgtu oglekļa atomu ķēdi molekulā. Šādas struktūras ogļūdeņražu saturs motordegvielā ievērojami paaugstina tās kvalitāti, galvenokārt detonācijas pretestību - benzīna oktānskaitli.

Naftas produktu plaisāšana notiek augstā temperatūrā, tāpēc bieži veidojas oglekļa nogulsnes (kvēpi), kas piesārņo katalizatora virsmu, kas krasi samazina tā aktivitāti.

Katalizatora virsmas tīrīšana no oglekļa nogulsnēm - tā reģenerācija - ir galvenais nosacījums katalītiskā krekinga praktiskai īstenošanai. Vienkāršākais un lētākais katalizatora reģenerācijas veids ir tā grauzdēšana, kuras laikā oglekļa nogulsnes tiek oksidētas ar atmosfēras skābekli. Gāzveida oksidācijas produkti (galvenokārt oglekļa dioksīds un sēra dioksīds) tiek noņemti no katalizatora virsmas.

Katalītiskā krekinga ir neviendabīgs process, kurā piedalās cietas (katalizators) un gāzveida (ogļūdeņraža tvaiki) vielas. Ir acīmredzams, ka katalizatora reģenerācija – cieto kvēpu mijiedarbība ar atmosfēras skābekli – arī ir neviendabīgs process.

Heterogēnas reakcijas(gāze - cieta) plūst ātrāk, palielinoties cietās vielas virsmas laukumam. Tāpēc katalizators tiek sasmalcināts, un tā reģenerācija un ogļūdeņražu krekinga tiek veikta “šķiedrā gultā”, kas jums pazīstama no sērskābes ražošanas.

Krekinga izejviela, piemēram, gāzeļļa, nonāk koniskā reaktorā. Reaktora apakšējai daļai ir mazāks diametrs, tāpēc izejvielu tvaiku plūsmas ātrums ir ļoti augsts. Gāze, kas pārvietojas lielā ātrumā, uztver katalizatora daļiņas un pārnes tās uz reaktora augšējo daļu, kur, palielinoties tās diametram, plūsmas ātrums samazinās. Gravitācijas ietekmē katalizatora daļiņas nokrīt reaktora apakšējā, šaurākā daļā, no kurienes tās atkal tiek vestas uz augšu. Tādējādi katrs katalizatora graudiņš atrodas pastāvīgā kustībā un tiek mazgāts no visām pusēm ar gāzveida reaģentu.

Daži katalizatora graudi iekļūst reaktora ārējā, platākajā daļā un, nesastopoties ar gāzes plūsmas pretestību, nokrīt uz apakšējo daļu, kur tos uztver gāzes plūsma un pārnes reģeneratorā. Tur, "šķiedrā slāņa" režīmā, katalizators tiek apdedzināts un atgriezts reaktorā.

Tādējādi katalizators cirkulē starp reaktoru un reģeneratoru, un no tiem tiek noņemti plaisāšanas un grauzdēšanas gāzveida produkti.

Krekinga katalizatoru izmantošana ļauj nedaudz palielināt reakcijas ātrumu, samazināt tā temperatūru un uzlabot krekinga produktu kvalitāti.

Iegūtajiem benzīna frakcijas ogļūdeņražiem galvenokārt ir lineāra struktūra, kas izraisa iegūtā benzīna zemu detonācijas pretestību.

Jēdzienu “triecienizturība” aplūkosim vēlāk, pagaidām tikai atzīmēsim, ka ogļūdeņražiem ar sazarotas struktūras molekulām ir ievērojami lielāka detonācijas pretestība. Krekinga laikā izveidotajā maisījumā ir iespējams palielināt izomēru sazaroto ogļūdeņražu īpatsvaru, pievienojot sistēmai izomerizācijas katalizatorus.

Naftas laukos parasti ir lielas tā sauktās saistītās naftas gāzes uzkrāšanās, kas sakrājas virs naftas zemes garozā un daļēji izšķīst tajā virsējo iežu spiediena ietekmē. Tāpat kā nafta, saistītā naftas gāze ir vērtīgs dabisks ogļūdeņražu avots. Tas satur galvenokārt alkānus, kuru molekulas satur no 1 līdz 6 oglekļa atomiem. Ir acīmredzams, ka saistītās naftas gāzes sastāvs ir daudz nabadzīgāks nekā naftas. Tomēr, neskatoties uz to, to plaši izmanto gan kā degvielu, gan kā ķīmiskās rūpniecības izejvielu. Tikai pirms dažām desmitgadēm lielākajā daļā naftas atradņu saistītā naftas gāze tika sadedzināta kā nederīgs papildinājums naftai. Pašlaik, piemēram, Surgutā, Krievijas bagātākajās naftas rezervēs, pasaulē lētākā elektroenerģija tiek ražota, par kurināmo izmantojot saistīto naftas gāzi.

Kā jau minēts, saistītā naftas gāze, salīdzinot ar dabasgāzi, ir bagātāka ar dažādiem ogļūdeņražiem. Sadalot tos daļās, mēs iegūstam:

Gāzes benzīns ir ļoti gaistošs maisījums, kas sastāv galvenokārt no lentāna un heksāna;

Propāna-butāna maisījums, kas, kā norāda nosaukums, sastāv no propāna un butāna un viegli pārvēršas šķidrā stāvoklī, kad spiediens palielinās;

Sausā gāze ir maisījums, kas satur galvenokārt metānu un etānu.

Benzīns, būdams gaistošu komponentu maisījums ar mazu molekulmasu, labi iztvaiko pat zemā temperatūrā. Tas ļauj izmantot benzīnu kā degvielu iekšdedzes dzinējiem Tālajos Ziemeļos un kā piedevu motordegvielai, atvieglojot dzinēju iedarbināšanu ziemas apstākļos.

Propāna-butāna maisījumu sašķidrinātās gāzes veidā izmanto kā mājsaimniecības degvielu (pazīstamie gāzes baloni jūsu mājā) un šķiltavu uzpildīšanai. Autotransporta pakāpeniska pāreja uz sašķidrināto gāzi ir viens no galvenajiem veidiem, kā pārvarēt globālo degvielas krīzi un risināt vides problēmas.

Sausā gāze, kuras sastāvs ir tuvu dabasgāzei, tiek plaši izmantota arī kā degviela.

Tomēr saistītās naftas gāzes un tās sastāvdaļu izmantošana par degvielu nebūt nav visdaudzsološākais veids, kā to izmantot.

Daudz efektīvāk ir izmantot saistītās naftas gāzes sastāvdaļas kā ķīmiskās ražošanas izejvielas. No alkāniem, kas veido saistīto naftas gāzi, iegūst ūdeņradi, acetilēnu, nepiesātinātos un aromātiskos ogļūdeņražus un to atvasinājumus.

Gāzveida ogļūdeņraži var ne tikai pavadīt naftu zemes garozā, bet arī veidot neatkarīgus uzkrājumus – dabasgāzes atradnes.

Dabasgāze - gāzveida piesātināto ogļūdeņražu maisījums ar zemu molekulmasu. Dabasgāzes galvenā sastāvdaļa ir metāns, kura īpatsvars atkarībā no lauka svārstās no 75 līdz 99% pēc tilpuma. Papildus metānam dabasgāze ietver etānu, propānu, butānu un izobutānu, kā arī slāpekli un oglekļa dioksīdu.

Tāpat kā saistītā nafta, dabasgāze tiek izmantota gan kā degviela, gan kā izejviela dažādu organisko un neorganisko vielu ražošanai. Jūs jau zināt, ka no metāna, dabasgāzes galvenās sastāvdaļas, iegūst ūdeņradi, acetilēnu un metilspirtu, formaldehīdu un skudrskābi, kā arī daudzas citas organiskas vielas. Dabasgāzi izmanto kā kurināmo spēkstacijās, katlu sistēmās dzīvojamo un rūpniecisko ēku ūdens sildīšanai, domnu un martenu rūpniecībā. Uzsitot sērkociņu un iededzinot gāzi pilsētas mājas virtuves gāzes plītī, jūs “iedarbināt” dabasgāzes veidojošo alkānu oksidēšanās ķēdes reakciju. Papildus naftai, dabiskajām un saistītajām naftas gāzēm ogles ir dabisks ogļūdeņražu avots. 0n veido biezus slāņus zemes zarnās, tā pārbaudītās rezerves ievērojami pārsniedz naftas rezerves. Tāpat kā eļļa, ogles satur lielu daudzumu dažādu organisko vielu. Papildus organiskajām vielām tajā ir arī neorganiskas vielas, piemēram, ūdens, amonjaks, sērūdeņradis un, protams, pats ogleklis – ogles. Viena no galvenajām ogļu pārstrādes metodēm ir koksēšana – kalcinēšana bez gaisa piekļuves. Koksēšanas rezultātā, kas tiek veikta aptuveni 1000 °C temperatūrā, veidojas:

Koka krāsns gāze, kas satur ūdeņradi, metānu, oglekļa dioksīdu un oglekļa dioksīdu, amonjaka, slāpekļa un citu gāzu piejaukumus;
akmeņogļu darva, kas satur vairākus simtus reižu personīgākas organiskās vielas, tostarp benzolu un tā homologus, fenolu un aromātiskos spirtus, naftalīnu un dažādus heterocikliskos savienojumus;
suprasīns jeb amonjaka ūdens, kas satur, kā norāda nosaukums, izšķīdinātu amonjaku, kā arī fenolu, sērūdeņradi un citas vielas;
kokss ir ciets koksēšanas atlikums, gandrīz tīrs ogleklis.

Tiek izmantots kokss dzelzs un tērauda ražošanā, amonjaks - slāpekļa un kombinētā mēslošanas līdzekļu ražošanā, un organisko koksēšanas produktu nozīmi diez vai var pārvērtēt.

Tādējādi saistītās naftas un dabasgāzes, ogles ir ne tikai vērtīgākie ogļūdeņražu avoti, bet arī daļa no unikālas neaizstājamu dabas resursu noliktavas, kuru rūpīga un saprātīga izmantošana ir nepieciešams nosacījums progresīvai cilvēku sabiedrības attīstībai.

1. Uzskaitiet galvenos dabiskos ogļūdeņražu avotus. Kādas organiskās vielas ir iekļautas katrā no tām? Kas kopīgs viņu kompozīcijām?

2. Raksturojiet eļļas fizikālās īpašības. Kāpēc tam nav nemainīga viršanas temperatūra?

3. Apkopojot mediju ziņojumus, aprakstiet naftas noplūdes izraisītās vides katastrofas un veidus, kā pārvarēt to sekas.

4. Kas ir labošana? Uz ko balstās šis process? Nosauciet eļļas rektifikācijas rezultātā iegūtās frakcijas. Kā viņi atšķiras viens no otra?

5. Kas ir krekinga? Dodiet vienādojumus trim reakcijām, kas atbilst naftas produktu krekingam.

6. Kādus krekinga veidus jūs zināt? Kas šiem procesiem ir kopīgs? Kā viņi atšķiras viens no otra? Kāda ir būtiskā atšķirība starp dažādiem krekinga produktu veidiem?

7. Kāpēc saistītajai naftas gāzei ir šāds nosaukums? Kādas ir tās galvenās sastāvdaļas un to pielietojums?

8. Kā dabasgāze atšķiras no saistītās naftas gāzes? Kas kopīgs viņu kompozīcijām? Norādiet sadegšanas reakcijas vienādojumus visām jums zināmajām saistītās naftas gāzes sastāvdaļām.

9. Norādiet reakciju vienādojumus, pēc kuriem var iegūt benzolu no dabasgāzes. Norādiet šo reakciju nosacījumus.

10. Kas ir koksēšana? Kādi ir tā produkti un to sastāvs? Norādiet reakciju vienādojumus, kas raksturīgi jums zināmajiem koksa ogļu produktiem.

11. Paskaidrojiet, kāpēc naftas, ogļu un saistītās naftas gāzes dedzināšana nebūt nav racionālākais veids, kā tos izmantot.

Svarīgākie ogļūdeņražu avoti ir dabiskās un saistītās naftas gāzes, nafta un ogles.

Pēc rezervēm dabasgāze Pirmā vieta pasaulē pieder mūsu valstij. Dabasgāze satur ogļūdeņražus ar zemu molekulmasu. Tam ir šāds aptuvenais sastāvs (pēc tilpuma): 80–98% metāna, 2–3% tā tuvāko homologu - etāns, propāns, butāns un neliels daudzums piemaisījumu - sērūdeņradis H 2 S, slāpeklis N 2, cēlgāzes , oglekļa monoksīds (IV ) CO 2 un ūdens tvaiki H 2 O . Gāzes sastāvs ir raksturīgs katram laukam. Pastāv šāda shēma: jo lielāka ir ogļūdeņraža relatīvā molekulmasa, jo mazāk to satur dabasgāze.

Dabasgāzi plaši izmanto kā lētu degvielu ar augstu siltumspēju (sadedzinot 1 m 3, izdalās līdz 54 400 kJ). Šis ir viens no labākajiem degvielas veidiem sadzīves un rūpnieciskām vajadzībām. Turklāt dabasgāze kalpo kā vērtīga izejviela ķīmiskajai rūpniecībai: acetilēna, etilēna, ūdeņraža, kvēpu, dažādu plastmasu, etiķskābes, krāsvielu, medikamentu un citu produktu ražošanai.

Saistītās naftas gāzes atrodas nogulsnēs kopā ar eļļu: tie ir tajā izšķīdināti un atrodas virs eļļas, veidojot gāzes “vāciņu”. Kad eļļa tiek iegūta uz virsmas, strauja spiediena krituma dēļ no tās tiek atdalītas gāzes. Iepriekš saistītās gāzes netika izmantotas un tika sadedzinātas naftas ieguves laikā. Pašlaik tie tiek notverti un izmantoti kā degviela un vērtīgas ķīmiskās izejvielas. Saistītās gāzes satur mazāk metāna nekā dabasgāze, bet vairāk etāna, propāna, butāna un augstākus ogļūdeņražus. Turklāt tie satur būtībā tādus pašus piemaisījumus kā dabasgāzē: H 2 S, N 2, cēlgāzes, H 2 O tvaiki, CO 2 . No saistītajām gāzēm tiek iegūti atsevišķi ogļūdeņraži (etāns, propāns, butāns u.c.), kuru apstrāde dod iespēju dehidrogenēšanas ceļā iegūt nepiesātinātos ogļūdeņražus - propilēnu, butilēnu, butadiēnu, no kuriem pēc tam tiek sintezētas gumijas un plastmasas. Kā mājsaimniecības degviela tiek izmantots propāna un butāna maisījums (sašķidrināta gāze). Gāzes benzīnu (pentāna un heksāna maisījumu) izmanto kā piedevu benzīnam, lai labāk aizdegtos degviela, iedarbinot dzinēju. Ogļūdeņražu oksidēšanās rezultātā rodas organiskās skābes, spirti un citi produkti.

Eļļa– eļļains, viegli uzliesmojošs tumši brūnas vai gandrīz melnas krāsas šķidrums ar raksturīgu smaržu. Tas ir vieglāks par ūdeni (= 0,73–0,97 g/cm3) un praktiski nešķīst ūdenī. Sastāva ziņā eļļa ir sarežģīts dažādu molekulmasu ogļūdeņražu maisījums, tāpēc tai nav noteiktas viršanas temperatūras.

Nafta sastāv galvenokārt no šķidriem ogļūdeņražiem (tajos ir izšķīdināti cietie un gāzveida ogļūdeņraži). Parasti tie ir alkāni (pārsvarā normālas struktūras), cikloalkāni un arēni, kuru attiecība dažādu lauku eļļās ir ļoti atšķirīga. Urālu eļļa satur vairāk arēnu. Papildus ogļūdeņražiem eļļa satur skābekli, sēru un slāpekļa organiskos savienojumus.



Jēlnaftu parasti neizmanto. Lai no naftas iegūtu tehniski vērtīgus produktus, tā tiek pakļauta apstrādei.

Primārā apstrāde eļļa sastāv no tās destilācijas. Destilāciju veic naftas pārstrādes rūpnīcās pēc saistīto gāzu atdalīšanas. Destilējot eļļu, iegūst vieglos naftas produktus:

benzīns ( t vārīšanās temperatūra = 40–200 °C) satur ogļūdeņražus C5–C11,

ligroīns ( t vārīšanās temperatūra = 150–250 °C) satur ogļūdeņražus C8–C14,

petroleja ( t vārīšanās temperatūra = 180–300 °C) satur ogļūdeņražus C12–C18,

gāzeļļa ( t izkliede > 275 °C),

un pārējais ir viskozs melns šķidrums - mazuts.

Mazuts tiek pakļauts turpmākai apstrādei. To destilē pazeminātā spiedienā (lai novērstu sadalīšanos) un tiek izolētas smēreļļas: vārpstas, mašīna, cilindrs utt. No dažu veidu eļļu mazuta tiek izolēts vazelīns un parafīns. Atlikušo mazutu pēc destilācijas – darvu – pēc daļējas oksidēšanas izmanto asfalta ražošanai. Galvenais eļļas destilācijas trūkums ir zemā benzīna iznākums (ne vairāk kā 20%).

Naftas destilācijas produktiem ir dažādi pielietojumi.

Benzīns To lielos daudzumos izmanto kā aviācijas un automašīnu degvielu. Tas parasti sastāv no ogļūdeņražiem, kuru molekulās ir vidēji 5 līdz 9 C atomi. Ligroīns To izmanto kā degvielu traktoriem, kā arī kā šķīdinātāju krāsu un laku rūpniecībā. Lielos daudzumos tas tiek pārstrādāts benzīnā. Petroleja To izmanto kā degvielu traktoriem, reaktīvajām lidmašīnām un raķetēm, kā arī sadzīves vajadzībām. Saules eļļa - gāzeļļa– izmanto kā motordegvielu un smēreļļas– mehānismu eļļošanai. Petrolatums izmanto medicīnā. Tas sastāv no šķidru un cietu ogļūdeņražu maisījuma. Parafīns izmanto augstāko karbonskābju ražošanai, koksnes impregnēšanai sērkociņu un zīmuļu ražošanā, sveču, apavu krēmu u.c. Tas sastāv no cieto ogļūdeņražu maisījuma. Mazuts Papildus pārstrādei smēreļļās un benzīnā to izmanto kā katlu šķidro kurināmo.

Plkst sekundārās apstrādes metodes eļļa, mainās tās sastāvā iekļauto ogļūdeņražu struktūra. Starp šīm metodēm liela nozīme ir naftas ogļūdeņražu krekingam, ko veic, lai palielinātu benzīna iznākumu (līdz 65–70%).

Krekings– eļļā esošo ogļūdeņražu šķelšanās process, kura rezultātā veidojas ogļūdeņraži ar mazāku C atomu skaitu molekulā. Ir divi galvenie krekinga veidi: termiskais un katalītiskais.

Termiskā plaisāšana tiek veikta, karsējot izejvielu (maztu u.c.) 470–550 °C temperatūrā un 2–6 MPa spiedienā. Šajā gadījumā ogļūdeņražu molekulas ar lielu skaitu C atomu tiek sadalītas molekulās ar mazāku gan piesātināto, gan nepiesātināto ogļūdeņražu atomu skaitu. Piemēram:

(radikāls mehānisms),

Šo metodi izmanto galvenokārt motorbenzīna ražošanai. Tās raža no eļļas sasniedz 70%. Termisko plaisāšanu atklāja krievu inženieris V.G. Šuhovs 1891. gadā.

Katalītiskā krekinga veic katalizatoru (parasti aluminosilikātu) klātbūtnē 450–500 °C temperatūrā un atmosfēras spiedienā. Ar šo metodi tiek ražots aviācijas benzīns ar iznākumu līdz 80%. Šāda veida plaisāšana galvenokārt skar naftas petrolejas un gāzeļļas frakcijas. Katalītiskā krekinga laikā kopā ar sadalīšanas reakcijām notiek izomerizācijas reakcijas. Pēdējā rezultātā veidojas piesātināti ogļūdeņraži ar sazarotu molekulu oglekļa karkasu, kas uzlabo benzīna kvalitāti:

Katalītiskā krekinga benzīnam ir augstāka kvalitāte. Tā iegūšanas process norit daudz ātrāk, ar mazāku siltumenerģijas patēriņu. Turklāt katalītiskā krekinga rezultātā veidojas salīdzinoši daudz sazarotu ķēžu ogļūdeņražu (izosavienojumu), kam ir liela nozīme organiskajā sintēzē.

Plkst t= 700 °C un augstāk notiek pirolīze.

Pirolīze– organisko vielu sadalīšanās bez gaisa piekļuves augstās temperatūrās. Naftas pirolīzē galvenie reakcijas produkti ir nepiesātinātie gāzveida ogļūdeņraži (etilēns, acetilēns) un aromātiskie ogļūdeņraži - benzols, toluols uc Tā kā naftas pirolīze ir viens no svarīgākajiem veidiem, kā iegūt aromātiskos ogļūdeņražus, šo procesu bieži sauc par eļļu. aromatizēšana.

Aromatizācija– alkānu un cikloalkānu pārvēršana arēnās. Karsējot smagās naftas produktu frakcijas katalizatora (Pt vai Mo) klātbūtnē, ogļūdeņraži, kas satur 6–8 C atomus vienā molekulā, pārvēršas aromātiskajos ogļūdeņražos. Šie procesi notiek reformēšanas (benzīna atjaunināšanas) laikā.

Reformēšana- Šī ir benzīna aromatizēšana, ko veic, karsējot tos katalizatora, piemēram, Pt, klātbūtnē. Šādos apstākļos alkāni un cikloalkāni tiek pārvērsti aromātiskajos ogļūdeņražos, kā rezultātā ievērojami palielinās arī benzīna oktānskaitlis. Aromatizāciju izmanto, lai no naftas benzīna frakcijām iegūtu atsevišķus aromātiskos ogļūdeņražus (benzolu, toluolu).

Pēdējos gados naftas ogļūdeņraži ir plaši izmantoti kā ķīmisko izejvielu avots. No tiem dažādos veidos tiek iegūtas plastmasas ražošanai nepieciešamās vielas, sintētiskās tekstilšķiedras, sintētiskais kaučuks, spirti, skābes, sintētiskie mazgāšanas līdzekļi, sprāgstvielas, pesticīdi, sintētiskie tauki u.c.

Ogles Tāpat kā dabasgāze un nafta, tā ir enerģijas un vērtīgu ķīmisko izejvielu avots.

Galvenā ogļu pārstrādes metode ir koksēšana(sausā destilācija). Koksējot (karsējot līdz 1000 °C - 1200 °C bez gaisa piekļuves), tiek iegūti dažādi produkti: kokss, akmeņogļu darva, darvas ūdens un koksa krāsns gāze (diagramma).

Shēma

Kokss tiek izmantots kā reducētājs čuguna ražošanā metalurģijas rūpnīcās.

Akmeņogļu darva kalpo kā aromātisko ogļūdeņražu avots. Tas tiek pakļauts rektifikācijas destilācijai un tiek iegūts benzols, toluols, ksilols, naftalīns, kā arī fenoli, slāpekli saturoši savienojumi u.c.. Piķis ir bieza melna masa, kas paliek pēc sveķu destilācijas, ko izmanto elektrodu un jumta filcs.

No darvas ūdens iegūst amonjaku, amonija sulfātu, fenolu u.c.

Koksa krāšņu sildīšanai izmanto koksa krāšņu gāzi (sadedzinot 1 m 3 izdalās ap 18 000 kJ), bet galvenokārt tā tiek pakļauta ķīmiskai apstrādei. Tādējādi no tā tiek izolēts ūdeņradis amonjaka sintēzei, ko pēc tam izmanto, lai ražotu slāpekļa mēslojumu, kā arī metānu, benzolu, toluolu, amonija sulfātu un etilēnu.

Galvenie dabiskie ogļūdeņražu avoti ir nafta, gāze un ogles. Lielākā daļa organiskās ķīmijas vielu ir no tām izolētas. Tālāk mēs sīkāk apspriedīsim šo organisko vielu klasi.

Minerālu sastāvs

Ogļūdeņraži ir visplašākā organisko vielu klase. Tie ietver acikliskas (lineāras) un cikliskas savienojumu klases. Ir piesātinātie (piesātinātie) un nepiesātinātie (nepiesātinātie) ogļūdeņraži.

Piesātinātie ogļūdeņraži ietver savienojumus ar atsevišķām saitēm:

  • alkāni- lineārie savienojumi;
  • cikloalkāni- cikliskās vielas.

Pie nepiesātinātajiem ogļūdeņražiem pieder vielas ar vairākām saitēm:

  • alkēni- satur vienu dubultsaiti;
  • alkīni- satur vienu trīskāršo saiti;
  • alkadiēni- ietver divas dubultās saites.

Ir atsevišķa arēnu jeb aromātisko ogļūdeņražu klase, kas satur benzola gredzenu.

Rīsi. 1. Ogļūdeņražu klasifikācija.

Minerālresursi ietver gāzveida un šķidros ogļūdeņražus. Tabulā ir sīkāk aprakstīti dabiskie ogļūdeņražu avoti.

Avots

Veidi

Alkāni, cikloalkāni, arēni, skābeklis, slāpeklis, sēru saturoši savienojumi
  • dabisks - dabā sastopams gāzu maisījums;
  • saistīts - gāzveida maisījums, kas izšķīdināts eļļā vai atrodas virs tā

Metāns ar piemaisījumiem (ne vairāk kā 5%): propāns, butāns, oglekļa dioksīds, slāpeklis, sērūdeņradis, ūdens tvaiki. Dabasgāze satur vairāk metāna nekā saistītā gāze
  • antracīts - satur 95% oglekļa;
  • akmens - satur 99% oglekļa;
  • brūns - 72% oglekļa

Ogleklis, ūdeņradis, sērs, slāpeklis, skābeklis, ogļūdeņraži

Katru gadu Krievijā tiek saražoti vairāk nekā 600 miljardi m 3 gāzes, 500 miljoni tonnu naftas, 300 miljoni tonnu ogļu.

Pārstrāde

Minerālvielas tiek izmantotas apstrādātā veidā. Akmeņogles tiek kalcinētas bez skābekļa pieejamības (koksēšanas process), lai atdalītu vairākas frakcijas:

  • koksa krāsns gāze- metāna, oglekļa oksīdu (II) un (IV), amonjaka, slāpekļa maisījums;
  • akmeņogļu darva- benzola, tā homologu, fenola, arēnu, heterociklisko savienojumu maisījums;
  • amonjaka ūdens- amonjaka, fenola, sērūdeņraža maisījums;
  • kokss- koksa galaprodukts, kas satur tīru oglekli.

Rīsi. 2. Koksēšana.

Viena no vadošajām pasaules rūpniecības nozarēm ir naftas pārstrāde. Naftu, kas iegūta no zemes dzīlēm, sauc par jēlnaftu. Tas tiek pārstrādāts. Vispirms tiek veikta mehāniska attīrīšana no piemaisījumiem, pēc tam attīrītā eļļa tiek destilēta, lai iegūtu dažādas frakcijas. Tabulā ir aprakstītas galvenās eļļas frakcijas.

Frakcija

Savienojums

Ko jūs saņemat?

Gāzveida alkāni no metāna līdz butānam

Benzīns

Alkāni no pentāna (C5H12) līdz undekānam (C11H24)

Benzīns, esteri

Ligroīns

Alkāni no oktāna (C8H18) līdz tetradekānam (C14H30)

Ligroīns (smagais benzīns)

Petroleja

Dīzelis

Alkāni no tridekāna (C13H28) līdz nonadekānam (C19H36)

Alkāni no pentadekāna (C 15 H 32) līdz pentakontānam ( C 50 H 102)

Smēreļļas, vazelīns, bitumens, parafīns, darva

Rīsi. 3. Eļļas destilācija.

Plastmasu, šķiedras un zāles ražo no ogļūdeņražiem. Metānu un propānu izmanto kā mājsaimniecības degvielu. Koksu izmanto dzelzs un tērauda ražošanā. Slāpekļskābe, amonjaks un mēslošanas līdzekļi tiek ražoti no amonjaka ūdens. Būvniecībā izmanto darvu.

Ko mēs esam iemācījušies?

No nodarbības tēmas uzzinājām, no kādiem dabīgiem avotiem tiek izolēti ogļūdeņraži. Nafta, ogles, dabas un saistītās gāzes tiek izmantotas kā organisko savienojumu izejvielas. Minerālvielas tiek attīrītas un sadalītas frakcijās, no kurām iegūst ražošanai vai tiešai lietošanai piemērotas vielas. Šķidrās degvielas un eļļas tiek ražotas no naftas. Gāzes satur metānu, propānu, butānu, ko izmanto kā mājsaimniecības degvielu. Šķidras un cietas izejvielas tiek iegūtas no oglēm sakausējumu, mēslošanas līdzekļu un medikamentu ražošanai.

Tests par tēmu

Ziņojuma izvērtēšana

Vidējais vērtējums: 4.2. Kopējais saņemto vērtējumu skaits: 289.

OGĻŪDEŅRAŽU DABĪGI AVOTI

Ogļūdeņraži visi ir tik dažādi -
Šķidrs un ciets un gāzveida.
Kāpēc dabā to ir tik daudz?
Tas ir par nepiesātināmu oglekli.

Patiešām, šis elements, tāpat kā neviens cits, ir “nepiesātināms”: tas cenšas no daudzajiem atomiem veidot ķēdes, taisnas un sazarotas, gredzenus vai tīklus. Tādējādi ir daudz oglekļa un ūdeņraža atomu savienojumu.

Ogļūdeņraži ir gan dabasgāze – metāns, gan cita sadzīves uzliesmojoša gāze, ko izmanto balonu uzpildīšanai – propāns C 3 H 8. Ogļūdeņraži ietver eļļu, benzīnu un petroleju. Un vēl - organiskais šķīdinātājs C 6 H 6, parafīns, no kura top Jaungada sveces, vazelīns no aptiekas un pat plastmasas maisiņš produktu iepakošanai...

Nozīmīgākie dabiskie ogļūdeņražu avoti ir minerāli – ogles, nafta, gāze.

OGLES

Pasaulē ir zināms vairāk 36 tūkst ogļu baseini un atradnes, kas kopā aizņem 15% zemeslodes teritorijās. Ogļu baseini var izstiepties tūkstošiem kilometru. Kopējās ogļu ģeoloģiskās rezerves uz zemeslodes ir 5 triljoni 500 miljardi tonnu, ieskaitot izpētītās atradnes - 1 triljons 750 miljardi tonnu.

Ir trīs galvenie fosilo ogļu veidi. Brūnoglēm un antracītam degot, liesma ir neredzama un degšana notiek bez dūmiem, savukārt akmeņogles degot rada skaļu krakšķēšanu.

Antracīts- vecākā no fosilajām oglēm. Tas izceļas ar augstu blīvumu un spīdumu. Satur līdz 95% ogleklis.

Ogles– satur līdz 99% ogleklis. No visām fosilajām oglēm tai ir visplašākais pielietojums.

Brūnogles– satur līdz 72% ogleklis. Ir brūna krāsa. Kā jaunākā no fosilajām oglēm, tā bieži saglabā pēdas no koksnes struktūras, no kuras tā veidojusies. To raksturo augsta higroskopiskums un augsts pelnu saturs ( no 7% līdz 38%), tāpēc to izmanto tikai kā vietējo kurināmo un kā izejvielu ķīmiskai pārstrādei. Jo īpaši, hidrogenējot, tiek iegūti vērtīgi šķidrās degvielas veidi: benzīns un petroleja.

Ogleklis ir galvenā ogļu sastāvdaļa ( 99% ), brūnogles ( līdz 72%). Nosaukuma ogleklis izcelsme, tas ir, “ogļu dzemdēšana”. Līdzīgi latīņu nosaukums “carboneum” satur saknes ogles sakni.

Tāpat kā eļļa, ogles satur lielu daudzumu organisko vielu. Papildus organiskajām vielām tajā ir arī neorganiskas vielas, piemēram, ūdens, amonjaks, sērūdeņradis un, protams, pats ogleklis – ogles. Viena no galvenajām ogļu pārstrādes metodēm ir koksēšana – kalcinēšana bez gaisa piekļuves. Koksēšanas rezultātā, kas tiek veikta 1000 0 C temperatūrā, veidojas:

Koksa gāze– tas satur ūdeņradi, metānu, oglekļa dioksīdu un oglekļa dioksīdu, amonjaka, slāpekļa un citu gāzu piejaukumus.

Akmeņogļu darva – satur vairākus simtus dažādu organisko vielu, tai skaitā benzolu un tā homologus, fenolu un aromātiskos spirtus, naftalīnu un dažādus heterocikliskos savienojumus.

Sveķu vai amonjaka ūdens – kas satur, kā norāda nosaukums, izšķīdinātu amonjaku, kā arī fenolu, sērūdeņradi un citas vielas.

Kokss– ciets koksēšanas atlikums, praktiski tīrs ogleklis.

Koksu izmanto dzelzs un tērauda ražošanā, amonjaku izmanto slāpekļa un kombinēto mēslojumu ražošanā, un organisko koksēšanas produktu nozīmi diez vai var pārvērtēt. Kāda ir šī minerāla izplatības ģeogrāfija?

Lielākā daļa ogļu resursu atrodas ziemeļu puslodē - Āzijā, Ziemeļamerikā, Eirāzijā. Kuras valstis izceļas ar ogļu rezervēm un ieguvi?

Ķīna, ASV, Indija, Austrālija, Krievija.

Galvenās ogļu eksportētājas ir valstis.

ASV, Austrālija, Krievija, Dienvidāfrika.

Galvenie importa centri.

Japāna, ārzemju Eiropa.

Šī ir ļoti vidi piesārņojoša degviela. Iegūstot ogles, notiek sprādzieni un metāna ugunsgrēki, kā arī rodas noteiktas vides problēmas.

Vides piesārņojums ir jebkuras nevēlamas izmaiņas šīs vides stāvoklī cilvēka saimnieciskās darbības rezultātā. Tas notiek arī ieguves laikā. Iedomāsimies situāciju ogļraktuvju rajonā. Kopā ar oglēm virspusē paceļas milzīgs daudzums atkritumiežu, kas kā nevajadzīgi tiek vienkārši nosūtīti uz izgāztuvēm. Pamazām veidojas atkritumu kaudzes- milzīgi, desmitiem metru augsti, konusveida atkritumiežu kalni, kas kropļo dabas ainavas izskatu. Vai visas virszemē paceltās ogles tiks nogādātas patērētājam? Protams, nē. Galu galā process nav hermētisks. Uz zemes virsmas nosēžas milzīgs daudzums ogļu putekļu. Tā rezultātā mainās augsnes un gruntsūdeņu sastāvs, kas neizbēgami ietekmēs apgabala floru un faunu.

Akmeņogles satur radioaktīvo oglekli - C, bet pēc degvielas sadegšanas bīstamā viela kopā ar dūmiem nonāk gaisā, ūdenī, augsnē un tiek saķepināta izdedžos vai pelnos, ko izmanto būvmateriālu ražošanai. Rezultātā dzīvojamo ēku sienas un griesti “grimst” un rada draudus cilvēku veselībai.

EĻĻA

Eļļa cilvēcei ir zināma kopš seniem laikiem. Tas tika iegūts Eifratas krastos

6-7 tūkstošus gadu pirms mūsu ēras uh . To izmantoja māju apgaismošanai, javas pagatavošanai, kā zāles un ziedes, kā arī balzamēšanai. Nafta senajā pasaulē bija milzīgs ierocis: uguns upes lija uz vētraino cietokšņu sienām, degošas bultas, kas iemērc eļļā, lidoja aplenktajās pilsētās. Nafta bija neatņemama aizdedzinošā aģenta sastāvdaļa, kas ar nosaukumu iegāja vēsturē "Grieķu uguns" Viduslaikos to izmantoja galvenokārt ielu apgaismojumam.

Ir izpētīti vairāk nekā 600 naftas un gāzes baseini, 450 tiek izstrādāti , un kopējais naftas atradņu skaits sasniedz 50 tūkstošus.

Ir vieglās un smagās eļļas. Vieglā eļļa tiek iegūta no zemes dzīlēm, izmantojot sūkņus vai strūklakas metodi. Šo eļļu galvenokārt izmanto benzīna un petrolejas ražošanai. Smagās eļļas dažreiz pat tiek iegūtas ar raktuvju metodi (Komi Republikā), un no tās tiek sagatavots bitumens, mazuts un dažādas eļļas.

Eļļa ir daudzpusīgākā degviela, kurā ir daudz kaloriju. Tās ieguve ir salīdzinoši vienkārša un lēta, jo, iegūstot naftu, nav nepieciešams likt cilvēkus pazemē. Naftas transportēšana pa cauruļvadiem nav liela problēma. Galvenais šāda veida degvielas trūkums ir tā zemā resursu pieejamība (apmēram 50 gadi ) . Vispārējās ģeoloģiskās rezerves ir vienādas ar 500 miljardiem tonnu, ieskaitot izpētītās 140 miljardus tonnu .

IN 2007 gadā Krievijas zinātnieki pierādīja pasaules sabiedrībai, ka zemūdens Lomonosova un Mendeļejeva grēdas, kas atrodas Ziemeļu Ledus okeānā, ir kontinentālā šelfa zona, tāpēc pieder Krievijas Federācijai. Ķīmijas skolotājs pastāstīs par eļļas sastāvu un īpašībām.

Eļļa ir "enerģijas kamols". Tikai ar 1 ml tā var uzsildīt veselu spaini ūdens par vienu grādu, un, lai uzvārītu spainīša samovāru, vajag mazāk par pusglāzi eļļas. Pēc enerģijas koncentrācijas uz tilpuma vienību eļļa ieņem pirmo vietu starp dabas vielām. Pat radioaktīvās rūdas šajā ziņā nevar konkurēt ar to, jo radioaktīvo vielu saturs tajās ir tik mazs, ka var iegūt 1 mg. Kodoldegvielai ir nepieciešams apstrādāt tonnas akmeņu.

Nafta nav tikai jebkuras valsts degvielas un enerģijas kompleksa pamatā.

Šeit vietā ir slavenie D.I.Mendeļejeva vārdi “Sadedzināt eļļu ir tas pats, kas iekurt krāsni banknotes". Katrs eļļas piliens satur vairāk nekā 900 dažādi ķīmiskie savienojumi, vairāk nekā puse no Periodiskās sistēmas ķīmiskajiem elementiem. Tas patiesi ir dabas brīnums, naftas ķīmijas rūpniecības pamats. Apmēram 90% no visas saražotās naftas tiek izmantota kā degviela. Neskatoties uz “ tavi 10%” , naftas ķīmijas sintēze nodrošina daudzu tūkstošu organisko savienojumu ražošanu, kas apmierina mūsdienu sabiedrības neatliekamās vajadzības. Ne velti cilvēki naftu ar cieņu sauc par “melno zeltu”, “Zemes asinīm”.

Eļļa ir eļļains tumši brūns šķidrums ar sarkanīgu vai zaļganu nokrāsu, dažreiz melns, sarkans, zils vai gaišs un pat caurspīdīgs ar raksturīgu asu smaržu. Ir eļļa, kas ir balta vai bezkrāsaina, piemēram, ūdens (piemēram, Surukhan laukā Azerbaidžānā, dažos laukos Alžīrijā).

Eļļas sastāvs nav vienāds. Bet visi tie parasti satur trīs veidu ogļūdeņražus - alkānus (pārsvarā normālas struktūras), cikloalkānus un aromātiskos ogļūdeņražus. Šo ogļūdeņražu attiecība dažādu atradņu eļļā ir atšķirīga: piemēram, Mangyshlak eļļa ir bagāta ar alkāniem, bet eļļa Baku reģionā ir bagāta ar cikloalkāniem.

Galvenās naftas rezerves atrodas ziemeļu puslodē. Kopā 75 Pasaules valstis ražo naftu, bet 90% no tās produkcijas nāk tikai no 10 valstīm. Netālu ? Pasaules naftas rezerves atrodas jaunattīstības valstīs. (Skolotājs nosauc un parāda kartē).

Galvenās ražotājvalstis:

Saūda Arābija, ASV, Krievija, Irāna, Meksika.

Tajā pašā laikā vairāk 4/5 Naftas patēriņš veido ekonomiski attīstīto valstu daļu, kas ir galvenās importētājvalstis:

Japāna, Ārzemju Eiropa, ASV.

Jēlnaftu nekur neizmanto, bet izmanto naftas produktus.

Naftas rafinēšana

Mūsdienīga iekārta sastāv no kurtuves eļļas sildīšanai un destilācijas kolonnas, kurā eļļa tiek sadalīta frakcijas - atsevišķi ogļūdeņražu maisījumi atbilstoši to viršanas temperatūrai: benzīns, ligroīns, petroleja. Krāsnī ir gara caurule, kas velmēta spolē. Krāsni silda ar mazuta vai gāzes sadegšanas produktiem. Eļļa tiek nepārtraukti ievadīta spolē: tur tā tiek uzkarsēta līdz 320 - 350 0 C šķidruma un tvaiku maisījuma veidā un nonāk destilācijas kolonnā. Destilācijas kolonna ir tērauda cilindrisks aparāts, kura augstums ir aptuveni 40 m. Tam ir vairāki desmiti horizontālu starpsienu ar caurumiem iekšpusē - tā sauktās plāksnes. Eļļas tvaiki, kas nonāk kolonnā, paceļas uz augšu un iziet cauri caurumiem plāksnēs. Pakāpeniski atdziest, virzoties uz augšu, tie daļēji sašķidrinās. Mazāk gaistošie ogļūdeņraži tiek sašķidrināti jau pirmajās plāksnēs, veidojot gāzeļļas frakciju; vairāk gaistošu ogļūdeņražu savāc augstāk un veido petrolejas frakciju; vēl augstāka – ligroīna frakcija. Gaistošākie ogļūdeņraži iziet no kolonnas tvaiku veidā un pēc kondensācijas veido benzīnu. Daļa benzīna tiek ievadīta atpakaļ kolonnā “apūdeņošanai”, kas veicina labākus darbības apstākļus. (Ierakstiet piezīmju grāmatiņā). Benzīns – satur ogļūdeņražus C5 – C11, vārīšanās diapazonā no 40 0°C līdz 200 0 C; ligroīns - satur C8 - C14 ogļūdeņražus ar viršanas temperatūru no 120 0 C līdz 240 0 C; petroleja - satur C12 - C18 ogļūdeņražus, vārās temperatūrā no 180 0 C līdz 300 0 C; gāzeļļa - satur C13 – C15 ogļūdeņražus, destilēta temperatūrā no 230 0 C līdz 360 0 C; smēreļļas - C16 - C28, vāra temperatūrā 350 0 C un augstāk.

Pēc vieglo produktu destilācijas no eļļas paliek viskozs melns šķidrums - mazuts. Tas ir vērtīgs ogļūdeņražu maisījums. Smēreļļas iegūst no mazuta, izmantojot papildu destilāciju. Mazuta nedestilējamā daļa tiek saukta par darvu, ko izmanto būvniecībā un ceļu bruģēšanai.(Video fragmenta demonstrācija). Visvērtīgākā tiešās naftas destilācijas frakcija ir benzīns. Tomēr šīs frakcijas iznākums nepārsniedz 17-20% no jēlnaftas svara. Rodas problēma: kā apmierināt arvien pieaugošās sabiedrības vajadzības pēc automašīnu un aviācijas degvielas? Risinājumu 19. gadsimta beigās atrada krievu inženieris Vladimirs Grigorjevičs Šuhovs. IN 1891 gadā viņš pirmo reizi veica rūpniecisko plaisāšana naftas petrolejas frakcija, kas ļāva palielināt benzīna iznākumu līdz 65–70% (uz jēlnaftas bāzes). Tikai par naftas produktu termiskās krekinga procesa attīstību pateicīgā cilvēce ar zelta burtiem ierakstīja šīs civilizācijas vēsturē unikālās personas vārdu.

Eļļas rektifikācijas rezultātā iegūtie produkti tiek pakļauti ķīmiskai apstrādei, kas ietver vairākus sarežģītus procesus, viens no tiem ir naftas produktu krekinga (no angļu valodas “Cracking” - sadalīšana). Ir vairāki krekinga veidi: termiskā, katalītiskā, augstspiediena krekinga un reducējošā krekinga. Termiskā krekings sastāv no garās ķēdes ogļūdeņražu molekulu sadalīšanas īsākās augstas temperatūras (470-550 0 C) ietekmē. Šīs šķelšanās laikā kopā ar alkāniem veidojas alkēni:

Pašlaik katalītiskā krekinga ir visizplatītākā. To veic 450-500 0 C temperatūrā, bet ar lielāku ātrumu un ļauj iegūt augstākas kvalitātes benzīnu. Katalītiskā krekinga apstākļos kopā ar sadalīšanas reakcijām notiek izomerizācijas reakcijas, tas ir, normālas struktūras ogļūdeņražu pārvēršana sazarotos ogļūdeņražos.

Izomerizācija ietekmē benzīna kvalitāti, jo sazarotu ogļūdeņražu klātbūtne ievērojami palielina tā oktānskaitli. Krekinga tiek klasificēta kā tā sauktais sekundārais naftas rafinēšanas process. Vairāki citi katalītiskie procesi, piemēram, riformings, arī tiek klasificēti kā sekundāri. Reformēšana- Tā ir benzīna aromatizēšana, karsējot to katalizatora, piemēram, platīna, klātbūtnē. Šādos apstākļos alkāni un cikloalkāni tiek pārvērsti aromātiskajos ogļūdeņražos, kā rezultātā ievērojami palielinās arī benzīna oktānskaitlis.

Ekoloģija un naftas lauks

Naftas ķīmijas ražošanā vides problēma ir īpaši aktuāla. Naftas ražošana ir saistīta ar enerģijas izmaksām un vides piesārņojumu. Bīstams Pasaules okeāna piesārņojuma avots ir naftas ieguve jūrā, un Pasaules okeāns tiek piesārņots arī naftas transportēšanas laikā. Katrs no mums televīzijā ir redzējis naftas tankkuģu avāriju sekas. Melni krasti, kas klāti ar mazuta kārtu, melns sērfs, elsojoši delfīni, putni, kuru spārni ir pārklāti ar viskozu mazutu, cilvēki aizsargtērpos, kas savāc eļļu ar lāpstām un spaiņiem. Es vēlos sniegt datus par nopietnu vides katastrofu, kas notika Kerčas šaurumā 2007. gada novembrī. Ūdenī nokļuva 2 tūkstoši tonnu naftas produktu un aptuveni 7 tūkstoši tonnu sēra. Katastrofā visvairāk skāra Tuzlas iesma, kas atrodas Melnās un Azovas jūras krustpunktā, un Čuškas iesma. Pēc negadījuma mazuts nosēdās dibenā, izraisot mazā sirds formas gliemežvāku, jūras iemītnieku galvenās barības, nāvi. Lai atjaunotu ekosistēmu, būs nepieciešami 10 gadi. Nomira vairāk nekā 15 tūkstoši putnu. Litrs eļļas, nonākot ūdenī, izkliedējas pa tās virsmu 100 kv.m platībā. Eļļas plēve, lai arī ļoti plāna, veido nepārvaramu barjeru skābekļa ceļā no atmosfēras uz ūdens stabu. Tā rezultātā tiek traucēts skābekļa režīms un okeāns "nosmacē." Planktons, kas ir okeāna barības ķēdes pamats, mirst. Šobrīd aptuveni 20% Pasaules okeāna platības jau ir klātas ar naftas noplūdēm, un naftas piesārņojuma skartā platība pieaug. Papildus tam, ka Pasaules okeāns ir pārklāts ar naftas plēvi, mēs to varam novērot arī uz sauszemes. Piemēram, Rietumsibīrijas naftas laukos gadā izplūst vairāk naftas, nekā spēj uzņemt tankkuģis - līdz 20 miljoniem tonnu. Apmēram puse šīs naftas avāriju rezultātā nonāk zemē, pārējā daļa ir “plānotas” izplūdes un noplūdes urbumu iedarbināšanas, izpētes urbšanas un cauruļvadu remontdarbu laikā. Saskaņā ar Jamalo-Ņencu autonomā apgabala Vides komitejas datiem lielākā ar naftu piesārņoto zemju platība atrodas Purovskas rajonā.

DABAS UN SAISTĪTĀ NAFTAS GĀZE

Dabasgāze satur zemas molekulmasas ogļūdeņražus, kuru galvenās sastāvdaļas ir metāns. Tā saturs gāzē no dažādiem laukiem svārstās no 80% līdz 97%. Papildus metānam - etāns, propāns, butāns. Neorganiskie: slāpeklis – 2%; CO2; H2O; H2S, cēlgāzes. Kad dabasgāze sadedzina, tā rada daudz siltuma.

Dabasgāze kā degviela pēc savām īpašībām ir pārāka pat par naftu, tā ir kaloriskāka. Šī ir jaunākā degvielas nozares nozare. Gāzi ir vēl vieglāk iegūt un transportēt. Tas ir visekonomiskākais no visiem degvielas veidiem. Tomēr ir daži trūkumi: sarežģīta starpkontinentālā gāzes transportēšana. Metāna tankkuģi, kas transportē gāzi sašķidrinātā stāvoklī, ir ārkārtīgi sarežģītas un dārgas konstrukcijas.

Izmanto kā: efektīvu degvielu, izejvielas ķīmiskajā rūpniecībā, acetilēna, etilēna, ūdeņraža, kvēpu, plastmasas, etiķskābes, krāsvielu, medikamentu uc ražošanā. Saistītās (naftas gāzes) ir dabasgāzes, kas šķīst eļļā un ir izlaists tās ieguves laikā Naftas gāze satur mazāk metāna, bet vairāk propāna, butāna un citus augstākus ogļūdeņražus. Kur tiek ražota gāze?

Vairāk nekā 70 pasaules valstīs ir rūpnieciskās gāzes rezerves. Turklāt, tāpat kā naftas gadījumā, jaunattīstības valstīm ir ļoti lielas rezerves. Bet gāzes ražošanu galvenokārt veic attīstītās valstis. Viņiem ir iespēja to izmantot vai veids, kā pārdot gāzi citām valstīm tajā pašā kontinentā. Starptautiskā gāzes tirdzniecība ir mazāk aktīva nekā naftas tirdzniecība. Apmēram 15% no pasaules gāzes tiek piegādāti starptautiskajam tirgum. Gandrīz 2/3 pasaules gāzes ieguves nāk no Krievijas un ASV. Neapšaubāmi vadošais gāzes ieguves reģions ne tikai mūsu valstī, bet arī pasaulē ir Jamalas-Ņencu autonomais apgabals, kur šī nozare attīstās jau 30 gadus. Mūsu pilsēta Novy Urengoy ir pamatoti atzīta par gāzes galvaspilsētu. Lielākās atradnes ir Urengoyskoye, Yamburgskoje, Medvezhye, Zapolyarnoye. Urengojas depozīts ir iekļauts Ginesa rekordu grāmatā. Depozīta rezerves un produkcija ir unikāla. Izpētītās rezerves pārsniedz 10 triljonus. m 3, kopš ekspluatācijas jau ir saražoti 6 triljoni. m 3. 2008. gadā OJSC Gazprom plāno no Urengojas atradnes iegūt 598 miljardus m 3 “zilā zelta”.

Gāze un ekoloģija

Naftas un gāzes ieguves tehnoloģiju un to transportēšanas nepilnības izraisa pastāvīgu gāzes apjomu sadegšanu kompresoru staciju siltummezglos un lāpās. Kompresoru stacijas rada aptuveni 30% no šīm emisijām. Ik gadu lāpās tiek sadedzināti aptuveni 450 tūkstoši tonnu dabasgāzes un ar to saistītās gāzes, savukārt atmosfērā nonāk vairāk nekā 60 tūkstoši tonnu piesārņojošo vielu.

Nafta, gāze, ogles ir vērtīgas ķīmiskās rūpniecības izejvielas. Tuvākajā laikā tiem tiks atrasts aizstājējs mūsu valsts degvielas un enerģijas kompleksā. Pašlaik zinātnieki meklē veidus, kā izmantot saules un vēja enerģiju un kodoldegvielu, lai pilnībā aizstātu naftu. Visdaudzsološākais nākotnes degvielas veids ir ūdeņradis. Naftas izmantošanas samazināšana siltumenerģētikā ir ceļš ne tikai uz tās racionālāku izmantošanu, bet arī uz šīs izejvielas saglabāšanu nākamajām paaudzēm. Ogļūdeņražu izejvielas jāizmanto tikai pārstrādes rūpniecībā, lai iegūtu dažādus produktus. Diemžēl situācija vēl nav mainījusies, un līdz 94% saražotās naftas kalpo kā degviela. D.I. Mendeļejevs gudri teica: "Eļļu dedzināt ir tas pats, kas karsēt krāsni ar banknotēm."



Līdzīgi raksti