Oljeraffinering. Naturlige kilder til hydrokarboner

Det skal bemerkes at hydrokarboner er utbredt i naturen. De fleste organiske stoffer er hentet fra naturlige kilder. I prosessen med syntese organiske forbindelser naturlige og tilhørende gasser, hard- og brunkull, olje, torv, animalske produkter og planteopprinnelse.

Naturlige kilder hydrokarboner: naturgasser.

Naturgasser er naturlige blandinger av hydrokarboner ulike strukturer og noen gassforurensninger (hydrogensulfid, hydrogen, karbondioksid) som fyller bergartene steiner V jordskorpen. Disse forbindelsene dannes som et resultat av hydrolyse av organiske stoffer på store dyp i jorden. Funnet i fri stat i form av enorme ansamlinger - gass, gasskondensat og olje- og gassfelt.

Hoved strukturell komponent brennbare naturgasser er СН₄ (metan - 98%), С₂Н₆ (etan - 4,5%), propan (С₃Н₈ - 1,7%), butan (С₄Н₁₀ - 0,8%), pentan (С₁₅ - 0,6%). Beslektet petroleumsgass Den er en del av oljen i oppløst tilstand og frigjøres fra den på grunn av et trykkfall når oljen stiger til overflaten. I gass- og oljefelt inneholder ett tonn olje fra 30 til 300 kvm. m gass. Naturlige kilder til hydrokarboner er verdifullt brensel og råstoff for den organiske synteseindustrien. Gass leveres til gassbehandlingsanlegg, hvor den kan behandles (olje, lavtemperaturadsorpsjon, kondensering og rektifisering). Den er delt inn i individuelle komponenter, som hver brukes til bestemte formål. For eksempel fra metansyntesegass, som er det grunnleggende råstoffet for produksjon av andre hydrokarboner, acetylen, metanol, metanal, kloroform.

Naturlige kilder til hydrokarboner: olje.

Olje er en kompleks blanding som hovedsakelig består av nafteniske, parafiniske og aromatiske hydrokarboner. Sammensetningen av olje inkluderer asfaltharpiksholdige stoffer, mono- og disulfider, merkaptaner, tiofen, tiofan, hydrogensulfid, piperidin, pyridin og dets homologer, samt andre stoffer. Basert på produktene ved bruk av petrokjemiske syntesemetoder, oppnås mer enn 3000 forskjellige produkter, inkl. etylen, benzen, propylen, dikloretan, vinylklorid, styren, etanol, isopropanol, butylener, ulike plaster, kjemiske fibre, fargestoffer, vaskemidler, medisiner, eksplosiver, etc.

Torv er en sedimentær bergart av planteopprinnelse. Dette stoffet brukes som brensel (hovedsakelig for termiske kraftverk), kjemiske råvarer (for syntese av mange organiske stoffer), antiseptisk søppel på gårder, spesielt i fjørfefarmer, og en komponent av gjødsel for hagearbeid og åkerdyrking.

Naturlige kilder til hydrokarboner: xylem eller tre.

Xylem - vev høyere planter, langs hvilken vann og oppløst næringsstoffer kommer fra rhizom av systemet til bladene, så vel som andre organer av planten. Den består av celler med et stivt skall, som har et vaskulært ledningssystem. Avhengig av hvilken tresort den inneholder forskjellige mengder pektinstoffer og mineralforbindelser (hovedsakelig kalsiumsalter), lipider og essensielle oljer. Tre brukes som brensel og kan syntetiseres av metylalkohol, acetatsyre, cellulose og andre stoffer. Noen tresorter brukes til å produsere fargestoffer (sandeltre, tømmer), tanniner (eik), harpikser og balsamer (seder, furu, gran), alkaloider (planter av nattskygge, valmue, ranunculaceae og skjermblomstfamilier). Noen alkaloider brukes som medisiner(kitin, koffein), ugressmidler (anabasin), insektmidler (nikotin).

– består (hovedsakelig) av metan og (i mindre mengder) dets nærmeste homologer - etan, propan, butan, pentan, heksan, etc.; observert i tilhørende petroleumsgass, dvs. naturgass funnet i naturen over olje eller oppløst i den under trykk.

Olje

er en oljeaktig brennbar væske som består av alkaner, cykloalkaner, arener (overveiende), samt oksygen-, nitrogen- og svovelholdige forbindelser.

Kull

– fast brenselmineral av organisk opprinnelse. Den inneholder lite grafitt og mange komplekse sykliske forbindelser, inkludert grunnstoffene C, H, O, N og S. Antrasitt (nesten vannfri), kull (-4 % fuktighet) og brunkull (50-60 % fuktighet) finnes. Ved bruk av koksmetoden omdannes kull til hydrokarboner (gassformig, flytende og fast) og koks (ganske ren grafitt).

Koksing av kull

Oppvarming av kull uten lufttilgang til 900-1050 ° C fører til termisk dekomponering med dannelse av flyktige produkter (kulltjære, ammoniakkvann og koksovnsgass) og en fast rest - koks.

Hovedprodukter: koks - 96-98% karbon; koksovnsgass -60 % hydrogen, 25 % metan, 7 % karbonmonoksid (II), etc.

Biprodukter: kulltjære (benzen, toluen), ammoniakk (fra koksovnsgass) etc.

Oljeraffinering ved hjelp av rektifiseringsmetode

Forrenset olje utsettes for atmosfærisk (eller vakuum) destillasjon til fraksjoner med visse kokepunktsområder i kontinuerlige destillasjonskolonner.

Hovedprodukter: lett og tung bensin, parafin, gassolje, smøreoljer, fyringsolje, tjære.

Oljeraffinering ved katalytisk cracking

Råvarer: høytkokende oljefraksjoner (parafin, gassolje, etc.)

Hjelpematerialer: katalysatorer (modifiserte aluminosilikater).

Grunnleggende kjemisk prosess: ved en temperatur på 500-600 °C og et trykk på 5·10 5 Pa splittes hydrokarbonmolekyler i mindre molekyler, katalytisk cracking er ledsaget av aromatisering, isomerisering og alkyleringsreaksjoner.

Produkter: blanding av lavtkokende hydrokarboner (drivstoff, råvarer for petrokjemikalier).

C 16. H 34 → C 8 H 18 + C 8 H 16
C8H18 → C4H10 + C4H8
C4H10 → C2H6 + C2H4

I løpet av leksjonen vil du kunne studere temaet «Naturlige kilder til hydrokarboner. Oljeraffinering." Mer enn 90 % av all energi som for tiden forbrukes av menneskeheten kommer fra fossile naturlige organiske forbindelser. Du vil lære om naturressurser (naturgass, olje, kull), hva som skjer med olje etter utvinning.

Tema: Mettede hydrokarboner

Leksjon: Naturlige kilder til hydrokarboner

Omtrent 90% av energien som forbrukes av moderne sivilisasjon genereres ved å brenne naturlig fossilt brensel - naturgass, olje og kull.

Russland er et land rikt på naturlige fossile brenselreserver. Det er store reserver av olje og naturgass i Vest-Sibir og Ural. Kull utvinnes i Kuznetsk, South Yakutsk-bassengene og andre regioner.

Naturgass består i gjennomsnitt av 95 volumprosent metan.

I tillegg til metan inneholder naturgass fra ulike felt nitrogen, karbondioksid, helium, hydrogensulfid, samt andre lette alkaner - etan, propan og butaner.

Naturgass utvinnes fra underjordiske forekomster der den er under høyt trykk. Metan og andre hydrokarboner dannes av organiske stoffer av plante- og animalsk opprinnelse under deres nedbrytning uten tilgang til luft. Metan dannes hele tiden som følge av aktiviteten til mikroorganismer.

Metan oppdaget på planeter solsystemet og deres ledsagere.

Ren metan har ingen lukt. Imidlertid har gassen som brukes i hverdagen en karakteristikk dårlig lukt. Det er slik spesielle tilsetningsstoffer lukter - merkaptaner. Lukten av merkaptaner lar deg oppdage en innenlandsk gasslekkasje i tide. Blandinger av metan med luft er eksplosive i et bredt spekter av forhold - fra 5 til 15% gass i volum. Derfor, hvis du lukter gass i et rom, bør du ikke bare tenne bål, men heller ikke bruke elektriske brytere. Den minste gnist kan forårsake en eksplosjon.

Ris. 1. Olje fra forskjellige felt

Olje- en tykk væske som ligner på olje. Fargen varierer fra lys gul til brun og svart.

Ris. 2. Oljefelt

Olje fra ulike felt varierer sterkt i sammensetning. Ris. 1. Hoveddelen av oljen er hydrokarboner som inneholder 5 eller flere karbonatomer. I utgangspunktet er disse hydrokarbonene klassifisert som begrensende, dvs. alkaner. Ris. 2.

Olje inneholder også organiske forbindelser som inneholder svovel, oksygen, nitrogen. Olje inneholder vann og uorganiske urenheter.

Gasser som frigjøres under produksjonen blir oppløst i olje - olje tilhørende gasser . Disse er metan, etan, propan, butaner med innblanding av nitrogen, karbondioksid og hydrogensulfid.

Kull, som olje, er en kompleks blanding. Andelen karbon i den utgjør 80-90%. Resten er hydrogen, oksygen, svovel, nitrogen og noen andre grunnstoffer. I brunkull andelen karbon og organisk materiale er lavere enn i stein. Enda mindre organisk materiale i oljeskifer.

I industrien varmes kull til 900-1100 0 C uten lufttilgang. Denne prosessen kalles koksing. Resultatet er koks med høyt karboninnhold, nødvendig for metallurgi, koksovnsgass og steinkulltjære. Mange organiske stoffer frigjøres fra gass og tjære. Ris. 3.

Ris. 3. Bygging av en koksovn

Naturgass og olje er de viktigste kildene til råstoff for kjemisk industri. Olje som den utvinnes, eller "råolje", er vanskelig å bruke selv som drivstoff. Derfor er råolje delt inn i fraksjoner (fra den engelske "fraksjon" - "del"), ved å bruke forskjeller i kokepunktene til dens bestanddeler.

Oljeseparasjonsmetode basert på forskjellige temperaturer koking av dets hydrokarboner kalles destillasjon eller destillasjon. Ris. 4.

Ris. 4. Petroleumsprodukter

Fraksjonen som destillerer fra omtrent 50 til 180 0 C kalles bensin.

Parafin koker ved temperaturer på 180-300 0 C.

En tykk svart rest som ikke inneholder flyktige stoffer kalles fyringsolje.

Det er også en rekke mellomfraksjoner som koker i smalere områder - petroleumsetere (40-70 0 C og 70-100 0 C), white spirit (149-204 ° C) og gassolje (200-500 0 C) . De brukes som løsemidler. Fyringsolje kan destilleres under redusert trykk for å produsere smøreoljer og parafin. Fast rest fra brennoljedestillasjon - asfalt. Den brukes til produksjon av veidekker.

Behandling av tilhørende petroleumsgasser er en egen industri og produserer en rekke verdifulle produkter.

Oppsummering av leksjonen

I løpet av leksjonen studerte du temaet «Naturlige kilder til hydrokarboner. Oljeraffinering." Mer enn 90 % av all energi som for tiden forbrukes av menneskeheten kommer fra fossile naturlige organiske forbindelser. Du lærte om naturressurser (naturgass, olje, kull), hva som skjer med olje etter utvinning.

Referanser

1. Rudzitis G.E. Kjemi. Grunnleggende generell kjemi. 10. klasse: lærebok for allmennutdanningsinstitusjoner: grunnleggende nivå/ G. E. Rudzitis, F. G. Feldman. - 14. utgave. - M.: Utdanning, 2012.

2. Kjemi. 10. klasse. Profilnivå: akademisk. for allmennutdanning institusjoner/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin et al. - M.: Bustard, 2008. - 463 s.

3. Kjemi. 11. klasse. Profilnivå: akademisk. for allmennutdanning institusjoner/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin et al. - M.: Bustard, 2010. - 462 s.

4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Samling av problemer i kjemi for de som går inn på universiteter. - 4. utg. - M.: RIA "New Wave": Utgiver Umerenkov, 2012. - 278 s.

Lekser

1. nr. 3, 6 (s. 74) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Kjemi: Organisk kjemi. 10. klasse: lærebok for allmenne utdanningsinstitusjoner: grunnnivå / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. utgave. - M.: Utdanning, 2012.

2. Hvordan skiller assosiert petroleumsgass seg fra naturgass?

3. Hvordan destilleres olje?

Husk: destillasjon (destillasjon) er en metode for å separere en blanding av flyktige væsker ved gradvis fordampning etterfulgt av kondensering.

Olje. Oljedestillasjon

Mange av de organiske stoffene du omgås i hverdagen,—plast, maling, vaskemidler, medisiner, lakk, løsemidler—syntetiseres fra hydrokarboner. Det er tre hovedkilder til hydrokarboner i naturen - olje, naturgass og kull.

Olje er en av de viktigste mineralressursene. Det er umulig å forestille seg livet vårt uten olje og dens produkter. Det er ikke for ingenting at oljerike land spiller en viktig rolle i den globale økonomien.

Olje er en mørk, oljeaktig væske som finnes i jordskorpen (fig. 29.1). Det er en homogen blanding av flere hundre stoffer - hovedsakelig mettede hydrokarboner med antall karbonatomer i molekylet fra 1 til 40.

For å behandle denne blandingen brukes både fysiske og kjemiske metoder. Først separeres olje i enkle blandinger - fraksjoner - ved destillasjon (destillasjon eller rektifisering), basert på det faktum at ulike stoffer i sammensetningen av olje koke ved forskjellige temperaturer(Tabell 12). Destillasjon skjer i en destillasjonskolonne under betydelig oppvarming (fig. 29.2). Fraksjoner med flest høye temperaturer kokende, nedbrytende kl høy temperatur, destillert under redusert trykk.

Tabell 12. Oljedestillasjonsfraksjoner

	Antall karbonatomer i molekyler	Kokepunkt, °C	Søknad
		Over 200 oC
			Bildrivstoff
			Drivstoff, råvarer for syntese
			Luftfartsbensin
			Diesel drivstoff
Tung gassolje (brenselolje)			Drivstoff til termiske kraftverk
		Dekomponerer ved oppvarming, destillert under redusert trykk	Produksjon av asfalt, bitumen, parafin, smøremidler, brensel til kjelehus

Ukraina er ganske rik på oljereserver. Hovedfeltene er konsentrert i tre olje- og gassregioner: østlige (Sumy, Poltava, Chernihiv og Kharkov-regioner), vestlige (Lviv og Ivano-Frankivsk-regioner) og sørlige (Svartehavsregionen, hyllene i Azov og Svartehavet). Oljereservene i Ukraina er estimert til rundt 2 milliarder tonn, men en betydelig del av dem er konsentrert på store dyp (5-7 km). Den årlige oljeproduksjonen i Ukraina er rundt 2 millioner tonn, med en etterspørsel på 16 millioner tonn, så dessverre er Ukraina fortsatt tvunget til å importere betydelige mengder olje.

Kjemisk raffinering av petroleumsprodukter

Noen kan brukes umiddelbart, uten videre bearbeiding, som bensin og parafin, men de utgjør bare 20-30 % av oljen. I tillegg, etter destillasjon, er bensin av lav kvalitet (med et lavt oktantall, dvs. når den komprimeres i motoren, eksploderer den i stedet for å brenne). En motor som går på slikt drivstoff lager en karakteristisk bankelyd og svikter raskt. For å forbedre kvaliteten på bensin og øke utbyttet, blir olje utsatt for kjemisk prosessering.

En av de viktigste måtene kjemisk raffinering av olje - cracking (fra engelsk til crack - å splitte, bryte, siden under cracking brytes karbonkjedene) (fig. 29.3). Når de varmes opp til 500 °C uten lufttilgang i nærvær av spesielle katalysatorer, deles lange alkanmolekyler i mindre. Ved krakking av mettede hydrokarboner dannes det en blanding av lett mettede og umettede hydrokarboner, for eksempel:

Takket være denne prosessen øker utbyttet av bensin og parafin. Denne typen bensin kalles noen ganger sprukket bensin.

En av egenskapene som bestemmer kvaliteten på bensin er oktantallet, som indikerer muligheten for detonasjon (eksplosjon) av drivstoff-luftblandingen i motoren. Jo høyere oktantall, jo lavere er sannsynligheten for detonasjon, og derfor høyere er kvaliteten på bensinen. Heptan er uegnet som motordrivstoff, er det mer sannsynlig at det detonerer, mens isooktan (2,2,4-trimetylpentan) har motsatte egenskaper - det detonerer nesten ikke i motoren. Disse to stoffene ble grunnlaget for skalaen for å bestemme kvaliteten på bensin - oktantallskalaen. På denne skalaen fikk heptan en verdi på 0, og isooktan - 100. I følge denne skalaen har bensin med oktantallet 95 de samme bankeegenskapene som en blanding av 95 % isooktan og 5 % heptan.

Oljeraffinering skjer ved spesielle virksomheter - oljeraffinerier. Der utfører de både rektifisering av råolje og kjemisk prosessering av de resulterende petroleumsproduktene. Det er seks oljeraffinerier i Ukraina: i Odessa, Kremenchug, Kherson, Lisichansk, Nadvornyansk og Drohobych. Den totale kapasiteten til alle ukrainske oljeraffineringsbedrifter overstiger 52 millioner tonn per år.

Naturgass

Den nest viktigste kilden til hydrokarboner er naturgass, hvor hovedkomponenten er metan (93-99%). Naturgass brukes først og fremst som et effektivt drivstoff. Når det brenner, dannes det verken aske eller giftige stoffer. karbonmonoksid, derfor anses naturgass som et miljøvennlig drivstoff.

Store mengder naturgass brukes av den kjemiske industrien. Prosessering av naturgass reduseres hovedsakelig til produksjon av umettede hydrokarboner og syntesegass. Etylen og acetylen dannes ved eliminering av hydrogen fra lavere alkaner:

Syntesegass - en blanding av karbon(II)oksid og hydrogen - produseres ved å varme opp metan med vanndamp:

Fra denne blandingen, ved bruk av forskjellige katalysatorer, syntetiseres oksygenholdige forbindelser - metylalkohol, eddiksyre, etc.

Når den føres over en koboltkatalysator, omdannes syntesegassen til en blanding av alkaner, som er syntetisk bensin:

Kull

En annen kilde til hydrokarboner er kull. I den kjemiske industrien behandles det ved koksing - oppvarming til 1000 °C uten lufttilgang (Fig. 29.5, s. 170). I dette tilfellet dannes koks og kulltjære, hvis masse bare er noen få prosent av kullmassen. Koks brukes som et reduksjonsmiddel i metallurgi (for eksempel for å få jern fra oksidene).

Kulltjære inneholder flere hundre organiske forbindelser, hovedsakelig aromatiske hydrokarboner, som oppnås fra den ved destillasjon.

Kull brukes også som brensel, men dette skaper store miljøproblemer. For det første inneholder kull ikke-brennbare urenheter, som blir til slagg under forbrenning av drivstoff; for det andre inneholder kull små mengder forbindelser av svovel og nitrogen, hvis forbrenning produserer oksider som forurenser atmosfæren. Ukraina er en av de første i verden når det gjelder kullreserver. På et territorium som tilsvarer 0,4 % av verden, inneholder Ukraina omtrent 5 % av verdens reserver av energiråvarer, hvorav 95 % er kull (omtrent 54 milliarder tonn). I 2015 utgjorde kullproduksjonen 40 millioner tonn, som er nesten halvparten så mye som i 2011. I dag er det 300 kullgruver i Ukraina, og 40 % av dem produserer kokskull (som kan bearbeides til koks). Produksjonen er hovedsakelig konsentrert i regionene Donetsk, Lugansk, Dnepropetrovsk og Volyn.

Språklig oppgave

På gresk betyr pyro «ild» og lysis betyr «nedbrytning». Hvorfor tror du begrepene "sprekker" og "pyrolyse" ofte brukes om hverandre?

Nøkkelidé

De viktigste hydrokarbonkildene for industrien er olje, kull og naturgass. For mer effektiv applikasjon disse naturressursene må behandles for å isolere individuelle stoffer eller blandinger.

Sikkerhetsspørsmål

334. Nevn de viktigste naturlige kildene til hydrokarboner.

335. Hva er den fysiske metoden for å separere olje i fraksjoner basert på?

336. Hvilke fraksjoner deles oljen inn i under destillasjon? Beskriv bruken deres. Hvilket petroleumsprodukt er mest verdifullt for det moderne samfunnet?

337. Hvordan skiller de viktigste petroleumsproduktene seg i kjemisk sammensetning?

338. Beskriv bruken av naturgass i kjemisk industri ved hjelp av informasjon fra dette og tidligere avsnitt.

339. Hva er hovedproduktene produsert av kokskull?

340. Hvorfor varmes kull opp under prosessering uten lufttilgang?

341. Hvorfor er naturgass bedre enn kull som drivstoff?

342. Hvilke stoffer og materialer produseres ved å behandle kull og naturgass?

Oppdrag for å mestre stoffet

343. I prosessen med å sprekke hydrokarbonet C 20 H 42 dannes det to produkter med like mange Karbonatomer i molekylene. Skriv en ligning for reaksjonen.

344. Hva er det? grunnleggende forskjell sprekker olje fra retting?

345. Hvorfor tror du at det under direkte destillasjon av olje ikke er mulig å behandle mer enn 20 % av den til bensin?

346. Analyser fig. 29.2 og beskriv hvordan petroleumsdestillasjon skjer.

347. Skriv ned ligninger for reaksjonene ved å produsere etylen og acetylen fra naturgasskomponenter.

348. En av komponentene i bensin er hydrokarbonet C 8 H 18. Skriv en ligning for reaksjonen av dens produksjon fra karbon(I)oksid og hydrogen.

349. Når bensin brenner helt, dannes det karbondioksid og vann i motoren. Skriv en ligning for forbrenningsreaksjonen til bensin, forutsatt at den består av hydrokarboner med sammensetningen C 8 H 18.

350. Bileksosgasser inneholder giftige stoffer: karbon(N)oksid og nitrogen(^)oksid. Forklar hvorfor kjemiske reaksjoner de ble dannet.

351. Hvor mange ganger vil volumet av drivstoff-luftblandingen, bestående av 40 ml oktandamp og 3 liter luft, øke ved antenning? Når du gjør beregninger, anta at luften inneholder 20 % oksygen (volum).

352. Bensin selges i land med varmt klima, består av hydrokarboner med en høyere molekylvekt enn bensin, som selges i land med kaldt klima. Gjett hvorfor oljeraffinører gjør dette.

353*. Olje inneholder så mange verdifulle organiske stoffer at D.I. Mendeleev sa: "Å brenne olje i en ovn er nesten det samme som å brenne med sedler." Hvordan forstår du dette utsagnet? Foreslå måter rasjonell bruk naturlige kilder til hydrokarboner.

354*. I tilleggskilder finner du informasjon om materialer og stoffer hvis råmateriale er olje, naturgass eller kull. Kan de lages uten å bruke naturlige hydrokarboner? Er det mulig for menneskeheten å slutte å bruke disse materialene? Begrunn svaret ditt.

355*. Beskriv de nåværende og lovende bassengene og områdene med kull-, olje- og naturgassproduksjon i Ukraina ved å bruke kunnskapen som er oppnådd i geografitimer i klasse 8 og 9. Er plasseringen av prosessanlegg for disse hydrokarbonkildene koordinert med deres forekomster?

Dette er lærebokmateriale