Fossiele brandstoffen - olie, kolen, olieschalie, aardgas. Test natuurlijke koolwaterstoffen en hun verwerking De belangrijkste natuurlijke bronnen van koolwaterstoffen zijn:
NATUURLIJKE BRONNEN VAN KOOLWATERSTOFFEN
Koolwaterstoffen zijn allemaal zo verschillend -
Vloeibaar, vast en gasvormig.
Waarom zijn er zo veel van in de natuur?
Het is onverzadigbare koolstof.
Inderdaad, dit element is als geen ander "onverzadigbaar": het streeft ernaar om ofwel rechte en vertakte ketens, ofwel ringen, ofwel roosters te vormen uit een veelvoud van zijn atomen. Vandaar de vele verbindingen van koolstof- en waterstofatomen.
Koolwaterstoffen zijn zowel aardgas - methaan als een ander huishoudelijk brandbaar gas, dat is gevuld met cilinders - propaan C 3 H 8. Koolwaterstoffen zijn olie, benzine en kerosine. En ook - een organisch oplosmiddel C 6 H 6, paraffine, waaruit nieuwjaarskaarsen worden gemaakt, vaseline van een apotheek en zelfs plastieken zak voor productverpakkingen...
De belangrijkste natuurlijke bronnen van koolwaterstoffen zijn mineralen - steenkool, olie, gas.
STEENKOOL
Meer bekend over de hele wereld 36 duizend steenkoolbekkens en afzettingen, die samen een 15% territoria van de wereld. Kolenvelden kunnen zich over duizenden kilometers uitstrekken. In totaal zijn de algemene geologische reserves van steenkool op de wereld: 5 biljoen 500 miljard ton, inclusief onderzochte deposito's - 1 triljoen 750 miljard ton.
Er zijn drie hoofdtypen fossiele kolen. Bij verbranding van bruinkool, antraciet, is de vlam onzichtbaar, is de verbranding rookloos en maakt steenkool een luide knal bij het branden.
Antracietis de oudste fossiele steenkool. Verschilt in de grote dichtheid en glans. Bevat tot 95% koolstof.
Steenkool- bevat tot 99% koolstof. Van alle fossiele kolen wordt het het meest gebruikt.
bruinkool- bevat tot 72% koolstof. Heeft een bruine kleur. Als de jongste fossiele steenkool, behoudt het vaak sporen van de structuur van de boom waaruit het is gevormd. Verschilt in hoge hygroscopiciteit en hoog asgehalte ( van 7% tot 38%), daarom wordt het alleen gebruikt als lokale brandstof en als grondstof voor chemische verwerking. Door hydrogenering worden met name waardevolle soorten vloeibare brandstoffen verkregen: benzine en kerosine.
Koolstof is het hoofdbestanddeel van steenkool 99% ), bruinkool ( tot 72%). De oorsprong van de naam koolstof, d.w.z. "kolen dragend". Evenzo bevat de Latijnse naam "carboneum" aan de basis de wortel carbo-kolen.
Net als olie bevat steenkool: een groot aantal van organische stoffen. Naast organische stoffen omvat het ook anorganische stoffen, zoals water, ammoniak, waterstofsulfide en natuurlijk koolstof zelf - steenkool. Een van de belangrijkste manieren van steenkoolverwerking is cokesvorming - calcineren zonder toegang tot lucht. Als resultaat van cokesvorming, die wordt uitgevoerd bij een temperatuur van 1000 0 C, wordt het volgende gevormd:
cokesoven gas- het bestaat uit waterstof, methaan, koolmonoxide en kooldioxide, onzuiverheden van ammoniak, stikstof en andere gassen.
Kool teer - bevat honderden verschillende organische stoffen, waaronder benzeen en zijn homologen, fenol en aromatische alcoholen, naftaleen en verschillende heterocyclische verbindingen.
Topteer- of ammoniakwater - bevattende, zoals de naam al aangeeft, opgeloste ammoniak, evenals fenol, waterstofsulfide en andere stoffen.
Cokes– vast cokesresidu, praktisch zuivere koolstof.
Cokes wordt gebruikt bij de productie van ijzer en staal, ammoniak wordt gebruikt bij de productie van stikstof en gecombineerde meststoffen, en het belang van organische cokesproducten kan niet worden overschat. Wat is de geografische verspreiding van dit mineraal?
Het grootste deel van de steenkoolvoorraden valt op het noordelijk halfrond - Azië, Noord-Amerika, Eurazië. Welke landen onderscheiden zich qua reserves en steenkoolproductie?
China, VS, India, Australië, Rusland.
Landen zijn de belangrijkste exporteurs van steenkool.
VS, Australië, Rusland, Zuid-Afrika.
belangrijkste importcentra.
Japan, buitenlands Europa.
Het is een zeer milieuvervuilende brandstof. Tijdens de steenkoolwinning treden explosies en branden van methaan op en ontstaan er bepaalde milieuproblemen.
Milieuvervuiling - dit is elke ongewenste verandering in de toestand van deze omgeving als gevolg van menselijk handelen. Dit gebeurt ook in de mijnbouw. Stel je een situatie voor in een kolenmijngebied. Samen met steenkool stijgt een enorme hoeveelheid afvalgesteente naar de oppervlakte, dat, als onnodig, eenvoudig naar stortplaatsen wordt gestuurd. Geleidelijk gevormd afvalhopen- enorme, tientallen meters hoge, kegelvormige bergen van afvalgesteente, die de aanblik van het natuurlijke landschap verstoren. En zal alle steenkool die aan de oppervlakte komt, noodzakelijkerwijs naar de consument worden geëxporteerd? Natuurlijk niet. Het proces is immers niet hermetisch. Een enorme hoeveelheid steenkoolstof bezinkt op het aardoppervlak. Als gevolg hiervan verandert de samenstelling van bodems en grondwater, wat onvermijdelijk gevolgen zal hebben voor het dier en groente wereld wijk.
Steenkool bevat radioactieve koolstof - C, maar nadat de brandstof is verbrand, komt de gevaarlijke stof, samen met rook, in de lucht, het water, de bodem en wordt gebakken tot slak of as, die wordt gebruikt om bouwmaterialen te produceren. Als gevolg hiervan "gloeien" muren en plafonds in woongebouwen en vormen ze een bedreiging voor de menselijke gezondheid.
OLIE
Olie is al sinds de oudheid bekend bij de mensheid. Aan de oevers van de Eufraat werd het gedolven
6-7 duizend jaar voor Christus uh . Het werd gebruikt om woningen te verlichten, mortieren te bereiden, als medicijnen en zalven, en om te balsemen. Olie in de oudheid was een formidabel wapen: vurige rivieren stroomden over de hoofden van degenen die de vestingmuren bestormden, brandende pijlen gedrenkt in olie vlogen naar de belegerde steden. olie was integraal deel brandgevaarlijke agent, die de geschiedenis in is gegaan onder de naam "Grieks vuur" In de middeleeuwen werd het vooral gebruikt voor straatverlichting.
Meer dan 600 olie- en gasbassins zijn onderzocht, 450 worden ontwikkeld , en het totale aantal olievelden bereikt 50 duizend.
Maak onderscheid tussen lichte en zware olie. Lichte olie wordt met pompen of de fonteinmethode uit de ondergrond gewonnen. Van dergelijke olie worden meestal benzine en kerosine gemaakt. Zware soorten olie worden soms zelfs gewonnen met de mijnmethode (in de Komi-republiek) en er worden bitumen, stookolie en verschillende oliën uit bereid.
Olie is de meest veelzijdige brandstof, calorierijk. De winning ervan is relatief eenvoudig en goedkoop, omdat het bij het winnen van olie niet nodig is om mensen ondergronds te laten zakken. Het transporteren van olie door pijpleidingen is geen groot probleem. Het grootste nadeel van dit type brandstof is de lage beschikbaarheid van hulpbronnen (ongeveer 50 jaar) ) . Algemene geologische reserves zijn gelijk aan 500 miljard ton, inclusief onderzochte 140 miljard ton .
BIJ 2007 Russische wetenschappers hebben de wereldgemeenschap bewezen dat de onderwaterruggen van Lomonosov en Mendelejev, die zich in de Noordelijke IJszee bevinden, een plankgebied van het vasteland zijn en daarom tot de Russische Federatie behoren. De scheikundeleraar zal vertellen over de samenstelling van olie, de eigenschappen ervan.
Olie is een "bundel van energie". Met slechts 1 ml ervan verwarm je een hele emmer water met één graad en om een emmer samovar te koken heb je minder dan een half glas olie nodig. In termen van energieconcentratie per volume-eenheid staat olie op de eerste plaats onder natuurlijke stoffen. Zelfs radioactieve ertsen kunnen in dit opzicht niet concurreren, omdat het gehalte aan radioactieve stoffen erin zo klein is dat 1 mg kan worden gewonnen. nucleaire brandstof moet worden verwerkt tonnen rotsen.
Olie is niet alleen de basis van het brandstof- en energiecomplex van elke staat.
Hier zijn de beroemde woorden van D.I. Mendelejev op hun plaats “Het verbranden van olie is hetzelfde als het verwarmen van een oven bankbiljetten". Elke druppel olie bevat meer dan 900 verschillende chemische verbindingen, meer dan de helft van de chemische elementen van het periodiek systeem. Dit is werkelijk een natuurwonder, de basis van de petrochemische industrie. Ongeveer 90% van alle geproduceerde olie wordt gebruikt als brandstof. Ondanks “ bezit 10%” , petrochemische synthese levert vele duizenden organische verbindingen die voldoen aan de dringende behoeften van de moderne samenleving. Geen wonder dat mensen olie respectvol "zwart goud", "het bloed van de aarde" noemen.
Olie is een olieachtige donkerbruine vloeistof met een roodachtige of groenachtige tint, soms zwart, rood, blauw of licht en zelfs transparant met een kenmerkende penetrante geur. Soms is olie wit of kleurloos, zoals water (bijvoorbeeld in het Surukhanskoye-veld in Azerbeidzjan, in sommige velden in Algerije).
De samenstelling van olie is niet hetzelfde. Maar ze bevatten allemaal meestal drie soorten koolwaterstoffen: alkanen (voornamelijk normale structuur), cycloalkanen en aromatische koolwaterstoffen. De verhouding van deze koolwaterstoffen in de olie van verschillende velden is anders: Mangyshlak-olie is bijvoorbeeld rijk aan alkanen en olie in de regio Bakoe is rijk aan cycloalkanen.
De belangrijkste oliereserves bevinden zich op het noordelijk halfrond. Totaal 75 landen van de wereld produceren olie, maar 90% van de productie valt op het aandeel van slechts 10 landen. In de buurt ? wereldoliereserves bevinden zich in ontwikkelingslanden. (De leraar roept en toont op de kaart).
Belangrijkste producerende landen:
Saoedi-Arabië, VS, Rusland, Iran, Mexico.
Tegelijkertijd meer 4/5 olieverbruik daalt op het aandeel van economisch ontwikkelde landen, de belangrijkste importerende landen:
Japan, Europa overzee, VS.
Olie in zijn ruwe vorm wordt nergens gebruikt, maar geraffineerde producten worden gebruikt.
Olieraffinage
Een moderne fabriek bestaat uit een olieverwarmingsoven en een destillatiekolom waar de olie wordt gescheiden in: facties - individuele mengsels van koolwaterstoffen volgens hun kookpunt: benzine, nafta, kerosine. De oven heeft een lange buis die tot een spoel is opgerold. De oven wordt verwarmd door de verbrandingsproducten van stookolie of gas. Er wordt continu olie in de spiraal gevoerd: daar wordt het in de vorm van een mengsel van vloeistof en damp tot 320 - 350 ° C verwarmd en komt het in de destillatiekolom. De destillatiekolom is een stalen cilindrisch apparaat met een hoogte van ongeveer 40 meter. Het heeft binnen enkele tientallen horizontale scheidingswanden met gaten - de zogenaamde platen. Oliedampen die de kolom binnenkomen, stijgen op en gaan door de gaten in de platen. Terwijl ze geleidelijk afkoelen terwijl ze naar boven gaan, worden ze gedeeltelijk vloeibaar. Minder vluchtige koolwaterstoffen worden al op de eerste platen vloeibaar gemaakt en vormen een gasoliefractie; vluchtigere koolwaterstoffen worden hierboven verzameld en vormen een kerosinefractie; nog hoger - naftafractie. De meest vluchtige koolwaterstoffen verlaten de kolom als dampen en vormen na condensatie benzine. Een deel van de benzine wordt teruggevoerd naar de kolom voor "irrigatie", wat bijdraagt aan een betere werking. (Vermelding in een notitieboekje). Benzine - bevat koolwaterstoffen C5 - C11, met een kooktraject van 40 0 C tot 200 0 C; nafta - bevat koolwaterstoffen C8 - C14 met een kookpunt van 120 0 C tot 240 0 C; kerosine - bevat koolwaterstoffen C12 - C18, kokend bij een temperatuur van 180 0 C tot 300 0 C; gasolie - bevat koolwaterstoffen C13 - C15, afgedestilleerd bij een temperatuur van 230 0 C tot 360 0 C; smeeroliën - C16 - C28, kook bij een temperatuur van 350 0 C en hoger.
Na destillatie van lichte producten uit olie blijft een stroperige zwarte vloeistof over - stookolie. Het is een waardevol mengsel van koolwaterstoffen. Smeeroliën worden door aanvullende destillatie uit stookolie gewonnen. Het niet-destillerende deel van stookolie wordt teer genoemd, dat wordt gebruikt in de bouw en bij het bestraten van wegen (demonstratie van een videofragment). De meest waardevolle fractie van directe destillatie van olie is benzine. De opbrengst van deze fractie is echter niet groter dan 17-20 gew.% ruwe olie. Het probleem doet zich voor: hoe tegemoet te komen aan de steeds groter wordende behoeften van de samenleving aan auto- en vliegtuigbrandstof? De oplossing werd eind 19e eeuw gevonden door een Russische ingenieur Vladimir Grigorievich Shukhov. BIJ 1891 jaar voerde hij voor het eerst een industriële kraken kerosinefractie van olie, waardoor de opbrengst aan benzine kon worden verhoogd tot 65-70% (berekend als ruwe olie). Alleen voor de ontwikkeling van het proces van thermisch kraken van aardolieproducten, schreef de dankbare mensheid de naam van deze unieke persoon in de geschiedenis van de beschaving met gouden letters.
De producten die worden verkregen als gevolg van olierectificatie worden onderworpen aan een chemische verwerking, die een aantal complexe processen omvat, waaronder het kraken van aardolieproducten (van het Engelse "Cracking" - splitsen). Er zijn verschillende soorten kraken: thermisch, katalytisch, hogedrukkraken, reductie. Thermisch kraken bestaat uit het splitsen van koolwaterstofmoleculen met een lange keten in kortere onder invloed van hoge temperatuur (470-550 0 C). Tijdens deze splitsing worden, samen met alkanen, alkenen gevormd:
Momenteel is katalytisch kraken het meest gebruikelijk. Het wordt uitgevoerd bij een temperatuur van 450-500 0 C, maar met een hogere snelheid en stelt u in staat benzine van hogere kwaliteit te krijgen. Onder de omstandigheden van katalytisch kraken vinden, samen met splitsingsreacties, isomerisatiereacties plaats, dat wil zeggen de omzetting van koolwaterstoffen met een normale structuur in vertakte koolwaterstoffen.
Isomerisatie beïnvloedt de kwaliteit van benzine, aangezien de aanwezigheid van vertakte koolwaterstoffen het octaangetal aanzienlijk verhoogt. Kraken wordt aangeduid als de zogenaamde secundaire processen van olieraffinage. Een aantal andere katalytische processen, zoals reforming, worden ook als secundair geclassificeerd. hervormen- dit is de aromatisering van benzines door ze te verhitten in aanwezigheid van een katalysator, bijvoorbeeld platina. Onder deze omstandigheden worden alkanen en cycloalkanen omgezet in aromatische koolwaterstoffen, waardoor ook het octaangetal van benzine aanzienlijk toeneemt.
Ecologie en olieveld
Voor de petrochemische productie is vooral het probleem van het milieu relevant. Olieproductie gaat gepaard met energiekosten en milieuvervuiling. Een gevaarlijke bron van vervuiling van de oceanen is offshore olieproductie, en de oceanen worden ook vervuild tijdens het transport van olie. Ieder van ons heeft op tv de gevolgen van ongevallen met olietankers gezien. Zwarte, met olie bedekte kusten, zwarte branding, verstikkende dolfijnen, vogels wiens vleugels bedekt zijn met stroperige olie, mensen in beschermende pakken die olie verzamelen met schoppen en emmers. Ik zou graag de gegevens willen aanhalen van een ernstige milieuramp die in november 2007 in de Straat van Kerch heeft plaatsgevonden. 2000 ton olieproducten en ongeveer 7.000 ton zwavel kwamen in het water terecht. De Tuzla Spit, die is gelegen op de kruising van de Zwarte Zee en de Azov Zee, en de Chushka Spit hebben het meest te lijden gehad van de ramp. Na het ongeval zakte stookolie naar de bodem, waardoor een kleine hartvormige schelp stierf, het belangrijkste voedsel van de bewoners van de zee. Het herstel van het ecosysteem duurt 10 jaar. Meer dan 15 duizend vogels stierven. Een liter olie, die in het water is gevallen, verspreidt zich over het oppervlak op plekken van 100 m². De oliefilm, hoewel erg dun, vormt een onoverkomelijke barrière voor het pad van zuurstof van de atmosfeer naar de waterkolom. Als gevolg hiervan worden het zuurstofregime en de oceaan verstoord. "verstikken". Plankton, de basis, is aan het sterven de voedselketen oceaan. Momenteel is ongeveer 20% van het gebied van de Wereldoceaan bedekt met olielozingen en het gebied dat wordt getroffen door olievervuiling groeit. Naast het feit dat de Wereldoceaan is bedekt met een oliefilm, kunnen we deze ook op het land waarnemen. Bijvoorbeeld in olievelden West-Siberië Er wordt per jaar meer olie gemorst dan de tanker kan bevatten - tot wel 20 miljoen ton. Ongeveer de helft van deze olie komt op de grond terecht als gevolg van ongevallen, de rest is "geplande" fonteinen en lekken tijdens het opstarten van putten, proefboringen en pijpleidingreparaties. Het grootste gebied van met olie verontreinigd land, volgens de Commissie on omgeving Yamalo-Nenets Autonomous Okrug, valt op het Purovsky-district.
AARD EN BIJBEHOREND AARDOLIEGAS
Aardgas bevat koolwaterstoffen met een laag molecuulgewicht, de belangrijkste componenten zijn: methaan. Het gehalte ervan in het gas van verschillende velden varieert van 80% tot 97%. Naast methaan - ethaan, propaan, butaan. Anorganisch: stikstof - 2%; CO2; H20; H2S, edelgassen. Bij de verbranding van aardgas komt veel warmte vrij.
In termen van zijn eigenschappen overtreft aardgas als brandstof zelfs olie, het is meer calorisch. Dit is de jongste tak van de brandstofindustrie. Gas is nog makkelijker te winnen en te transporteren. Het is de zuinigste van alle brandstoffen. Toegegeven, er zijn ook nadelen: het complexe intercontinentale transport van gas. Tankers - methaanmest, die gas in vloeibare toestand transporteert, zijn uiterst complexe en dure constructies.
Het wordt gebruikt als: effectieve brandstof, grondstof in de chemische industrie, bij de productie van acetyleen, ethyleen, waterstof, roet, kunststoffen, azijnzuur, kleurstoffen, medicijnen, enz. productie. Aardoliegas bevat minder methaan, maar meer propaan, butaan en andere hogere koolwaterstoffen. Waar wordt het gas geproduceerd?
Meer dan 70 landen van de wereld hebben commerciële gasreserves. Bovendien beschikken ontwikkelingslanden, net als in het geval van olie, over zeer grote reserves. Maar de gasproductie wordt voornamelijk uitgevoerd door ontwikkelde landen. Ze hebben mogelijkheden om het te gebruiken of een manier om gas te verkopen aan andere landen die zich met hen op hetzelfde continent bevinden. De internationale gashandel is minder actief dan de oliehandel. Ongeveer 15% van het geproduceerde gas in de wereld komt op de internationale markt. Bijna 2/3 van de wereldgasproductie wordt geleverd door Rusland en de VS. De leidende gasproductieregio, niet alleen in ons land, maar ook in de wereld, is ongetwijfeld de autonome regio Yamalo-Nenets, waar deze industrie zich al 30 jaar ontwikkelt. Onze stad Novy Urengoy wordt terecht erkend als de gashoofdstad. De grootste afzettingen zijn Urengoyskoye, Yamburgskoye, Medvezhye, Zapolyarnoye. Het Urengoy-veld is opgenomen in het Guinness Book of Records. De reserves en productie van het depot zijn uniek. De onderzochte reserves bedragen meer dan 10 biljoen. m 3 , 6 biljoen. m3 In 2008 is JSC "Gazprom" van plan om 598 miljard m 3 "blauw goud" te produceren in het Urengoy-veld.
Gas en ecologie
De imperfectie van de technologie van olie- en gasproductie, hun transport veroorzaakt de constante verbranding van het gasvolume in de warmte-eenheden van compressorstations en in fakkels. Compressorstations zijn verantwoordelijk voor ongeveer 30% van deze emissies. Jaarlijks wordt ongeveer 450.000 ton aardgas en bijbehorend gas verbrand bij fakkelinstallaties, terwijl meer dan 60.000 ton verontreinigende stoffen in de atmosfeer terechtkomen.
Olie, gas, kolen zijn waardevolle grondstoffen voor de chemische industrie. Op korte termijn vinden ze een vervanger in het brandstof- en energiecomplex van ons land. Momenteel zoeken wetenschappers naar manieren om zonne- en windenergie, nucleaire brandstof, te gebruiken om olie volledig te vervangen. Waterstof is de meest veelbelovende brandstof van de toekomst. Het verminderen van het gebruik van olie in thermische energietechniek is niet alleen de weg naar een rationeler gebruik, maar ook naar het behoud van deze grondstof voor toekomstige generaties. Koolwaterstofgrondstoffen mogen alleen in de verwerkende industrie worden gebruikt om een verscheidenheid aan producten te verkrijgen. Helaas verandert de situatie nog niet en wordt tot 94% van de geproduceerde olie als brandstof gebruikt. D. I. Mendelejev zei wijselijk: "Het verbranden van olie is hetzelfde als het verwarmen van de oven met bankbiljetten."
Onthoud: destillatie (destillatie) is een methode om een mengsel van vluchtige vloeistoffen te scheiden door geleidelijke verdamping gevolgd door condensatie.
Olie. Olieraffinage
Veel van de organische stoffen waarmee u te maken hebt, Alledaagse leven, - kunststoffen, verven, wasmiddelen, medicijnen, vernissen, oplosmiddelen - worden gesynthetiseerd uit koolwaterstoffen. Er zijn drie belangrijke bronnen van koolwaterstoffen in de natuur: olie, aardgas en steenkool.
Olie is een van de belangrijkste mineralen. Het is onmogelijk om ons leven voor te stellen zonder olie en zijn producten. Niet voor niets spelen olierijke landen een belangrijke rol in de wereldeconomie.
Olie is een donkere, olieachtige vloeistof die in de aardkorst wordt aangetroffen (Figuur 29.1). Het is een homogeen mengsel van enkele honderden stoffen - meestal verzadigde koolwaterstoffen met een aantal koolstofatomen in het molecuul van 1 tot 40.
Zowel fysische als chemische methoden worden gebruikt om dit mengsel te verwerken. Eerst wordt olie gescheiden in eenvoudige mengsels - fracties - door destillatie (destillatie of rectificatie), op basis van het feit dat verschillende stoffen in de samenstelling van olie koken bij verschillende temperaturen(Tabel 12). Destillatie vindt plaats in een destillatiekolom met significante verwarming (Fig. 29.2). Fracties met de hoogste kookpunten, ontbindend bij hoge temperatuur gedestilleerd onder verminderde druk.
Tabel 12. Oliedestillatiefracties
Aantal koolstofatomen in moleculen |
Kookpunt, °С |
Sollicitatie |
|
Meer dan 200 o C |
|||
Autobrandstof |
|||
Brandstof, grondstoffen voor synthese |
|||
Luchtvaart benzine |
|||
diesel brandstof |
|||
Zware gasolie (stookolie) |
Brandstof voor thermische centrales |
||
Ontleedt bij verhitting, gedestilleerd onder verminderde druk |
Productie van asfalt, bitumen, paraffine, smeermiddelen, brandstof voor ketels |
Oekraïne is behoorlijk rijk aan oliereserves. De belangrijkste afzettingen zijn geconcentreerd in drie olie- en gasregio's: oostelijk (de regio's Sumy, Poltava, Tsjernihiv en Kharkiv), westelijk (regio's Lviv en Ivano-Frankivsk) en zuidelijk (Zwarte Zee-regio, planken van de Azov en Zwarte Zee). De oliereserves in Oekraïne worden geschat op ongeveer 2 miljard ton, maar een aanzienlijk deel daarvan is geconcentreerd op grote diepten (5-7 km). De jaarlijkse olieproductie in Oekraïne is ongeveer 2 miljoen ton, terwijl de vraag 16 miljoen ton is, dus helaas is Oekraïne nog steeds gedwongen aanzienlijke hoeveelheden olie te importeren.
Chemische verwerking van aardolieproducten
Sommige producten van oliedestillatie kunnen onmiddellijk worden gebruikt zonder verdere verwerking - dit zijn benzine en kerosine, maar ze vormen slechts 20-30% van de olie. Bovendien is benzine na destillatie van slechte kwaliteit (met een laag octaangetal, dat wil zeggen, wanneer het in de motor wordt gecomprimeerd, het explodeert en niet doorbrandt). Een motor die op dergelijke brandstof loopt, maakt een karakteristieke klop en valt al snel uit. Om de kwaliteit van benzine te verbeteren en de opbrengst ervan te verhogen, wordt olie chemisch verwerkt.
Een van de belangrijkste methoden voor chemische olieraffinage is kraken (van het Engels naar crack - split, break, aangezien kraken optreedt wanneer koolstofketens worden verbroken) (Fig. 29.3). Bij verhitting tot 500 ° C zonder toegang tot lucht in aanwezigheid van speciale katalysatoren, worden lange alkaanmoleculen gesplitst in kleinere. Tijdens het kraken vormen verzadigde koolwaterstoffen een mengsel van lichte verzadigde en onverzadigde koolwaterstoffen, bijvoorbeeld:
Dit proces verhoogt de opbrengst aan benzine en kerosine. Dergelijke benzine wordt soms gekraakte benzine genoemd.
Een van de kenmerken die de kwaliteit van benzine bepalen, is het octaangetal, dat de mogelijkheid van detonatie (explosie) van het lucht-brandstofmengsel in de motor aangeeft. Hoe hoger het octaangetal, hoe kleiner de kans op ontploffing en dus hoe hoger de kwaliteit van benzine. Heptaan is ongeschikt als motorbrandstof, het zal eerder ontploffen, terwijl isooctaan (2,2,4-trimethylpentaan) de tegenovergestelde eigenschappen heeft - het ontploft bijna niet in een motor. Deze twee stoffen werden de basis van een schaal voor het bepalen van de kwaliteit van benzine - de octaangetalschaal. Op deze schaal is heptaan 0 en isooctaan 100. Volgens deze schaal heeft benzine met 95 octaan dezelfde detonatie-eigenschappen als een mengsel van 95% isooctaan en 5% heptaan.
Olieraffinage vindt plaats bij speciale ondernemingen - olieraffinaderijen. Zowel de rectificatie van ruwe olie als de chemische verwerking van de resulterende olieproducten worden daar uitgevoerd. Er zijn zes olieraffinaderijen in Oekraïne: in Odessa, Kremenchug, Cherson, Lisichansk, Nadvornyansk en Drohobych. De totale capaciteit van alle Oekraïense olieraffinaderijen bedraagt meer dan 52 miljoen ton per jaar.
Natuurlijk gas
De tweede belangrijkste bron van koolwaterstofgrondstoffen is aardgas, met als hoofdbestanddeel methaan (93-99%). Aardgas wordt voornamelijk gebruikt als een efficiënte brandstof. Wanneer het wordt verbrand, wordt er geen as of giftige koolmonoxide gevormd, dus aardgas wordt als een milieuvriendelijke brandstof beschouwd.
De chemische industrie gebruikt een grote hoeveelheid aardgas. De verwerking van aardgas wordt voornamelijk gereduceerd tot de productie van onverzadigde koolwaterstoffen en synthesegas. Ethyleen en acetyleen worden gevormd door de eliminatie van waterstof uit lagere alkanen:
Synthesegas - een mengsel van koolstof(II)oxide en waterstof - wordt verkregen door methaan te verhitten met stoom:
Uit dit mengsel worden met behulp van verschillende katalysatoren zuurstofhoudende verbindingen gesynthetiseerd - methylalcohol, azijnzuur, enz.
Wanneer het over een kobaltkatalysator wordt geleid, wordt synthesegas omgezet in een mengsel van alkanen, wat synthetische benzine is:
Steenkool
Een andere bron van koolwaterstoffen is steenkool. In de chemische industrie wordt het verwerkt door cokesvorming - verwarming tot 1000 ° C zonder toegang tot lucht (Fig. 29.5, p. 170). In dit geval worden cokes en koolteer gevormd, waarvan de massa slechts enkele procenten van de massa steenkool is. Cokes wordt gebruikt als reductiemiddel in de metallurgie (bijvoorbeeld om ijzer uit zijn oxiden te halen).
Koolteer bevat enkele honderden organische verbindingen, voornamelijk aromatische koolwaterstoffen, die daaruit worden verkregen door destillatie.
Als brandstof wordt ook steenkool gebruikt, maar dit zorgt voor grote ecologische problemen. Ten eerste bevat steenkool onbrandbare onzuiverheden, die bij de verbranding van brandstof in slakken veranderen; ten tweede bevat steenkool kleine hoeveelheden zwavel- en stikstofverbindingen, waarvan de verbranding oxiden produceert die de atmosfeer vervuilen. Wat betreft steenkoolreserves bezet Oekraïne een van de eerste plaatsen ter wereld. Op het grondgebied dat gelijk is aan 0,4% van de wereld, is ongeveer 5% van de wereldreserves van energiegrondstoffen geconcentreerd in Oekraïne, waarvan 95% steenkool (ongeveer 54 miljard ton). In 2015 bedroeg de steenkoolproductie 40 miljoen ton, bijna de helft zoveel als in 2011. Vandaag zijn er 300 steenkoolmijnen in Oekraïne, en 40% daarvan produceert cokeskolen (die tot cokes kunnen worden verwerkt). De productie is voornamelijk geconcentreerd in de regio's Donetsk, Lugansk, Dnepropetrovsk en Volyn.
taalkundige taak
In het Grieks betekent pyro "vuur" en lysis betekent "ontleding". Waarom denk je dat de termen "kraken" en "pyrolyse" vaak door elkaar worden gebruikt?
kernidee
De belangrijkste bronnen van koolwaterstoffen voor de industrie zijn olie, kolen en aardgas. Voor een efficiënter gebruik moeten deze natuurlijke hulpbronnen worden verwerkt om afzonderlijke stoffen of mengsels te isoleren.
testvragen
334. Noem de belangrijkste natuurlijke bronnen van koolwaterstoffen.
335. Wat is de basis van de fysische methode om olie in fracties te scheiden?
336. In welke fracties wordt olie gescheiden tijdens destillatie? Beschrijf hun toepassing. Voor welk olieraffinageproduct is het meest waardevol? moderne samenleving?
337. Wat is het verschil tussen de belangrijkste olieproducten qua chemische samenstelling?
338. Beschrijf met behulp van de informatie in deze en vorige paragrafen het gebruik van aardgas in de chemische industrie.
339. Welke hoofdproducten worden gewonnen door cokeskolen?
340. Waarom wordt steenkool tijdens de verwerking zonder luchttoegang verwarmd?
341. Waarom is aardgas beter dan steenkool als brandstof?
342. Welke stoffen en materialen worden verkregen bij de verwerking van kolen en aardgas?
Taken om de stof onder de knie te krijgen
343. Bij het kraken van koolwaterstof C 20 H 42 worden twee producten gevormd met hetzelfde aantal koolstofatomen in de moleculen. Schrijf een vergelijking voor de reactie.
344. Wat is het fundamentele verschil tussen oliekraken en rectificatie?
345. Waarom denk je dat het bij directe destillatie van olie niet mogelijk is om olie voor meer dan 20% in benzine om te zetten?
346. Analyseer afb. 29.2 en beschrijven hoe olie wordt gedestilleerd.
347. Maak vergelijkingen voor de reacties voor het verkrijgen van ethyleen en acetyleen uit aardgascomponenten.
348. Een van de bestanddelen van benzine is de koolwaterstof C 8 H 18 . Schrijf een vergelijking voor de reactie van de productie van koolstof (II) oxide en waterstof.
349. Wanneer benzine volledig wordt verbrand, vormen zich kooldioxide en water in de motor. Schrijf een vergelijking voor de verbrandingsreactie van benzine, aangenomen dat deze bestaat uit koolwaterstoffen met de samenstelling C 8 H 18 .
350. Uitlaatgassen van auto's bevatten giftige stoffen: koolstof(II)oxide en stikstof(N)oxide. Leg uit van welke chemische reacties ze zijn ontstaan.
351. Hoe vaak zal het volume van het brandstof-luchtmengsel, bestaande uit 40 ml octaangetal en 3 liter lucht, toenemen bij ontsteking? Ga er bij de berekening van uit dat de lucht 20% zuurstof (volume) bevat.
352. Benzine die in warme klimaten wordt verkocht, bevat koolwaterstoffen met een hoger molecuulgewicht dan benzine die in koude klimaten wordt verkocht. Geef aan waarom raffinaderijen dit doen.
353*. Olie bevat zoveel waardevolle organische stoffen dat D.I. Mendelejev zei: "Het verbranden van olie in een oven is bijna hetzelfde als het verbranden van bankbiljetten." Hoe begrijp je deze uitspraak? Suggesties voor een rationeel gebruik van natuurlijke bronnen van koolwaterstoffen.
354*. Vind in aanvullende bronnen informatie over materialen en stoffen waarvoor olie, aardgas of kolen grondstoffen zijn. Kunnen ze worden gemaakt zonder gebruik te maken van natuurlijke bronnen van koolwaterstoffen? Kan de mensheid weigeren deze materialen te gebruiken? Motiveer het antwoord.
355*. Gebruikmakend van de kennis die is opgedaan in aardrijkskundelessen in de klassen 8 en 9, beschrijf de huidige en toekomstige bekkens en gebieden van kolen-, olie- en aardgasproductie in Oekraïne. Of de locatie van de bedrijven voor de verwerking van deze bronnen van koolwaterstoffen is afgestemd op hun afzettingen.
Dit is leerboekmateriaal.
De belangrijkste bronnen van koolwaterstoffen zijn natuurlijke en aanverwante petroleumgassen, olie en steenkool.
door reserves natuurlijk gas de eerste plaats ter wereld is van ons land. Aardgas bevat koolwaterstoffen met een laag molecuulgewicht. Het heeft de volgende geschatte samenstelling (per volume): 80-98% methaan, 2-3% van de meest nabije homologen - ethaan, propaan, butaan en een kleine hoeveelheid onzuiverheden - waterstofsulfide H 2 S, stikstof N 2 , edelgassen , koolmonoxide (IV ) CO 2 en waterdamp H 2 O . De samenstelling van het gas is specifiek voor elk veld. Er is het volgende patroon: hoe hoger het relatieve molecuulgewicht van koolwaterstof, hoe minder het in aardgas zit.
Aardgas wordt veel gebruikt als goedkope brandstof met hoge verbrandingswaarde (bij verbranding van 1m 3 komt tot 54.400 kJ vrij). Dit is een van de beste uitzichten brandstof voor huishoudelijke en industriële behoeften. Daarnaast is aardgas een waardevolle grondstof voor de chemische industrie: de productie van acetyleen, ethyleen, waterstof, roet, diverse kunststoffen, azijnzuur, kleurstoffen, medicijnen en andere producten.
Bijbehorende petroleumgassen bevinden zich samen met olie in afzettingen: ze zijn erin opgelost en bevinden zich boven de olie en vormen een gaskap. Bij het extraheren van olie naar de oppervlakte worden gassen daarvan afgescheiden door een scherpe drukval. Voorheen werden geassocieerde gassen niet gebruikt en werden ze afgefakkeld tijdens de olieproductie. Momenteel worden ze opgevangen en gebruikt als brandstof en waardevolle chemische grondstoffen. Bijbehorende gassen bevatten minder methaan dan aardgas, maar meer ethaan, propaan, butaan en hogere koolwaterstoffen. Bovendien bevatten ze in principe dezelfde onzuiverheden als in aardgas: H 2 S, N 2, edelgassen, H 2 O-damp, CO 2 . Individuele koolwaterstoffen (ethaan, propaan, butaan, enz.) Worden gewonnen uit geassocieerde gassen, hun verwerking maakt het mogelijk om onverzadigde koolwaterstoffen te verkrijgen door dehydrogenering - propyleen, butyleen, butadieen, waaruit vervolgens rubbers en kunststoffen worden gesynthetiseerd. Als huishoudbrandstof wordt een mengsel van propaan en butaan (vloeibaar gas) gebruikt. Natuurlijke benzine (een mengsel van pentaan en hexaan) wordt gebruikt als toevoeging aan benzine voor een betere ontsteking van de brandstof bij het starten van de motor. Oxidatie van koolwaterstoffen produceert organische zuren, alcoholen en andere producten.
Olie- olieachtige brandbare vloeistof van donkerbruine of bijna zwarte kleur met een karakteristieke geur. Het is lichter dan water (= 0,73-0,97 g / cm3), praktisch onoplosbaar in water. Door samenstelling is olie een complex mengsel van koolwaterstoffen met verschillende molecuulgewichten, dus het heeft geen specifiek kookpunt.
Olie bestaat voornamelijk uit vloeibare koolwaterstoffen (er zijn vaste en gasvormige koolwaterstoffen in opgelost). Meestal zijn dit alkanen (voornamelijk met een normale structuur), cycloalkanen en arenen, waarvan de verhouding in oliën uit verschillende velden sterk varieert. Oeral olie bevat meer arenen. Naast koolwaterstoffen bevat olie zuurstof, zwavel en stikstofhoudende organische verbindingen.
Ruwe olie wordt normaal gesproken niet gebruikt. Om technisch waardevolle producten uit olie te verkrijgen, wordt deze onderworpen aan verwerking.
Primaire verwerking olie bestaat in zijn distillatie. Destillatie wordt uitgevoerd in raffinaderijen na de scheiding van de bijbehorende gassen. Tijdens de destillatie van olie worden lichte olieproducten verkregen:
benzine ( t kip \u003d 40-200 ° С) bevat koolwaterstoffen С 5 -С 11,
nafta ( t kip \u003d 150–250 ° С) bevat koolwaterstoffen С 8 -С 14,
kerosine ( t kip \u003d 180-300 ° С) bevat koolwaterstoffen С 12 -С 18,
gasolie ( t kip > 275 °C),
en in de rest - een stroperige zwarte vloeistof - stookolie.
Olie wordt verder verwerkt. Het wordt onder verminderde druk gedestilleerd (om ontleding te voorkomen) en smeeroliën worden geïsoleerd: spindel, motor, cilinder, enz. Petroleumgelei en paraffine worden geïsoleerd uit stookolie van sommige soorten olie. Het residu van stookolie na destillatie - teer - na gedeeltelijke oxidatie wordt gebruikt om asfalt te produceren. Het belangrijkste nadeel van olieraffinage is de lage opbrengst aan benzine (niet meer dan 20%).
Oliedestillatieproducten hebben verschillende toepassingen.
Benzine gebruikt in grote hoeveelheden als vliegtuig- en autobrandstof. Het bestaat meestal uit koolwaterstoffen met gemiddeld 5 tot 9 C-atomen in moleculen. nafta Het wordt gebruikt als brandstof voor tractoren en als oplosmiddel in de verf- en lakindustrie. Grote hoeveelheden worden verwerkt tot benzine. Kerosine Het wordt gebruikt als brandstof voor tractoren, straalvliegtuigen en raketten, maar ook voor huishoudelijke behoeften. zonne-olie - gasolie- gebruikt als motorbrandstof, en smeeroliën- voor smeermechanismen. Petrolatum gebruikt in de geneeskunde. Het bestaat uit een mengsel van vloeibare en vaste koolwaterstoffen. Paraffine het wordt gebruikt om hogere carbonzuren te verkrijgen, om hout te impregneren bij de productie van lucifers en potloden, om kaarsen, schoensmeer, enz. Het bestaat uit een mengsel van vaste koolwaterstoffen. brandstof naast verwerking tot smeeroliën en benzine, wordt het gebruikt als vloeibare brandstof voor ketels.
Bij secundaire verwerkingsmethoden: olie is een verandering in de structuur van de koolwaterstoffen waaruit de samenstelling bestaat. Van deze methoden is het kraken van oliekoolwaterstoffen van groot belang, dat wordt uitgevoerd om de opbrengst aan benzine te verhogen (tot 65-70%).
kraken- het proces van het splitsen van in olie aanwezige koolwaterstoffen, waardoor koolwaterstoffen met een kleiner aantal C-atomen in het molecuul ontstaan. Er zijn twee hoofdtypen van kraken: thermisch en katalytisch.
Thermisch kraken wordt uitgevoerd door de grondstof (stookolie, enz.) Bij een temperatuur van 470-550 ° C en een druk van 2-6 MPa te verwarmen. In dit geval worden koolwaterstofmoleculen met een groot aantal C-atomen gesplitst in moleculen met een kleiner aantal atomen van zowel verzadigde als onverzadigde koolwaterstoffen. Bijvoorbeeld:
(radicaal mechanisme),
Op deze manier wordt voornamelijk autobenzine verkregen. De output van olie bereikt 70%. Thermisch kraken werd in 1891 ontdekt door de Russische ingenieur V.G. Shukhov.
katalytisch kraken uitgevoerd in aanwezigheid van katalysatoren (meestal aluminosilicaten) bij 450–500 °C en luchtdruk. Op deze manier wordt vliegtuigbenzine verkregen met een opbrengst tot 80%. Dit type kraken wordt voornamelijk onderworpen aan kerosine- en gasoliefracties van olie. Bij katalytisch kraken treden, samen met splitsingsreacties, isomerisatiereacties op. Als gevolg van dit laatste worden verzadigde koolwaterstoffen met een vertakt koolstofskelet van moleculen gevormd, wat de kwaliteit van benzine verbetert:
Katalytisch gekraakte benzine is van hogere kwaliteit. Het proces om het te verkrijgen gaat veel sneller, met minder verbruik van thermische energie. Daarnaast worden bij katalytisch kraken relatief veel vertakte koolwaterstoffen (isoverbindingen) gevormd, die van grote waarde zijn voor de organische synthese.
Bij t= 700 °C en hoger vindt pyrolyse plaats.
Pyrolyse- afbraak van organische stoffen zonder toegang tot lucht bij hoge temperatuur. Tijdens oliepyrolyse zijn de belangrijkste reactieproducten onverzadigde gasvormige koolwaterstoffen (ethyleen, acetyleen) en aromatische koolwaterstoffen - benzeen, tolueen, enz. Aangezien oliepyrolyse een van de belangrijkste manieren is om aromatische koolwaterstoffen te verkrijgen, wordt dit proces vaak oliearomatisering genoemd.
Aromatisatie– transformatie van alkanen en cycloalkanen in areen. Wanneer zware fracties van aardolieproducten worden verwarmd in aanwezigheid van een katalysator (Pt of Mo), worden koolwaterstoffen met 6-8 C-atomen per molecuul omgezet in aromatische koolwaterstoffen. Deze processen vinden plaats tijdens reforming (upgrade van benzine).
hervormen- dit is de aromatisering van benzines, uitgevoerd door ze te verwarmen in aanwezigheid van een katalysator, bijvoorbeeld Pt. Onder deze omstandigheden worden alkanen en cycloalkanen omgezet in aromatische koolwaterstoffen, waardoor ook het octaangetal van benzine aanzienlijk toeneemt. Aromatisering wordt gebruikt om individuele aromatische koolwaterstoffen (benzeen, tolueen) te verkrijgen uit benzinefracties van olie.
In de afgelopen jaren zijn aardoliekoolwaterstoffen op grote schaal gebruikt als een bron van chemische grondstoffen. Hieruit worden op verschillende manieren stoffen gewonnen die nodig zijn voor de productie van kunststoffen, synthetische textielvezels, synthetisch rubber, alcoholen, zuren, synthetische wasmiddelen, explosieven, pesticiden, synthetische vetten, enz.
Steenkool net als aardgas en olie is het een bron van energie en een waardevolle chemische grondstof.
De belangrijkste methode van steenkoolverwerking is: cokes maken(droge distillatie). Bij het vercooksen (verwarmen tot 1000 °С - 1200 °С zonder luchttoegang) worden verschillende producten verkregen: cokes, koolteer, teerwater en cokesovengas (schema).
Schema
Cokes wordt gebruikt als reductiemiddel bij de productie van ijzer in metallurgische fabrieken.
Koolteer dient als bron van aromatische koolwaterstoffen. Het wordt onderworpen aan rectificatiedestillatie en benzeen, tolueen, xyleen, naftaleen, evenals fenolen, stikstofhoudende verbindingen, enz. Worden verkregen.
Ammoniak, ammoniumsulfaat, fenol, etc. worden gewonnen uit teerwater.
Cokesovengas wordt gebruikt om cokesovens te verwarmen (bij een verbranding van 1 m 3 komt ongeveer 18.000 kJ vrij), maar wordt vooral chemisch verwerkt. Er wordt dus waterstof uit gewonnen voor de synthese van ammoniak, dat vervolgens wordt gebruikt om stikstofmeststoffen te produceren, evenals methaan, benzeen, tolueen, ammoniumsulfaat en ethyleen.
Stuur uw goede werk in de kennisbank is eenvoudig. Gebruik het onderstaande formulier
Studenten, afstudeerders, jonge wetenschappers die de kennisbasis gebruiken in hun studie en werk zullen je zeer dankbaar zijn.
geplaatst op http://www.allbest.ru/
MOSKOU COMMISSIE VAN ONDERWIJS
KANTOOR ZUIDOOSTELIJKE WIJK
Medium brede school№506 met een diepgaande studie economie
NATUURLIJKE BRONNEN VAN KOOLWATERSTOFFEN, HUN PRODUCTIE EN TOEPASSING
Kovchegin Igor 11b
Tishchenko Vitaliy 11b
HOOFDSTUK 1. GEOCHEMIE VAN OLIE EN EXPLORATIE
1.1 Herkomst van fossiele brandstoffen
1.2 Gas- en olierotsen
HOOFDSTUK 2. NATUURLIJKE BRONNEN
HOOFDSTUK 3. INDUSTRILE PRODUCTIE VAN KOOLWATERSTOFFEN
HOOFDSTUK 4. OLIERAFINAGE
4.1 Fractionele distillatie
4.2 Kraken
4.3 Hervormen
4.4 Ontzwaveling
HOOFDSTUK 5. KOOLSTOFTOEPASSINGEN
5.1 Alkanen
5.2 Alkenen
5.3 Alkynen
HOOFDSTUK 6. ANALYSE VAN DE STAAT VAN DE OLIE-INDUSTRIE
HOOFDSTUK 7. KENMERKEN EN BELANGRIJKSTE TRENDS IN DE OLIE-INDUSTRIE
LIJST VAN GEBRUIKTE LITERATUUR
HOOFDSTUK 1. GEOCHEMIE VAN OLIE EN EXPLORATIE
1 .1 Herkomst van fossiele brandstoffen
De eerste theorieën, die de principes beschouwden die het optreden van olieafzettingen bepalen, beperkten zich meestal voornamelijk tot de vraag waar het zich ophoopt. In de afgelopen 20 jaar is het echter duidelijk geworden dat om deze vraag te beantwoorden, het noodzakelijk is om te begrijpen waarom, wanneer en in welke hoeveelheden olie in een bepaald bassin is gevormd, evenals om de processen te begrijpen en vast te stellen als een waarvan het is ontstaan, gemigreerd en geaccumuleerd. Deze informatie is essentieel om de efficiëntie van de olie-exploratie te verbeteren.
De vorming van koolwaterstofbronnen vond volgens moderne opvattingen plaats als gevolg van een complexe opeenvolging van geochemische processen (zie figuur 1) in de oorspronkelijke gas- en oliegesteenten. Bij deze processen werden de componenten van verschillende biologische systemen (stoffen van natuurlijke oorsprong) omgezet in koolwaterstoffen en, in mindere mate, in polaire verbindingen met verschillende thermodynamische stabiliteit - als gevolg van de precipitatie van stoffen van natuurlijke oorsprong en hun daaropvolgende overlap door sedimentair gesteente, onder invloed van verhoogde temperatuur en verhoogde druk in de oppervlaktelagen van de aardkorst. De primaire migratie van vloeibare en gasvormige producten uit de oorspronkelijke gasolielaag en hun daaropvolgende secundaire migratie (via lagerhorizonten, verschuivingen, enz.) naar poreuze, met olie verzadigde gesteenten leidt tot de vorming van afzettingen van koolwaterstofmaterialen, de verdere migratie van die wordt voorkomen door afzettingen tussen niet-poreuze gesteentelagen op te sluiten.
In extracten van organisch materiaal uit sedimentaire gesteenten van biogene oorsprong, verbindingen met dezelfde chemische structuur als verbindingen gewonnen uit olie. Voor geochemie zijn sommige van deze verbindingen van bijzonder belang en worden ze beschouwd als "biologische markers" ("chemische fossielen"). Dergelijke koolwaterstoffen hebben veel gemeen met verbindingen die worden gevonden in biologische systemen(bijv. lipiden, pigmenten en metabolieten) waaruit de olie afkomstig is. Deze verbindingen tonen niet alleen de biogene oorsprong van natuurlijke koolwaterstoffen aan, maar verschaffen ook zeer belangrijke informatie over gas- en oliehoudende gesteenten, evenals de aard van rijping en oorsprong, migratie en biologische afbraak die leidden tot de vorming van specifieke gas- en olieafzettingen .
Figuur 1 Geochemische processen die leiden tot de vorming van fossiele koolwaterstoffen.
1. 2 Olie- en gasrotsen
Een gasoliegesteente wordt beschouwd als een fijnverspreid sedimentgesteente dat tijdens natuurlijke sedimentatie heeft geleid of had kunnen leiden tot de vorming en het vrijkomen van aanzienlijke hoeveelheden olie en (of) gas. De classificatie van dergelijke gesteenten is gebaseerd op het gehalte en het type organisch materiaal, de staat van zijn metamorfe evolutie (chemische transformaties die plaatsvinden bij temperaturen van ongeveer 50-180 ° C), evenals de aard en hoeveelheid koolwaterstoffen die kunnen worden verkregen ervan. Organische stof kerogeen Kerogen (van het Griekse keros, wat "was" betekent, en gen, wat "voormalig" betekent) - verspreid in rotsen organisch materiaal, onoplosbaar in organische oplosmiddelen, niet-oxiderende minerale zuren en basen. in sedimentaire gesteenten van biogene oorsprong kan het in een grote verscheidenheid aan vormen worden gevonden, maar het kan worden onderverdeeld in vier hoofdtypen.
1) Liptinieten- een zeer hoog waterstofgehalte hebben, maar een laag zuurstofgehalte; hun samenstelling is te wijten aan de aanwezigheid van alifatische koolstofketens. Aangenomen wordt dat liptinieten voornamelijk werden gevormd uit algen (meestal onderworpen aan bacteriële afbraak). Ze hebben een hoog vermogen om in olie te veranderen.
2) uitgangen- een hoog waterstofgehalte hebben (maar lager dan dat van liptinieten), rijk aan alifatische ketens en verzadigde naftenen (alicyclische koolwaterstoffen), evenals aromatische ringen en zuurstofbevattende functionele groepen. Deze organische stof wordt gevormd uit plantaardig materiaal zoals sporen, stuifmeel, nagelriemen en andere structurele delen van planten. Exinieten hebben een goed vermogen om condensaat van olie en gas te worden.Condensaat is een mengsel van koolwaterstoffen dat in het veld gasvormig is, maar condenseert tot een vloeistof wanneer het naar de oppervlakte wordt geëxtraheerd. , en in de hogere stadia van metamorfe evolutie in gas.
3) Vitrshity- een laag waterstofgehalte, een hoog zuurstofgehalte hebben en voornamelijk bestaan uit aromatische structuren met korte alifatische ketens verbonden door zuurstofbevattende functionele groepen. Ze zijn gevormd uit gestructureerde houtachtige (lignocellulose) materialen en hebben een beperkt vermogen om in olie te veranderen, maar een goed vermogen om in gas om te zetten.
4) inertinitis zijn zwarte, ondoorzichtige klastische gesteenten (hoog in koolstof en laag in waterstof) die zijn gevormd uit sterk veranderde houtachtige voorlopers. Ze hebben niet het vermogen om in olie en gas te veranderen.
De belangrijkste factoren waaraan gasoliegesteente wordt herkend, zijn het kerogeengehalte, het type organische stof in kerogeen en het stadium van metamorfe evolutie van deze organische stof. Goede gas- en oliegesteenten zijn die met 2-4% organische stof van het type waaruit de overeenkomstige koolwaterstoffen kunnen worden gevormd en vrijgemaakt. Onder gunstige geochemische omstandigheden kan de vorming van olie plaatsvinden uit sedimentaire gesteenten die organisch materiaal bevatten, zoals liptiniet en exinite. De vorming van gasafzettingen vindt meestal plaats in gesteenten die rijk zijn aan vitriniet of als gevolg van thermisch kraken van de oorspronkelijk gevormde olie.
Als gevolg van de daaropvolgende begraving van sedimenten van organisch materiaal onder bovenste lagen sedimentair gesteente wordt deze stof blootgesteld aan steeds hogere temperaturen, wat leidt tot de thermische ontleding van kerogeen en de vorming van olie en gas. De vorming van olie in hoeveelheden die van belang zijn voor de industriële ontwikkeling van het veld vindt plaats onder bepaalde omstandigheden in tijd en temperatuur (diepte van optreden), en de vormingstijd is hoe langer, hoe lager de temperatuur (dit is gemakkelijk te begrijpen als we neem aan dat de reactie verloopt volgens de eerste orde vergelijking en een Arrhenius-afhankelijkheid van temperatuur heeft). Dezelfde hoeveelheid olie die in ongeveer 20 miljoen jaar bij 100 °C werd gevormd, zou bijvoorbeeld in 40 miljoen jaar bij 90 °C en in 80 miljoen jaar bij 80 °C moeten worden gevormd. De vormingssnelheid van koolwaterstoffen uit kerogeen verdubbelt ongeveer voor elke 10°C temperatuurstijging. Echter chemische samenstelling kerogeen. kan zeer divers zijn, en daarom kan de aangegeven relatie tussen de rijpingstijd van olie en de temperatuur van dit proces alleen worden beschouwd als de basis voor benaderende schattingen.
Moderne geochemische studies tonen aan dat op het continentaal plat Noordzee elke 100 m dieptetoename gaat gepaard met een temperatuurstijging van ongeveer 3°C, wat betekent dat organisch-rijke sedimentgesteenten gedurende 50-80 miljoen jaar vloeibare koolwaterstoffen hebben gevormd op een diepte van 2500-4000 m. Er lijken lichte oliën en condensaten te zijn gevormd op een diepte van 4000-5000 m, en methaan (droog gas) op een diepte van meer dan 5000 m.
HOOFDSTUK 2. NATUURLIJKE BRONNEN
Natuurlijke bronnen van koolwaterstoffen zijn fossiele brandstoffen - olie en gas, steenkool en turf. Ruwe olie- en gasafzettingen zijn 100-200 miljoen jaar geleden ontstaan uit microscopisch kleine zeeplanten en dieren die ingebed raakten in afzettingsgesteenten die zich op de zeebodem vormden, terwijl steenkool en turf 340 miljoen jaar geleden begonnen te vormen uit planten die op het land groeiden.
Aardgas en ruwe olie worden meestal samen met water aangetroffen in oliehoudende lagen die zich tussen rotslagen bevinden (Fig. 2). De term "aardgas" is ook van toepassing op gassen die worden gevormd in Natuurlijke omstandigheden van de ontbinding van steenkool. Aardgas en ruwe olie worden op elk continent ontwikkeld, behalve op Antarctica. De grootste fabrikanten aardgas in de wereld zijn Rusland, Algerije, Iran en de Verenigde Staten. De grootste producenten van ruwe olie zijn Venezuela, Saoedi-Arabië, Koeweit en Iran.
Aardgas bestaat voornamelijk uit methaan (tabel 1).
Ruwe olie is een olieachtige vloeistof die in kleur kan variëren van donkerbruin of groen tot bijna kleurloos. Het bevat een groot aantal alkanen. Onder hen zijn onvertakte alkanen, vertakte alkanen en cycloalkanen met een aantal koolstofatomen van vijf tot 40. De industriële naam van deze cycloalkanen is algemeen bekend. Ruwe olie bevat ook ongeveer 10% aromatische koolwaterstoffen, evenals kleine hoeveelheden andere verbindingen die zwavel, zuurstof en stikstof bevatten.
Figuur 2 Aardgas en ruwe olie worden gevonden opgesloten tussen rotslagen.
Tabel 1 Samenstelling aardgas
Steenkool is de oudste energiebron waarmee de mensheid vertrouwd is. Het is een mineraal (Fig. 3), dat tijdens het proces uit plantaardig materiaal is gevormd metamorfose. Metamorfe gesteenten worden gesteenten genoemd, waarvan de samenstelling veranderingen heeft ondergaan onder hoge druk en hoge temperaturen. Het product van de eerste fase in de vorming van steenkool is turf, dat is afgebroken organisch materiaal. Steenkool wordt gevormd uit turf nadat het is bedekt met sedimentair gesteente. Deze sedimentaire gesteenten worden overbelast genoemd. Overbelaste neerslag vermindert het vochtgehalte van veen.
Bij de classificatie van kolen worden drie criteria gebruikt: zuiverheid(bepaald door het relatieve koolstofgehalte in procenten); type(bepaald door de samenstelling van het oorspronkelijke plantaardig materiaal); cijfer(afhankelijk van de mate van metamorfose).
Tabel 2. Koolstofgehalte in sommige brandstoffen en hun calorische waarde
De laagste kwaliteit fossiele kolen zijn: bruinkool en bruinkool(Tafel 2). Ze staan het dichtst bij veen en worden gekenmerkt door een relatief laag koolstofgehalte en een hoog vochtgehalte. Steenkool gekenmerkt door een lager vochtgehalte en wordt veel gebruikt in de industrie. De droogste en hardste steenkoolsoort is: antraciet. Het wordt gebruikt voor verwarming en koken in huis.
Dankzij technologische vooruitgang is het de laatste tijd steeds zuiniger geworden. kolenvergassing. Producten voor kolenvergassing zijn onder meer koolmonoxide, kooldioxide, waterstof, methaan en stikstof. Ze worden gebruikt als gasvormige brandstof of als grondstof voor de productie van diverse chemische producten en meststoffen.
Steenkool, zoals hieronder besproken, is een belangrijke bron van grondstoffen voor de productie van aromatische verbindingen.
Figuur 3 Variant van het moleculaire model van laagwaardige steenkool. Steenkool is een complex mengsel van chemicaliën, waaronder koolstof, waterstof en zuurstof, evenals kleine hoeveelheden stikstof, zwavel en onzuiverheden van andere elementen. Bovendien omvat de samenstelling van steenkool, afhankelijk van de kwaliteit, verschillende hoeveelheid: vocht en verschillende mineralen.
Figuur 4 Koolwaterstoffen gevonden in biologische systemen.
Koolwaterstoffen komen van nature niet alleen voor in fossiele brandstoffen, maar ook in sommige materialen van biologische oorsprong. Natuurrubber is een voorbeeld van een natuurlijk koolwaterstofpolymeer. Het rubbermolecuul bestaat uit duizenden structurele eenheden, namelijk methylbuta-1,3-dieen (isopreen); de structuur ervan is schematisch weergegeven in Fig. 4. Methylbuta-1,3-dieen heeft de volgende structuur:
natuurlijk rubber. Ongeveer 90% van het natuurlijke rubber dat momenteel wereldwijd wordt gewonnen, is afkomstig van de Braziliaanse rubberboom Hevea brasiliensis, die voornamelijk wordt geteeld in equatoriale landen Azië. Het sap van deze boom, een latex (colloïdale waterige polymeeroplossing), wordt verzameld uit insnijdingen die met een mes op de schors zijn gemaakt. Latex bevat ongeveer 30% rubber. De kleine deeltjes zijn gesuspendeerd in water. Het sap wordt in aluminium bakjes gegoten, waar zuur aan wordt toegevoegd, waardoor het rubber gaat stollen.
Veel andere natuurlijke verbindingen bevatten ook structurele fragmenten van isopreen. Limoneen bevat bijvoorbeeld twee isopreenresten. Limoneen is het hoofdbestanddeel van oliën die worden gewonnen uit de schil van citrusvruchten zoals citroenen en sinaasappels. Deze verbinding behoort tot een klasse van verbindingen die terpenen worden genoemd. Terpenen bevatten 10 koolstofatomen in hun moleculen (C10-verbindingen) en omvatten twee isopreenfragmenten die in serie met elkaar zijn verbonden (“kop aan staart”). Verbindingen met vier isopreenfragmenten (C20-verbindingen) worden diterpenen genoemd, en met zes isopreenfragmenten - triterpenen (C30-verbindingen). Squaleen, gevonden in haaienleverolie, is een triterpeen. Tetraterpenen (C40-verbindingen) bevatten acht isopreenfragmenten. Tetraterpenen komen voor in de pigmenten van plantaardige en dierlijke vetten. Hun kleur is te wijten aan de aanwezigheid van een lang geconjugeerd systeem van dubbele bindingen. Zo is β-caroteen verantwoordelijk voor de karakteristieke oranje kleur van wortelen.
HOOFDSTUK 3. INDUSTRILE PRODUCTIE VAN KOOLWATERSTOFFEN
Alkanen, alkenen, alkynen en arenen worden verkregen door aardolie te raffineren (zie hieronder). Steenkool is ook een belangrijke bron van grondstoffen voor de productie van koolwaterstoffen. Voor dit doel worden kolen zonder luchttoegang in een retortoven verwarmd. Het resultaat is cokes, koolteer, ammoniak, waterstofsulfide en kolengas. Dit proces wordt destructieve destillatie van steenkool genoemd. Door verdere gefractioneerde destillatie van koolteer worden verschillende arenen verkregen (Tabel 3). Wanneer cokes interageert met stoom, wordt watergas verkregen:
Tabel 3 Enkele aromatische verbindingen verkregen door gefractioneerde destillatie van koolteer (teer)
Alkanen en alkenen kunnen worden verkregen uit watergas met behulp van het Fischer-Tropsch-proces. Om dit te doen, wordt watergas gemengd met waterstof en over het oppervlak van een ijzer-, kobalt- of nikkelkatalysator geleid bij verhoogde temperatuur en onder een druk van 200-300 atm.
Het Fischer-Tropsch-proces maakt het ook mogelijk om uit watergas methanol en andere zuurstofhoudende organische verbindingen te verkrijgen:
Deze reactie wordt uitgevoerd in aanwezigheid van een chroom(III)oxidekatalysator bij een temperatuur van 300°C en onder een druk van 300 atm.
In geïndustrialiseerde landen worden steeds vaker koolwaterstoffen als methaan en etheen geproduceerd uit biomassa. Biogas bestaat voornamelijk uit methaan. Ethyleen kan worden verkregen door dehydratatie van ethanol, dat ontstaat bij fermentatieprocessen.
Calciumdicarbide wordt ook verkregen uit cokes door het mengsel met calciumoxide te verwarmen bij temperaturen boven 2000 ° C in een elektrische oven:
Wanneer calciumdicarbide reageert met water, wordt acetyleen gevormd. Een dergelijk proces opent een andere mogelijkheid voor de synthese van onverzadigde koolwaterstoffen uit cokes.
HOOFDSTUK 4. OLIERAFINAGE
Ruwe olie is een complex mengsel van koolwaterstoffen en andere verbindingen. In deze vorm wordt het weinig gebruikt. Eerst wordt het verwerkt tot andere producten die: praktisch gebruik. Daarom wordt ruwe olie met tankers of via pijpleidingen naar raffinaderijen vervoerd.
Olieraffinage omvat een aantal fysische en chemische processen: gefractioneerde destillatie, kraken, reforming en ontzwaveling.
4.1 Fractionele distillatie
Ruwe olie wordt in veel componenten gescheiden en onderworpen aan eenvoudige, gefractioneerde en vacuümdestillatie. De aard van deze processen, evenals het aantal en de samenstelling van de verkregen oliefracties, hangen af van de samenstelling van ruwe olie en van de vereisten voor de verschillende fracties.
Uit ruwe olie worden allereerst de daarin opgeloste gasverontreinigingen verwijderd door deze te onderwerpen aan een eenvoudige destillatie. De olie wordt vervolgens onderworpen aan primaire distillatie, waardoor het wordt onderverdeeld in gas, lichte en middelzware fracties en stookolie. Verdere gefractioneerde destillatie van lichte en middelzware fracties, evenals vacuümdestillatie van stookolie, leidt tot de vorming van een groot aantal fracties. In tafel. 4 toont het kookpuntbereik en de samenstelling van verschillende oliefracties, en in Fig. 5 toont een diagram van de inrichting van de primaire destillatie (rectificatie) kolom voor oliedestillatie. Laten we nu overgaan tot de beschrijving van de eigenschappen van afzonderlijke oliefracties.
Tabel 4 Typische oliedestillatiefracties
Kookpunt, °С |
Aantal koolstofatomen in een molecuul |
|||
nafta (nafta) |
||||
Smeerolie en wax |
||||
Figuur 5 Primaire destillatie van ruwe olie.
gasfractie. Bij de olieraffinage verkregen gassen zijn de eenvoudigste onvertakte alkanen: ethaan, propaan en butanen. Deze fractie heeft de industriële naam raffinaderij (petroleum)gas. Het wordt verwijderd uit ruwe olie voordat het wordt onderworpen aan primaire destillatie, of het wordt gescheiden van de benzinefractie na primaire destillatie. Raffinaderijgas wordt gebruikt als gasvormige brandstof of wordt onder druk vloeibaar gemaakt om vloeibaar petroleumgas te verkrijgen. Deze laatste wordt in de handel gebracht als vloeibare brandstof of wordt gebruikt als grondstof voor de productie van ethyleen in kraakinstallaties.
benzine fractie. Deze fractie wordt gebruikt om verschillende soorten motorbrandstof te verkrijgen. Het is een mengsel van verschillende koolwaterstoffen, waaronder rechte en vertakte alkanen. De verbrandingseigenschappen van alkanen met rechte keten passen niet perfect bij motoren interne verbranding. Daarom wordt de benzinefractie vaak thermisch hervormd om onvertakte moleculen om te zetten in vertakte moleculen. Deze fractie wordt voor gebruik gewoonlijk gemengd met vertakte alkanen, cycloalkanen en aromatische verbindingen die door katalytisch kraken of reformeren uit andere fracties worden verkregen.
De kwaliteit van benzine als motorbrandstof wordt bepaald door het octaangetal. Het geeft het volumepercentage aan van 2,2,4-trimethylpentaan (iso-octaan) in een mengsel van 2,2,4-trimethylpentaan en heptaan (alkaan met rechte keten) dat dezelfde verbrandingseigenschappen heeft als de testbenzine.
Een slechte motorbrandstof heeft een octaangetal van nul, terwijl een goede brandstof een octaangetal van 100 heeft. Het octaangetal van de uit ruwe olie gewonnen benzinefractie is gewoonlijk lager dan 60. De verbrandingseigenschappen van benzine worden verbeterd door toevoeging van een antiklopmiddel, dat wordt gebruikt als tetra-ethyllood (IV) , Рb (С 2 Н 5) 4 . Tetra-ethyllood is een kleurloze vloeistof die wordt verkregen door chloorethaan te verhitten met een legering van natrium en lood:
Bij de verbranding van benzine die dit additief bevat, worden looddeeltjes en lood(II)oxide gevormd. Ze vertragen bepaalde stadia van de verbranding van benzine en voorkomen zo de detonatie ervan. Samen met tetraethyllood wordt 1,2-dibroomethaan aan benzine toegevoegd. Het reageert met lood en lood(II) om lood(II)bromide te vormen. Omdat lood(II)bromide een vluchtige verbinding is, wordt het met uitlaatgassen uit de automotor verwijderd.
Nafta (nafta). Deze fractie van oliedestillatie wordt verkregen in het interval tussen benzine- en kerosinefracties. Het bestaat voornamelijk uit alkanen (Tabel 5).
Nafta wordt ook verkregen door gefractioneerde destillatie van een lichte oliefractie verkregen uit koolteer (Tabel 3). Koolteernafta heeft een hoog gehalte aan aromatische koolwaterstoffen.
Het grootste deel van de nafta die wordt geproduceerd door de raffinage van ruwe olie, wordt omgezet in benzine. Een aanzienlijk deel ervan wordt echter gebruikt als grondstof voor de productie van andere chemicaliën.
Tabel 5 Koolwaterstofsamenstelling van de naftafractie van een typische olie uit het Midden-Oosten
Kerosine. De kerosinefractie van oliedestillatie bestaat uit alifatische alkanen, naftalenen en aromatische koolwaterstoffen. Een deel ervan wordt geraffineerd voor gebruik als bron van verzadigde paraffinekoolwaterstoffen en het andere deel wordt gekraakt om te worden omgezet in benzine. Het grootste deel van kerosine wordt echter gebruikt als brandstof voor straalvliegtuigen.
gasolie. Deze fractie van olieraffinage staat bekend als dieselbrandstof. Een deel ervan wordt gekraakt om raffinaderijgas en benzine te produceren. Gasolie wordt echter vooral gebruikt als brandstof voor dieselmotoren. In een dieselmotor wordt brandstof ontstoken door toenemende druk. Daarom doen ze het zonder bougies. Gasolie wordt ook gebruikt als brandstof voor industriële ovens.
brandstof. Deze fractie blijft over na verwijdering van alle andere fracties uit de olie. Het meeste wordt gebruikt als vloeibare brandstof voor verwarmingsketels en stoomopwekking in industriële installaties, krachtcentrales en scheepsmotoren. Een deel van de stookolie wordt echter onderworpen aan vacuümdestillatie om smeeroliën en paraffinewas te verkrijgen. Smeeroliën worden verder geraffineerd door oplosmiddelextractie. Het donkere stroperige materiaal dat overblijft na de vacuümdestillatie van stookolie wordt "bitumen" of "asfalt" genoemd. Het wordt gebruikt voor de vervaardiging van wegdekken.
We hebben besproken hoe gefractioneerde en vacuümdestillatie, samen met oplosmiddelextractie, ruwe olie scheidt in verschillende fracties van praktisch belang. Al deze processen zijn fysiek. Maar er worden ook chemische processen gebruikt om olie te raffineren. Deze processen kunnen worden onderverdeeld in twee soorten: kraken en reformen.
4.2 Kraken
In dit proces worden de grote moleculen van de hoogkokende fracties van ruwe olie afgebroken tot kleinere moleculen die de laagkokende fracties vormen. Kraken is noodzakelijk omdat de vraag naar laagkokende oliefracties - vooral benzine - vaak groter is dan de mogelijkheid om ze te verkrijgen door de gefractioneerde destillatie van ruwe olie.
Door kraken worden naast benzine ook alkenen verkregen, die nodig zijn als grondstof voor de chemische industrie. Kraken wordt op zijn beurt onderverdeeld in drie hoofdtypen: hydrokraken, katalytisch kraken en thermisch kraken.
Hydrokraken. Deze vorm van kraken maakt het mogelijk om hoogkokende oliefracties (wassen en zware oliën) om te zetten in laagkokende fracties. Het hydrokraakproces bestaat uit het feit dat de te kraken fractie onder zeer hoge temperatuur wordt verwarmd hoge druk in een waterstofatmosfeer. Dit leidt tot de breuk van grote moleculen en de toevoeging van waterstof aan hun fragmenten. Als resultaat worden verzadigde moleculen van kleine afmetingen gevormd. Hydrokraken wordt gebruikt om gasoliën en benzines te produceren uit zwaardere fracties.
katalytisch kraken. Deze methode resulteert in een mengsel van verzadigde en onverzadigde producten. Katalytisch kraken wordt uitgevoerd bij relatief lage temperaturen en een mengsel van silica en aluminiumoxide wordt als katalysator gebruikt. Op deze manier worden hoogwaardige benzine en onverzadigde koolwaterstoffen verkregen uit zware oliefracties.
Thermisch kraken. Grote moleculen koolwaterstoffen in zware oliefracties kunnen worden afgebroken tot kleinere moleculen door deze fracties te verhitten tot temperaturen boven hun kookpunt. Net als bij katalytisch kraken wordt in dit geval een mengsel van verzadigde en onverzadigde producten verkregen. Bijvoorbeeld,
Thermisch kraken is vooral belangrijk voor de productie van onverzadigde koolwaterstoffen zoals ethyleen en propeen. Stoomkrakers worden gebruikt voor thermisch kraken. In deze eenheden wordt de koolwaterstofvoeding eerst in een oven verwarmd tot 800°C en vervolgens verdund met stoom. Dit verhoogt de opbrengst aan alkenen. Nadat de grote moleculen van de oorspronkelijke koolwaterstoffen zijn opgesplitst in kleinere moleculen, worden de hete gassen met water afgekoeld tot ongeveer 400 °C, dat wordt omgezet in gecomprimeerde stoom. Vervolgens komen de gekoelde gassen in de destillatiekolom (fractioneel) waar ze worden afgekoeld tot 40°C. Condensatie van grotere moleculen leidt tot de vorming van benzine en gasolie. De niet-gecondenseerde gassen worden gecomprimeerd in een compressor die wordt aangedreven door de gecomprimeerde stoom die wordt verkregen uit de gaskoelstap. De uiteindelijke scheiding van de producten wordt uitgevoerd in gefractioneerde destillatiekolommen.
Tabel 6 Opbrengst van stoomkraakproducten uit verschillende koolwaterstofgrondstoffen (gew.%)
Producten |
Koolwaterstof grondstoffen |
||
Buta-1,3-dieen |
|||
Vloeibare brandstof |
BIJ Europese landen Nafta is de belangrijkste grondstof voor de productie van onverzadigde koolwaterstoffen door katalytisch kraken. In de Verenigde Staten is ethaan hiervoor de belangrijkste grondstof. Het wordt gemakkelijk verkregen in raffinaderijen als een component van vloeibaar petroleumgas of aardgas, en ook uit oliebronnen als een component van natuurlijke geassocieerde gassen. Propaan, butaan en gasolie worden ook gebruikt als grondstof voor stoomkraken. De kraakproducten van ethaan en nafta staan vermeld in de tabel. 6.
Kraakreacties verlopen via een radicaal mechanisme.
4.3 Hervormen
In tegenstelling tot kraakprocessen, die bestaan uit het splitsen van grotere moleculen in kleinere, leiden hervormingsprocessen tot een verandering in de structuur van moleculen of tot hun associatie tot grotere moleculen. Reforming wordt gebruikt bij de raffinage van ruwe olie om benzine van lage kwaliteit om te zetten in onderdelen van hoge kwaliteit. Daarnaast wordt het gebruikt om grondstoffen te verkrijgen voor de petrochemische industrie. Hervormingsprocessen kunnen worden ingedeeld in drie typen: isomerisatie, alkylering en cyclisatie en aromatisatie.
isomerisatie. In dit proces ondergaan de moleculen van een isomeer een herschikking om een ander isomeer te vormen. Het isomerisatieproces is erg belangrijk voor het verbeteren van de kwaliteit van de benzinefractie die wordt verkregen na de primaire destillatie van ruwe olie. We hebben er al op gewezen dat deze fractie teveel onvertakte alkanen bevat. Door deze fractie onder een druk van 20-50 atm te verhitten tot 500-600°C kunnen ze worden omgezet in vertakte alkanen. Dit proces heet thermische hervorming.
Voor de isomerisatie van alkanen met rechte keten kan het ook worden gebruikt katalytische reforming. Butaan kan bijvoorbeeld worden geïsomeriseerd tot 2-methylpropaan met behulp van een aluminiumchloridekatalysator bij 100 ° C of hoger:
Deze reactie heeft een ionisch mechanisme, dat wordt uitgevoerd met de deelname van carbokationen.
alkylering. In dit proces worden alkanen en alkenen die door kraken worden gevormd, opnieuw gecombineerd tot hoogwaardige benzines. Dergelijke alkanen en alkenen hebben typisch twee tot vier koolstofatomen. Het proces wordt uitgevoerd bij lage temperatuur met behulp van een sterk zure katalysator zoals zwavelzuur:
Deze reactie verloopt volgens het ionische mechanisme met de deelname van de carbokation (CH 3) 3 C +.
Cyclisering en aromatisering. Wanneer benzine- en naftafracties die zijn verkregen als resultaat van de primaire destillatie van ruwe olie, over het oppervlak van katalysatoren als platina of molybdeen(VI)oxide, op een aluminiumoxidesubstraat, bij een temperatuur van 500°C en onder druk worden geleid van 10-20 atm vindt cyclisatie plaats met daaropvolgende aromatisering van hexaan en andere alkanen met langere rechte ketens:
De eliminatie van waterstof uit hexaan en vervolgens uit cyclohexaan heet dehydrogenering. Dit type reforming is in wezen een van de kraakprocessen. Het wordt platforming, katalytische hervorming of gewoon hervorming genoemd. In sommige gevallen wordt waterstof in het reactiesysteem gebracht om volledige ontleding van het alkaan tot koolstof te voorkomen en om de activiteit van de katalysator te behouden. In dit geval wordt het proces hydroforming genoemd.
4.4 Zwavelverwijdering
Ruwe olie bevat waterstofsulfide en andere verbindingen die zwavel bevatten. Het zwavelgehalte van olie is afhankelijk van het veld. Olie, gewonnen uit het continentale plat van de Noordzee, heeft een laag zwavelgehalte. Tijdens de destillatie van ruwe olie worden zwavelhoudende organische verbindingen afgebroken en als resultaat wordt extra waterstofsulfide gevormd. Waterstofsulfide komt in de raffinaderijgas- of LPG-fractie. Omdat waterstofsulfide de eigenschappen heeft van een zwak zuur, kan het worden verwijderd door aardolieproducten te behandelen met een soort zwakke base. Zwavel kan worden teruggewonnen uit het aldus verkregen waterstofsulfide door waterstofsulfide in lucht te verbranden en de verbrandingsproducten bij een temperatuur van 400°C over het oppervlak van een aluminiumoxidekatalysator te leiden. De algemene reactie van dit proces wordt beschreven door de vergelijking
Ongeveer 75% van alle elementaire zwavel die momenteel door de industrie van niet-socialistische landen wordt gebruikt, wordt gewonnen uit ruwe olie en aardgas.
HOOFDSTUK 5. KOOLSTOFTOEPASSINGEN
Ongeveer 90% van alle geproduceerde olie wordt gebruikt als brandstof. Hoewel de fractie olie die wordt gebruikt om petrochemicaliën te produceren klein is, zijn deze producten erg belangrijk. Uit oliedestillatieproducten worden vele duizenden organische verbindingen gewonnen (Tabel 7). Ze worden op hun beurt gebruikt om duizenden producten te produceren die niet alleen voldoen aan de dringende behoeften van de moderne samenleving, maar ook aan de behoeften aan comfort (fig. 6).
Tabel 7 Koolwaterstofgrondstoffen voor de chemische industrie
Chemische producten |
||
Methanol, azijnzuur, chloormethaan, ethyleen |
||
Ethylchloride, tetra-ethyllood (IV) |
||
Metaal, ethanal |
||
Polyethyleen, polychloorethyleen (polyvinylchloride), polyesters, ethanol, ethanal (aceetaldehyde) |
||
Polypropyleen, propanon (aceton), propenal, propaan-1,2,3-triol (glycerine), propennitril (acrylonitril), epoxypropaan |
||
Synthetisch rubber |
||
Acetyleen |
Chloorethyleen (vinylchloride), 1,1,2,2-tetrachloorethaan |
|
(1-methyl)benzeen, fenol, polyfenylethyleen |
Hoewel de verschillende groepen chemische producten die in Fig. 6 algemeen worden aangeduid als petrochemicaliën omdat ze zijn afgeleid van aardolie, moet worden opgemerkt dat veel organische producten, vooral aromaten, industrieel worden afgeleid van koolteer en andere grondstoffen. En toch wordt ongeveer 90% van alle grondstoffen voor de biologische industrie gewonnen uit olie.
Hieronder wordt ingegaan op enkele typische voorbeelden van het gebruik van koolwaterstoffen als grondstof voor de chemische industrie.
Figuur 6 Toepassingen van petrochemische producten.
5.1 Alkanen
Methaan is niet alleen een van de belangrijkste brandstoffen, maar heeft ook vele andere toepassingen. Het wordt gebruikt om de zogenaamde . te verkrijgen synthese gas of syngas. Net als watergas, dat wordt gemaakt van cokes en stoom, is synthesegas een mengsel van koolmonoxide en waterstof. Synthesegas wordt geproduceerd door methaan of nafta te verhitten tot ongeveer 750°C bij een druk van ongeveer 30 atm in aanwezigheid van een nikkelkatalysator:
Synthesegas wordt gebruikt om waterstof te produceren in het Haber-proces (ammoniaksynthese).
Synthesegas wordt ook gebruikt om methanol en andere organische verbindingen te produceren. Bij het verkrijgen van methanol wordt synthesegas bij een temperatuur van 250 ° C en een druk van 50-100 atm over het oppervlak van een zinkoxide- en koperkatalysator geleid, wat leidt tot de reactie
Het synthesegas dat voor dit proces wordt gebruikt, moet grondig worden gezuiverd van onzuiverheden.
Methanol laat zich gemakkelijk katalytisch ontleden, waarbij daaruit weer synthesegas wordt gewonnen. Het is erg handig om te gebruiken voor syngastransport. Methanol is een van de belangrijkste grondstoffen voor de petrochemische industrie. Het wordt bijvoorbeeld gebruikt om azijnzuur te verkrijgen:
De katalysator voor dit proces is een oplosbaar anionisch rhodiumcomplex. Deze methode wordt gebruikt voor de industriële productie van azijnzuur, waarvan de vraag de omvang van de productie overschrijdt als gevolg van het fermentatieproces.
Oplosbare rhodiumverbindingen kunnen in de toekomst worden gebruikt als homogene katalysatoren voor de productie van ethaan-1,2-diol uit synthesegas:
Deze reactie verloopt bij een temperatuur van 300°C en een druk van ongeveer 500-1000 atm. Momenteel is dit proces economisch niet haalbaar. Het product van deze reactie (de triviale naam is ethyleenglycol) wordt gebruikt als antivriesmiddel en voor de productie van verschillende polyesters, zoals teryleen.
Methaan wordt ook gebruikt om chloormethaan te produceren, zoals trichloormethaan (chloroform). Chloormethanen hebben verschillende toepassingen. Zo wordt chloormethaan gebruikt bij de productie van siliconen.
Ten slotte wordt methaan steeds vaker gebruikt om acetyleen te produceren.
Deze reactie verloopt bij ongeveer 1500°C. Om methaan tot deze temperatuur te verwarmen, wordt het verbrand onder omstandigheden met beperkte luchttoegang.
Ethaan heeft ook een aantal belangrijke toepassingen. Het wordt gebruikt bij het verkrijgen van chloorethaan (ethylchloride). Zoals hierboven vermeld, wordt ethylchloride gebruikt om tetra-ethyllood (IV) te produceren. In de Verenigde Staten is ethaan een belangrijke grondstof voor de productie van ethyleen (Tabel 6).
Propaan speelt een belangrijke rol bij de industriële productie van aldehyden zoals methanal (formaldehyde) en ethanal (azijnzuuraldehyde). Deze stoffen zijn vooral belangrijk in de kunststofindustrie. Butaan wordt gebruikt om buta-1,3-dieen te produceren, dat, zoals hieronder zal worden beschreven, wordt gebruikt om synthetisch rubber te produceren.
5.2 alkenen
Ethyleen. Een van de belangrijkste alkenen en in het algemeen een van de belangrijkste producten van de petrochemische industrie is ethyleen. Het is een grondstof voor veel kunststoffen. Laten we ze opsommen.
Polyethyleen. Polyethyleen is een polymerisatieproduct van ethyleen:
Polychloorethyleen. Dit polymeer wordt ook wel polyvinylchloride (PVC) genoemd. Het wordt verkregen uit chloorethyleen (vinylchloride), dat op zijn beurt wordt verkregen uit ethyleen. Totale reactie:
1,2-dichloorethaan wordt verkregen in de vorm van een vloeistof of een gas, met zinkchloride of ijzer(III)chloride als katalysator.
Wanneer 1,2-dichloorethaan wordt verwarmd tot een temperatuur van 500°C onder een druk van 3 atm in aanwezigheid van puimsteen, wordt chloorethyleen (vinylchloride) gevormd
Een andere methode om chloorethyleen te produceren is gebaseerd op het verhitten van een mengsel van ethyleen, waterstofchloride en zuurstof tot 250°C in aanwezigheid van koper(II)chloride (katalysator):
polyester vezel. Een voorbeeld van zo'n vezel is teryleen. Het wordt verkregen uit ethaan-1,2-diol, dat op zijn beurt als volgt wordt gesynthetiseerd uit epoxyethaan (ethyleenoxide):
Ethaan-1,2-diol (ethyleenglycol) wordt ook gebruikt als antivriesmiddel en voor de productie van synthetische wasmiddelen.
Ethanol wordt verkregen door hydratatie van ethyleen met fosforzuur op een silicadrager als katalysator:
Ethanol wordt gebruikt om ethanal (aceetaldehyde) te produceren. Bovendien wordt het gebruikt als oplosmiddel voor vernissen en vernissen, maar ook in de cosmetica-industrie.
Ten slotte wordt ethyleen ook gebruikt om chloorethaan te produceren, dat, zoals hierboven vermeld, wordt gebruikt om tetra-ethyllood (IV), een antiklopmiddel voor benzine, te maken.
propeen. Propeen (propyleen) wordt net als ethyleen gebruikt voor de synthese van verschillende chemische producten. Velen van hen worden gebruikt bij de productie van kunststoffen en rubbers.
Polypropeen. Polypropeen is een polymerisatieproduct van propeen:
Propanon en propenal. Propanon (aceton) wordt veel gebruikt als oplosmiddel en wordt ook gebruikt bij de vervaardiging van een plastic dat bekend staat als plexiglas (polymethylmethacrylaat). Propanon wordt verkregen uit (1-methylethyl)benzeen of uit propaan-2-ol. Dit laatste wordt als volgt uit propeen gewonnen:
Oxidatie van propeen in aanwezigheid van een koper(II)oxidekatalysator bij een temperatuur van 350°C leidt tot de productie van propenal (acrylaldehyde): olieverwerkingskoolwaterstof
Propaan-1,2,3-triol. Propaan-2-ol, waterstofperoxide en propenal verkregen met de hierboven beschreven werkwijze kunnen worden gebruikt om propaan-1,2,3-triol (glycerol) te verkrijgen:
Glycerine wordt gebruikt bij de productie van cellofaanfilm.
propennitril (acrylonitril). Deze verbinding wordt gebruikt om synthetische vezels, rubbers en kunststoffen te produceren. Het wordt verkregen door een mengsel van propeen, ammoniak en lucht over het oppervlak van een molybdaatkatalysator te leiden bij een temperatuur van 450°C:
Methylbuta-1,3-dieen (isopreen). Synthetische rubbers worden verkregen door de polymerisatie ervan. Isopreen wordt geproduceerd met behulp van het volgende meerstapsproces:
Epoxy propaan gebruikt voor de productie van polyurethaanschuim, polyesters en synthetische wasmiddelen. Het wordt als volgt gesynthetiseerd:
But-1-een, maar-2-een en buta-1,2-dieen gebruikt om synthetische rubbers te produceren. Als butenen als grondstof voor dit proces worden gebruikt, worden deze eerst omgezet in buta-1,3-dieen door dehydrogenering in aanwezigheid van een katalysator - een mengsel van chroom (III) oxide met aluminiumoxide:
5. 3 alkynen
De belangrijkste vertegenwoordiger van een aantal alkynen is ethyn (acetyleen). Acetyleen heeft tal van toepassingen, zoals:
- als brandstof in oxy-acetyleentoortsen voor het snijden en lassen van metalen. Wanneer acetyleen in zuivere zuurstof verbrandt, ontwikkelen zich temperaturen tot 3000°C in zijn vlam;
- om chloorethyleen (vinylchloride) te verkrijgen, hoewel ethyleen momenteel de belangrijkste grondstof wordt voor de synthese van chloorethyleen (zie hierboven).
- om een oplosmiddel van 1,1,2,2-tetrachloorethaan te verkrijgen.
5.4 Arena's
Benzeen en methylbenzeen (tolueen) worden in grote hoeveelheden geproduceerd bij de raffinage van ruwe olie. Omdat methylbenzeen in dit geval zelfs in grotere hoeveelheden dan nodig wordt gewonnen, wordt een deel ervan omgezet in benzeen. Hiertoe wordt bij een temperatuur van 600°C onder druk een mengsel van methylbenzeen met waterstof over het oppervlak van een platinakatalysator op aluminiumoxide geleid:
Dit proces heet hydroalkylering.
Benzeen wordt gebruikt als grondstof voor een aantal kunststoffen.
(1-methylethyl)benzeen(cumeen of 2-fenylpropaan). Het wordt gebruikt om fenol en propanon (aceton) te produceren. Fenol wordt gebruikt bij de synthese van verschillende rubbers en kunststoffen. De drie stappen in het productieproces van fenol staan hieronder vermeld.
Poly(fenylethyleen)(polystyreen). Het monomeer van dit polymeer is fenylethyleen (styreen). Het wordt verkregen uit benzeen:
HOOFDSTUK 6. ANALYSE VAN DE STAAT VAN DE OLIE-INDUSTRIE
Het aandeel van Rusland in de wereldproductie van minerale grondstoffen blijft hoog en bedraagt 11,6% voor olie, 28,1% voor gas en 12-14% voor steenkool. Op het gebied van onderzochte minerale reserves neemt Rusland een leidende positie in de wereld in. Met een bezet gebied van 10%, zijn 12-13% van 's werelds oliereserves, 35% van gas en 12% van kolen geconcentreerd in de ingewanden van Rusland. In de structuur van de minerale hulpbronnen van het land valt meer dan 70% van de reserves op de hulpbronnen van het brandstof- en energiecomplex (olie, gas, steenkool). De totale kosten van onderzochte en geschatte minerale hulpbronnen bedragen $ 28,5 biljoen, wat een orde van grootte hoger is dan de kosten van al het Russische onroerend goed dat wordt geprivatiseerd.
Tabel 8 Brandstof- en energiecomplex van de Russische Federatie
Het brandstof- en energiecomplex vormt de ruggengraat van de binnenlandse economie: het aandeel van het brandstof- en energiecomplex in de totale export in 1996 zal bijna 40% bedragen ($ 25 miljard). Ongeveer 35% van alle federale begrotingsinkomsten voor 1996 (121 van de 347 biljoen roebel) zullen naar verwachting worden ontvangen van de activiteiten van de ondernemingen van het complex. Het aandeel van het brandstof- en energiecomplex in het totale volume van verhandelbare producten dat Russische ondernemingen van plan zijn te produceren in 1996. Van de 968 biljoen roebel. verhandelbare producten (in lopende prijzen), zal het aandeel van brandstof- en energiebedrijven bijna 270 biljoen roebel bedragen, ofwel meer dan 27% (tabel 8). Het brandstof- en energiecomplex blijft het grootste industriële complex, dat kapitaalinvesteringen doet (meer dan 71 biljoen roebel in 1995) en investeringen aantrekt ($ 1,2 miljard van de Wereldbank alleen al in de afgelopen twee jaar) in ondernemingen van al hun bedrijfstakken.
De olie-industrie van de Russische Federatie heeft zich gedurende een lange periode uitgebreid ontwikkeld. Dit werd bereikt door de ontdekking en ingebruikname in de jaren 50-70 van grote, zeer productieve velden in de Oeral-Volga-regio en West-Siberië, evenals de bouw van nieuwe en uitbreiding van bestaande olieraffinaderijen. De hoge productiviteit van de velden maakte het mogelijk om de olieproductie met 20-25 miljoen ton per jaar te verhogen met minimale specifieke kapitaalinvesteringen en relatief lage kosten van materiaal en technische middelen. Tegelijkertijd verliep de ontwikkeling van de deposito's echter in een onaanvaardbaar hoog tempo (van 6 tot 12% van de onttrekking van de initiële reserves), en al die jaren zijn infrastructuur en woningbouw ernstig achtergebleven in de olie-industrie. producerende regio's. In 1988 werd de maximale hoeveelheid olie- en gascondensaat geproduceerd in Rusland - 568,3 miljoen ton, of 91% van de totale olieproductie van de Unie. De ingewanden van het grondgebied van Rusland en de aangrenzende watergebieden van de zeeën bevatten ongeveer 90% van de bewezen oliereserves van alle republieken die voorheen deel uitmaakten van de USSR. Over de hele wereld ontwikkelt de minerale hulpbronnen zich volgens het schema van uitbreiding van de reproductie. Dat wil zeggen dat het jaarlijks nodig is om 10-15% meer aan de vissers van nieuwe afzettingen over te dragen dan ze produceren. Dit is nodig om een evenwichtige productiestructuur te behouden, zodat de industrie niet verhongert op het gebied van grondstoffen. Tijdens de jaren van hervormingen werd de kwestie van investeringen in exploratie acuut. De ontwikkeling van één miljoen ton olie vereist investeringen van twee tot vijf miljoen dollar. Bovendien zullen deze fondsen pas na 3-5 jaar rendement opleveren. Ondertussen is het nodig om jaarlijks 250-300 miljoen ton olie te ontwikkelen om de productiedaling op te vangen. In de afgelopen vijf jaar zijn 324 olie- en gasvelden verkend, 70-80 velden in gebruik genomen. In 1995 werd slechts 0,35% van het BBP aan geologie besteed (in de voormalige USSR waren deze kosten drie keer zo hoog). Er is een opgehoopte vraag naar de producten van geologen - onderzochte afzettingen. In 1995 slaagde de Geological Survey er echter nog steeds in om de daling van de productie in zijn industrie te stoppen. Het volume van diepe proefboringen is in 1995 met 9% gestegen ten opzichte van 1994. Van de 5,6 biljoen roebel aan financiering werd 1,5 biljoen roebel centraal door geologen ontvangen. Het budget van Roskomnedra voor 1996 bedraagt 14 biljoen roebel, waarvan 3 biljoen gecentraliseerde investeringen. Dit is slechts een kwart van de investering voormalige USSR in de geologie van Rusland.
De hulpbronnenbasis van Rusland kan, onder voorbehoud van de vorming van geschikte economische voorwaarden voor de ontwikkeling van geologische exploratie, voor een relatief lange periode voorzien in de productieniveaus die nodig zijn om aan de oliebehoefte van het land te voldoen. Er moet rekening worden gehouden met het feit dat in de Russische Federatie na de jaren zeventig geen enkel groot zeer productief veld werd ontdekt en dat de nieuw verhoogde reserves sterk verslechteren in termen van hun toestand. Zo is bijvoorbeeld als gevolg van geologische omstandigheden het gemiddelde debiet van één nieuwe bron in de regio Tyumen gedaald van 138 ton in 1975 tot 10-12 ton in 1994, d.w.z. meer dan 10 keer. Aanzienlijke verhoging van de kosten van financiële, materiële en technische middelen voor het creëren van 1 ton nieuwe capaciteit. De staat van ontwikkeling van grote zeer productieve velden wordt gekenmerkt door de ontwikkeling van reserves ter grootte van 60-90% van de aanvankelijke winbare reserves, die de natuurlijke afname van de olieproductie vooraf bepaalden.
Als gevolg van de grote uitputting van grote, zeer productieve deposito's, is de kwaliteit van de reserves verslechterd, wat de inzet van aanzienlijk grotere financiële, materiële en technische middelen vereist voor hun ontwikkeling. Door de vermindering van de financiering is het volume van de exploratiewerkzaamheden onaanvaardbaar afgenomen, en als gevolg daarvan is de toename van de oliereserves afgenomen. Als in 1986-1990. in West-Siberië bedroeg de toename van de reserves 4,88 miljard ton, toen in 1991-1995. door een afname van het volume exploratieboringen is deze toename bijna gehalveerd en bedroeg 2,8 miljard ton Onder de huidige omstandigheden is het noodzakelijk om onder de huidige omstandigheden in de behoefte van het land te voorzien, ook op korte termijn, overheidsmaatregelen om de resourcepool te vergroten.
De overgang naar marktrelaties dicteert de noodzaak om de benaderingen te veranderen voor het scheppen van economische voorwaarden voor de exploitatie van ondernemingen die verband houden met de mijnbouwindustrie. In de olie-industrie, die wordt gekenmerkt door niet-hernieuwbare hulpbronnen van waardevolle minerale grondstoffen - olie, sluiten bestaande economische benaderingen een aanzienlijk deel van de reserves uit van ontwikkeling vanwege de inefficiëntie van hun ontwikkeling volgens de huidige economische criteria. Uit schattingen blijkt dat individuele oliemaatschappijen om economische redenen geen economische omzet kunnen halen van 160 tot 1057 miljoen ton oliereserves.
De olie-industrie, die over een aanzienlijke beschikbaarheid van balansreserves beschikt, heeft haar werk de afgelopen jaren verslechterd. Gemiddeld wordt de daling van de olieproductie per jaar voor het huidige fonds geschat op 20%. Om deze reden is het, om het bereikte niveau van olieproductie in Rusland te handhaven, noodzakelijk om nieuwe capaciteiten van 115-120 miljoen ton per jaar in te voeren, waarvoor 62 miljoen meter productiebronnen moeten worden geboord, en in 1991 in feite 27,5 miljoen ton meter werden geboord, en in 1995 - 9,9 miljoen m.
Het gebrek aan fondsen leidde tot een scherpe daling van het volume van de industriële en civiele bouw, vooral in West-Siberië. Als gevolg hiervan was er een afname van het werk aan de ontwikkeling van olievelden, de aanleg en wederopbouw van olieopvang- en transportsystemen, de bouw van woningen, scholen, ziekenhuizen en andere voorzieningen, wat een van de redenen was voor de gespannen sociale situatie in de olieproducerende regio's. Het programma voor de bouw van bijbehorende gasbenuttingsfaciliteiten werd verstoord. Hierdoor wordt jaarlijks meer dan 10 miljard m3 petroleumgas afgefakkeld. Vanwege de onmogelijkheid om oliepijpleidingsystemen te reconstrueren, treden er voortdurend veel pijpleidingbreuken op in de velden. Alleen al in 1991 ging hierdoor meer dan 1 miljoen ton olie verloren en werd grote schade aangericht aan het milieu. De vermindering van bouwopdrachten leidde tot het uiteenvallen van machtige bouworganisaties in West-Siberië.
Een van de belangrijkste redenen voor de crisis in de olie-industrie is ook het ontbreken van de benodigde veldapparatuur en leidingen. Gemiddeld overschrijdt het tekort om de industrie te voorzien van materiële en technische middelen meer dan 30%. In de afgelopen jaren is er geen enkele nieuwe grote productie-eenheid voor de productie van olieveldapparatuur opgericht, bovendien hebben veel fabrieken van dit profiel de productie verminderd en waren de middelen die zijn toegewezen voor aankopen in vreemde valuta niet voldoende.
Door een slechte logistiek bedroeg het aantal niet-actieve productieputten meer dan 25.000, waaronder 12.000 niet-actieve putten. Elke dag gaat er ongeveer 100.000 ton olie verloren in putten die boven de norm stationair draaien.
acuut probleem voor verdere ontwikkeling De olie-industrie blijft slecht uitgerust met hoogwaardige machines en apparatuur voor olie- en gasproductie. Tegen 1990 had de helft van de technische apparatuur in de industrie slijtage van meer dan 50%, slechts 14% van de machines en apparatuur kwam overeen met het wereldniveau, de vraag naar de belangrijkste soorten producten werd gemiddeld met 40-80 vervuld %. Deze situatie met de levering van apparatuur aan de industrie was een gevolg van de slechte ontwikkeling van de olie-industrie in het land. Import leveringen in het totale volume van apparatuur bereikt 20%, en bepaalde types oplopen tot 40%. Aankoop van buizen bereikt 40 - 50%.
...Vergelijkbare documenten
Aanwijzingen voor het gebruik van koolwaterstoffen, hun consumentenkwaliteiten. Introductie van technologie voor diepe verwerking van koolwaterstoffen, hun gebruik als koelmiddel, de werkvloeistof van elementaire deeltjessensoren, voor het impregneren van containers en verpakkingsmaterialen.
verslag, toegevoegd 07/07/2015
Typen en samenstelling van gassen gevormd tijdens de ontleding van oliekoolwaterstoffen in de verwerkingsprocessen. Gebruik van installaties voor de scheiding van verzadigde en onverzadigde gassen en mobiele benzine-installaties. Industriële toepassing van procesgassen.
samenvatting, toegevoegd 02/11/2014
Het concept van met olie geassocieerde gassen als een mengsel van koolwaterstoffen die vrijkomen als gevolg van een afname van de druk wanneer olie naar het aardoppervlak stijgt. De samenstelling van bijbehorend petroleumgas, de kenmerken van de verwerking en het gebruik ervan, de belangrijkste gebruiksmethoden.
presentatie, toegevoegd 11/10/2015
kenmerk het nieuwste van het nieuwste olie- en gasindustrie in Rusland. Processtappen van primaire olieraffinage en secundaire destillatie van benzine- en dieselfracties. Thermische processen van olieraffinagetechnologie en gasverwerkingstechnologie.
test, toegevoegd 05/02/2011
Taken van de olieraffinage- en petrochemische industrie. Kenmerken van de ontwikkeling van de olieraffinage-industrie in de wereld. Chemische aard, samenstelling en fysieke eigenschappen olie- en gascondensaat. Industriële installaties voor de raffinage van primaire olie.
cursus colleges, toegevoegd 31-10-2012
Betekenis van het proces van katalytische reforming van benzines in moderne olieraffinage en petrochemie. Werkwijzen voor de productie van aromatische koolwaterstoffen door reforming op platinakatalysatoren als onderdeel van complexen voor de verwerking van olie- en gascondensaat.
scriptie, toegevoegd 16-06-2015
Fysische en chemische eigenschappen van olie. Primaire en secundaire processen van olieraffinage, hun classificatie. Hervorming en hydrobehandeling van olie. Katalytisch kraken en hydrokraken. Cokesvorming en isomerisatie van olie. Extractie van aromaten als olieraffinage.
scriptie, toegevoegd 13-06-2012
De curve van de werkelijke kookpunten van olie en de materiaalbalans van de plant voor de primaire verwerking van olie. Potentiële inhoud van fracties in Vasilyevskaya-olie. Kenmerken van benzine van primaire olieraffinage, thermisch en katalytisch kraken.
laboratoriumwerk, toegevoegd 14-11-2010
Kenmerken en organisatiestructuur van CJSC "Pavlodar Petrochemical Plant". Het proces van het voorbereiden van olie voor verwerking: het sorteren, zuiveren van onzuiverheden, principes van primaire olieraffinage. Het apparaat en de werking van destillatiekolommen, hun typen, soorten verbindingen.
praktijkverslag, toegevoegd 29-11-2009
Algemene kenmerken van olie, bepaling van het potentiële gehalte aan aardolieproducten. Selectie en verantwoording van een van de opties voor olieraffinage, berekening van materiaalbalansen van proceseenheden en goederenbalans van een olieraffinaderij.
De belangrijkste bronnen van koolwaterstoffen zijn olie, natuurlijke en aanverwante petroleumgassen en steenkool. Hun reserves zijn niet onbeperkt. Volgens wetenschappers zullen ze met het huidige productie- en consumptietempo voldoende zijn: olie - 30 - 90 jaar, gas - gedurende 50 jaar, steenkool - gedurende 300 jaar.
Olie en zijn samenstelling:
Olie is een olieachtige vloeistof van lichtbruin tot donkerbruin, bijna zwart van kleur met een karakteristieke geur, lost niet op in water, vormt een film op het wateroppervlak die geen lucht doorlaat. Olie is een olieachtige vloeistof van lichtbruine tot donkerbruine, bijna zwarte kleur, met een karakteristieke geur, lost niet op in water, vormt een film op het wateroppervlak die geen lucht doorlaat. Olie is een complex mengsel van verzadigde en aromatische koolwaterstoffen, cycloparaffine, evenals enkele organische verbindingen die heteroatomen bevatten - zuurstof, zwavel, stikstof, enz. Wat alleen enthousiaste namen werden niet gegeven door mensen van olie: zowel "Zwart goud" als "Bloed van de aarde". Olie verdient echt onze bewondering en adel.
De samenstelling van olie is: paraffinisch - bestaat uit alkanen met een rechte en vertakte keten; nafteenhoudend - bevat verzadigde cyclische koolwaterstoffen; aromatisch - omvat aromatische koolwaterstoffen (benzeen en zijn homologen). Ondanks de complexe samenstelling van de componenten, is de elementaire samenstelling van oliën min of meer hetzelfde: gemiddeld 82-87% koolwaterstof, 11-14% waterstof, 2-6% andere elementen (zuurstof, zwavel, stikstof).
Een beetje geschiedenis .
In 1859 boorde de 40-jarige Edwin Drake in de VS, in de staat Pennsylvania, met de hulp van zijn eigen doorzettingsvermogen, oliegraafgeld en een oude stoommachine een 22 meter diepe put en haalde de eerste olie uit de het.
Drake's prioriteit als pionier op het gebied van olieboringen wordt betwist, maar zijn naam wordt nog steeds geassocieerd met het begin van het olietijdperk. In veel delen van de wereld is olie ontdekt. De mensheid heeft eindelijk in grote hoeveelheden een uitstekende bron van kunstmatige verlichting verworven ....
Wat is de oorsprong van olie?
Onder wetenschappers domineerden twee hoofdconcepten: organisch en anorganisch. Volgens het eerste concept worden organische resten begraven in sedimentaire gesteenten in de loop van de tijd afgebroken en veranderen ze in olie, steenkool en aardgas; meer mobiele olie en gas hopen zich dan op in de bovenste lagen van sedimentair gesteente met poriën. Andere wetenschappers beweren dat olie wordt gevormd op "grote diepten in de aardmantel".
De Russische wetenschapper - chemicus D.I. Mendeleev was een aanhanger van het anorganische concept. In 1877 stelde hij een minerale (carbide) hypothese voor, volgens welke de opkomst van olie wordt geassocieerd met het binnendringen van water in de diepten van de aarde langs breuken, waar, onder zijn invloed op "koolstofhoudende metalen", koolwaterstoffen worden verkregen.
Als er een hypothese was van de kosmische oorsprong van olie - van koolwaterstoffen in de gasvormige omhulling van de aarde, zelfs tijdens zijn stellaire toestand.
Aardgas is "blauw goud".
Ons land staat op de eerste plaats in de wereld op het gebied van aardgasreserves. De belangrijkste afzettingen van deze waardevolle brandstof bevinden zich in West-Siberië (Urengoyskoye, Zapolyarnoye), in het Wolga-Oeral-bekken (Vuktylskoye, Orenburgskoye), in de noordelijke Kaukasus (Stavropolskoye).
Voor de productie van aardgas wordt meestal de stromende methode gebruikt. Om gas naar de oppervlakte te laten stromen, volstaat het om een put te openen die in een gashoudend reservoir is geboord.
Aardgas wordt zonder voorafgaande scheiding gebruikt omdat het wordt gezuiverd voordat het wordt getransporteerd. Met name mechanische onzuiverheden, waterdamp, waterstofsulfide en andere agressieve componenten worden eruit verwijderd ... .. En ook meest propaan, butaan en zwaardere koolwaterstoffen. Het resterende vrijwel zuivere methaan wordt verbruikt, ten eerste als brandstof: hoge calorische waarde; milieuvriendelijk; handig om te extraheren, transporteren, verbranden, omdat de aggregatietoestand gas is.
Ten tweede wordt methaan een grondstof voor de productie van acetyleen, roet en waterstof; voor de productie van onverzadigde koolwaterstoffen, voornamelijk ethyleen en propyleen; voor organische synthese: methylalcohol, formaldehyde, aceton, azijnzuur en nog veel meer.
Bijbehorend petroleumgas
Bijbehorend petroleumgas is door zijn oorsprong ook aardgas. Het kreeg een speciale naam omdat het samen met olie in afzettingen zit - het is erin opgelost. Bij het extraheren van olie naar het oppervlak, scheidt het zich ervan door een scherpe drukval. Rusland bezet een van de eerste plaatsen wat betreft de bijbehorende gasreserves en de productie ervan.
De samenstelling van geassocieerd petroleumgas verschilt van aardgas - het bevat veel meer ethaan, propaan, butaan en andere koolwaterstoffen. Bovendien bevat het op aarde zeldzame gassen als argon en helium.
Bijbehorend petroleumgas is een waardevolle chemische grondstof; er kunnen meer stoffen uit gewonnen worden dan uit aardgas. Afzonderlijke koolwaterstoffen worden ook geëxtraheerd voor chemische verwerking: ethaan, propaan, butaan, enz. Onverzadigde koolwaterstoffen worden daaruit verkregen door de dehydrogeneringsreactie.
Steenkool
De voorraden steenkool in de natuur zijn aanzienlijk groter dan de voorraden olie en gas. Steenkool is een complex mengsel van stoffen, bestaande uit verschillende verbindingen van koolstof, waterstof, zuurstof, stikstof en zwavel. De samenstelling van steenkool omvat dergelijke minerale stoffen die verbindingen van vele andere elementen bevatten.
Harde kolen hebben een samenstelling: koolstof - tot 98%, waterstof - tot 6%, stikstof, zwavel, zuurstof - tot 10%. Maar in de natuur komen ook bruinkool voor. Hun samenstelling: koolstof - tot 75%, waterstof - tot 6%, stikstof, zuurstof - tot 30%.
De belangrijkste methode van steenkoolverwerking is pyrolyse (cocoating) - de ontleding van organische stoffen zonder toegang tot lucht bij een hoge temperatuur (ongeveer 1000 C). In dit geval worden de volgende producten verkregen: cokes (kunstmatige vaste brandstof met verhoogde sterkte, veel gebruikt in de metallurgie); koolteer (gebruikt in de chemische industrie); kokosgas (gebruikt in de chemische industrie en als brandstof.)
cokesoven gas
Vluchtige verbindingen (cokesovengas), gevormd tijdens de thermische ontleding van steenkool, komen in de algemene collectie terecht. Hier wordt het cokesovengas gekoeld en door elektrostatische precipitators geleid om koolteer af te scheiden. In de gascollector condenseert water gelijktijdig met de hars, waarin ammoniak, waterstofsulfide, fenol en andere stoffen oplossen. Waterstof wordt geïsoleerd uit niet-gecondenseerd cokesovengas voor verschillende syntheses.
Na de destillatie van koolteer blijft een vaste stof achter - pek, die wordt gebruikt om elektroden en dakteer te bereiden.
Olieraffinage
Olieraffinage, of rectificatie, is het proces van thermische scheiding van olie en olieproducten in fracties volgens het kookpunt.
Destillatie is een fysiek proces.
Er zijn twee methoden voor olieraffinage: fysieke ( primaire verwerking) en chemisch (recycling).
De primaire verwerking van olie wordt uitgevoerd in een destillatiekolom - een apparaat voor het scheiden van vloeibare mengsels van stoffen die verschillen in kookpunt.
Oliefracties en de belangrijkste toepassingsgebieden:
Benzine - autobrandstof;
Kerosine - vliegtuigbrandstof;
Ligroin - productie van kunststoffen, grondstoffen voor recycling;
Gasolie - diesel en ketelbrandstof, grondstoffen voor recycling;
Stookolie - fabrieksbrandstof, paraffines, smeeroliën, bitumen.
Methoden voor het opruimen van olievlekken :
1) Absorptie - U kent allemaal stro en turf. Ze absorberen olie, waarna ze zorgvuldig kunnen worden verzameld en verwijderd met daaropvolgende vernietiging. Deze methode is alleen geschikt in rustige omstandigheden en alleen voor kleine plekken. De methode is de laatste tijd erg populair vanwege de lage kosten en hoge efficiëntie.
Bottom line: de methode is goedkoop, afhankelijk van externe omstandigheden.
2) Zelfliquidatie: - deze methode wordt gebruikt als de olie ver van de kust is gemorst en de vlek klein is (in dit geval is het beter om de vlek helemaal niet aan te raken). Geleidelijk zal het oplossen in water en gedeeltelijk verdampen. Soms verdwijnt de olie niet en na een paar jaar bereiken kleine plekjes de kust in de vorm van stukjes glibberige hars.
Bottom line: er worden geen chemicaliën gebruikt; olie blijft lang aan het oppervlak.
3) Biologisch: technologie gebaseerd op het gebruik van micro-organismen die koolwaterstoffen kunnen oxideren.
Bottom line: minimale schade; verwijderen van olie van het oppervlak, maar de methode is omslachtig en tijdrovend.