Paliwa kopalne - ropa naftowa, węgiel, łupki naftowe, gaz ziemny. Badanie naturalnych źródeł węglowodorów i ich przetwarzanie Głównymi naturalnymi źródłami węglowodorów są
NATURALNE ŹRÓDŁA WĘGLOWODORÓW
Węglowodory są tak różne -
Ciekły, stały i gazowy.
Dlaczego jest ich tak wiele w naturze?
To nienasycony węgiel.
Rzeczywiście, ten pierwiastek, jak żaden inny, jest „nienasycony”: dąży do tworzenia łańcuchów, prostych i rozgałęzionych, potem pierścieni, a następnie sieci z wielu swoich atomów. Stąd wiele związków atomów węgla i wodoru.
Węglowodory to zarówno gaz ziemny - metan, jak i inny gaz palny do użytku domowego, który jest wypełniony butlami - propan C 3 H 8. Węglowodory to ropa, benzyna i nafta. A także - rozpuszczalnik organiczny C 6 H 6, parafina, z której powstają świece sylwestrowe, wazelina z apteki, a nawet plastikowa torba do pakowania produktów...
Najważniejszymi naturalnymi źródłami węglowodorów są minerały – węgiel, ropa, gaz.
WĘGIEL
Bardziej znany na całym świecie 36 tysiąc zagłębie węglowe i złoża, które razem zajmują 15% terytorium Globus. Pola węglowe mogą rozciągać się na tysiące kilometrów. W sumie ogólne geologiczne rezerwy węgla na kuli ziemskiej są 5 bilionów 500 miliardów ton, w tym zbadane złoża - 1 trylion 750 miliardów ton.
Istnieją trzy główne rodzaje węgli kopalnych. Przy spalaniu węgla brunatnego, antracytowego, płomień jest niewidoczny, spalanie jest bezdymne, a węgiel podczas spalania wydaje głośny trzask.
Antracytjest najstarszym węglem kopalnym. Różni się dużą gęstością i połyskiem. Zawiera do 95% węgiel.
Węgiel- zawiera do 99% węgiel. Spośród wszystkich węgli kopalnych jest to najszerzej stosowane.
brązowy węgiel- zawiera do 72% węgiel. Ma brązowy kolor. Jako najmłodszy węgiel kopalny często zachowuje ślady struktury drzewa, z którego został uformowany. Różni się wysoką higroskopijnością i wysoką zawartością popiołu ( od 7% do 38%), dlatego jest używany tylko jako lokalne paliwo i jako surowiec do obróbki chemicznej. W szczególności drogą uwodornienia pozyskiwane są cenne rodzaje paliw płynnych: benzyna i nafta.
Węgiel jest głównym składnikiem węgla 99% ), brązowy węgiel ( do 72%). Pochodzenie nazwy węgiel, czyli „węgiel łożyskowy”. Podobnie łacińska nazwa „carboneum” u podstawy zawiera węgiel korzeniowy.
Podobnie jak olej, węgiel zawiera duża liczba substancje organiczne. Oprócz substancji organicznych obejmuje również substancje nieorganiczne, takie jak woda, amoniak, siarkowodór i oczywiście sam węgiel - węgiel. Jednym z głównych sposobów przeróbki węgla jest koksowanie – kalcynacja bez dostępu powietrza. W wyniku koksowania, które odbywa się w temperaturze 1000 0 C, powstają:
gaz koksowniczy- składa się z wodoru, metanu, tlenku i dwutlenku węgla, zanieczyszczeń amoniaku, azotu i innych gazów.
Smoła węglowa - zawiera kilkaset różnych substancji organicznych, w tym benzen i jego homologi, fenole i alkohole aromatyczne, naftalen oraz różne związki heterocykliczne.
Top-smoła lub woda amoniakalna - zawierający, jak sama nazwa wskazuje, rozpuszczony amoniak, a także fenol, siarkowodór i inne substancje.
Koks– stała pozostałość koksowa, praktycznie czysty węgiel.
Koks wykorzystywany jest do produkcji żelaza i stali, amoniak do produkcji nawozów azotowych i kombinowanych, a znaczenie organicznych produktów koksowniczych jest nie do przecenienia. Jaka jest geografia rozmieszczenia tego minerału?
Główna część zasobów węgla przypada na półkulę północną - Azja, Ameryka Północna, Eurazja. Jakie kraje wyróżniają się rezerwami i wydobyciem węgla?
Chiny, USA, Indie, Australia, Rosja.
Kraje są głównymi eksporterami węgla.
USA, Australia, Rosja, RPA.
główne ośrodki importowe.
Japonia, Zagraniczna Europa.
Jest to paliwo bardzo zanieczyszczające środowisko. Podczas wydobycia węgla dochodzi do wybuchów i pożarów metanu oraz pojawiają się pewne problemy środowiskowe.
Zanieczyszczenie środowiska - jest to każda niepożądana zmiana stanu tego środowiska w wyniku działalności człowieka. Dzieje się tak również w górnictwie. Wyobraź sobie sytuację na terenie górniczym. Wraz z węglem unosi się na powierzchnię ogromna ilość skały płonnej, która jako niepotrzebna jest po prostu wysyłana na wysypiska. Stopniowo formowane hałdy- ogromne, wysokie na dziesiątki metrów, stożkowate góry skały płonnej, które zniekształcają wygląd naturalnego krajobrazu. I czy cały wydobyty na powierzchnię węgiel będzie koniecznie eksportowany do konsumenta? Oczywiście nie. W końcu proces nie jest hermetyczny. Na powierzchni ziemi osadza się ogromna ilość pyłu węglowego. W rezultacie zmienia się skład gleb i wód gruntowych, co nieuchronnie wpłynie na zwierzę i świat warzyw dzielnica.
Węgiel zawiera radioaktywny węgiel – C, ale po spaleniu paliwa substancja niebezpieczna wraz z dymem przedostaje się do powietrza, wody, gleby i zamienia się w żużel lub popiół, z którego powstają materiały budowlane. W efekcie w budynkach mieszkalnych ściany i stropy „świecą” i stanowią zagrożenie dla zdrowia ludzi.
OLEJ
Olej jest znany ludzkości od czasów starożytnych. Na brzegach Eufratu był wydobywany
6-7 tysięcy lat pne uh . Służył do oświetlania mieszkań, sporządzania moździerzy, leków i maści oraz do balsamowania. Ropa w starożytnym świecie była potężną bronią: ogniste rzeki wylewały się na głowy tych, którzy szturmowali mury fortec, płonące strzały zanurzone w oleju płynęły do oblężonych miast. Olej był część integralna agent zapalający, który przeszedł do historii pod nazwą „Grecki ogień” W średniowieczu był używany głównie do oświetlenia ulicznego.
Zbadano ponad 600 basenów naftowych i gazowych, 450 jest w trakcie opracowywania , a łączna liczba pól naftowych sięga 50 tys.
Rozróżnij olej lekki i ciężki. Lekki olej wydobywany jest z podłoża za pomocą pomp lub metodą fontannową. Z takiego oleju wytwarza się głównie benzynę i naftę. Ciężkie gatunki ropy są czasami wydobywane nawet metodą kopalnianą (w Republice Komi), z których wytwarza się bitum, olej opałowy i różne oleje.
Olej to najbardziej wszechstronne paliwo wysokokaloryczne. Jej wydobycie jest stosunkowo proste i tanie, ponieważ wydobywając ropę, nie ma potrzeby opuszczania ludzi pod ziemię. Transport ropy rurociągami nie stanowi dużego problemu. Główną wadą tego rodzaju paliwa jest niska dostępność surowców (około 50 lat) ) . Ogólne rezerwy geologiczne wynoszą 500 miliardów ton, w tym zbadane 140 miliardów ton .
W 2007 Rosyjscy naukowcy udowodnili społeczności światowej, że podwodne grzbiety Łomonosowa i Mendelejewa, które znajdują się na Oceanie Arktycznym, są strefą szelfową kontynentu i dlatego należą do Federacji Rosyjskiej. Nauczyciel chemii opowie o składzie oleju, jego właściwościach.
Ropa to „wiązka energii”. Mając zaledwie 1 ml, można podgrzać o jeden stopień całe wiadro wody, a do ugotowania samowara wiaderkowego potrzeba mniej niż pół szklanki oleju. Pod względem koncentracji energii na jednostkę objętości ropa zajmuje pierwsze miejsce wśród substancji naturalnych. Nawet rudy radioaktywne nie mogą z nim konkurować pod tym względem, ponieważ zawartość w nich substancji radioaktywnych jest tak mała, że można wydobyć 1mg. paliwo jądrowe musi być przetworzone tony skał.
Ropa to nie tylko podstawa kompleksu paliwowo-energetycznego każdego państwa.
Tutaj znajdują się słynne słowa D. I. Mendelejewa „spalanie oleju to to samo, co ogrzewanie pieca banknoty". Każda kropla oleju zawiera ponad 900 różne związki chemiczne, ponad połowa pierwiastków chemicznych układu okresowego. To prawdziwy cud natury, podstawa przemysłu petrochemicznego. Około 90% całego produkowanego oleju jest wykorzystywane jako paliwo. Mimo “ własne 10%” , synteza petrochemiczna dostarcza wielu tysięcy związków organicznych, które zaspokajają pilne potrzeby współczesnego społeczeństwa. Nic dziwnego, że ludzie z szacunkiem nazywają ropę „czarnym złotem”, „krew ziemi”.
Olej jest oleistym ciemnobrązowym płynem o czerwonawym lub zielonkawym odcieniu, czasem czarnym, czerwonym, niebieskim lub jasnym, a nawet przezroczystym o charakterystycznym ostrym zapachu. Czasami ropa jest biała lub bezbarwna, jak woda (na przykład na polu Surukhanskoye w Azerbejdżanie, na niektórych polach w Algierii).
Skład oleju nie jest taki sam. Ale wszystkie z nich zwykle zawierają trzy rodzaje węglowodorów - alkany (głównie o normalnej strukturze), cykloalkany i węglowodory aromatyczne. Stosunek tych węglowodorów w ropie różnych pól jest różny: na przykład olej mangyshlak jest bogaty w alkany, a ropa w regionie Baku jest bogata w cykloalkany.
Główne zasoby ropy naftowej znajdują się na półkuli północnej. Całkowity 75 kraje świata produkują ropę, ale 90% jej produkcji przypada na udział zaledwie 10 krajów. W pobliżu ? światowe rezerwy ropy naftowej znajdują się w krajach rozwijających się. (Nauczyciel dzwoni i pokazuje na mapie).
Główne kraje produkujące:
Arabia Saudyjska, USA, Rosja, Iran, Meksyk.
Jednocześnie więcej 4/5 zużycie ropy spada na udział krajów rozwiniętych gospodarczo, które są głównymi krajami importującymi:
Japonia, Europa zamorska, USA.
Olej w postaci surowej nie jest nigdzie używany, ale używa się produktów rafinowanych.
Rafinacja ropy naftowej
Nowoczesny zakład składa się z olejowego pieca grzewczego oraz kolumny destylacyjnej, w której olej jest rozdzielany na frakcje - poszczególne mieszaniny węglowodorów według ich temperatur wrzenia: benzyna, nafta, nafta. Piec posiada długą rurę zwiniętą w wężownicę. Piec jest ogrzewany produktami spalania oleju opałowego lub gazu. Olej jest w sposób ciągły dostarczany do wężownicy: tam jest podgrzewany do 320 - 350 0 C w postaci mieszaniny cieczy i pary i wchodzi do kolumny destylacyjnej. Kolumna destylacyjna to stalowy cylindryczny aparat o wysokości około 40m. Posiada wewnątrz kilkadziesiąt przegród poziomych z otworami - tzw. Opary oleju wchodzące do kolumny unoszą się i przechodzą przez otwory w płytach. Ponieważ stopniowo stygną, gdy poruszają się w górę, częściowo upłynniają. Mniej lotne węglowodory skraplają się już na pierwszych płytach, tworząc frakcję oleju napędowego; bardziej lotne węglowodory są zbierane powyżej i tworzą frakcję nafty; jeszcze wyższa - frakcja benzyny ciężkiej. Najbardziej lotne węglowodory opuszczają kolumnę w postaci par i po skropleniu tworzą benzynę. Część benzyny jest kierowana z powrotem do kolumny w celu „nawadniania”, co przyczynia się do lepszego trybu pracy. (Wpis w zeszycie). Benzyna - zawiera węglowodory C5 - C11, wrzące w zakresie od 40 0 C do 200 0 C; benzyna ciężka - zawiera węglowodory C8 - C14 o temperaturze wrzenia od 120°C do 240°C nafta - zawiera węglowodory C12 - C18, wrzące w temperaturze od 180°C do 300°C; olej napędowy - zawiera węglowodory C13 - C15, oddestylowane w temperaturze od 230 0 C do 360 0 C; oleje smarowe - C16 - C28, gotować w temperaturze 350 0 C i wyższej.
Po destylacji lekkich produktów z oleju pozostaje lepka czarna ciecz - olej opałowy. Jest cenną mieszaniną węglowodorów. Oleje smarowe otrzymywane są z oleju opałowego poprzez dodatkową destylację. Niedestylowana część oleju opałowego nazywana jest smołą, która jest wykorzystywana w budownictwie i przy brukowaniu dróg (demonstracja fragmentu wideo). Najcenniejszą frakcją bezpośredniej destylacji ropy naftowej jest benzyna. Jednak wydajność tej frakcji nie przekracza 17-20% wagowych ropy naftowej. Powstaje problem: jak sprostać stale rosnącym potrzebom społeczeństwa w zakresie paliw samochodowych i lotniczych? Rozwiązanie znalazł pod koniec XIX wieku rosyjski inżynier Władimir Grigorjewicz Szuchow. W 1891 roku po raz pierwszy przeprowadził przemysłową Pękanie frakcja naftowa oleju, co pozwoliło zwiększyć uzysk benzyny do 65-70% (w przeliczeniu na ropę naftową). Dopiero za rozwój procesu termicznego krakingu produktów naftowych, wdzięczna ludzkość zapisała złotymi literami imię tej wyjątkowej osoby w historii cywilizacji.
Produkty otrzymane w wyniku rektyfikacji ropy poddawane są obróbce chemicznej, która obejmuje szereg złożonych procesów, jednym z nich jest kraking produktów naftowych (od angielskiego „Cracking” – rozszczepianie). Wyróżnia się kilka rodzajów krakingu: termiczny, katalityczny, kraking wysokociśnieniowy, redukcyjny. Kraking termiczny polega na rozszczepieniu pod wpływem wysokiej temperatury (470-550 0 C) cząsteczek węglowodorów o długim łańcuchu na krótsze. W procesie tego podziału wraz z alkanami powstają alkeny:
Obecnie kraking katalityczny jest najczęstszy. Przeprowadzany jest w temperaturze 450-500 0 C, ale z większą prędkością i pozwala na uzyskanie benzyny wyższej jakości. W warunkach krakingu katalitycznego wraz z reakcjami rozszczepiania zachodzą reakcje izomeryzacji, czyli przemiany węglowodorów o normalnej strukturze w węglowodory rozgałęzione.
Izomeryzacja wpływa na jakość benzyny, ponieważ obecność węglowodorów rozgałęzionych znacznie zwiększa jej liczbę oktanową. Kraking odnosi się do tzw. wtórnych procesów rafinacji ropy naftowej. Szereg innych procesów katalitycznych, takich jak reforming, jest również klasyfikowanych jako wtórne. Reformowanie- to aromatyzacja benzyn poprzez ich podgrzanie w obecności katalizatora np. platyny. W tych warunkach alkany i cykloalkany są przekształcane w węglowodory aromatyczne, w wyniku czego znacznie wzrasta również liczba oktanowa benzyny.
Ekologia i pole naftowe
W przypadku produkcji petrochemicznej szczególnie istotny jest problem środowiska. Produkcja ropy wiąże się z kosztami energii i zanieczyszczeniem środowiska. Niebezpiecznym źródłem zanieczyszczenia oceanów jest wydobycie ropy naftowej na morzu, oceany są również zanieczyszczane podczas transportu ropy. Każdy z nas widział w telewizji konsekwencje wypadków tankowców. Czarne, zaolejone brzegi, czarne fale, duszące się delfiny, Ptaki, których skrzydła są w lepkim oleju opałowym, ludzie w kombinezonach ochronnych zbierający olej łopatami i wiadrami. Chciałbym przytoczyć dane o poważnej katastrofie ekologicznej, która miała miejsce w Cieśninie Kerczeńskiej w listopadzie 2007 roku. Do wody dostało się 2000 ton produktów naftowych i około 7000 ton siarki. Najbardziej ucierpiała w wyniku katastrofy Mierzeja Tuzla, która znajduje się na styku Morza Czarnego i Azowskiego, oraz Mierzeja Czuszki. Po wypadku olej opałowy osiadł na dnie, co zabiło małą muszlę w kształcie serca, główne pożywienie mieszkańców morza. Odbudowa ekosystemu zajmie 10 lat. Zginęło ponad 15 tysięcy ptaków. Litr oleju po wpadnięciu do wody rozprowadza się po jej powierzchni plamami po 100 m2. Film olejowy, chociaż bardzo cienki, tworzy barierę nie do pokonania na drodze tlenu z atmosfery do słupa wody. W rezultacie zaburzony zostaje reżim tlenowy i ocean. "dusić". Plankton, który jest podstawą, umiera łańcuch pokarmowy ocean. Obecnie około 20% powierzchni Oceanu Światowego pokryte jest wyciekami ropy, a obszar dotknięty zanieczyszczeniami ropopochodnymi powiększa się. Oprócz tego, że Ocean Światowy pokryty jest filmem olejnym, możemy go również obserwować na lądzie. Na przykład na polach naftowych Zachodnia Syberia rocznie rozlewa się więcej ropy, niż może pomieścić tankowiec - do 20 mln ton. Około połowa tej ropy ląduje na ziemi w wyniku wypadków, reszta to „planowane” fontanny i wycieki podczas uruchamiania studni, wierceń poszukiwawczych i napraw rurociągów. Największy obszar gruntów skażonych ropą według Komisji do spraw środowisko Jamalsko-Nieniecki Okręg Autonomiczny, przypada na dzielnicę Purovsky.
ZIEMNY I ZWIĄZANY GAZ NAFTOWY
Gaz ziemny zawiera węglowodory o niskiej masie cząsteczkowej, główne składniki to metan. Jego zawartość w gazie z różnych złóż waha się od 80% do 97%. Oprócz metanu - etan, propan, butan. Nieorganiczne: azot - 2%; CO2; H2O; H2S, gazy szlachetne. Podczas spalania gazu ziemnego uwalniane jest dużo ciepła.
Pod względem właściwości gaz ziemny jako paliwo przewyższa nawet ropę, jest bardziej kaloryczny. To najmłodsza gałąź przemysłu paliwowego. Gaz jest jeszcze łatwiejszy do wydobycia i transportu. Jest to najbardziej ekonomiczne ze wszystkich paliw. To prawda, że są też wady: złożony międzykontynentalny transport gazu. Cysterny - obornik metanowy, transportujący gaz w stanie skroplonym, to konstrukcje niezwykle złożone i drogie.
Znajduje zastosowanie jako: efektywne paliwo, surowiec w przemyśle chemicznym, do produkcji acetylenu, etylenu, wodoru, sadzy, tworzyw sztucznych, kwasu octowego, barwników, leków itp. produkcja. Gaz z ropy naftowej zawiera mniej metanu, ale więcej propanu, butanu i innych wyższych węglowodorów. Gdzie jest produkowany gaz?
Ponad 70 krajów świata ma komercyjne rezerwy gazu. Co więcej, podobnie jak w przypadku ropy, kraje rozwijające się posiadają bardzo duże rezerwy. Ale produkcja gazu prowadzona jest głównie przez kraje rozwinięte. Mają możliwość jej wykorzystania lub sposób na sprzedaż gazu do innych krajów, które są z nimi na tym samym kontynencie. Międzynarodowy handel gazem jest mniej aktywny niż handel ropą. Około 15% produkowanego na świecie gazu trafia na rynek międzynarodowy. Prawie 2/3 światowej produkcji gazu przypada na Rosję i USA. Niewątpliwie wiodącym regionem wydobycia gazu nie tylko w naszym kraju, ale i na świecie jest Jamalsko-Nieniecki Okręg Autonomiczny, gdzie branża ta rozwija się od 30 lat. Nasze miasto Nowy Urengoj jest słusznie uznawane za stolicę gazu. Największe złoża to Urengoyskoye, Yamburgskoye, Medvezhye, Zapolyarnoye. Pole Urengoj znajduje się w Księdze Rekordów Guinnessa. Zasoby i produkcja złoża są wyjątkowe. Zbadane zasoby przekraczają 10 bilionów. m 3 , 6 bln. m 3. W 2008 r. JSC "Gazprom" planuje wyprodukować 598 mld m 3 "błękitnego złota" na złożu Urengoj.
Gaz i ekologia
Niedoskonałość technologii wydobycia ropy i gazu, ich transport powoduje ciągłe spalanie objętości gazu w zespołach ciepłowniczych tłoczni oraz w pochodniach. Stacje sprężarkowe odpowiadają za około 30% tych emisji. Około 450 000 ton gazu ziemnego i towarzyszącego jest spalane rocznie w instalacjach pochodni, a ponad 60 000 ton zanieczyszczeń przedostaje się do atmosfery.
Ropa, gaz, węgiel to cenne surowce dla przemysłu chemicznego. W najbliższym czasie znajdą zastępstwo w kompleksie paliwowo-energetycznym naszego kraju. Obecnie naukowcy szukają sposobów na wykorzystanie energii słonecznej i wiatrowej, paliwa jądrowego w celu całkowitego zastąpienia ropy naftowej. Wodór to najbardziej obiecujące paliwo przyszłości. Ograniczenie zużycia oleju w energetyce cieplnej to droga nie tylko do jego bardziej racjonalnego wykorzystania, ale także do zachowania tego surowca dla przyszłych pokoleń. Surowce węglowodorowe powinny być wykorzystywane wyłącznie w przemyśle przetwórczym w celu uzyskania różnorodnych produktów. Niestety sytuacja jeszcze się nie zmienia i aż 94% produkowanego oleju jest wykorzystywane jako paliwo. D. I. Mendelejew mądrze powiedział: „Spalanie oleju jest tym samym, co podgrzewanie pieca banknotami”.
Pamiętaj: destylacja (destylacja) to metoda rozdzielania mieszaniny lotnych cieczy poprzez stopniowe odparowanie, a następnie kondensację.
Olej. Rafinacja ropy naftowej
Wiele substancji organicznych, z którymi masz do czynienia w Życie codzienne, - tworzywa sztuczne, farby, detergenty, leki, lakiery, rozpuszczalniki - są syntetyzowane z węglowodorów. W przyrodzie istnieją trzy główne źródła węglowodorów - ropa naftowa, gaz ziemny i węgiel.
Olej to jeden z najważniejszych minerałów. Nie sposób wyobrazić sobie naszego życia bez oleju i jego produktów. Nie bez powodu kraje bogate w ropę odgrywają ważną rolę w światowej gospodarce.
Ropa to ciemna, oleista ciecz znajdująca się w skorupie ziemskiej (ryc. 29.1). Jest to jednorodna mieszanina kilkuset substancji – głównie węglowodorów nasyconych o liczbie atomów węgla w cząsteczce od 1 do 40.
Do przetwarzania tej mieszaniny stosuje się zarówno metody fizyczne, jak i chemiczne. Najpierw olej rozdzielany jest na proste mieszaniny - frakcje - przez destylację (destylację lub rektyfikację), polegającą na tym, że różne substancje w składzie oleju gotują się różne temperatury(Tabela 12). Destylacja odbywa się w kolumnie destylacyjnej ze znacznym ogrzewaniem (ryc. 29.2). Frakcje o najwyższych temperaturach wrzenia, rozkładające się w wysoka temperatura destylowany pod zmniejszonym ciśnieniem.
Tabela 12. Frakcje z destylacji oleju
Liczba atomów węgla w cząsteczkach |
Temperatura wrzenia, °С |
Podanie |
|
Powyżej 200 stopni Celsjusza |
|||
Paliwo samochodowe |
|||
Paliwo, surowce do syntezy |
|||
Benzyna lotnicza |
|||
olej napędowy |
|||
Ciężki olej napędowy (olej opałowy) |
Paliwo dla elektrociepłowni |
||
Rozkłada się po podgrzaniu, destylowany pod zmniejszonym ciśnieniem |
Produkcja asfaltu, bitumu, parafiny, smarów, paliwa do kotłów |
Ukraina jest dość bogata w zasoby ropy naftowej. Główne złoża są skoncentrowane w trzech regionach naftowo-gazowych: wschodnim (obwody sumski, połtawski, czernihowski i charkowski), zachodnim (obwody lwowskie i iwanofrankowskie) i południowym (obwód czarnomorski, szelfy Morza Azowskiego i Morza Czarnego). Zasoby ropy naftowej na Ukrainie szacowane są na około 2 mld ton, ale znaczna ich część koncentruje się na dużych głębokościach (5-7 km). Roczna produkcja ropy na Ukrainie wynosi około 2 mln ton, podczas gdy zapotrzebowanie to 16 mln ton, więc niestety Ukraina nadal jest zmuszona do importu znacznych ilości ropy.
Chemiczna obróbka produktów naftowych
Niektóre produkty destylacji ropy mogą być użyte natychmiast bez dalszego przetwarzania - są to benzyna i nafta, ale stanowią one tylko 20-30% ropy. Ponadto benzyna po destylacji jest kiepskiej jakości (o niskiej liczbie oktanowej, czyli sprężona w silniku wybucha i nie wypala się). Silnik pracujący na takim paliwie wydaje charakterystyczne stukanie i szybko się psuje. Aby poprawić jakość benzyny i zwiększyć jej uzysk, olej poddawany jest obróbce chemicznej.
Jedną z najważniejszych metod chemicznej rafinacji ropy naftowej jest kraking (od angielskiego do crack - split, break, ponieważ pękanie występuje, gdy łańcuchy węglowe są zerwane) (ryc. 29.3). Po podgrzaniu do 500 ° C bez dostępu powietrza w obecności specjalnych katalizatorów, długie cząsteczki alkanu rozpadają się na mniejsze. Podczas krakingu węglowodory nasycone tworzą mieszaninę lekkich węglowodorów nasyconych i nienasyconych, na przykład:
Proces ten zwiększa wydajność benzyny i nafty. Taka benzyna jest czasami nazywana benzyną krakowaną.
Jedną z cech decydujących o jakości benzyny jest liczba oktanowa, która wskazuje na możliwość detonacji (wybuchu) mieszanki paliwowo-powietrznej w silniku. Im wyższa liczba oktanowa, tym mniejsze prawdopodobieństwo detonacji, a tym samym wyższa jakość benzyny. Heptan nie nadaje się jako paliwo silnikowe, jest bardziej podatny na detonację, natomiast izooktan (2,2,4-trimetylopentan) ma przeciwne właściwości – prawie nie detonuje w silniku. Te dwie substancje stały się podstawą skali do określania jakości benzyny – skali liczby oktanowej. W tej skali heptan wynosi 0, a izooktan 100. Według tej skali 95-oktanowa benzyna ma takie same właściwości detonacyjne jak mieszanina 95% izooktanu i 5% heptanu.
Rafinacja ropy naftowej odbywa się w specjalnych przedsiębiorstwach - rafineriach ropy naftowej. Prowadzona jest tam zarówno rektyfikacja ropy naftowej, jak i obróbka chemiczna powstałych produktów naftowych. Na Ukrainie działa sześć rafinerii ropy naftowej: w Odessie, Krzemieńczugu, Chersoniu, Lisiczańsku, Nadworniańsku i Drohobyczu. Łączna zdolność produkcyjna wszystkich ukraińskich rafinerii ropy naftowej przekracza 52 mln ton rocznie.
Gazu ziemnego
Drugim najważniejszym źródłem surowców węglowodorowych jest gaz ziemny, którego głównym składnikiem jest metan (93-99%). Gaz ziemny wykorzystywany jest przede wszystkim jako wydajne paliwo. Podczas spalania nie powstaje ani popiół, ani trujący tlenek węgla, dlatego gaz ziemny uważany jest za paliwo przyjazne dla środowiska.
Duża ilość gazu ziemnego jest wykorzystywana przez przemysł chemiczny. Przerób gazu ziemnego sprowadza się głównie do produkcji węglowodorów nienasyconych oraz gazu syntezowego. Etylen i acetylen powstają w wyniku eliminacji wodoru z niższych alkanów:
Gaz syntezowy - mieszanina tlenku węgla(II) i wodoru - otrzymuje się przez ogrzewanie metanu parą wodną:
Z tej mieszaniny, przy użyciu różnych katalizatorów, syntetyzowane są związki zawierające tlen - alkohol metylowy, kwas octowy itp.
Po przepuszczeniu przez katalizator kobaltowy gaz syntezowy jest przekształcany w mieszaninę alkanów, którą jest benzyna syntetyczna:
Węgiel
Innym źródłem węglowodorów jest węgiel. W przemyśle chemicznym jest przetwarzany przez koksowanie - podgrzewanie do 1000 ° C bez dostępu powietrza (ryc. 29.5, s. 170). W tym przypadku powstaje koks i smoła węglowa, których masa stanowi zaledwie kilka procent masy węgla. Koks jest używany jako środek redukujący w metalurgii (np. do pozyskiwania żelaza z jego tlenków).
Smoła węglowa zawiera kilkaset związków organicznych, głównie węglowodorów aromatycznych, które pozyskuje się z niej na drodze destylacji.
Węgiel kamienny jest również używany jako paliwo, ale powoduje to duże problemy ekologiczne. Po pierwsze, węgiel zawiera niepalne zanieczyszczenia, które podczas spalania paliwa zamieniają się w żużle; po drugie, węgiel zawiera niewielkie ilości związków siarki i azotu, których spalanie wytwarza tlenki zanieczyszczające atmosferę. Pod względem zasobów węgla Ukraina zajmuje jedno z pierwszych miejsc na świecie. Na terytorium równym 0,4% świata na Ukrainie koncentruje się ok. 5% światowych rezerw surowców energetycznych, z czego 95% to węgiel kamienny (ok. 54 mld ton). W 2015 roku wydobycie węgla wyniosło 40 mln ton, czyli prawie o połowę mniej niż w 2011 roku. Dziś na Ukrainie jest 300 kopalń węgla kamiennego, a 40% z nich produkuje węgiel koksowy (który można przerobić na koks). Produkcja koncentruje się głównie w obwodach Doniecka, Ługańska, Dniepropietrowska i Wołynia.
Zadanie językowe
W języku greckim pyro oznacza „ogień”, a liza oznacza „rozkład”. Jak myślisz, dlaczego terminy „pękanie” i „piroliza” są często używane zamiennie?
Kluczowy pomysł
Głównymi źródłami węglowodorów dla przemysłu są ropa naftowa, węgiel i gaz ziemny. W celu wydajniejszego wykorzystania te zasoby naturalne muszą zostać przetworzone w celu wyizolowania poszczególnych substancji lub mieszanin.
pytania testowe
334. Wymień główne naturalne źródła węglowodorów.
335. Jaka jest podstawa fizycznej metody rozdzielania oleju na frakcje?
336. Na jakie frakcje rozdziela się olej podczas destylacji? Opisz ich zastosowanie. Dla jakiego produktu rafinacji oleju jest najbardziej wartościowy nowoczesne społeczeństwo?
337. Jaka jest różnica między najważniejszymi produktami naftowymi pod względem składu chemicznego?
338. Korzystając z informacji zawartych w tym i poprzednich paragrafach, opisz zastosowanie gazu ziemnego w przemyśle chemicznym.
339. Jakie główne produkty wydobywa się z węgla koksowego?
340. Dlaczego węgiel jest podgrzewany bez dostępu powietrza podczas przeróbki?
341. Dlaczego gaz ziemny jest lepszy niż węgiel jako paliwo?
342. Jakie substancje i materiały otrzymuje się w wyniku przetwarzania węgla i gazu ziemnego?
Zadania do opanowania materiału
343. Podczas krakingu węglowodoru C 20 H 42 powstają dwa produkty o tej samej liczbie atomów węgla w cząsteczkach. Napisz równanie reakcji.
344. Co to jest? podstawowa różnica olej krakingowy z rektyfikacji?
345. Dlaczego uważasz, że nie jest możliwe przekształcenie oleju w benzynę o więcej niż 20% podczas bezpośredniej destylacji oleju?
346. Analizuj ryc. 29.2 i opisz sposób destylacji oleju.
347. Wykonaj równania reakcji otrzymywania etylenu i acetylenu ze składników gazu ziemnego.
348. Jednym ze składników benzyny jest węglowodór C 8 H 18 . Napisz równanie reakcji jego otrzymywania z tlenku węgla(II) i wodoru.
349. Po całkowitym spaleniu benzyny w silniku powstaje dwutlenek węgla i woda. Napisz równanie reakcji spalania benzyny zakładając, że składa się ona z węglowodorów o składzie C 8 H 18 .
350. Spaliny samochodowe zawierają substancje toksyczne: tlenek węgla(II) i tlenek azotu(N). Wyjaśnij, jakie reakcje chemiczne powstały w wyniku.
351. Ile razy po zapaleniu zwiększy się objętość mieszanki paliwowo-powietrznej składającej się z 40 ml par oktanowych i 3 litrów powietrza? Przy obliczaniu załóż, że powietrze zawiera 20% tlenu (objętościowo).
352. Benzyna sprzedawana w ciepłym klimacie zawiera węglowodory o większej masie cząsteczkowej niż benzyna sprzedawana w zimnym klimacie. Zasugeruj, dlaczego rafinerie to robią.
353*. Olej zawiera tak wiele cennych substancji organicznych, że D. I. Mendelejew powiedział: „Spalanie oleju w piecu jest prawie takie samo, jak spalanie banknotów”. Jak rozumiesz to stwierdzenie? Zaproponuj sposoby racjonalnego wykorzystania naturalnych źródeł węglowodorów.
354*. W dodatkowych źródłach znajdź informacje o materiałach i substancjach, dla których surowcem jest ropa naftowa, gaz ziemny lub węgiel. Czy można je wytwarzać bez użycia naturalnych źródeł węglowodorów? Czy ludzkość może odmówić użycia tych materiałów? Uzasadnij odpowiedź.
355*. Wykorzystując wiedzę zdobytą na lekcjach geografii w klasach 8 i 9, opisz obecne i przyszłe zagłębie oraz obszary wydobycia węgla, ropy naftowej, gazu ziemnego na Ukrainie. Czy lokalizacja przedsiębiorstw zajmujących się przerobem tych źródeł węglowodorów jest skoordynowana z ich złożami.
To jest materiał podręcznikowy.
Najważniejszymi źródłami węglowodorów są naturalne i towarzyszące gazy ropopochodne, ropa i węgiel.
Według rezerw gazu ziemnego pierwsze miejsce na świecie należy do naszego kraju. Gaz ziemny zawiera węglowodory o niskiej masie cząsteczkowej. Ma następujący przybliżony skład (objętościowo): 80-98% metan, 2-3% jego najbliższych homologów - etan, propan, butan oraz niewielka ilość zanieczyszczeń - siarkowodór H 2 S, azot N 2 , gazy szlachetne , tlenek węgla (IV ) CO 2 i para wodna H 2 O . Skład gazu jest specyficzny dla każdego pola. Istnieje następujący wzór: im wyższa względna masa cząsteczkowa węglowodoru, tym mniej jest on zawarty w gazie ziemnym.
Gaz ziemny jest powszechnie stosowany jako tanie paliwo o wysokiej kaloryczności (spalanie 1m 3 uwalnia do 54400 kJ). To jest jeden z najlepsze widoki paliwo na potrzeby domowe i przemysłowe. Ponadto gaz ziemny jest cennym surowcem dla przemysłu chemicznego: do produkcji acetylenu, etylenu, wodoru, sadzy, różnych tworzyw sztucznych, kwasu octowego, barwników, leków i innych produktów.
Powiązane gazy ropopochodne znajdują się w złożach razem z ropą: są w niej rozpuszczone i znajdują się nad ropą, tworząc gazowy „korek”. Podczas wydobywania oleju na powierzchnię, gazy są od niego oddzielane w wyniku gwałtownego spadku ciśnienia. Wcześniej gazy towarzyszące nie były wykorzystywane i były spalane podczas wydobycia ropy naftowej metoda flary. Obecnie są wychwytywane i wykorzystywane jako paliwo oraz cenne surowce chemiczne. Gazy towarzyszące zawierają mniej metanu niż gaz ziemny, ale więcej etanu, propanu, butanu i wyższych węglowodorów. Ponadto zawierają w zasadzie te same zanieczyszczenia, co w gazie ziemnym: H 2 S, N 2, gazy szlachetne, para H 2 O, CO 2 . Poszczególne węglowodory (etan, propan, butan itp.) są ekstrahowane z towarzyszących gazów, ich przetwarzanie umożliwia otrzymanie poprzez odwodornienie węglowodorów nienasyconych - propylenu, butylenu, butadienu, z których następnie syntetyzuje się kauczuki i tworzywa sztuczne. Jako paliwo domowe stosuje się mieszankę propanu i butanu (gaz płynny). Benzyna naturalna (mieszanina pentanu i heksanu) stosowana jest jako dodatek do benzyny w celu lepszego zapłonu paliwa podczas uruchamiania silnika. W wyniku utleniania węglowodorów powstają kwasy organiczne, alkohole i inne produkty.
Olej- oleista łatwopalna ciecz o barwie ciemnobrązowej lub prawie czarnej o charakterystycznym zapachu. Jest lżejszy od wody (= 0,73–0,97 g/cm3), praktycznie nierozpuszczalny w wodzie. Ze względu na skład olej jest złożoną mieszaniną węglowodorów o różnych masach cząsteczkowych, więc nie ma określonej temperatury wrzenia.
Olej składa się głównie z ciekłych węglowodorów (rozpuszczają się w nich stałe i gazowe węglowodory). Zwykle są to alkany (głównie o normalnej budowie), cykloalkany i areny, których proporcje w olejach z różnych dziedzin są bardzo zróżnicowane. Olejek Ural zawiera więcej aren. Oprócz węglowodorów olej zawiera tlen, siarkę i azotowe związki organiczne.
Zwykle nie stosuje się ropy naftowej. Aby uzyskać wartościowe technicznie produkty z oleju poddaje się go obróbce.
Przetwarzanie pierwotne olej polega na jego destylacji. Destylacja prowadzona jest w rafineriach po oddzieleniu towarzyszących gazów. Podczas destylacji ropy naftowej otrzymuje się lekkie produkty naftowe:
benzyna ( t kip \u003d 40–200 ° С) zawiera węglowodory С 5 -С 11,
benzyna ( t kip \u003d 150–250 ° С) zawiera węglowodory С 8 -С 14,
nafta ( t kip \u003d 180–300 ° С) zawiera węglowodory С 12 - С 18,
olej napędowy ( t kip > 275 °C),
aw pozostałej części - lepka czarna ciecz - olej opałowy.
Olej poddawany jest dalszej obróbce. Jest destylowany pod zmniejszonym ciśnieniem (aby zapobiec rozkładowi) i wyodrębnia się oleje smarowe: wrzeciono, silnik, cylinder itp. Wazelina i parafina są izolowane z oleju opałowego niektórych gatunków oleju. Pozostałość po destylacji oleju opałowego - smoła - po częściowym utlenieniu służy do produkcji asfaltu. Główną wadą rafinacji ropy naftowej jest niska wydajność benzyny (nie więcej niż 20%).
Produkty destylacji ropy naftowej mają różne zastosowania.
Benzyna stosowany w dużych ilościach jako paliwo lotnicze i samochodowe. Zwykle składa się z węglowodorów zawierających średnio od 5 do 9 atomów C w cząsteczkach. Ropa Stosowany jest jako paliwo do ciągników, a także rozpuszczalnik w przemyśle farb i lakierów. Duże ilości są przetwarzane na benzynę. Nafta oczyszczona Wykorzystywany jest jako paliwo do ciągników, samolotów odrzutowych i rakiet, a także na potrzeby domowe. olej słoneczny - olej napędowy- używany jako paliwo silnikowe, oraz oleje smarowe- do smarowania mechanizmów. Wazelina stosowane w medycynie. Składa się z mieszaniny ciekłych i stałych węglowodorów. Parafina stosowany do otrzymywania wyższych kwasów karboksylowych, do impregnacji drewna przy produkcji zapałek i ołówków, do produkcji świec, past do butów itp. Składa się z mieszaniny stałych węglowodorów. olej opałowy oprócz przerobu na oleje smarowe i benzynę jest stosowany jako paliwo płynne do kotłów.
Na wtórne metody przetwarzania olej to zmiana struktury węglowodorów, które składają się na jego skład. Wśród tych metod duże znaczenie ma kraking węglowodorów ropopochodnych, który prowadzi się w celu zwiększenia uzysku benzyny (do 65-70%).
Pękanie- proces rozszczepiania węglowodorów zawartych w oleju, w wyniku którego powstają węglowodory o mniejszej liczbie atomów C w cząsteczce. Istnieją dwa główne rodzaje krakingu: termiczne i katalityczne.
Pękanie termiczne odbywa się poprzez ogrzewanie surowca (oleju opałowego itp.) w temperaturze 470–550 °C i ciśnieniu 2–6 MPa. W tym przypadku cząsteczki węglowodorów o dużej liczbie atomów C są dzielone na cząsteczki o mniejszej liczbie atomów zarówno węglowodorów nasyconych, jak i nienasyconych. Na przykład:
(mechanizm radykalny),
W ten sposób uzyskuje się głównie benzynę samochodową. Jego produkcja z ropy sięga 70%. Pękanie termiczne zostało odkryte przez rosyjskiego inżyniera W.G. Szuchowa w 1891 roku.
kraking katalityczny przeprowadzana w obecności katalizatorów (zwykle glinokrzemianów) w temperaturze 450–500 °C i ciśnienie atmosferyczne. W ten sposób uzyskuje się benzynę lotniczą z wydajnością do 80%. Ten rodzaj krakingu poddawany jest głównie frakcjom nafty i oleju napędowego. W krakingu katalitycznym wraz z reakcjami rozszczepiania zachodzą reakcje izomeryzacji. W wyniku tych ostatnich powstają węglowodory nasycone o rozgałęzionym węglowym szkielecie cząsteczek, co poprawia jakość benzyny:
Benzyna z krakingu katalitycznego jest wyższej jakości. Proces jej pozyskiwania przebiega znacznie szybciej, przy mniejszym zużyciu energii cieplnej. Ponadto podczas krakingu katalitycznego powstaje stosunkowo dużo węglowodorów rozgałęzionych (izozwiązków), które mają duże znaczenie dla syntezy organicznej.
Na t= 700 °C i powyżej, zachodzi piroliza.
Piroliza- rozkład substancji organicznych bez dostępu powietrza w wysokiej temperaturze. Podczas pirolizy oleju głównymi produktami reakcji są nienasycone węglowodory gazowe (etylen, acetylen) oraz węglowodory aromatyczne - benzen, toluen itp. Ponieważ piroliza oleju jest jednym z najważniejszych sposobów otrzymywania węglowodorów aromatycznych, proces ten często nazywany jest aromatyzacją oleju.
Aromatyzacja– przekształcenie alkanów i cykloalkanów w areny. Gdy ciężkie frakcje produktów naftowych są ogrzewane w obecności katalizatora (Pt lub Mo), węglowodory zawierające 6-8 atomów C w cząsteczce są przekształcane w węglowodory aromatyczne. Procesy te zachodzą podczas reformingu (ulepszania benzyny).
Reformowanie- jest to aromatyzacja benzyn, przeprowadzana w wyniku ich podgrzania w obecności katalizatora np. Pt. W tych warunkach alkany i cykloalkany są przekształcane w węglowodory aromatyczne, w wyniku czego znacznie wzrasta również liczba oktanowa benzyny. Aromatyzacja służy do pozyskiwania poszczególnych węglowodorów aromatycznych (benzen, toluen) z benzynowych frakcji ropy naftowej.
W ostatnie lata węglowodory ropopochodne są szeroko stosowane jako źródło surowców chemicznych. W różny sposób służą do pozyskiwania substancji niezbędnych do produkcji tworzyw sztucznych, syntetycznych włókien tekstylnych, syntetycznego kauczuku, alkoholi, kwasów, syntetycznych detergentów, materiały wybuchowe, pestycydy, tłuszcze syntetyczne itp.
Węgiel podobnie jak gaz ziemny i ropa naftowa jest źródłem energii i cennym surowcem chemicznym.
Główną metodą przeróbki węgla jest spiekanie(sucha destylacja). Podczas koksowania (ogrzewanie do 1000–1200°C bez dostępu powietrza) otrzymuje się różne produkty: koks, smołę węglową, wodę smołową i gaz koksowniczy (schemat).
Schemat
Koks wykorzystywany jest jako reduktor w produkcji żelaza w zakładach hutniczych.
Smoła węglowa służy jako źródło węglowodorów aromatycznych. Poddawany jest destylacji rektyfikacyjnej i otrzymuje się benzen, toluen, ksylen, naftalen, a także fenole, związki zawierające azot itp.
Z wody smołowej otrzymuje się amoniak, siarczan amonu, fenol itp.
Gaz koksowniczy służy do ogrzewania pieców koksowniczych (spalanie 1 m 3 uwalnia ok. 18 000 kJ), ale poddawany jest głównie obróbce chemicznej. Pozyskiwany jest więc z niej wodór do syntezy amoniaku, który jest następnie wykorzystywany do produkcji nawozów azotowych, a także metanu, benzenu, toluenu, siarczanu amonu i etylenu.
Wysyłanie dobrej pracy do bazy wiedzy jest proste. Skorzystaj z poniższego formularza
Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy korzystający z bazy wiedzy w swoich studiach i pracy będą Ci bardzo wdzięczni.
Wysłany dnia http://www.allbest.ru/
MOSKWA KOMITET EDUKACJI
BIURO DZIELNICY POŁUDNIOWO-WSCHODNIEJ
Średni Szkoła ogólnokształcąca№506 z dogłębnym studium ekonomii
NATURALNE ŹRÓDŁA WĘGLOWODORÓW, ICH PRODUKCJA I ZASTOSOWANIE
Kowczegin Igor 11b
Tiszczenko Witalij 11b
ROZDZIAŁ 1. GEOCHEMIA ROPY I POSZUKIWANIA
1.1 Pochodzenie paliw kopalnych
1.2 Skały gazowe i olejowe
ROZDZIAŁ 2. ŹRÓDŁA NATURALNE
ROZDZIAŁ 3. PRZEMYSŁOWA PRODUKCJA WĘGLOWODORÓW
ROZDZIAŁ 4. RAFINACJA OLEJU
4.1 Destylacja frakcyjna
4.2 Pękanie
4.3 Reformowanie
4.4 Odsiarczanie
ROZDZIAŁ 5. ZASTOSOWANIA WĘGLOWODORÓW
5.1 Alkany
5.2 Alkeny
5.3 Alkiny
ROZDZIAŁ 6. ANALIZA STANU PRZEMYSŁU NAFTOWEGO
ROZDZIAŁ 7. CECHY I GŁÓWNE TENDENCJE W PRZEMYŚLE NAFTOWYM
WYKAZ UŻYWANEJ LITERATURY
ROZDZIAŁ 1. GEOCHEMIA ROPY I POSZUKIWANIA
1 .1 Pochodzenie paliw kopalnych
Pierwsze teorie, które uwzględniały zasady determinujące występowanie złóż ropy naftowej, ograniczały się zwykle głównie do kwestii miejsca jej gromadzenia. Jednak w ciągu ostatnich 20 lat stało się jasne, że aby odpowiedzieć na to pytanie, należy zrozumieć, dlaczego, kiedy i w jakich ilościach powstała ropa w danym basenie, a także zrozumieć i ustalić procesy jako w wyniku czego powstała, migrowała i gromadziła się. Informacje te są niezbędne do poprawy efektywności poszukiwań ropy naftowej.
Powstawanie zasobów węglowodorów, według współczesnych poglądów, nastąpiło w wyniku złożonej sekwencji procesów geochemicznych (patrz ryc. 1) wewnątrz pierwotnych skał gazowych i naftowych. W procesach tych składniki różnych układów biologicznych (substancje pochodzenia naturalnego) zostały przekształcone w węglowodory oraz w mniejszym stopniu w związki polarne o różnej stabilności termodynamicznej - w wyniku wytrącania substancji pochodzenia naturalnego i późniejszego ich nakładania skały osadowe, pod wpływem podwyższonej temperatury i wysokie ciśnienie krwi w powierzchniowych warstwach skorupy ziemskiej. Pierwotna migracja produktów ciekłych i gazowych z pierwotnej warstwy ropy naftowej i ich późniejsza migracja wtórna (poprzez poziomy nośne, przesunięcia itp.) Do porowatych skał nasyconych ropopochodnymi prowadzi do powstania złóż materiałów węglowodorowych, dalsza migracja czemu zapobiega blokowanie osadów pomiędzy nieporowatymi warstwami skał .
W ekstraktach materii organicznej ze skał osadowych pochodzenia biogenicznego występują związki o takiej samej budowie chemicznej jak związki wyekstrahowane z ropy naftowej. Dla geochemii niektóre z tych związków mają szczególne znaczenie i są uważane za „markery biologiczne” („chemiczne skamieniałości”). Takie węglowodory mają wiele wspólnego ze związkami znajdującymi się w systemy biologiczne(np. lipidy, pigmenty i metabolity), z których pochodzi olej. Związki te nie tylko świadczą o biogenicznym pochodzeniu węglowodorów naturalnych, ale także dostarczają bardzo ważnych informacji o skałach gazonośnych i roponośnych, a także o charakterze dojrzewania oraz pochodzeniu, migracji i biodegradacji, które doprowadziły do powstania specyficznych złóż gazu i ropy .
Rysunek 1 Procesy geochemiczne prowadzące do powstania węglowodorów kopalnych.
1. 2 Skały naftowe i gazowe
Skała ropy naftowej jest uważana za drobno rozproszoną skałę osadową, która podczas naturalnego osadzania doprowadziła lub mogła doprowadzić do powstania i uwolnienia znacznych ilości ropy i (lub) gazu. Klasyfikacja takich skał opiera się na zawartości i rodzaju materii organicznej, stanie jej metamorficznej ewolucji (przemiany chemiczne zachodzące w temperaturach około 50-180 ° C), a także rodzaju i ilości węglowodorów, które można uzyskać z tego. Materia organiczna kerogen Kerogen (z greckiego keros, co oznacza „wosk” i gen, co oznacza „dawny”) - rozproszona w skałach materia organiczna, nierozpuszczalny w rozpuszczalnikach organicznych, nieutleniających kwasach mineralnych i zasadach. w skałach osadowych pochodzenia biogenicznego występuje w wielu różnych formach, ale można go podzielić na cztery główne typy.
1) Liptynici- mają bardzo wysoką zawartość wodoru, ale niską zawartość tlenu; ich skład wynika z obecności alifatycznych łańcuchów węglowych. Przypuszcza się, że liptynity powstały głównie z alg (zwykle ulegających rozkładowi bakteryjnemu). Posiadają dużą zdolność do przekształcania się w olej.
2) Wyjścia- mają wysoką zawartość wodoru (jednak niższą niż liptynity), bogate w łańcuchy alifatyczne i nasycone nafteny (węglowodory alicykliczne), a także pierścienie aromatyczne i grupy funkcyjne zawierające tlen. Ta materia organiczna powstaje z materiałów roślinnych, takich jak zarodniki, pyłki, łuski i inne strukturalne części roślin. Exinity mają dobrą zdolność do przekształcania się w kondensat ropny i gazowy.Kondensat jest mieszaniną węglowodorów, która jest gazowa w polu, ale kondensuje się w ciecz po wydobyciu na powierzchnię. , a na wyższych etapach przemiany metamorficznej w gaz.
3) witrszity- mają niską zawartość wodoru, wysoką zawartość tlenu i składają się głównie ze struktur aromatycznych z krótkimi łańcuchami alifatycznymi połączonymi grupami funkcyjnymi zawierającymi tlen. Powstają z ustrukturyzowanych materiałów drzewnych (lignocelulozowych) i mają ograniczoną zdolność do przekształcania się w ropę, ale dobrą zdolność do przekształcania się w gaz.
4) Zapalenie inertu to czarne, nieprzezroczyste skały klastyczne (o wysokiej zawartości węgla i niskiej zawartości wodoru), które powstały z silnie zmienionych prekursorów drzewnych. Nie mają możliwości przekształcenia się w ropę i gaz.
Głównymi czynnikami, za pomocą których rozpoznaje się skałę gazowo-naftową, jest zawartość kerogenu, rodzaj materii organicznej w kerogenie oraz etap ewolucji metamorficznej tej materii organicznej. Dobre skały ropopochodne i gazowe to takie, które zawierają 2-4% materii organicznej typu, z którego można utworzyć i uwolnić odpowiednie węglowodory. W sprzyjających warunkach geochemicznych powstawanie ropy może nastąpić ze skał osadowych zawierających materię organiczną, taką jak liptynit i eksinit. Powstawanie złóż gazu następuje najczęściej w skałach bogatych w witrynit lub w wyniku termicznego krakingu pierwotnie powstałej ropy.
W wyniku późniejszego zakopania osadów materii organicznej pod górne warstwy skał osadowych, substancja ta narażona jest na coraz wyższe temperatury, co prowadzi do termicznego rozkładu kerogenu i powstania ropy i gazu. Powstawanie ropy w ilościach interesujących dla przemysłowego rozwoju pola następuje w określone warunki w czasie i temperaturze (głębokość występowania), a czas powstawania jest dłuższy, tym niższa jest temperatura (jest to łatwe do zrozumienia, jeśli założymy, że reakcja przebiega zgodnie z równaniem pierwszego rzędu i ma zależność Arrheniusa od temperatury). Na przykład ta sama ilość ropy, która powstała w temperaturze 100°C w ciągu około 20 milionów lat, powinna powstać w temperaturze 90°C w ciągu 40 milionów lat, a w temperaturze 80°C w ciągu 80 milionów lat. Szybkość tworzenia się węglowodorów z kerogenu w przybliżeniu podwaja się na każde 10°C wzrostu temperatury. Jednakże skład chemiczny kerogen. może być niezwykle zróżnicowana, dlatego wskazaną zależność między czasem dojrzewania oleju a temperaturą tego procesu można traktować jedynie jako podstawę do przybliżonych szacunków.
Współczesne badania geochemiczne pokazują, że na szelfie kontynentalnym morze Północne co 100 m wzrostowi głębokości towarzyszy wzrost temperatury o około 3°C, co oznacza, że bogate w organiczne skały osadowe tworzyły płynne węglowodory na głębokości 2500-4000 m przez 50-80 mln lat. Wydaje się, że na głębokości 4000-5000 m utworzyły się lekkie oleje i kondensaty, a na głębokości ponad 5000 m metan (suchy gaz).
ROZDZIAŁ 2. ŹRÓDŁA NATURALNE
Naturalnymi źródłami węglowodorów są paliwa kopalne – ropa i gaz, węgiel i torf. Złoża ropy naftowej i gazu powstały 100-200 milionów lat temu z mikroskopijnych roślin i zwierząt morskich, które osadziły się w skałach osadowych, które utworzyły się na dnie morskim, natomiast węgiel i torf zaczęły powstawać 340 milionów lat temu z roślin rosnących na lądzie.
Gaz ziemny i ropa naftowa występują zwykle wraz z wodą w warstwach roponośnych położonych między warstwami skalnymi (ryc. 2). Termin „gaz ziemny” ma również zastosowanie do gazów, które powstają w naturalne warunki z rozkładu węgla. Gaz ziemny i ropa naftowa są wydobywane na każdym kontynencie z wyjątkiem Antarktydy. Najwięksi producenci gaz ziemny na świecie to Rosja, Algieria, Iran i Stany Zjednoczone. Największymi producentami ropy naftowej są Wenezuela, Arabia Saudyjska, Kuwejt i Iran.
Gaz ziemny składa się głównie z metanu (tabela 1).
Ropa naftowa to oleista ciecz, która może mieć kolor od ciemnobrązowego lub zielonego do prawie bezbarwnego. Zawiera dużą ilość alkanów. Wśród nich są alkany nierozgałęzione, alkany rozgałęzione i cykloalkany o liczbie atomów węgla od 5 do 40. Przemysłowa nazwa tych cykloalkanów jest dobrze znana. Ropa naftowa zawiera również około 10% węglowodorów aromatycznych, a także niewielkie ilości innych związków zawierających siarkę, tlen i azot.
Rysunek 2 Gaz ziemny i ropa naftowa znajdują się uwięzione między warstwami skalnymi.
Tablica 1 Skład gazu ziemnego
Węgiel to najstarsze źródło energii znane ludzkości. Jest to minerał (rys. 3), który powstał w procesie z materii roślinnej metamorfizm. Skały metamorficzne nazywane są skałami, których skład ulegał zmianom w warunkach wysokich ciśnień, a także wysokich temperatur. Produktem pierwszego etapu powstawania węgla jest torf, czyli rozłożona materia organiczna. Węgiel powstaje z torfu po pokryciu go skałami osadowymi. Te skały osadowe nazywane są przeciążonymi. Przeciążone opady zmniejszają wilgotność torfu.
W klasyfikacji węgli stosuje się trzy kryteria: czystość(określona przez względną zawartość węgla w procentach); rodzaj(określony przez skład oryginalnej materii roślinnej); stopień(w zależności od stopnia metamorfizmu).
Tabela 2. Zawartość węgla w niektórych paliwach i ich wartość opałowa
Węgle kopalne najniższej jakości to brązowy węgiel oraz węgiel brunatny(Tabela 2). Są najbliżej torfu i charakteryzują się stosunkowo niską zawartością węgla oraz dużą wilgotnością. Węgiel charakteryzuje się niższą zawartością wilgoci i znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle. Najsuchszym i najtwardszym gatunkiem węgla jest antracyt. Służy do ogrzewania domu i gotowania.
Ostatnio, dzięki postępowi technologicznemu, staje się coraz bardziej ekonomiczny. zgazowanie węgla. Produkty zgazowania węgla obejmują tlenek węgla, dwutlenek węgla, wodór, metan i azot. Wykorzystywane są jako paliwo gazowe lub jako surowiec do produkcji różnych produktów chemicznych i nawozów.
Węgiel, jak omówiono poniżej, jest ważnym źródłem surowców do produkcji związków aromatycznych.
Rysunek 3 Wariant modelu molekularnego węgla niskogatunkowego. Węgiel jest złożoną mieszaniną chemikaliów, która zawiera węgiel, wodór i tlen, a także niewielkie ilości azotu, siarki i zanieczyszczeń innych pierwiastków. Ponadto skład węgla, w zależności od jego gatunku, obejmuje inna ilość wilgoć i różne minerały.
Rysunek 4 Węglowodory znalezione w układach biologicznych.
Węglowodory występują naturalnie nie tylko w paliwach kopalnych, ale także w niektórych materiałach pochodzenia biologicznego. Kauczuk naturalny jest przykładem naturalnego polimeru węglowodorowego. Cząsteczka gumy składa się z tysięcy jednostek strukturalnych, którymi są metylobuta-1,3-dien (izopren); jego strukturę przedstawiono schematycznie na ryc. 4. Metylobuta-1,3-dien ma następującą strukturę:
kauczuk naturalny. Około 90% kauczuku naturalnego wydobywanego obecnie na świecie pochodzi z brazylijskiego drzewa kauczukowego Hevea brasiliensis, uprawianego głównie w kraje równikowe Azja. Sok tego drzewa, który jest lateksem (koloidalny wodny roztwór polimeru), zbiera się z nacięć wykonanych nożem na korze. Lateks zawiera około 30% gumy. Jego drobne cząsteczki są zawieszone w wodzie. Sok wlewa się do aluminiowych pojemników, do których dodawany jest kwas, który powoduje koagulację gumy.
Wiele innych naturalnych związków zawiera również fragmenty strukturalne izoprenu. Na przykład limonen zawiera dwie grupy izoprenowe. Limonen jest głównym składnikiem olejków pozyskiwanych ze skórek owoców cytrusowych, takich jak cytryny i pomarańcze. Związek ten należy do klasy związków zwanych terpenami. Terpeny zawierają w swoich cząsteczkach 10 atomów węgla (związki C10) i zawierają dwa fragmenty izoprenu połączone ze sobą szeregowo („głowa do ogona”). Związki z czterema fragmentami izoprenu (związki C20) nazywane są diterpenami, a z sześcioma fragmentami izoprenu - triterpenami (związki C30). Skwalen, znajdujący się w oleju z wątroby rekina, jest triterpenem. Tetraterpeny (związki C40) zawierają osiem fragmentów izoprenowych. Tetraterpeny znajdują się w barwnikach tłuszczów roślinnych i zwierzęcych. Ich kolor wynika z obecności długiego sprzężonego systemu podwójnych wiązań. Na przykład β-karoten odpowiada za charakterystyczny pomarańczowy kolor marchwi.
ROZDZIAŁ 3. PRZEMYSŁOWA PRODUKCJA WĘGLOWODORÓW
Alkany, alkeny, alkiny i areny są otrzymywane przez rafinację ropy naftowej (patrz poniżej). Węgiel jest również ważnym źródłem surowców do produkcji węglowodorów. W tym celu węgiel jest podgrzewany bez dostępu powietrza w piecu retortowym. Rezultatem jest koks, smoła węglowa, amoniak, siarkowodór i gaz węglowy. Proces ten nazywa się destrukcyjną destylacją węgla. W wyniku dalszej destylacji frakcyjnej smoły węglowej otrzymuje się różne areny (tabela 3). Gdy koks wchodzi w interakcję z parą, otrzymuje się gaz wodny:
Tablica 3 Niektóre związki aromatyczne otrzymane przez destylację frakcyjną smoły węglowej (smoły)
Alkany i alkeny można otrzymać z gazu wodnego za pomocą procesu Fischera-Tropscha. W tym celu gaz wodny jest mieszany z wodorem i przepuszczany przez powierzchnię katalizatora żelazowego, kobaltowego lub niklowego w podniesiona temperatura i pod ciśnieniem 200-300 atm.
Proces Fischera-Tropscha umożliwia również otrzymanie z gazu wodnego metanolu i innych związków organicznych zawierających tlen:
Reakcja ta jest przeprowadzana w obecności katalizatora tlenku chromu(III) w temperaturze 300°C i pod ciśnieniem 300 atm.
W krajach uprzemysłowionych węglowodory, takie jak metan i etylen, są coraz częściej produkowane z biomasy. Biogaz składa się głównie z metanu. Etylen można otrzymać przez odwodnienie etanolu, który powstaje w procesach fermentacji.
Dwuwęglik wapnia otrzymuje się również z koksu przez ogrzewanie jego mieszaniny z tlenkiem wapnia w temperaturach powyżej 2000°C w piecu elektrycznym:
Gdy dwuwęglik wapnia reaguje z wodą, powstaje acetylen. Taki proces otwiera kolejną możliwość syntezy nienasyconych węglowodorów z koksu.
ROZDZIAŁ 4. RAFINACJA OLEJU
Ropa naftowa to złożona mieszanina węglowodorów i innych związków. W tej formie jest mało używany. Najpierw jest przetwarzany na inne produkty, które mają praktyczne użycie. Dlatego też ropa naftowa jest transportowana tankowcami lub rurociągami do rafinerii.
Rafinacja ropy naftowej obejmuje szereg procesów fizycznych i chemicznych: destylację frakcyjną, kraking, reforming i odsiarczanie.
4.1 Destylacja frakcyjna
Ropa naftowa jest rozdzielana na wiele składników, poddając ją destylacji prostej, frakcyjnej i próżniowej. Charakter tych procesów, a także liczba i skład powstających frakcji olejowych zależą od składu ropy naftowej oraz wymagań dla poszczególnych jej frakcji.
Z ropy naftowej usuwa się przede wszystkim rozpuszczone w niej zanieczyszczenia gazowe, poddając ją prostej destylacji. Olej jest następnie poddawany destylacja pierwotna, w wyniku czego dzieli się na frakcje gazową, lekką i średnią oraz olej opałowy. Dalsza destylacja frakcyjna lekkich i średnich frakcji oraz destylacja próżniowa oleju opałowego prowadzi do powstania dużej liczby frakcji. W tabeli. 4 przedstawia zakresy temperatur wrzenia i skład różnych frakcji olejowych, a na ryc. 5 przedstawia schemat urządzenia kolumny do destylacji pierwotnej (rektyfikacyjnej) do destylacji oleju. Przejdźmy teraz do opisu właściwości poszczególnych frakcji olejowych.
Tabela 4 Typowe frakcje z destylacji oleju
Temperatura wrzenia, °С |
Liczba atomów węgla w cząsteczce |
|||
Benzyna (nafta) |
||||
Olej smarujący i wosk |
||||
Rysunek 5 Pierwotna destylacja ropy naftowej.
frakcja gazowa. Gazy uzyskiwane podczas rafinacji ropy naftowej to najprostsze nierozgałęzione alkany: etan, propan i butany. Frakcja ta ma przemysłową nazwę gaz rafineryjny (ropa naftowa). Jest usuwany z ropy naftowej przed poddaniem jej wstępnej destylacji lub oddzielany od frakcji benzynowej po wstępnej destylacji. Gaz rafineryjny wykorzystywany jest jako paliwo gazowe lub poddawany jest skraplaniu pod ciśnieniem w celu uzyskania skroplonego gazu ropopochodnego. Ten ostatni trafia do sprzedaży jako paliwo płynne lub jest wykorzystywany jako surowiec do produkcji etylenu w zakładach krakingu.
frakcja benzynowa. Frakcja ta służy do otrzymywania różnych gatunków paliwa silnikowego. Jest to mieszanina różnych węglowodorów, w tym alkanów prostych i rozgałęzionych. Charakterystyki spalania alkanów o łańcuchu prostym nie pasują idealnie do silników wewnętrzne spalanie. Dlatego frakcja benzynowa jest często poddawana reformingowi termicznemu w celu przekształcenia nierozgałęzionych cząsteczek w rozgałęzione. Przed użyciem frakcja ta jest zwykle mieszana z rozgałęzionymi alkanami, cykloalkanami i związkami aromatycznymi otrzymanymi z innych frakcji przez katalityczny kraking lub reforming.
O jakości benzyny jako paliwa silnikowego decyduje jej liczba oktanowa. Wskazuje procent objętościowy 2,2,4-trimetylopentanu (izooktanu) w mieszaninie 2,2,4-trimetylopentanu i heptanu (alkan o prostym łańcuchu), który ma taką samą charakterystykę spalania detonacyjnego jak badana benzyna.
Słabe paliwo silnikowe ma liczbę oktanową zerową, podczas gdy dobre paliwo ma liczbę oktanową 100. Liczba oktanowa frakcji benzyny otrzymywanej z ropy naftowej jest zwykle mniejsza niż 60. Charakterystykę spalania benzyny poprawia dodatek dodatek przeciwstukowy, który jest stosowany jako tetraetyloołów (IV) , Рb (С 2 Н 5) 4 . Tetraetyloołów jest bezbarwną cieczą otrzymywaną przez ogrzewanie chloroetanu ze stopem sodu i ołowiu:
Podczas spalania benzyny zawierającej ten dodatek powstają cząstki ołowiu i tlenku ołowiu(II). Spowalniają pewne etapy spalania paliwa benzynowego, a tym samym zapobiegają jego detonacji. Do benzyny dodaje się 1,2-dibromoetan razem z tetraetyloołowiem. Reaguje z ołowiem i ołowiem(II) tworząc bromek ołowiu(II). Ponieważ bromek ołowiu(II) jest związkiem lotnym, jest usuwany z silnika samochodu wraz ze spalinami.
Nafta (nafta). Ta frakcja z destylacji ropy naftowej jest uzyskiwana w przedziale między frakcjami benzyny i nafty. Składa się głównie z alkanów (tab. 5).
Benzyna jest również otrzymywana przez destylację frakcyjną frakcji oleju lekkiego otrzymanego ze smoły węglowej (tabela 3). Benzyna ze smoły węglowej ma wysoką zawartość węglowodorów aromatycznych.
Większość benzyny produkowanej w wyniku rafinacji ropy naftowej jest przekształcana w benzynę. Jednak znaczna jej część jest wykorzystywana jako surowiec do produkcji innych chemikaliów.
Tablica 5 Skład węglowodorów frakcji benzyny ciężkiej typowego oleju z Bliskiego Wschodu
Nafta oczyszczona. Frakcja naftowa destylacji ropy naftowej składa się z alkanów alifatycznych, naftalenów i węglowodorów aromatycznych. Część jest rafinowana do wykorzystania jako źródło nasyconych węglowodorów parafinowych, a druga część jest krakingowa w celu przekształcenia w benzynę. Jednak większość nafty jest wykorzystywana jako paliwo do samolotów odrzutowych.
olej napędowy. Ta frakcja rafinacji ropy naftowej jest znana jako olej napędowy. Niektóre z nich są krakowane w celu wytworzenia gazu rafineryjnego i benzyny. Jednak olej napędowy jest stosowany głównie jako paliwo do silników Diesla. W silniku wysokoprężnym paliwo zapala się pod wpływem wzrostu ciśnienia. Dlatego obywają się bez świec zapłonowych. Olej gazowy wykorzystywany jest również jako paliwo do pieców przemysłowych.
olej opałowy. Frakcja ta pozostaje po usunięciu wszystkich innych frakcji z oleju. Większość jest wykorzystywana jako paliwo płynne do ogrzewania kotłów i wytwarzania pary w zakładach przemysłowych, elektrowniach i silnikach okrętowych. Jednak część oleju opałowego jest poddawana destylacji próżniowej w celu uzyskania olejów smarowych i wosku parafinowego. Oleje smarowe są dalej rafinowane przez ekstrakcję rozpuszczalnikową. Ciemny, lepki materiał, który pozostaje po destylacji próżniowej oleju opałowego, nazywany jest „bitumem” lub „asfaltem”. Służy do produkcji nawierzchni drogowych.
Omówiliśmy, w jaki sposób destylacja frakcyjna i próżniowa, wraz z ekstrakcją rozpuszczalnikową, mogą rozdzielać ropę naftową na różne frakcje o praktycznym znaczeniu. Wszystkie te procesy są fizyczne. Ale procesy chemiczne są również wykorzystywane do rafinacji ropy naftowej. Procesy te można podzielić na dwa typy: kraking i reforming.
4.2 Pękanie
W tym procesie duże cząsteczki wysokowrzących frakcji ropy naftowej są rozkładane na mniejsze cząsteczki, które tworzą frakcje niskowrzące. Kraking jest konieczny, ponieważ zapotrzebowanie na niskowrzące frakcje ropy naftowej – zwłaszcza benzyny – często przewyższa możliwości ich uzyskania z destylacji frakcyjnej ropy naftowej.
W wyniku krakingu oprócz benzyny powstają również alkeny, które są niezbędne jako surowce dla przemysłu chemicznego. Z kolei kraking dzieli się na trzy główne typy: hydrokraking, kraking katalityczny i kraking termiczny.
Hydrokraking. Ten rodzaj krakingu umożliwia przekształcenie wysokowrzących frakcji olejowych (wosków i olejów ciężkich) we frakcje niskowrzące. Proces hydrokrakingu polega na tym, że frakcja przeznaczona do krakowania jest podgrzewana pod bardzo wysokim ciśnieniem w atmosferze wodoru. Prowadzi to do rozerwania dużych cząsteczek i dodania wodoru do ich fragmentów. W rezultacie powstają nasycone cząsteczki o małych rozmiarach. Hydrokraking służy do produkcji olejów napędowych i benzyn z cięższych frakcji.
kraking katalityczny. Ta metoda daje w wyniku mieszaninę produktów nasyconych i nienasyconych. Kraking katalityczny przeprowadza się w stosunkowo niskich temperaturach, a jako katalizator stosuje się mieszaninę krzemionki i tlenku glinu. W ten sposób z ciężkich frakcji olejowych uzyskuje się wysokiej jakości benzynę i nienasycone węglowodory.
Pękanie termiczne. Duże cząsteczki węglowodorów zawarte we frakcjach oleju ciężkiego można rozłożyć na mniejsze cząsteczki poprzez podgrzanie tych frakcji do temperatur powyżej ich temperatury wrzenia. Podobnie jak w krakingu katalitycznym, w tym przypadku otrzymuje się mieszaninę produktów nasyconych i nienasyconych. Na przykład,
Kraking termiczny jest szczególnie ważny przy produkcji nienasyconych węglowodorów, takich jak etylen i propen. Krakersy parowe są używane do krakingu termicznego. W tych jednostkach surowiec węglowodorowy jest najpierw podgrzewany w piecu do temperatury 800°C, a następnie rozcieńczany parą. Zwiększa to wydajność alkenów. Po rozbiciu dużych cząsteczek pierwotnych węglowodorów na mniejsze, gorące gazy są schładzane wodą do około 400°C, która jest przekształcana w sprężoną parę. Następnie schłodzone gazy trafiają do kolumny destylacyjnej (frakcyjnej), gdzie są schładzane do 40°C. Kondensacja większych cząsteczek prowadzi do powstania benzyny i oleju napędowego. Nieskondensowane gazy są sprężane w sprężarce napędzanej sprężoną parą uzyskaną z etapu chłodzenia gazu. Ostateczna separacja produktów odbywa się w kolumnach do destylacji frakcyjnej.
Tabela 6 Wydajność produktów krakingu parowego z różnych surowców węglowodorowych (% wag.)
Produkty |
Surowce węglowodorowe |
||
Buta-1,3-dien |
|||
Płynne paliwo |
W kraje europejskie Benzyna jest głównym surowcem do produkcji węglowodorów nienasyconych w procesie krakingu katalitycznego. W Stanach Zjednoczonych głównym surowcem do tego celu jest etan. Jest łatwo otrzymywany w rafineriach jako składnik gazu płynnego lub gazu ziemnego, a także z szybów naftowych jako składnik gazów towarzyszących. Propan, butan i olej gazowy są również wykorzystywane jako surowce do krakingu parowego. Produkty krakingu etanu i benzyny wymieniono w tabeli. 6.
Reakcje pękania przebiegają w sposób radykalny.
4.3 Reformowanie
W przeciwieństwie do procesów krakingu, które polegają na rozszczepieniu większych cząsteczek na mniejsze, procesy reformingu prowadzą do zmiany struktury cząsteczek lub ich połączenia w większe cząsteczki. Reforming jest stosowany w rafinacji ropy naftowej do przekształcania kawałków benzyny niskiej jakości w kawałki wysokiej jakości. Ponadto służy do pozyskiwania surowców dla przemysłu petrochemicznego. Procesy reformowania można podzielić na trzy typy: izomeryzacja, alkilacja oraz cyklizacja i aromatyzacja.
Izomeryzacja. W tym procesie cząsteczki jednego izomeru ulegają przegrupowaniu, tworząc inny izomer. Proces izomeryzacji jest bardzo ważny dla poprawy jakości frakcji benzynowej otrzymywanej po pierwotnej destylacji ropy naftowej. Wskazaliśmy już, że ta frakcja zawiera zbyt dużo nierozgałęzionych alkanów. Można je przekształcić w rozgałęzione alkany przez ogrzewanie tej frakcji do 500-600°C pod ciśnieniem 20-50 atm. Ten proces nazywa się reformowanie termiczne.
Do izomeryzacji alkanów o prostym łańcuchu może być również stosowany reforming katalityczny. Na przykład butan można izomeryzować do 2-metylopropanu przy użyciu katalizatora chlorku glinu w temperaturze 100°C lub wyższej:
Ta reakcja ma mechanizm jonowy, który odbywa się przy udziale karbokationów.
Alkilacja. W tym procesie alkany i alkeny powstające w wyniku krakingu są ponownie łączone w celu wytworzenia wysokogatunkowych benzyn. Takie alkany i alkeny zazwyczaj zawierają od dwóch do czterech atomów węgla. Proces prowadzony jest w niskiej temperaturze przy użyciu silnie kwaśnego katalizatora takiego jak kwas siarkowy:
Ta reakcja przebiega zgodnie z mechanizmem jonowym z udziałem karbokationu (CH 3) 3 C +.
Cyklizacja i aromatyzacja. Gdy benzyna i frakcje naftowe otrzymane w wyniku wstępnej destylacji ropy naftowej przepuszczane są nad powierzchnią katalizatorów takich jak tlenek platyny lub molibdenu(VI), na podłożu z tlenku glinu, w temperaturze 500°C i pod ciśnieniem 10-20 atm, cyklizacja następuje z późniejszą aromatyzacją heksanu i innych alkanów o dłuższych prostych łańcuchach:
Eliminacja wodoru z heksanu, a następnie z cykloheksanu nazywa się odwodornienie. Ten rodzaj reformingu jest zasadniczo jednym z procesów krakingu. Nazywa się to platformowaniem, reformowaniem katalitycznym lub po prostu reformowaniem. W niektórych przypadkach do układu reakcyjnego wprowadza się wodór, aby zapobiec całkowitemu rozkładowi alkanu na węgiel i utrzymać aktywność katalizatora. W tym przypadku proces ten nazywa się hydroformowaniem.
4.4 Usuwanie siarki
Ropa naftowa zawiera siarkowodór i inne związki zawierające siarkę. Zawartość siarki w oleju zależy od pola. Ropa pozyskiwana z szelfu kontynentalnego Morza Północnego ma niską zawartość siarki. Podczas destylacji ropy naftowej następuje rozkład związków organicznych zawierających siarkę, w wyniku czego powstaje dodatkowy siarkowodór. Siarkowodór dostaje się do frakcji gazu rafineryjnego lub LPG. Ponieważ siarkowodór ma właściwości słabego kwasu, można go usunąć, traktując produkty ropopochodne jakąś słabą zasadą. Siarka może być odzyskiwana z tak otrzymanego siarkowodoru przez spalanie siarkowodoru w powietrzu i przepuszczanie produktów spalania nad powierzchnią katalizatora z tlenku glinu w temperaturze 400°C. Ogólną reakcję tego procesu opisuje równanie
Około 75% całej siarki elementarnej wykorzystywanej obecnie przez przemysł krajów niesocjalistycznych pozyskiwane jest z ropy naftowej i gazu ziemnego.
ROZDZIAŁ 5. ZASTOSOWANIA WĘGLOWODORÓW
Około 90% całego produkowanego oleju jest wykorzystywane jako paliwo. Mimo że frakcja ropy naftowej wykorzystywana do produkcji petrochemikaliów jest niewielka, produkty te są bardzo ważne. Wiele tysięcy związków organicznych uzyskuje się z produktów destylacji ropy naftowej (tabela 7). Z nich z kolei wytwarza się tysiące produktów, które zaspokajają nie tylko pilne potrzeby współczesnego społeczeństwa, ale także potrzeby komfortu (ryc. 6).
Tabela 7 Surowce węglowodorowe dla przemysłu chemicznego
Produkty chemiczne |
||
Metanol, kwas octowy, chlorometan, etylen |
||
Chlorek etylu, tetraetyloołów(IV) |
||
Metalal, etanal |
||
Polietylen, polichloroetylen (polichlorek winylu), poliestry, etanol, etanal (aldehyd octowy) |
||
Polipropylen, propanon (aceton), propenal, propan-1,2,3-triol (gliceryna), propennitryl (akrylonitryl), epoksypropan |
||
Kauczuk syntetyczny |
||
Acetylen |
Chloroetylen (chlorek winylu), 1,1,2,2-tetrachloroetan |
|
(1-Metylo)benzen, fenol, polifenyloetylen |
Chociaż różne grupy produktów chemicznych wskazane na ryc. 6 są szeroko określane jako petrochemikalia, ponieważ pochodzą z ropy naftowej, należy zauważyć, że wiele produktów organicznych, zwłaszcza aromatycznych, jest przemysłowo otrzymywanych ze smoły węglowej i innych źródeł surowców. A jednak około 90% wszystkich surowców dla przemysłu organicznego pozyskuje się z ropy naftowej.
Poniżej omówimy kilka typowych przykładów pokazujących wykorzystanie węglowodorów jako surowców dla przemysłu chemicznego.
Rysunek 6 Zastosowania produktów petrochemicznych.
5.1 Alkany
Metan jest nie tylko jednym z najważniejszych paliw, ale ma też wiele innych zastosowań. Służy do uzyskania tzw gaz syntezowy lub syngaz. Podobnie jak gaz wodny, który powstaje z koksu i pary, gaz syntezowy jest mieszaniną tlenku węgla i wodoru. Gaz syntezowy jest wytwarzany przez ogrzewanie metanu lub benzyny ciężkiej do około 750°C pod ciśnieniem około 30 atm w obecności katalizatora niklowego:
Gaz syntezowy służy do produkcji wodoru w procesie Habera (synteza amoniaku).
Gaz syntezowy jest również wykorzystywany do produkcji metanolu i innych związków organicznych. W procesie otrzymywania metanolu gaz syntezowy przepuszczany jest nad powierzchnią katalizatora tlenku cynku i miedzi o temperaturze 250°C i ciśnieniu 50-100 atm, co prowadzi do reakcji
Stosowany w tym procesie gaz syntezowy musi być dokładnie oczyszczony z zanieczyszczeń.
Metanol łatwo poddaje się rozkładowi katalitycznemu, w którym ponownie otrzymuje się z niego gaz syntezowy. Jest bardzo wygodny w użyciu do transportu gazu syntezowego. Metanol jest jednym z najważniejszych surowców dla przemysłu petrochemicznego. Służy m.in. do otrzymywania kwasu octowego:
Katalizatorem tego procesu jest rozpuszczalny anionowy kompleks rodu. Metoda ta wykorzystywana jest do przemysłowej produkcji kwasu octowego, na który w wyniku procesu fermentacji zapotrzebowanie przekracza skalę jego produkcji.
Rozpuszczalne związki rodu mogą być w przyszłości wykorzystane jako katalizatory homogeniczne do produkcji etano-1,2-diolu z gazu syntezowego:
Reakcja ta przebiega w temperaturze 300°C i pod ciśnieniem około 500-1000 atm. Obecnie proces ten nie jest ekonomicznie opłacalny. Produkt tej reakcji (nazwa zwyczajowa to glikol etylenowy) jest używany jako środek przeciw zamarzaniu oraz do produkcji różnych poliestrów, takich jak terylen.
Metan jest również używany do produkcji chlorometanów, takich jak trichlorometan (chloroform). Chlorometany mają wiele zastosowań. Na przykład chlorometan wykorzystywany jest do produkcji silikonów.
Wreszcie metan jest coraz częściej wykorzystywany do produkcji acetylenu.
Ta reakcja przebiega w około 1500°C. W celu podgrzania metanu do tej temperatury spala się go w warunkach ograniczonego dostępu powietrza.
Etan ma również wiele ważnych zastosowań. Wykorzystywany jest w procesie otrzymywania chloroetanu (chlorku etylu). Jak wspomniano powyżej, do produkcji czteroetylu ołowiu(IV) stosuje się chlorek etylu. W Stanach Zjednoczonych etan jest ważnym surowcem do produkcji etylenu (tabela 6).
Propan odgrywa ważną rolę w przemysłowej produkcji aldehydów, takich jak metanal (formaldehyd) i etanal (aldehyd octowy). Substancje te są szczególnie ważne w przemyśle tworzyw sztucznych. Butan jest używany do produkcji buta-1,3-dienu, który, jak opisano poniżej, jest używany do produkcji kauczuku syntetycznego.
5.2 Alkeny
Etylen. Jednym z najważniejszych alkenów i ogólnie jednym z najważniejszych produktów przemysłu petrochemicznego jest etylen. Jest surowcem dla wielu tworzyw sztucznych. Wymieńmy je.
Polietylen. Polietylen jest produktem polimeryzacji etylenu:
Polichloroetylen. Ten polimer jest również nazywany polichlorkiem winylu (PVC). Otrzymuje się go z chloroetylenu (chlorku winylu), który z kolei otrzymuje się z etylenu. Całkowita reakcja:
1,2-Dichloroetan otrzymuje się w postaci cieczy lub gazu, stosując jako katalizator chlorek cynku lub chlorek żelaza(III).
Po podgrzaniu 1,2-dichloroetanu do temperatury 500°C pod ciśnieniem 3 atm w obecności pumeksu powstaje chloroetylen (chlorek winylu)
Inna metoda wytwarzania chloroetylenu polega na podgrzaniu mieszaniny etylenu, chlorowodoru i tlenu do 250°C w obecności chlorku miedzi(II) (katalizatora):
włókno poliestrowe. Przykładem takiego włókna jest terylen. Otrzymywany jest z etano-1,2-diolu, który z kolei jest syntetyzowany z epoksyetanu (tlenku etylenu) w następujący sposób:
Etano-1,2-diol (glikol etylenowy) jest również stosowany jako środek przeciw zamarzaniu oraz do produkcji detergentów syntetycznych.
Etanol otrzymuje się przez uwodnienie etylenu przy użyciu kwasu fosforowego na nośniku krzemionkowym jako katalizatora:
Do produkcji etanolu (aldehydu octowego) stosuje się etanol. Ponadto znajduje zastosowanie jako rozpuszczalnik do lakierów i lakierów, a także w przemyśle kosmetycznym.
Wreszcie, etylen jest również używany do produkcji chloroetanu, z którego, jak wspomniano powyżej, wytwarza się tetraetyloołów(IV), dodatek przeciwstukowy do benzyny.
propen. Propen (propylen), podobnie jak etylen, wykorzystywany jest do syntezy różnych produktów chemicznych. Wiele z nich znajduje zastosowanie w produkcji tworzyw sztucznych i gum.
Polipropen. Polipropen jest produktem polimeryzacji propenu:
Propanon i propenal. Propanon (aceton) jest szeroko stosowany jako rozpuszczalnik, a także do produkcji tworzywa sztucznego znanego jako pleksiglas (polimetakrylan metylu). Propanon otrzymuje się z (1-metyloetylo)benzenu lub z propan-2-olu. Ten ostatni otrzymuje się z propenu w następujący sposób:
Utlenianie propenu w obecności katalizatora tlenku miedzi(II) w temperaturze 350°C prowadzi do produkcji propenalu (aldehydu akrylowego): przerób ropy naftowej węglowodory
Propan-1,2,3-triol. Propan-2-ol, nadtlenek wodoru i propenal otrzymane w wyżej opisanym procesie mogą być użyte do otrzymywania propan-1,2,3-triolu (glicerolu):
Gliceryna wykorzystywana jest do produkcji folii celofanowej.
propennitryl (akrylonitryl). Związek ten jest używany do produkcji włókien syntetycznych, gumy i tworzyw sztucznych. Otrzymuje się go przepuszczając mieszaninę propenu, amoniaku i powietrza przez powierzchnię katalizatora molibdenianowego w temperaturze 450°C:
Metylobuta-1,3-dien (izopren). Kauczuki syntetyczne otrzymuje się przez ich polimeryzację. Izopren jest wytwarzany w następującym wieloetapowym procesie:
Propan epoksydowy używany do produkcji pianek poliuretanowych, poliestrów i syntetycznych detergentów. Jest syntetyzowany w następujący sposób:
But-1-en, but-2-en i buta-1,2-dien używany do produkcji kauczuków syntetycznych. Jeżeli jako surowce do tego procesu stosuje się buteny, to najpierw przekształca się je w buta-1,3-dien poprzez odwodornienie w obecności katalizatora – mieszaniny tlenku chromu(III) z tlenkiem glinu:
5. 3 Alkiny
Najważniejszym przedstawicielem wielu alkinów jest etyn (acetylen). Acetylen ma wiele zastosowań, takich jak:
- jako paliwo w palnikach tlenowo-acetylenowych do cięcia i spawania metali. Gdy acetylen spala się w czystym tlenie, w jego płomieniu powstają temperatury do 3000 °C;
- otrzymywanie chloroetylenu (chlorku winylu), chociaż etylen staje się obecnie najważniejszym surowcem do syntezy chloroetylenu (patrz wyżej).
- otrzymanie rozpuszczalnika 1,1,2,2-tetrachloroetanu.
5.4 Areny
Benzen i metylobenzen (toluen) są produkowane w dużych ilościach podczas rafinacji ropy naftowej. Ponieważ metylobenzen uzyskuje się w tym przypadku nawet w większych ilościach niż to konieczne, jego część przekształca się w benzen. W tym celu mieszaninę metylobenzenu z wodorem przepuszcza się przez powierzchnię katalizatora platynowego na nośniku z tlenku glinu w temperaturze 600°C pod ciśnieniem:
Ten proces nazywa się hydroalkilowanie.
Benzen jest używany jako surowiec do wielu tworzyw sztucznych.
(1-Metyloetylo)benzen(kumen lub 2-fenylopropan). Wykorzystywany jest do produkcji fenolu i propanu (acetonu). Fenol jest wykorzystywany w syntezie różnych gum i tworzyw sztucznych. Poniżej wymieniono trzy etapy procesu produkcji fenolu.
Poli(fenyloetylen)(polistyren). Monomerem tego polimeru jest fenyloetylen (styren). Pozyskiwany jest z benzenu:
ROZDZIAŁ 6. ANALIZA STANU PRZEMYSŁU NAFTOWEGO
Udział Rosji w światowej produkcji surowców mineralnych pozostaje wysoki i wynosi 11,6% ropy naftowej, 28,1% gazu i 12-14% węgla. Pod względem eksplorowanych zasobów mineralnych Rosja zajmuje wiodącą pozycję na świecie. Przy 10% terytorium okupowanym, 12-13% światowych rezerw ropy naftowej, 35% gazu i 12% węgla jest skoncentrowanych we wnętrzu Rosji. W strukturze bazy surowcowej kraju ponad 70% zasobów przypada na zasoby kompleksu paliwowo-energetycznego (ropa, gaz, węgiel). Całkowity koszt zbadanych i oszacowanych zasobów mineralnych wynosi 28,5 biliona dolarów, czyli o rząd wielkości wyższy niż koszt wszystkich sprywatyzowanych nieruchomości w Rosji.
Tabela 8 Kompleks paliwowo-energetyczny Federacji Rosyjskiej
Kompleks paliwowo-energetyczny jest kręgosłupem gospodarki krajowej: udział kompleksu paliwowo-energetycznego w całkowitym eksporcie w 1996 roku wyniesie prawie 40% (25 miliardów dolarów). Około 35% wszystkich dochodów budżetu federalnego za 1996 rok (121 z 347 bilionów rubli) ma pochodzić z działalności przedsiębiorstw kompleksu. Wyczuwalny jest udział kompleksu paliwowo-energetycznego w całkowitej ilości produktów rynkowych, które rosyjskie przedsiębiorstwa planują wyprodukować w 1996 r. Z 968 bilionów rubli. produktów rynkowych (w cenach bieżących) udział przedsiębiorstw paliwowo-energetycznych wyniesie prawie 270 bln rubli, czyli ponad 27% (tabela 8). Kompleks paliwowo-energetyczny pozostaje największym kompleksem przemysłowym, dokonując inwestycji kapitałowych (ponad 71 bilionów rubli w 1995 r.) i przyciągając inwestycje (1,2 miliarda dolarów z samego Banku Światowego w ciągu ostatnich dwóch lat) w przedsiębiorstwach wszystkich branż.
Przemysł naftowy Federacji Rosyjskiej rozwijał się intensywnie przez długi czas. Udało się to osiągnąć poprzez odkrycie i uruchomienie w latach 50-70 dużych wysokowydajnych złóż w regionie Ural-Wołga i zachodniej Syberii, a także budowę nowych i rozbudowę istniejących rafinerii ropy naftowej. Wysoka produktywność złóż pozwoliła na zwiększenie wydobycia ropy o 20-25 mln ton rocznie przy minimalnych nakładach kapitałowych i stosunkowo niskich kosztach zasobów materiałowych i technicznych. Jednocześnie jednak zagospodarowanie złóż odbywało się w niedopuszczalnie wysokim tempie (od 6 do 12% wycofywania pierwotnych rezerw), a przez te wszystkie lata infrastruktura i budownictwo mieszkaniowe poważnie pozostawały w tyle za ropą naftową. regiony produkujące. W 1988 r. maksymalna ilość kondensatu ropy i gazu została wyprodukowana w Rosji - 568,3 mln ton, czyli 91% ogólnounijnego wydobycia ropy naftowej. Wnętrzności terytorium Rosji i przyległe obszary wodne mórz zawierają około 90% sprawdzonych zasobów ropy naftowej wszystkich republik, które wcześniej były częścią ZSRR. Na całym świecie baza surowców mineralnych rozwija się zgodnie ze schematem rozrostu reprodukcji. Oznacza to, że rocznie trzeba przekazać rybakom o 10-15% więcej nowych złóż niż produkują. Jest to konieczne do utrzymania zrównoważonej struktury produkcji, aby przemysł nie doświadczał głodu surowcowego. W latach reform kwestia inwestycji w poszukiwania stała się dotkliwa. Wydobycie miliona ton ropy wymaga inwestycji w wysokości od dwóch do pięciu milionów dolarów. Co więcej, te fundusze zwrócą się dopiero po 3-5 latach. Tymczasem, aby zrekompensować spadek produkcji, konieczne jest wydobycie 250-300 mln ton ropy rocznie. W ciągu ostatnich pięciu lat zbadano 324 złoża ropy naftowej i gazu, oddano do eksploatacji 70-80 złóż. W 1995 roku na geologię wydano zaledwie 0,35% PKB (w byłym ZSRR koszty te były trzykrotnie wyższe). Istnieje stłumiony popyt na produkty geologów - zbadane złoża. Jednak w 1995 roku Służba Geologiczna nadal zdołała powstrzymać spadek produkcji w swoim przemyśle. Wolumen głębokich odwiertów poszukiwawczych w 1995 r. wzrósł o 9% w porównaniu z 1994 r. Z 5,6 bln rubli dofinansowania 1,5 bln rubli otrzymali geolodzy centralnie. Budżet Roskomnedry na 1996 rok wynosi 14 bilionów rubli, z czego 3 biliony to scentralizowane inwestycje. To tylko jedna czwarta inwestycji były ZSRR w geologii Rosji.
Baza surowcowa Rosji, z zastrzeżeniem utworzenia odpowiednich warunki ekonomiczne Rozwój poszukiwań geologicznych może zapewnić przez stosunkowo długi okres poziomy wydobycia niezbędne do zaspokojenia zapotrzebowania kraju na ropę. Należy wziąć pod uwagę, że w Federacji Rosyjskiej po latach siedemdziesiątych nie odkryto ani jednego dużego wysokoproduktywnego złoża, a nowo powiększone zasoby gwałtownie pogarszają się pod względem warunków. Na przykład, ze względu na warunki geologiczne, średnie natężenie przepływu jednego nowego odwiertu w regionie Tiumeń spadło ze 138 ton w 1975 r. do 10-12 ton w 1994 r., czyli ponad 10 razy. Znacząco wzrosły koszty środków finansowych i materialno-technicznych na stworzenie 1 tony nowych mocy. Stan zagospodarowania dużych wysokoproduktywnych złóż charakteryzuje się zagospodarowaniem rezerw w wysokości 60-90% początkowych zasobów wydobywalnych, co przesądziło o naturalnym spadku wydobycia ropy naftowej.
Ze względu na duże wyczerpywanie się dużych wysokoproduktywnych złóż, jakość zasobów uległa pogorszeniu, co wymaga zaangażowania znacznie większych środków finansowych i materialno-technicznych na ich zagospodarowanie. W związku z ograniczeniem finansowania w niedopuszczalny sposób zmniejszył się wolumen prac poszukiwawczych, a co za tym idzie, zmniejszył się przyrost rezerw ropy naftowej. Jeśli w latach 1986-1990. na Syberii Zachodniej wzrost rezerw wyniósł 4,88 mld ton, następnie w latach 1991-1995. ze względu na spadek wolumenu wierceń poszukiwawczych wzrost ten zmniejszył się prawie o połowę i wyniósł 2,8 mld t. W obecnych warunkach, aby zaspokoić potrzeby kraju, nawet w krótkim okresie, konieczne jest podjęcie działań rządowych aby zwiększyć pulę zasobów.
Przejście do relacji rynkowych dyktuje konieczność zmiany podejścia do tworzenia ekonomicznych warunków funkcjonowania przedsiębiorstw związanych z przemysłem wydobywczym. W przemyśle naftowym, który charakteryzuje się nieodnawialnymi zasobami cennych surowców mineralnych – ropy naftowej, dotychczasowe podejścia ekonomiczne wykluczają z zagospodarowania znaczną część zasobów ze względu na nieefektywność ich zagospodarowania według aktualnych kryteriów ekonomicznych. Szacunki pokazują, że ze względów ekonomicznych poszczególne spółki naftowe nie mogą prowadzić obrotu gospodarczego od 160 do 1057 mln ton rezerw ropy naftowej.
Przemysł naftowy, dysponujący znaczną dostępnością rezerw bilansowych, w ostatnich latach pogarszał swoją pracę. Średnio roczny spadek wydobycia ropy dla obecnego funduszu szacowany jest na 20%. Z tego powodu dla utrzymania osiągniętego poziomu wydobycia ropy w Rosji konieczne jest wprowadzenie nowych mocy 115-120 mln ton rocznie, co wymaga wykonania 62 mln m odwiertów wydobywczych, a de facto w 1991 roku 27,5 mln wywiercono metry, aw 1995 r. - 9,9 mln m.
Brak funduszy doprowadził do gwałtownego zmniejszenia wolumenu budownictwa przemysłowego i cywilnego, zwłaszcza na Syberii Zachodniej. W efekcie nastąpił spadek prac nad zagospodarowaniem złóż ropy naftowej, budową i przebudową systemów zbierania i transportu ropy, budową mieszkań, szkół, szpitali i innych obiektów, co było jedną z przyczyn napiętego społecznie sytuacji w regionach wydobywających ropę. Program budowy towarzyszących instalacji utylizacji gazu został przerwany. W efekcie rocznie spalanych jest ponad 10 miliardów m3 gazu ropopochodnego. Ze względu na niemożność odbudowy systemów rurociągów naftowych na polach stale dochodzi do licznych pęknięć rurociągów. Tylko w 1991 roku z tego powodu stracono ponad 1 milion ton ropy i wyrządzono ogromne szkody środowisku naturalnemu. Redukcja zamówień budowlanych doprowadziła do rozpadu potężnych organizacji budowlanych na Syberii Zachodniej.
Jedną z głównych przyczyn kryzysu w przemyśle naftowym jest również brak niezbędnego sprzętu polowego i rur. Średnio deficyt w zaopatrzeniu przemysłu w zasoby materiałowe i techniczne przekracza 30%. W ostatnich latach nie powstała ani jedna nowa duża jednostka produkcyjna do produkcji urządzeń naftowych, ponadto wiele zakładów o tym profilu zmniejszyło produkcję, a środki przeznaczone na zakupy walutowe nie wystarczały.
Ze względu na słabą logistykę liczba nieczynnych odwiertów produkcyjnych przekroczyła 25 000, w tym 12 000 nieczynnych odwiertów. Około 100 000 ton ropy jest tracone każdego dnia w studniach nieczynnych powyżej normy.
ostry problem dla dalszy rozwój Przemysł naftowy pozostaje słabo wyposażony w wysokowydajne maszyny i urządzenia do produkcji ropy i gazu. Do 1990 r. połowa wyposażenia technicznego w przemyśle była zużyta w ponad 50%, tylko 14% maszyn i urządzeń odpowiadało światowemu poziomowi, zapotrzebowanie na główne rodzaje produktów było zaspokajane średnio w 40-80 %. Ta sytuacja z zaopatrzeniem przemysłu w sprzęt była konsekwencją słabego rozwoju krajowego przemysłu naftowego. Dostawy importowe w łącznym wolumenie sprzętu osiągnęły 20%, oraz pewne rodzaje osiągnąć nawet 40%. Zakup rur sięga 40 - 50%.
...Podobne dokumenty
Wskazówki dotyczące wykorzystania węglowodorów, ich właściwości konsumenckie. Wprowadzenie technologii głębokiego przerobu węglowodorów, ich zastosowania jako czynników chłodniczych, cieczy roboczej czujników cząstek elementarnych, do impregnacji pojemników i materiałów opakowaniowych.
raport, dodany 07.07.2015
Rodzaje i skład gazów powstających podczas rozkładu węglowodorów ropopochodnych w procesach ich przetwarzania. Wykorzystanie instalacji do separacji gazów nasyconych i nienasyconych oraz mobilnych instalacji benzynowych. Przemysłowe zastosowanie gazów procesowych.
streszczenie, dodane 11.02.2014
Pojęcie gazów związanych z ropą jako mieszaniny węglowodorów, które są uwalniane w wyniku spadku ciśnienia, gdy ropa unosi się na powierzchnię Ziemi. Skład gazu towarzyszącego, cechy jego przetwarzania i wykorzystania, główne metody utylizacji.
prezentacja, dodana 11.10.2015
Charakterystyka najnowocześniejszy przemysł naftowy i gazowy w Rosji. Etapy procesu rafinacji pierwotnej oleju i wtórnej destylacji frakcji benzyny i oleju napędowego. Procesy cieplne technologii rafinacji ropy naftowej i technologii przeróbki gazu.
test, dodano 05/02/2011
Zadania przemysłu rafineryjnego i petrochemicznego. Cechy rozwoju przemysłu rafineryjnego na świecie. Charakter chemiczny, skład i właściwości fizyczne kondensat olejowy i gazowy. Instalacje przemysłowe pierwotnej rafinacji ropy naftowej.
przebieg wykładów, dodany 31.10.2012
Znaczenie procesu katalitycznego reformingu benzyn w nowoczesnej rafinacji ropy naftowej i petrochemii. Metody otrzymywania węglowodorów aromatycznych metodą reformingu na katalizatorach platynowych w ramach kompleksów do przerobu kondensatu ropy i gazu.
praca semestralna, dodano 16.06.2015
Właściwości fizyczne i chemiczne oleju. Pierwotne i wtórne procesy rafinacji ropy naftowej, ich klasyfikacja. Reformowanie i hydrorafinacja oleju. Kraking katalityczny i hydrokraking. Koksowanie i izomeryzacja oleju. Ekstrakcja aromatów jako rafinacja oleju.
praca semestralna, dodana 13.06.2012
Krzywa rzeczywistych punktów wrzenia oleju i bilans materiałowy zakładu do pierwotnego przetwarzania oleju. Potencjalna zawartość frakcji w oleju Wasiljewskim. Charakterystyka benzyn z rafinacji pierwotnej ropy naftowej, krakingu termicznego i katalitycznego.
praca laboratoryjna, dodano 14.11.2010
Funkcja i struktura organizacyjna CJSC "Pawłodar Zakład Petrochemiczny" Proces przygotowania oleju do przerobu: jego sortowanie, oczyszczanie z zanieczyszczeń, zasady pierwotnej rafinacji oleju. Urządzenie i działanie kolumn destylacyjnych, ich rodzaje, rodzaje połączeń.
raport z praktyki, dodano 29.11.2009
ogólna charakterystyka olej, określenie potencjalnej zawartości produktów naftowych. Wybór i uzasadnienie jednej z opcji rafinacji ropy naftowej, obliczenie bilansów materiałowych jednostek technologicznych oraz bilansu towarowego rafinerii ropy naftowej.
Głównymi źródłami węglowodorów są ropa naftowa, naturalne i towarzyszące gazy ropopochodne oraz węgiel. Ich rezerwy nie są nieograniczone. Zdaniem naukowców przy obecnym tempie produkcji i konsumpcji wystarczą: ropa na 30 - 90 lat, gaz na 50 lat, węgiel na 300 lat.
Olej i jego skład:
Olej jest oleistą cieczą od jasnobrązowej do ciemnobrązowej, barwy prawie czarnej o charakterystycznym zapachu, nie rozpuszcza się w wodzie, tworzy na powierzchni wody film, który nie przepuszcza powietrza. Olej jest oleistą cieczą o barwie od jasnobrązowej do ciemnobrązowej, prawie czarnej, o charakterystycznym zapachu, nie rozpuszcza się w wodzie, tworzy na powierzchni wody film, który nie przepuszcza powietrza. Olej to złożona mieszanina węglowodorów nasyconych i aromatycznych, cykloparafiny, a także niektórych związków organicznych zawierających heteroatomy - tlen, siarka, azot itp. Jakich tylko entuzjastycznych nazw nie nadawali ludzie naftowi: zarówno „Czarne złoto”, jak i „Krew ziemi”. Olej naprawdę zasługuje na nasz podziw i szlachetność.
Skład olejku to: parafinowy – składa się z alkanów o łańcuchu prostym i rozgałęzionym; naftenowy - zawiera nasycone węglowodory cykliczne; aromatyczny - obejmuje węglowodory aromatyczne (benzen i jego homologi). Pomimo złożonego składu składników, skład pierwiastkowy olejów jest mniej więcej taki sam: średnio 82-87% węglowodorów, 11-14% wodoru, 2-6% innych pierwiastków (tlen, siarka, azot).
Trochę historii .
W 1859 roku w USA, w stanie Pensylwania, 40-letni Edwin Drake przy pomocy własnej wytrwałości, wydobywając pieniądze na ropę i starą maszyną parową, wywiercił studnię o głębokości 22 metrów i wydobył pierwszą ropę z to.
Priorytet Drake'a jako pioniera w dziedzinie wydobycia ropy naftowej jest kwestionowany, ale jego nazwisko nadal kojarzy się z początkiem ery naftowej. Ropa została odkryta w wielu częściach świata. Ludzkość w końcu nabyła w dużych ilościach doskonałe źródło sztucznego oświetlenia ....
Jakie jest pochodzenie oleju?
Wśród naukowców dominowały dwa główne pojęcia: organiczne i nieorganiczne. Zgodnie z pierwszą koncepcją pozostałości organiczne zakopane w skałach osadowych z czasem ulegają rozkładowi, przekształcając się w ropę, węgiel i gaz ziemny; bardziej ruchliwa ropa i gaz gromadzą się wówczas w górnych warstwach skał osadowych z porami. Inni naukowcy twierdzą, że ropa powstaje na „dużych głębokościach płaszcza Ziemi”.
Rosyjski naukowiec - chemik D.I. Mendelejew był zwolennikiem koncepcji nieorganicznej. W 1877 r. zaproponował hipotezę mineralną (węglikową), zgodnie z którą pojawienie się ropy wiąże się z wnikaniem wody w głąb Ziemi wzdłuż uskoków, gdzie pod jej wpływem na „metale węglowe” uzyskuje się węglowodory.
Gdyby istniała hipoteza o kosmicznym pochodzeniu ropy - z węglowodorów zawartych w gazowej powłoce Ziemi, nawet w jej stanie gwiezdnym.
Gaz ziemny to „niebieskie złoto”.
Nasz kraj zajmuje pierwsze miejsce na świecie pod względem zasobów gazu ziemnego. Najważniejsze złoża tego cennego paliwa znajdują się na Syberii Zachodniej (Urengojskoje, Zapolarnoje), w dorzeczu Wołga-Ural (Wuktylskoje, Orenburgskoje), na Kaukazie Północnym (Stawropolskie).
Do produkcji gazu ziemnego zwykle stosuje się metodę przepływową. Aby gaz zaczął wypływać na powierzchnię wystarczy otworzyć odwiert wywiercony w złożu gazonośnym.
Gaz ziemny jest używany bez uprzedniej separacji, ponieważ jest oczyszczany przed transportem. W szczególności usuwane są z niego zanieczyszczenia mechaniczne, para wodna, siarkowodór i inne agresywne składniki ... .. A także bardzo propan, butan i cięższe węglowodory. Pozostały praktycznie czysty metan jest zużywany, Po pierwsze jako paliwo: wysoka kaloryczność; przyjazny dla środowiska, wygodny do wydobycia, transportu, spalania, ponieważ stan skupienia to gaz.
Po drugie, metan staje się surowcem do produkcji acetylenu, sadzy i wodoru; do produkcji węglowodorów nienasyconych, głównie etylenu i propylenu; do syntezy organicznej: alkohol metylowy, formaldehyd, aceton, kwas octowy i wiele innych.
Powiązany gaz naftowy
Towarzyszący gaz ropopochodny, ze względu na swoje pochodzenie, jest również gazem ziemnym. Otrzymał specjalną nazwę, ponieważ znajduje się w osadach wraz z olejem - jest w nim rozpuszczony. Podczas wyciągania oleju na powierzchnię oddziela się od niego z powodu gwałtownego spadku ciśnienia. Rosja zajmuje jedno z pierwszych miejsc pod względem powiązanych rezerw gazu i jego wydobycia.
Skład towarzyszącego gazu ropopochodnego różni się od gazu ziemnego - zawiera znacznie więcej etanu, propanu, butanu i innych węglowodorów. Ponadto zawiera tak rzadkie gazy na Ziemi, jak argon i hel.
Gaz towarzyszący jest cennym surowcem chemicznym, z którego można uzyskać więcej substancji niż z gazu ziemnego. Poszczególne węglowodory są również ekstrahowane do przeróbki chemicznej: etan, propan, butan itp. Węglowodory nienasycone otrzymuje się z nich w wyniku reakcji odwodornienia.
Węgiel
Zasoby węgla w przyrodzie znacznie przewyższają zasoby ropy naftowej i gazu. Węgiel to złożona mieszanina substancji, składająca się z różnych związków węgla, wodoru, tlenu, azotu i siarki. W skład węgla wchodzą takie substancje mineralne zawierające związki wielu innych pierwiastków.
Węgle kamienne mają skład: węgiel - do 98%, wodór - do 6%, azot, siarka, tlen - do 10%. Ale w naturze są też węgle brunatne. Ich skład: węgiel - do 75%, wodór - do 6%, azot, tlen - do 30%.
Główną metodą przeróbki węgla jest piroliza (kokokowanie) - rozkład substancji organicznych bez dostępu powietrza w wysokiej temperaturze (ok. 1000 C). W tym przypadku otrzymuje się następujące produkty: koks (sztuczne paliwo stałe o podwyższonej wytrzymałości, szeroko stosowane w metalurgii); smoła węglowa (stosowana w przemyśle chemicznym); gaz kokosowy (stosowany w przemyśle chemicznym oraz jako paliwo).
gaz koksowniczy
Związki lotne (gaz koksowniczy), powstające podczas termicznego rozkładu węgla, trafiają do ogólnego zbioru. Tutaj gaz koksowniczy jest schładzany i przepuszczany przez elektrofiltry w celu oddzielenia smoły węglowej. W kolektorze gazu woda kondensuje jednocześnie z żywicą, w której rozpuszczają się amoniak, siarkowodór, fenol i inne substancje. Wodór jest izolowany z nieskondensowanego gazu koksowniczego do różnych syntez.
Po destylacji smoły węglowej pozostaje ciało stałe - pak, który służy do przygotowania elektrod i smoły dekarskiej.
Rafinacja ropy naftowej
Rafinacja oleju lub rektyfikacja to proces termicznego rozdzielania oleju i produktów naftowych na frakcje w zależności od temperatury wrzenia.
Destylacja to proces fizyczny.
Istnieją dwie metody rafinacji oleju: fizyczna ( przetwarzanie pierwotne) i chemicznej (recykling).
Pierwotne przetwarzanie oleju odbywa się w kolumnie destylacyjnej - urządzeniu do rozdzielania ciekłych mieszanin substancji różniących się temperaturą wrzenia.
Frakcje olejowe i główne obszary ich zastosowania:
Benzyna - paliwo samochodowe;
Nafta - paliwo lotnicze;
Ligroin - produkcja tworzyw sztucznych, surowców do recyklingu;
Olej gazowy – olej napędowy i paliwo kotłowe, surowce do recyklingu;
Olej opałowy - paliwo fabryczne, parafiny, oleje smarne, bitum.
Metody usuwania plam po oleju :
1) Wchłanianie - Wszyscy znacie słomę i torf. Pochłaniają olej, po czym można je ostrożnie zebrać i wyjąć z późniejszym zniszczeniem. Ta metoda jest odpowiednia tylko w spokojnych warunkach i tylko na małe plamy. Metoda jest ostatnio bardzo popularna ze względu na niski koszt i wysoką wydajność.
Konkluzja: Metoda jest tania, zależna od warunków zewnętrznych.
2) Samolikwidacja: - tę metodę stosuje się, gdy olej rozlał się daleko od brzegu, a plama jest niewielka (w tym przypadku lepiej w ogóle nie dotykać plamy). Stopniowo rozpuści się w wodzie i częściowo wyparuje. Czasami olejek nie znika i po kilku latach do brzegu docierają drobne plamki w postaci kawałków śliskiej żywicy.
Podsumowując: nie stosuje się chemikaliów; olej długo utrzymuje się na powierzchni.
3) Biologiczne: Technologia oparta na wykorzystaniu mikroorganizmów zdolnych do utleniania węglowodorów.
Konkluzja: minimalne obrażenia; usuwanie oleju z powierzchni, ale metoda jest pracochłonna i czasochłonna.
- Likwidacja oficjalna czy alternatywna: co wybrać Wsparcie prawne likwidacji spółki - cena naszych usług jest niższa niż ewentualne straty
- Kto może być członkiem komisji likwidacyjnej Likwidator lub komisja likwidacyjna na czym polega różnica
- Wierzyciele zabezpieczeni upadłością – czy przywileje zawsze są dobre?
- Praca kierownika kontraktu zostanie prawnie opłacona Pracownik odrzuca proponowane połączenie