Natürliche Kohlenwasserstoffquellen: Gas, Öl, Koks. Ihre Verwendung als Brennstoff und in der chemischen Synthese

Kohlenwasserstoffe sind von großer wirtschaftlicher Bedeutung, da sie als wichtigster Rohstoff zur Gewinnung fast aller Produkte der modernen Industrie der organischen Synthese dienen und in großem Umfang energetisch genutzt werden. Sie scheinen Sonnenwärme und Energie zu speichern, die bei der Verbrennung freigesetzt werden. Torf, Kohle, Ölschiefer, Öl, natürliche und Erdölbegleitgase enthalten Kohlenstoff, dessen Verbindung mit Sauerstoff bei der Verbrennung mit der Freisetzung von Wärme einhergeht.

Kohle Torf Öl Erdgas
solide solide flüssig Gas
ohne Geruch ohne Geruch Starker Geruch ohne Geruch
einheitliche Zusammensetzung einheitliche Zusammensetzung Stoffgemisch Stoffgemisch
ein dunkel gefärbtes Gestein mit einem hohen Gehalt an brennbaren Stoffen, das durch die Einlagerung verschiedener Pflanzenansammlungen in den Sedimentschichten entsteht Ansammlung halbzersetzter Pflanzenmasse, die sich am Grund von Sümpfen und überwucherten Seen ansammelt natürliche brennbare ölige Flüssigkeit, besteht aus einer Mischung flüssiger und gasförmiger Kohlenwasserstoffe Ein Gasgemisch, das im Erdinneren bei der anaeroben Zersetzung organischer Substanzen entsteht. Das Gas gehört zur Gruppe der Sedimentgesteine
Brennwert – die Anzahl der Kalorien, die durch die Verbrennung von 1 kg Kraftstoff freigesetzt werden
7 000 - 9 000 500 - 2 000 10000 - 15000 ?

Kohle.

Kohle war schon immer ein vielversprechender Rohstoff für Energie und viele chemische Produkte.

Seit dem 19. Jahrhundert war der Transport der erste große Kohleverbraucher, dann wurde Kohle für die Stromerzeugung, Hüttenkoks, die Herstellung verschiedener Produkte bei der chemischen Verarbeitung, Kohlenstoff-Graphit-Strukturmaterialien, Kunststoffe, Bergwachs, synthetische, flüssige und gasförmige hochkalorische Kraftstoffe, stickstoffreiche Säuren zur Herstellung von Düngemitteln.

Kohle ist eine komplexe Mischung makromolekularer Verbindungen, die die folgenden Elemente umfasst: C, H, N, O, S. Kohle enthält wie Öl große Menge verschiedene organische Stoffe, aber auch anorganische Stoffe, wie Wasser, Ammoniak, Schwefelwasserstoff und natürlich Kohlenstoff selbst – Kohle.

Recycling harte Kohle geht in drei Hauptrichtungen: Verkokung, Hydrierung und unvollständige Verbrennung. Eine der Hauptarten der Kohleverarbeitung ist Verkokung– Kalzinierung ohne Luftzugang in Koksöfen bei einer Temperatur von 1000–1200 °C. Bei dieser Temperatur und ohne Zugang zu Sauerstoff durchläuft Kohle die komplexesten chemischen Umwandlungen, wodurch Koks und flüchtige Produkte entstehen:

1. Koksgas (Wasserstoff, Methan, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, Verunreinigungen von Ammoniak, Stickstoff und anderen Gasen);

2. Kohlenteer (mehrere hundert verschiedene organische Stoffe, darunter Benzol und seine Homologen, Phenol und aromatische Alkohole, Naphthalin und verschiedene heterozyklische Verbindungen);

3. Supra-Teer oder Ammoniakwasser (gelöstes Ammoniak sowie Phenol, Schwefelwasserstoff und andere Substanzen);

4. Koks (fester Verkokungsrückstand, praktisch reiner Kohlenstoff).

Der abgekühlte Koks wird an Hüttenwerke geschickt.

Beim Abkühlen der flüchtigen Produkte (Koksofengas) kondensieren Kohlenteer und Ammoniakwasser.

Durch das Leiten nicht kondensierter Produkte (Ammoniak, Benzol, Wasserstoff, Methan, CO 2 , Stickstoff, Ethylen usw.) durch eine Schwefelsäurelösung wird Ammoniumsulfat isoliert, das als Mineraldünger verwendet wird. Benzol wird im Lösungsmittel aufgenommen und aus der Lösung abdestilliert. Danach wird Koksgas als Brennstoff oder als chemischer Rohstoff verwendet. Kohlenteer wird in geringen Mengen (3 %) gewonnen. Aufgrund des Produktionsumfangs gilt Kohlenteer jedoch als Rohstoff für die Gewinnung einer Reihe organischer Stoffe. Wenn bis zu 350 °C siedende Produkte aus dem Harz ausgetrieben werden, bleibt eine feste Masse zurück – Pech. Es wird zur Herstellung von Lacken verwendet.

Die Hydrierung von Kohle erfolgt bei einer Temperatur von 400–600 °C und einem Wasserstoffdruck von bis zu 25 MPa in Gegenwart eines Katalysators. Dabei entsteht ein Gemisch aus flüssigen Kohlenwasserstoffen, das als Kraftstoff verwendet werden kann. Gewinnung flüssigen Brennstoffs aus Kohle. Flüssige synthetische Kraftstoffe sind Benzin, Diesel und Kesselkraftstoffe mit hoher Oktanzahl. Um aus Kohle flüssigen Brennstoff zu gewinnen, ist es notwendig, den Wasserstoffgehalt durch Hydrierung zu erhöhen. Die Hydrierung erfolgt im Mehrfachkreislauf, wodurch die gesamte organische Masse der Kohle verflüssigt und vergast wird. Der Vorteil dieser Methode ist die Möglichkeit der Hydrierung minderwertiger Braunkohle.

Durch die Kohlevergasung wird es möglich, minderwertige Braun- und Steinkohle in Wärmekraftwerken umweltschonend zu nutzen Umfeld Schwefelverbindungen. Dies ist die einzige Methode zur Herstellung von konzentriertem Kohlenmonoxid ( Kohlenmonoxid) CO. Bei der unvollständigen Verbrennung von Kohle entsteht Kohlenmonoxid (II). An einem Katalysator (Nickel, Kobalt) kann bei Normal- oder erhöhtem Druck aus Wasserstoff und CO Benzin mit gesättigten und ungesättigten Kohlenwasserstoffen hergestellt werden:

nCO + (2n+1)H 2 → C n H 2n+2 + nH 2 O;

nCO + 2nH 2 → C n H 2n + nH 2 O.

Bei der Trockendestillation von Kohle bei 500–550 °C entsteht Teer, der zusammen mit Bitumen in der Bauindustrie als Bindemittel bei der Herstellung von Dächern, Abdichtungsbeschichtungen (Dachmaterial, Dachpappe usw.) verwendet wird. usw.).

In der Natur kommt Kohle in folgenden Regionen vor: der Region Moskau, dem Südjakutsker Becken, dem Kusbass, dem Donbass, dem Petschora-Becken, dem Tunguska-Becken und dem Lena-Becken.

Erdgas.

Erdgas ist ein Gasgemisch, dessen Hauptbestandteil Methan CH 4 ist (von 75 bis 98 %, je nach Fachgebiet), der Rest ist Ethan, Propan, Butan und eine kleine Menge an Verunreinigungen – Stickstoff, Kohlenmonoxid (IV ), Schwefelwasserstoff und Dämpfe Wasser, und fast immer Schwefelwasserstoff und organische Ölverbindungen - Mercaptane. Sie verleihen dem Gas einen spezifischen unangenehmen Geruch und führen bei der Verbrennung zur Bildung von giftigem Schwefeldioxid SO 2.

Im Allgemeinen gilt: Je höher das Molekulargewicht des Kohlenwasserstoffs, desto weniger davon ist im Erdgas enthalten. Die Zusammensetzung von Erdgas aus verschiedenen Lagerstätten ist nicht gleich. Seine durchschnittliche Zusammensetzung in Volumenprozent ist wie folgt:

CH 4 C 2 H 6 C 3 H 8 C 4 H 10 N 2 und andere Gase
75-98 0,5 - 4 0,2 – 1,5 0,1 – 1 1-12

Methan entsteht bei der anaeroben (ohne Luftzugang) Vergärung pflanzlicher und tierischer Rückstände, daher entsteht es in Bodensedimenten und wird „Sumpfgas“ genannt.

Methanvorkommen in hydratisierter kristalliner Form, den sogenannten Methanhydrat, gefunden unter einer Permafrostschicht und in großen Tiefen der Ozeane. Bei niedrigen Temperaturen (−800 °C) und hohe Drücke Methanmoleküle befinden sich in den Hohlräumen des Kristallgitters von Wassereis. In den Eishohlräumen eines Kubikmeters Methanhydrat sind 164 Kubikmeter Gas „eingemottet“.

Methanhydratstücke sehen aus wie schmutziges Eis, aber an der Luft brennen sie mit einer gelb-blauen Flamme. Schätzungsweise 10.000 bis 15.000 Gigatonnen Kohlenstoff sind auf dem Planeten in Form von Methanhydrat gespeichert (ein Giga ist 1 Milliarde). Diese Mengen sind um ein Vielfaches größer als alle derzeit bekannten Erdgasreserven.

Erdgas ist eine erneuerbare natürliche Ressource, da es in der Natur kontinuierlich synthetisiert wird. Es wird auch „Biogas“ genannt. Daher verbinden viele Umweltwissenschaftler heute die Aussichten auf eine wohlhabende Existenz der Menschheit gerade mit der Nutzung von Gas als alternativem Kraftstoff.

Erdgas hat als Brennstoff große Vorteile gegenüber festen und flüssigen Brennstoffen. Sein Heizwert ist viel höher, bei der Verbrennung hinterlässt es keine Asche, die Verbrennungsprodukte sind viel umweltfreundlicher. Daher werden etwa 90 % der Gesamtmenge des geförderten Erdgases als Brennstoff in Wärmekraftwerken und Kesselhäusern, in thermischen Prozessen in Industriebetrieben und im Alltag verbrannt. Etwa 10 % des Erdgases werden als wertvoller Rohstoff für die chemische Industrie genutzt: zur Herstellung von Wasserstoff, Acetylen, Ruß, verschiedenen Kunststoffen und Medikamenten. Methan, Ethan, Propan und Butan werden aus Erdgas isoliert. Produkte, die aus Methan gewonnen werden können, sind von großer industrieller Bedeutung. Methan wird für die Synthese vieler organischer Substanzen verwendet – Synthesegas und darauf basierende weitere Synthese von Alkoholen; Lösungsmittel (Tetrachlorkohlenstoff, Methylenchlorid usw.); Formaldehyd; Acetylen und Ruß.

Erdgas bildet eigenständige Lagerstätten. Die Hauptvorkommen natürlicher brennbarer Gase befinden sich im Norden und im Norden Westsibirien, das Wolga-Ural-Becken, im Nordkaukasus (Stawropol), in der Republik Komi, Region Astrachan, die Barentssee.

Natürliche Quelle für Kohlenwasserstoffe
Seine Hauptmerkmale
Öl

Mehrstoffgemisch, das hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen besteht. Kohlenwasserstoffe werden hauptsächlich durch Alkane, Cycloalkane und Arene repräsentiert.
Vorbeigehen Erdölgas

Bei der Ölgewinnung entsteht ein Gemisch, das fast ausschließlich aus Alkanen mit einer langen Kohlenstoffkette von 1 bis 6 Kohlenstoffatomen besteht, daher der Ursprung des Namens. Es gibt einen Trend: Je niedriger das Molekulargewicht des Alkans, desto höher ist sein Anteil im Erdölbegleitgas.
Erdgas

Eine Mischung, die überwiegend aus Alkanen mit niedrigem Molekulargewicht besteht. Der Hauptbestandteil von Erdgas ist Methan. Sein Anteil kann je nach Gasfeld zwischen 75 und 99 % liegen. An zweiter Stelle in Bezug auf die Konzentration steht mit großem Abstand Ethan, Propan ist noch weniger enthalten usw.

Der grundlegende Unterschied zwischen Erdgas und Erdölbegleitgas besteht darin, dass der Anteil an Propan und isomeren Butanen im Erdölbegleitgas deutlich höher ist.
Kohle

Mehrkomponentengemisch aus verschiedenen Verbindungen von Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel. Außerdem enthält Kohle einen erheblichen Anteil an anorganischen Stoffen, deren Anteil deutlich höher ist als bei Erdöl.

Öl-Raffination

Öl ist ein Mehrkomponentengemisch aus verschiedenen Stoffen, hauptsächlich Kohlenwasserstoffen. Diese Komponenten unterscheiden sich hinsichtlich der Siedepunkte voneinander. Wenn also Öl erhitzt wird, verdampfen zuerst die am leichtesten siedenden Bestandteile, dann Verbindungen mit einem höheren Siedepunkt usw. Basierend auf diesem Phänomen primäre Ölraffinierung , bestehend aus Destillation (Berichtigung) Öl. Dieser Prozess wird als primär bezeichnet, da davon ausgegangen wird, dass im Verlauf keine chemischen Stoffumwandlungen stattfinden und das Öl nur in Fraktionen mit unterschiedlichen Siedepunkten aufgetrennt wird. Unten ist ein schematisches Diagramm einer Destillationskolonne mit kurze Beschreibung Der Destillationsprozess selbst:

Vor dem Rektifikationsprozess wird das Öl auf besondere Weise aufbereitet, nämlich durch die Entfernung von Wasserverunreinigungen mit darin gelösten Salzen und von festen mechanischen Verunreinigungen. Das so vorbereitete Öl gelangt in den Rohrofen, wo es auf eine hohe Temperatur (320-350 °C) erhitzt wird. Nach dem Erhitzen in einem Rohrofen gelangt das Hochtemperaturöl in den unteren Teil der Destillationskolonne, wo einzelne Fraktionen verdampfen und ihre Dämpfe in der Destillationskolonne aufsteigen. Je höher der Abschnitt der Destillationskolonne ist, desto niedriger ist ihre Temperatur. Somit werden folgende Brüche in unterschiedlichen Höhen genommen:

1) Destillationsgase (die ganz oben aus der Kolonne entnommen werden und deren Siedepunkt daher 40 ° C nicht überschreitet);

2) Benzinfraktion (Siedepunkt 35 bis 200 °C);

3) Naphtha-Fraktion (Siedepunkte von 150 bis 250 °C);

4) Kerosinfraktion (Siedepunkte von 190 bis 300 °C);

5) Dieselfraktion (Siedepunkt 200 bis 300 °C);

6) Heizöl (Siedepunkt über 350 °C).

Es ist zu beachten, dass die durchschnittlichen Fraktionen, die bei der Ölrektifikation isoliert werden, nicht den Standards für die Kraftstoffqualität entsprechen. Darüber hinaus entsteht bei der Öldestillation eine beträchtliche Menge Heizöl – bei weitem nicht das am meisten nachgefragte Produkt. Dabei besteht die Aufgabe nach der Primärverarbeitung des Öls darin, die Ausbeute an teureren, insbesondere Benzinfraktionen zu steigern sowie die Qualität dieser Fraktionen zu verbessern. Diese Aufgaben werden durch verschiedene Verfahren gelöst. Öl-Raffination , wie zum Beispiel knacken Undreformieren .

Es ist zu beachten, dass die Anzahl der bei der Sekundärverarbeitung von Öl verwendeten Prozesse viel größer ist und wir nur einige der wichtigsten ansprechen. Lassen Sie uns nun verstehen, was diese Prozesse bedeuten.

Cracken (thermisch oder katalytisch)

Dieser Prozess soll die Ausbeute der Benzinfraktion erhöhen. Zu diesem Zweck werden schwere Fraktionen wie Heizöl einer starken Erhitzung ausgesetzt, meist in Gegenwart eines Katalysators. Infolge einer solchen Wirkung zerfallen langkettige Moleküle, die Teil der schweren Fraktionen sind, und Kohlenwasserstoffe mit niedrigeren Fraktionen Molekulargewicht. Tatsächlich führt dies zu einer zusätzlichen Ausbeute einer wertvolleren Benzinfraktion als das ursprüngliche Heizöl. Die chemische Essenz dieses Prozesses spiegelt sich in der Gleichung wider:

Reformieren

Dieses Verfahren hat die Aufgabe, die Qualität der Benzinfraktion zu verbessern, insbesondere deren Klopffestigkeit (Oktanzahl) zu erhöhen. Diese Eigenschaft von Benzinen wird an Tankstellen angezeigt (92., 95., 98. Benzin usw.).

Durch den Reformierungsprozess erhöht sich der Anteil aromatischer Kohlenwasserstoffe in der Benzinfraktion, die neben anderen Kohlenwasserstoffen eine der höchsten Oktanzahlen aufweist. Eine solche Erhöhung des Anteils aromatischer Kohlenwasserstoffe wird hauptsächlich durch die während des Reformierungsprozesses ablaufenden Dehydrocyclisierungsreaktionen erreicht. Zum Beispiel bei ausreichender Erwärmung N-Hexan wird in Gegenwart eines Platinkatalysators in Benzol und n-Heptan auf ähnliche Weise in Toluol umgewandelt:

Kohleverarbeitung

Die Hauptmethode der Kohleverarbeitung ist Verkokung . Kohleverkokung bezeichnet den Prozess, bei dem Kohle ohne Luftzugang erhitzt wird. Gleichzeitig werden durch eine solche Erwärmung vier Hauptprodukte aus der Kohle isoliert:

1) Cola

Eine feste Substanz, die fast aus reinem Kohlenstoff besteht.

2) Kohlenteer

Enthält eine große Anzahl verschiedener überwiegend aromatischer Verbindungen, wie Benzol, seine Homologen, Phenole, aromatische Alkohole, Naphthalin, Naphthalin-Homologe usw.;

3) Ammoniakwasser

Trotz ihres Namens enthält diese Fraktion neben Ammoniak und Wasser auch Phenol, Schwefelwasserstoff und einige andere Verbindungen.

4) Koksofengas

Die Hauptbestandteile von Kokereigas sind Wasserstoff, Methan, Kohlendioxid, Stickstoff, Ethylen usw.

1. natürliche Quellen Kohlenwasserstoffe: Gas, Öl, Kohle. Ihre Verarbeitung und praktische Anwendung.

Die wichtigsten natürlichen Quellen für Kohlenwasserstoffe sind Erdöl, Erdöl und Erdölbegleitgase sowie Kohle.

Natürliche und assoziierte Erdölgase.

Erdgas ist ein Gasgemisch, dessen Hauptbestandteil Methan ist, der Rest ist Ethan, Propan, Butan und eine kleine Menge Verunreinigungen – Stickstoff, Kohlenmonoxid (IV), Schwefelwasserstoff und Wasserdampf. 90 % davon werden als Kraftstoff verbraucht, die restlichen 10 % dienen als Rohstoff für die chemische Industrie: zur Herstellung von Wasserstoff, Ethylen, Acetylen, Ruß, verschiedenen Kunststoffen, Medikamenten usw.

Erdölbegleitgas ist ebenfalls Erdgas, kommt aber zusammen mit Erdöl vor – es befindet sich über dem Erdöl oder ist darin unter Druck gelöst. Begleitgas enthält 30-50 % Methan, der Rest sind seine Homologen: Ethan, Propan, Butan und andere Kohlenwasserstoffe. Darüber hinaus enthält es die gleichen Verunreinigungen wie Erdgas.

Drei Fraktionen Begleitgas:

1. Benzin; es wird dem Benzin zugesetzt, um das Starten des Motors zu verbessern;

2. Propan-Butan-Gemisch; als Haushaltsbrennstoff verwendet;

3. Trockengas; dient der Herstellung von Acylen, Wasserstoff, Ethylen und anderen Stoffen, aus denen wiederum Kautschuke, Kunststoffe, Alkohole, organische Säuren usw. hergestellt werden.

Öl.

Öl ist eine ölige Flüssigkeit von gelber oder hellbrauner bis schwarzer Farbe mit einem charakteristischen Geruch. Es ist leichter als Wasser und darin praktisch unlöslich. Öl ist ein Gemisch aus etwa 150 Kohlenwasserstoffen, vermischt mit anderen Stoffen, hat also keinen bestimmten Siedepunkt.

90 % des geförderten Öls werden als Rohstoff für die Produktion verwendet verschiedene Sorten Kraft- und Schmierstoffe. Gleichzeitig ist Erdöl ein wertvoller Rohstoff für die chemische Industrie.

Öl, das aus den Eingeweiden der Erde gewonnen wird, nenne ich Rohöl. Erdöl wird nicht verwendet, sondern verarbeitet. Rohöl wird von Gasen, Wasser und mechanischen Verunreinigungen gereinigt und anschließend einer fraktionierten Destillation unterzogen.

Bei der Destillation werden Gemische aufgrund unterschiedlicher Siedepunkte in einzelne Komponenten oder Fraktionen getrennt.

Bei der Destillation von Öl werden mehrere Fraktionen von Erdölprodukten isoliert:

1. Die Gasfraktion (tboil = 40°C) enthält normale und verzweigte Alkane CH4 - C4H10;

2. Die Benzinfraktion (tboil = 40 - 200°C) enthält Kohlenwasserstoffe C 5 H 12 - C 11 H 24; Bei der erneuten Destillation werden aus dem Gemisch Leichtölprodukte freigesetzt, die in niedrigeren Temperaturbereichen sieden: Petrolether, Flug- und Motorenbenzin;

3. Naphtha-Fraktion (Schwerbenzin, Siedepunkt = 150 - 250 °C), enthält Kohlenwasserstoffe der Zusammensetzung C 8 H 18 - C 14 H 30, verwendet als Kraftstoff für Traktoren, Diesellokomotiven, Lastkraftwagen;



4. Kerosinfraktion (tboil = 180 - 300°C) enthält Kohlenwasserstoffe der Zusammensetzung C 12 H 26 - C 18 H 38; es wird als Treibstoff für Düsenflugzeuge und Raketen verwendet;

5. Gasöl (tsiede = 270 - 350°C) wird als Dieselkraftstoff verwendet und in großem Maßstab gecrackt.

Nach der Destillation der Fraktionen bleibt eine dunkle viskose Flüssigkeit zurück – Heizöl. Aus Heizöl werden Solaröle, Vaseline und Paraffin isoliert. Der Rückstand aus der Destillation von Heizöl ist Teer, er wird zur Herstellung von Materialien für den Straßenbau verwendet.

Das Ölrecycling basiert auf chemischen Prozessen:

1. Cracken – die Aufspaltung großer Kohlenwasserstoffmoleküle in kleinere. Unterscheiden Sie zwischen thermischem und katalytischem Cracken, was derzeit häufiger vorkommt.

2. Reformierung (Aromatisierung) ist die Umwandlung von Alkanen und Cycloalkanen in aromatische Verbindungen. Dieser Prozess wird durch Erhitzen von Benzin bei erhöhtem Druck in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt. Durch Reformierung werden aromatische Kohlenwasserstoffe aus Benzinfraktionen gewonnen.

3. Die Pyrolyse von Erdölprodukten erfolgt durch Erhitzen von Erdölprodukten auf eine Temperatur von 650–800 °C. Die Hauptreaktionsprodukte sind ungesättigte gasförmige und aromatische Kohlenwasserstoffe.

Öl ist ein Rohstoff für die Herstellung nicht nur von Kraftstoffen, sondern auch von vielen organischen Stoffen.

Kohle.

Kohle ist außerdem ein Energieträger und ein wertvoller chemischer Rohstoff. Kohle besteht hauptsächlich aus organischem Material sowie Wasser und Mineralien, die beim Verbrennen Asche bilden.

Eine der Arten der Steinkohleverarbeitung ist die Verkokung – dabei handelt es sich um das Erhitzen von Kohle auf eine Temperatur von 1000 °C ohne Luftzugang. Die Verkokung von Kohle erfolgt in Koksöfen. Koks besteht aus nahezu reinem Kohlenstoff. Es wird als Reduktionsmittel bei der Hochofenproduktion von Roheisen in Hüttenwerken eingesetzt.

Flüchtige Stoffe bei der Kondensation: Kohlenteer (enthält viele verschiedene organische Stoffe, die meisten davon aromatisch), Ammoniakwasser (enthält Ammoniak, Ammoniumsalze) und Kokereigas (enthält Ammoniak, Benzol, Wasserstoff, Methan, Kohlenmonoxid (II), Ethylen , Stickstoff und andere Stoffe).


Kapitel 1. ÖLGEOCHEMIE UND ERKUNDUNG VON KRAFTSTOFFRESSOURCEN.

§ 1. Herkunft fossiler Brennstoffe. 3

§ 2. Gasölgesteine. 4

Kapitel 2. NATÜRLICHE QUELLEN. 5

Kapitel 3. INDUSTRIELLE HERSTELLUNG VON KOHLENWASSERSTOFFEN .. 8

Kapitel 4. ÖRLAFFINIERUNG .. 9

§ 1. Fraktionierte Destillation. 9

§ 2. Knacken. 12

§ 3. Reform. 13

§ 4. Schwefelentfernung. 14

Kapitel 5. ANWENDUNGEN VON KOHLENWASSERSTOFFEN .. 14

§ 1. Alkane .. 15

§ 2. Alkene.. 16

§ 3. Alkine.. 18

§ 4. Arenen.. 19

Kapitel 6. Analyse des Zustands der Ölindustrie. 20

Kapitel 7. Merkmale und Haupttrends in der Ölindustrie. 27

Referenzliste... 33

Die ersten Theorien, die die Prinzipien betrachteten, die das Auftreten von Ölvorkommen bestimmen, beschränkten sich meist hauptsächlich auf die Frage, wo sich Ölvorkommen ansammeln. In den letzten 20 Jahren wurde jedoch deutlich, dass es zur Beantwortung dieser Frage notwendig ist, zu verstehen, warum, wann und in welchen Mengen Öl in einem bestimmten Becken entstanden ist, sowie die Prozesse als Ganzes zu verstehen und zu etablieren Ergebnis, aus dem es entstand, wanderte und sich ansammelte. Diese Informationen sind wichtig, um die Effizienz der Ölexploration zu verbessern.

Die Bildung von Kohlenwasserstoffressourcen erfolgte nach modernen Ansichten als Ergebnis einer komplexen Abfolge geochemischer Prozesse (siehe Abb. 1) im Inneren der ursprünglichen Gas- und Ölgesteine. Bei diesen Prozessen werden die Bestandteile verschiedener biologischer Systeme (Stoffe) zerstört natürlichen Ursprungs) wurden in Kohlenwasserstoffe und in geringerem Maße in polare Verbindungen mit unterschiedlicher thermodynamischer Stabilität umgewandelt – durch die Ausfällung von Stoffen natürlichen Ursprungs und deren anschließende Überlappung mit Sedimentgesteinen, unter dem Einfluss erhöhter Temperatur und Bluthochdruck in den Oberflächenschichten Erdkruste. Die primäre Migration flüssiger und gasförmiger Produkte aus der ursprünglichen Gasölschicht und ihre anschließende sekundäre Migration (durch Lagerhorizonte, Schichten usw.) in poröses, ölgesättigtes Gestein führt zur Bildung von Ablagerungen von Kohlenwasserstoffmaterialien, deren weitere Migration was durch das Einschließen von Ablagerungen zwischen nicht porösen Gesteinsschichten verhindert wird.

In Extrakten organischer Substanz aus Sedimentgesteinen biogenen Ursprungs finden sich Verbindungen mit der gleichen chemischen Struktur wie aus Erdöl gewonnene Verbindungen. Für die Geochemie haben sie es besonders Bedeutung einige dieser Verbindungen gelten als „biologische Marker“ („chemische Fossilien“). Solche Kohlenwasserstoffe haben viele Gemeinsamkeiten mit den Verbindungen, die in biologischen Systemen vorkommen (z. B. Lipide, Pigmente und Metaboliten), aus denen Öl gewonnen wird. Diese Verbindungen weisen nicht nur einen biogenen Ursprung auf natürliche Kohlenwasserstoffe, sondern ermöglichen es Ihnen auch, sehr viel zu bekommen wichtige Informationenüber gas- und ölführende Gesteine ​​sowie über die Art der Reifung und Herkunft, Migration und biologischen Abbau, die zur Bildung spezifischer Gas- und Ölvorkommen führten.

Abbildung 1 Geochemische Prozesse, die zur Bildung fossiler Kohlenwasserstoffe führen.

Als Gasölgestein gilt ein fein verteiltes Sedimentgestein, das bei der natürlichen Sedimentation zur Bildung und Freisetzung erheblicher Mengen Öl und (oder) Gas geführt hat oder hätte führen können. Die Klassifizierung solcher Gesteine ​​basiert auf dem Gehalt und der Art der organischen Substanz, dem Zustand ihrer metamorphen Entwicklung (chemische Umwandlungen bei Temperaturen von etwa 50–180 °C) sowie der Art und Menge der gewinnbaren Kohlenwasserstoffe davon. Organische Substanz Kerogen in Sedimentgesteinen biogenen Ursprungs kommt in einer Vielzahl von Formen vor, kann jedoch in vier Haupttypen unterteilt werden.

1) Liptiniten– einen sehr hohen Wasserstoffgehalt, aber einen niedrigen Sauerstoffgehalt haben; Ihre Zusammensetzung beruht auf dem Vorhandensein aliphatischer Kohlenstoffketten. Es wird angenommen, dass Liptinite hauptsächlich aus Algen entstanden sind (normalerweise einem bakteriellen Abbau unterworfen). Sie haben eine hohe Fähigkeit, sich in Öl umzuwandeln.

2) Ausgänge– haben einen hohen Wasserstoffgehalt (jedoch niedriger als der von Liptiniten), sind reich an aliphatischen Ketten und gesättigten Naphthenen (alicyclischen Kohlenwasserstoffen) sowie aromatischen Zyklen und sauerstoffhaltigen funktionellen Gruppen. Diese organische Substanz wird aus Pflanzenmaterialien wie Sporen, Pollen, Nagelhaut und anderen Strukturteilen von Pflanzen gebildet. Exinite haben eine gute Fähigkeit, sich in Öl- und Gaskondensat und in höheren Stadien der metamorphen Entwicklung in Gas umzuwandeln.

3) Vitrshity- haben einen niedrigen Wasserstoffgehalt, einen hohen Sauerstoffgehalt und bestehen hauptsächlich aus aromatischen Strukturen mit kurzen aliphatischen Ketten, die durch sauerstoffhaltige funktionelle Gruppen verbunden sind. Sie bestehen aus strukturierten Holzmaterialien (Lignozellulose) und haben eine begrenzte Fähigkeit, sich in Öl umzuwandeln, aber eine gute Fähigkeit, sich in Gas umzuwandeln.

4) Trägheit sind schwarze, undurchsichtige klastische Gesteine ​​(reich an Kohlenstoff und arm an Wasserstoff), die aus stark veränderten holzigen Vorläufern entstanden sind. Sie haben nicht die Fähigkeit, sich in Öl und Gas umzuwandeln.

Die Hauptfaktoren, anhand derer Gasölgestein erkannt wird, sind sein Kerogengehalt, die Art der organischen Substanz im Kerogen und das Stadium der metamorphen Entwicklung dieser organischen Substanz. Gute Öl- und Gasgesteine ​​sind solche, die 2–4 % organisches Material der Art enthalten, aus dem die entsprechenden Kohlenwasserstoffe gebildet und freigesetzt werden können. Unter günstigen geochemischen Bedingungen kann die Bildung von Öl aus Sedimentgesteinen erfolgen, die organische Stoffe wie Liptinit und Exinit enthalten. Die Bildung von Gasvorkommen erfolgt meist in vitrinitreichen Gesteinen oder durch thermisches Cracken des ursprünglich gebildeten Öls.

Durch die anschließende Verlagerung von Sedimenten organischer Substanz unter die oberen Sedimentgesteinsschichten wird diese Substanz immer höheren Temperaturen ausgesetzt, was zur thermischen Zersetzung von Kerogen und zur Bildung von Öl und Gas führt. Die Bildung von Öl in Mengen, die für die industrielle Erschließung des Feldes von Interesse sind, erfolgt unter bestimmten Zeit- und Temperaturbedingungen (Vorkommenstiefe), und die Zeit der Bildung ist umso länger, je niedriger die Temperatur ist (dies ist leicht zu verstehen, wenn wir Gehen Sie davon aus, dass die Reaktion gemäß der Gleichung erster Ordnung abläuft und eine Arrhenius-Abhängigkeit von der Temperatur aufweist. Beispielsweise sollte die gleiche Menge Öl, die in etwa 20 Millionen Jahren bei 100 °C gebildet wurde, in 40 Millionen Jahren bei 90 °C und in 80 Millionen Jahren bei 80 °C gebildet werden. Die Geschwindigkeit der Bildung von Kohlenwasserstoffen aus Kerogen verdoppelt sich etwa bei jedem Temperaturanstieg um 10 °C. Jedoch chemische Zusammensetzung Kerogen. kann äußerst unterschiedlich sein und daher kann der angegebene Zusammenhang zwischen der Reifezeit des Öls und der Temperatur dieses Prozesses nur als Grundlage für ungefähre Schätzungen angesehen werden.

Moderne geochemische Studien zeigen, dass im Festlandsockel der Nordsee jede 100 m größere Tiefenzunahme mit einem Temperaturanstieg von etwa 3 °C einhergeht, was bedeutet, dass Sedimentgesteine, die reich an organischer Substanz sind, in einer Tiefe von 2500–4000 flüssige Kohlenwasserstoffe bildeten m für 50-80 Millionen Jahre. In Tiefen von 4000–5000 m scheinen sich Leichtöle und Kondensate gebildet zu haben, in Tiefen über 5000 m Methan (trockenes Gas).

Natürliche Quellen für Kohlenwasserstoffe sind fossile Brennstoffe – Öl und Gas, Kohle und Torf. Rohöl- und Gasvorkommen entstanden vor 100 bis 200 Millionen Jahren aus mikroskopisch kleinen Meerespflanzen und -tieren, die sich in Sedimentgesteinen auf dem Meeresboden festsetzten. Im Gegensatz dazu begannen sich Kohle und Torf vor 340 Millionen Jahren aus Pflanzen zu bilden, die an Land wuchsen.

Erdgas und Erdöl finden sich meist zusammen mit Wasser in ölführenden Schichten zwischen Gesteinsschichten (Abb. 2). Der Begriff „Erdgas“ gilt auch für Gase, die in entstehen natürliche Bedingungen aus der Zersetzung von Kohle. Erdgas und Erdöl werden auf allen Kontinenten außer der Antarktis gefördert. Die größten Erdgasproduzenten der Welt sind Russland, Algerien, Iran und die Vereinigten Staaten. Die größten Rohölproduzenten sind Venezuela, Saudi-Arabien, Kuwait und Iran.

Erdgas besteht hauptsächlich aus Methan (Tabelle 1).

Rohöl ist eine ölige Flüssigkeit, deren Farbe von dunkelbraun oder grün bis nahezu farblos variieren kann. Es beinhaltet große Nummer Alkane. Darunter sind unverzweigte Alkane, verzweigte Alkane und Cycloalkane mit einer Anzahl von Kohlenstoffatomen von fünf bis 40. Der Industriename dieser Cycloalkane ist bekannt. Rohöl enthält außerdem etwa 10 % aromatische Kohlenwasserstoffe sowie geringe Mengen anderer Verbindungen, die Schwefel, Sauerstoff und Stickstoff enthalten.


Die Hauptquellen für Kohlenwasserstoffe sind Erdöl, Erdölgase und Erdölbegleitgase sowie Kohle. Ihre Reserven sind nicht unbegrenzt. Laut Wissenschaftlern werden sie bei der derzeitigen Produktions- und Verbrauchsrate ausreichen: Öl – 30 – 90 Jahre, Gas – für 50 Jahre, Kohle – für 300 Jahre.

Öl und seine Zusammensetzung:

Öl ist eine ölige Flüssigkeit von hellbraun bis dunkelbraun, fast schwarz mit charakteristischem Geruch, löst sich nicht in Wasser und bildet auf der Wasseroberfläche einen Film, der keine Luft durchlässt. Öl ist eine ölige Flüssigkeit von hellbrauner bis dunkelbrauner, fast schwarzer Farbe, mit charakteristischem Geruch, löst sich nicht in Wasser und bildet auf der Wasseroberfläche einen Film, der keine Luft durchlässt. Öl ist eine komplexe Mischung aus gesättigten und aromatischen Kohlenwasserstoffen, Cycloparaffin sowie einigen organischen Verbindungen, die Heteroatome enthalten – Sauerstoff, Schwefel, Stickstoff usw. Welche enthusiastischen Namen gaben die Ölleute nicht: und „ schwarzes Gold“ und „Blut der Erde“. Öl verdient wirklich unsere Bewunderung und unseren Adel.

Die Zusammensetzung des Öls ist: paraffinisch – besteht aus Alkanen mit einer geraden und verzweigten Kette; naphthenisch – enthält gesättigte zyklische Kohlenwasserstoffe; aromatisch – umfasst aromatische Kohlenwasserstoffe (Benzol und seine Homologen). Trotz der schwierigen Komponentenzusammensetzung Die elementare Zusammensetzung von Ölen ist mehr oder weniger gleich: durchschnittlich 82–87 % Kohlenwasserstoff, 11–14 % Wasserstoff, 2–6 % andere Elemente (Sauerstoff, Schwefel, Stickstoff).

Ein bisschen Geschichte .

Im Jahr 1859 bohrte der 40-jährige Edwin Drake in den USA im Bundesstaat Pennsylvania mit Hilfe seiner eigenen Beharrlichkeit, seines Geldes für die Ölförderung und einer alten Dampfmaschine einen 22 Meter tiefen Brunnen und förderte das erste Öl daraus Es.

Drakes Priorität als Pionier auf dem Gebiet der Ölförderung ist umstritten, sein Name wird jedoch immer noch mit dem Beginn des Ölzeitalters in Verbindung gebracht. Öl wurde in vielen Teilen der Welt entdeckt. Die Menschheit hat endlich in großen Mengen eine hervorragende Quelle für künstliches Licht erworben ....

Was ist der Ursprung von Öl?

Unter Wissenschaftlern dominierten zwei Hauptkonzepte: organisch und anorganisch. Nach dem ersten Konzept zersetzen sich im Sedimentgestein vergrabene organische Rückstände im Laufe der Zeit und verwandeln sich in Öl, Kohle und Erdgas; In den oberen Schichten von Sedimentgesteinen mit Poren reichern sich dann mobileres Öl und Gas an. Andere Wissenschaftler behaupten, dass Öl in „großen Tiefen des Erdmantels“ entsteht.

Der russische Wissenschaftler und Chemiker D. I. Mendeleev war ein Befürworter des anorganischen Konzepts. Im Jahr 1877 schlug er eine Mineral-(Karbid-)Hypothese vor, wonach die Entstehung von Öl mit dem Eindringen von Wasser in die Tiefen der Erde entlang von Verwerfungen verbunden ist, wo unter seinem Einfluss auf „kohlenstoffhaltige Metalle“ Kohlenwasserstoffe gewonnen werden.

Wenn es eine Hypothese über den kosmischen Ursprung von Öl gäbe – aus Kohlenwasserstoffen, die auch während ihres Sternzustands in der Gashülle der Erde enthalten waren.

Erdgas ist „blaues Gold“.

In Bezug auf die Erdgasreserven steht unser Land weltweit an erster Stelle. Die wichtigsten Vorkommen dieses wertvollen Brennstoffs befinden sich in Westsibirien (Urengoiskoje, Zapolyarnoje), im Wolga-Ural-Becken (Wuktylskoje, Orenburgskoje) und im Nordkaukasus (Stawropolskoje).

Bei der Erdgasförderung kommt üblicherweise das Fließverfahren zum Einsatz. Damit Gas an die Oberfläche strömen kann, reicht es aus, eine in einem gasführenden Reservoir gebohrte Bohrung zu öffnen.

Erdgas wird ohne vorherige Trennung verwendet, da es vor dem Transport einer Reinigung unterzogen wird. Insbesondere werden mechanische Verunreinigungen, Wasserdampf, Schwefelwasserstoff und andere aggressive Bestandteile daraus entfernt ... .. Und auch am meisten Propan, Butan und schwerere Kohlenwasserstoffe. Das verbleibende praktisch reine Methan wird zum einen als Brennstoff verbraucht: hoher Heizwert; umweltfreundlich; bequem zu fördern, zu transportieren und zu verbrennen, da der Aggregatzustand Gas ist.

Zweitens wird Methan zum Rohstoff für die Produktion von Acetylen, Ruß und Wasserstoff; zur Herstellung ungesättigter Kohlenwasserstoffe, vor allem Ethylen und Propylen; für die organische Synthese: Methylalkohol, Formaldehyd, Aceton, Essigsäure und vieles mehr.

Erdölbegleitgas

Erdölbegleitgas ist aufgrund seines Ursprungs ebenfalls Erdgas. Es erhielt einen besonderen Namen, weil es zusammen mit Öl in Ablagerungen vorkommt und darin gelöst ist. Wenn Öl an die Oberfläche gefördert wird, trennt es sich aufgrund eines starken Druckabfalls von dieser. Russland nimmt hinsichtlich der damit verbundenen Gasreserven und seiner Produktion einen der ersten Plätze ein.

Die Zusammensetzung von Erdölbegleitgas unterscheidet sich von der von Erdgas – es enthält viel mehr Ethan, Propan, Butan und andere Kohlenwasserstoffe. Darüber hinaus enthält es auf der Erde seltene Gase wie Argon und Helium.

Erdölbegleitgas ist ein wertvoller chemischer Rohstoff, aus dem mehr Stoffe gewonnen werden können als aus Erdgas. Für die chemische Verarbeitung werden auch einzelne Kohlenwasserstoffe gewonnen: Ethan, Propan, Butan usw. Aus ihnen werden durch die Dehydrierungsreaktion ungesättigte Kohlenwasserstoffe gewonnen.

Kohle

Die Kohlereserven in der Natur übersteigen die Öl- und Gasreserven deutlich. Kohle ist ein komplexes Stoffgemisch, bestehend aus verschiedenen Verbindungen von Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel. Die Zusammensetzung der Kohle umfasst solche Mineralstoffe, die Verbindungen vieler anderer Elemente enthalten.

Steinkohlen haben eine Zusammensetzung: Kohlenstoff – bis zu 98 %, Wasserstoff – bis zu 6 %, Stickstoff, Schwefel, Sauerstoff – bis zu 10 %. Aber auch in der Natur gibt es Braunkohlen. Ihre Zusammensetzung: Kohlenstoff – bis zu 75 %, Wasserstoff – bis zu 6 %, Stickstoff, Sauerstoff – bis zu 30 %.

Die Hauptmethode der Kohleverarbeitung ist die Pyrolyse (Kokosierung) – die Zersetzung organischer Substanzen ohne Luftzugang hohe Temperatur(ca. 1000 °C). Dabei werden folgende Produkte gewonnen: Koks (künstlicher Festbrennstoff mit erhöhter Festigkeit, weit verbreitet in der Metallurgie); Kohlenteer (wird in der chemischen Industrie verwendet); Kokosnussgas (wird in der chemischen Industrie und als Kraftstoff verwendet.)

Kokereigas

Flüchtige Verbindungen (Koksofengas), die bei der thermischen Zersetzung von Kohle entstehen, gelangen in die allgemeine Sammlung. Hier wird das Koksofengas abgekühlt und zur Abtrennung von Steinkohlenteer durch Elektrofilter geleitet. Im Gaskollektor kondensiert Wasser gleichzeitig mit dem Harz, in dem sich Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Phenol und andere Stoffe lösen. Für verschiedene Synthesen wird Wasserstoff aus nicht kondensiertem Koksofengas isoliert.

Nach der Destillation von Kohlenteer bleibt ein Feststoff zurück – Pech, das zur Herstellung von Elektroden und Dachteer verwendet wird.

Öl-Raffination

Bei der Ölraffination oder Rektifikation handelt es sich um den Prozess der thermischen Trennung von Öl und Ölprodukten in Fraktionen entsprechend dem Siedepunkt.

Die Destillation ist ein physikalischer Vorgang.

Es gibt zwei Methoden der Ölraffinierung: physikalisch (Primärverarbeitung) und chemisch (Sekundärverarbeitung).

Die Primärverarbeitung von Öl erfolgt in einer Destillationskolonne – einer Vorrichtung zur Trennung flüssiger Stoffgemische mit unterschiedlichem Siedepunkt.

Ölfraktionen und ihre Hauptanwendungsgebiete:

Benzin – Kraftstoff für Kraftfahrzeuge;

Kerosin – Flugtreibstoff;

Ligroin – Herstellung von Kunststoffen, Rohstoffen für das Recycling;

Gasöl – Diesel und Kesselbrennstoff, Rohstoffe für das Recycling;

Heizöl – Fabriktreibstoff, Paraffine, Schmieröle, Bitumen.

Methoden zur Reinigung von Ölteppichen :

1) Absorption – Sie alle kennen Stroh und Torf. Sie absorbieren Öl und können anschließend vorsichtig gesammelt und herausgenommen und anschließend zerstört werden. Diese Methode eignet sich nur bei ruhigen Bedingungen und nur für kleine Stellen. Die Methode erfreut sich in letzter Zeit aufgrund ihrer geringen Kosten und hohen Effizienz großer Beliebtheit.

Fazit: Die Methode ist günstig, abhängig von äußeren Bedingungen.

2) Selbstverflüssigung: – Diese Methode wird verwendet, wenn das Öl weit von der Küste entfernt verschüttet wird und der Fleck klein ist (in diesem Fall ist es besser, den Fleck überhaupt nicht zu berühren). Nach und nach löst es sich im Wasser auf und verdunstet teilweise. Manchmal verschwindet das Öl nicht und nach einigen Jahren gelangen kleine Flecken in Form von rutschigen Harzstücken an die Küste.

Fazit: Es werden keine Chemikalien verwendet; Öl bleibt lange an der Oberfläche.

3) Biologisch: Technologie, die auf der Verwendung von Mikroorganismen basiert, die Kohlenwasserstoffe oxidieren können.

Fazit: minimaler Schaden; Entfernung von Öl von der Oberfläche, aber die Methode ist mühsam und zeitaufwändig.



 

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