منابع طبیعی هیدروکربن ها: گاز، نفت، کک. استفاده از آنها به عنوان سوخت و در سنتز شیمیایی

هیدروکربن ها از اهمیت اقتصادی زیادی برخوردار هستند، زیرا آنها به عنوان مهمترین نوع ماده خام برای به دست آوردن تقریباً تمام محصولات صنعت مدرن سنتز آلی هستند و به طور گسترده برای اهداف انرژی استفاده می شوند. به نظر می رسد آنها گرما و انرژی خورشیدی را جمع می کنند که در طی احتراق آزاد می شوند. ذغال سنگ نارس، زغال سنگ، شیل نفتی، نفت، گازهای نفتی طبیعی و مرتبط حاوی کربن هستند که ترکیب آنها با اکسیژن در حین احتراق با آزاد شدن گرما همراه است.

زغال سنگ	ذغال سنگ نارس	روغن	گاز طبیعی
جامد	جامد	مایع	گاز
بدون بو	بدون بو	بوی قوی	بدون بو
ترکیب یکنواخت	ترکیب یکنواخت	مخلوطی از مواد	مخلوطی از مواد
سنگی تیره رنگ با محتوای زیاد مواد قابل احتراق ناشی از دفن انباشتگی گیاهان مختلف در طبقات رسوبی	تجمع توده گیاهی نیمه تجزیه شده انباشته شده در کف باتلاق ها و دریاچه های بیش از حد رشد کرده	مایع روغنی قابل احتراق طبیعی از مخلوطی از هیدروکربن های مایع و گاز تشکیل شده است	مخلوطی از گازهایی که در روده های زمین در طی تجزیه بی هوازی مواد آلی ایجاد می شود، گاز متعلق به گروه سنگ های رسوبی است.
ارزش کالری - تعداد کالری آزاد شده با سوزاندن 1 کیلوگرم سوخت
7 000 - 9 000	500 - 2 000	10000 - 15000	?

زغال سنگ.

زغال سنگ همیشه یک ماده خام امیدوارکننده برای انرژی و بسیاری از محصولات شیمیایی بوده است.

از قرن نوزدهم، اولین مصرف کننده عمده زغال سنگ حمل و نقل بوده است، سپس زغال سنگ برای تولید برق، کک متالورژیکی، تولید محصولات مختلف در طی فرآوری شیمیایی، مواد ساختاری کربن-گرافیت، پلاستیک، موم کوه، استفاده از زغال سنگ آغاز شد. سوخت های مصنوعی، مایع و گازی با کالری بالا، اسیدهای نیتروژن بالا برای تولید کود.

زغال سنگ مخلوط پیچیده ای از ترکیبات درشت مولکولی است که شامل عناصر زیر است: C, H, N, O, S. زغال سنگ نیز مانند نفت حاوی تعداد زیادی ازمواد آلی مختلف، و همچنین مواد معدنی، مانند آب، آمونیاک، سولفید هیدروژن و، البته، خود کربن - زغال سنگ.

بازیافت زغال سختدر سه جهت اصلی کک سازی، هیدروژناسیون و احتراق ناقص حرکت می کند. یکی از راه های اصلی فرآوری زغال سنگ است کک سازی- تکلیس بدون دسترسی به هوا در کوره های کک در دمای 1000 تا 1200 درجه سانتی گراد. در این دما، بدون دسترسی به اکسیژن، زغال سنگ دچار پیچیده ترین دگرگونی های شیمیایی می شود که در نتیجه کک و محصولات فرار تشکیل می شود:

1. گاز کک (هیدروژن، متان، مونوکسید کربن و دی اکسید کربن، ناخالصی های آمونیاک، نیتروژن و سایر گازها).

2. قطران زغال سنگ (چند صد ماده آلی مختلف از جمله بنزن و همولوگ های آن، فنل و الکل های معطر، نفتالین و ترکیبات هتروسیکلیک مختلف).

3. سوپر تار، یا آمونیاک، آب (آمونیاک محلول، و همچنین فنل، سولفید هیدروژن و مواد دیگر).

4. کک (باقی مانده جامد کک، کربن عملا خالص).

کک سرد شده به کارخانه های متالورژی فرستاده می شود.

هنگامی که محصولات فرار (گاز کوره کک) سرد می شوند، قطران زغال سنگ و آب آمونیاک متراکم می شوند.

با عبور محصولات تغلیظ نشده (آمونیاک، بنزن، هیدروژن، متان، CO 2، نیتروژن، اتیلن و غیره) از محلول اسید سولفوریک، سولفات آمونیوم جدا می شود که به عنوان کود معدنی استفاده می شود. بنزن در حلال گرفته شده و از محلول تقطیر می شود. پس از آن، گاز کک به عنوان سوخت یا به عنوان یک ماده خام شیمیایی استفاده می شود. قطران زغال سنگ در مقادیر کم (3٪) به دست می آید. اما با توجه به مقیاس تولید، قطران زغال سنگ به عنوان ماده اولیه برای به دست آوردن تعدادی از مواد آلی در نظر گرفته می شود. اگر محصولاتی که تا دمای 350 درجه سانتیگراد می جوشند از رزین دور شوند، یک توده جامد باقی می ماند - زمین. برای تولید لاک استفاده می شود.

هیدروژناسیون زغال سنگ در دمای 400-600 درجه سانتیگراد تحت فشار هیدروژن تا 25 مگاپاسکال در حضور کاتالیزور انجام می شود. در این حالت مخلوطی از هیدروکربن های مایع تشکیل می شود که می توان از آن به عنوان سوخت موتور استفاده کرد. تهیه سوخت مایع از زغال سنگ. سوخت های مصنوعی مایع عبارتند از بنزین، گازوئیل و سوخت دیگ با اکتان بالا. برای به دست آوردن سوخت مایع از زغال سنگ، باید میزان هیدروژن آن را با هیدروژناسیون افزایش داد. هیدروژناسیون با استفاده از گردش چندگانه انجام می شود که به شما امکان می دهد کل توده آلی زغال سنگ را به مایع تبدیل کنید و گاز دهید. مزیت این روش امکان هیدروژنه شدن زغال سنگ قهوه ای با عیار پایین است.

گازی شدن زغال سنگ امکان استفاده از زغال سنگ قهوه ای و سیاه بی کیفیت را در نیروگاه های حرارتی بدون آلایندگی فراهم می کند. محیطترکیبات گوگردی این تنها روش برای تولید مونوکسید کربن غلیظ است ( مونوکسید کربن) CO. احتراق ناقص زغال سنگ باعث تولید مونوکسید کربن (II) می شود. روی یک کاتالیزور (نیکل، کبالت) در فشار معمولی یا بالا، می توان از هیدروژن و CO برای تولید بنزین حاوی هیدروکربن های اشباع و غیر اشباع استفاده کرد:

nCO + (2n+1)H2 → Cn H 2n+2 + nH2 O;

nCO + 2nH 2 → C n H 2n + nH 2 O.

اگر تقطیر خشک زغال سنگ در دمای 500-550 درجه سانتیگراد انجام شود، قیر به دست می آید که همراه با قیر در صنعت ساختمان به عنوان چسب در ساخت سقف ها، پوشش های ضد آب (مواد سقف، نمد سقف، و غیره.).

در طبیعت، زغال سنگ در مناطق زیر یافت می شود: منطقه مسکو، حوضه یاکوتسک جنوبی، کوزباس، دونباس، حوضه پچورا، حوضه تونگوسکا، حوضه لنا.

گاز طبیعی.

گاز طبیعی مخلوطی از گازها است که جزء اصلی آن متان CH 4 (از 75 تا 98٪ بسته به میدان) است، بقیه اتان، پروپان، بوتان و مقدار کمی ناخالصی - نیتروژن، مونوکسید کربن (IV) است. سولفید هیدروژن و بخار آب، و تقریباً همیشه هیدروژن سولفیدو ترکیبات آلی روغن - مرکاپتان ها. آنها هستند که بوی نامطبوع خاصی به گاز می دهند و هنگام سوختن منجر به تشکیل دی اکسید گوگرد سمی SO 2 می شوند.

به طور کلی، هر چه وزن مولکولی هیدروکربن بیشتر باشد، مقدار آن در گاز طبیعی کمتر است. ترکیب گاز طبیعی از میادین مختلف یکسان نیست. میانگین ترکیب آن بر حسب درصد حجمی به شرح زیر است:

CH 4	C 2 H 6	C 3 H 8	C 4 H 10	N 2 و گازهای دیگر
75-98	0,5 - 4	0,2 – 1,5	0,1 – 1	1-12

متان در طی تخمیر بی هوازی (بدون دسترسی هوا) بقایای گیاهی و جانوری تشکیل می‌شود، بنابراین در رسوبات کف تشکیل می‌شود و به آن گاز مرداب می‌گویند.

رسوبات متان به شکل کریستالی هیدراته به اصطلاح متان هیدرات،در زیر لایه ای از منجمد دائمی و در اعماق زیاد اقیانوس ها یافت می شود. در دماهای پایین (800- درجه سانتیگراد) و فشارهای بالامولکول های متان در حفره های شبکه کریستالی یخ آب قرار دارند. در حفره های یخی یک مترمکعب هیدرات متان، 164 متر مکعب گاز «پرده می شود».

تکه‌های هیدرات متان شبیه یخ کثیف هستند، اما در هوا با شعله‌ای زرد-آبی می‌سوزند. تخمین زده می شود که 10000 تا 15000 گیگا تن کربن به شکل هیدرات متان روی کره زمین ذخیره می شود (گیگا 1 میلیارد است). چنین حجمی چندین برابر بیشتر از تمام ذخایر شناخته شده فعلی گاز طبیعی است.

گاز طبیعی یک منبع طبیعی تجدیدپذیر است، زیرا به طور مداوم در طبیعت سنتز می شود. به آن "بیوگاز" نیز می گویند. بنابراین، امروزه بسیاری از دانشمندان محیط زیست، چشم انداز وجود مرفه بشر را دقیقاً با استفاده از گاز به عنوان سوخت جایگزین مرتبط می دانند.

گاز طبیعی به عنوان سوخت، مزایای زیادی نسبت به سوخت جامد و مایع دارد. ارزش حرارتی آن بسیار بالاتر است، هنگام سوزاندن، خاکستر باقی نمی گذارد، محصولات احتراق بسیار سازگار با محیط زیست هستند. بنابراین، حدود 90 درصد از حجم کل گاز طبیعی تولید شده به عنوان سوخت در نیروگاه های حرارتی و دیگ خانه ها، در فرآیندهای حرارتی در شرکت های صنعتی و در زندگی روزمره سوزانده می شود. حدود 10 درصد از گاز طبیعی به عنوان یک ماده خام با ارزش برای صنایع شیمیایی استفاده می شود: برای تولید هیدروژن، استیلن، دوده، پلاستیک های مختلف و داروها. متان، اتان، پروپان و بوتان از گاز طبیعی جدا می شوند. محصولاتی که می توان از متان به دست آورد از اهمیت صنعتی بالایی برخوردار است. متان برای سنتز بسیاری از مواد آلی - گاز سنتز و سنتز بیشتر الکل ها بر اساس آن استفاده می شود. حلال ها (تتراکلرید کربن، متیلن کلرید و غیره)؛ فرمالدئید؛ استیلن و دوده

گاز طبیعی رسوبات مستقلی را تشکیل می دهد. ذخایر اصلی گازهای قابل احتراق طبیعی در شمال و سیبری غربی، حوضه ولگا-اورال، در قفقاز شمالی (استاوروپل)، در جمهوری کومی، منطقه آستاراخان، دریای بارنتس.

منبع طبیعی هیدروکربن ها	ویژگی های اصلی آن
روغن	مخلوط چند جزئی که عمدتاً از هیدروکربن ها تشکیل شده است. هیدروکربن ها عمدتاً توسط آلکان ها، سیکلوآلکان ها و آرن ها نشان داده می شوند.
گذراندن گاز نفتی	مخلوطی متشکل از تقریباً منحصراً از آلکان ها با زنجیره کربنی طولانی از 1 تا 6 اتم کربن، همراه با استخراج نفت تشکیل می شود و از این رو منشاء نامگذاری آن است. یک روند وجود دارد: هر چه وزن مولکولی آلکان کمتر باشد، درصد آن در گاز نفتی مرتبط بیشتر است.
گاز طبیعی	مخلوطی که عمدتاً از آلکان های با وزن مولکولی کم تشکیل شده است. جزء اصلی گاز طبیعی متان است. درصد آن بسته به میدان گازی می تواند از 75 تا 99 درصد باشد. در رتبه دوم از نظر غلظت با حاشیه وسیع، اتان، پروپان حتی کمتر و غیره است. تفاوت اساسی بین گاز طبیعی و گاز نفتی همراه در این است که نسبت پروپان و بوتان های ایزومر در گاز نفتی مرتبط بسیار بیشتر است.
زغال سنگ	مخلوط چند جزئی از ترکیبات مختلف کربن، هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن و گوگرد. همچنین ترکیب زغال سنگ شامل مقدار قابل توجهی از مواد معدنی است که نسبت آن به طور قابل توجهی بیشتر از نفت است.

پالایش نفت

روغن مخلوطی چند جزئی از مواد مختلف، عمدتاً هیدروکربن ها است. این اجزا از نظر نقطه جوش با یکدیگر تفاوت دارند. در این راستا، اگر روغن حرارت داده شود، ابتدا سبک‌ترین اجزای آن تبخیر می‌شود، سپس ترکیبات با نقطه جوش بالاتر و غیره. بر اساس این پدیده پالایش نفت اولیه ، متشکل از تقطیر (اصلاح) روغن این فرآیند اولیه نامیده می شود، زیرا فرض بر این است که در طول دوره آن تبدیل شیمیایی مواد رخ نمی دهد و روغن فقط به بخش هایی با نقاط جوش متفاوت جدا می شود. در زیر نمودار شماتیک ستون تقطیر با توضیح مختصرخود فرآیند تقطیر:

قبل از فرآیند یکسوسازی، روغن به روش خاصی تهیه می شود، یعنی از آب ناخالص با نمک های حل شده در آن و از ناخالصی های مکانیکی جامد خارج می شود. روغن تهیه شده به این ترتیب وارد کوره لوله ای می شود و در آنجا تا دمای بالا (320-350 درجه سانتی گراد) گرم می شود. روغن با دمای بالا پس از گرم شدن در یک کوره لوله‌ای، وارد قسمت پایینی ستون تقطیر می‌شود، جایی که بخش‌های جداگانه تبخیر می‌شوند و بخارات آنها از ستون تقطیر بالا می‌رود. هر چه مقطع ستون تقطیر بالاتر باشد دمای آن کمتر می شود. بنابراین، کسرهای زیر در ارتفاع های مختلف گرفته می شوند:

1) گازهای تقطیر (از بالای ستون گرفته شده و بنابراین نقطه جوش آنها از 40 درجه سانتیگراد تجاوز نمی کند).

2) کسر بنزین (نقطه جوش از 35 تا 200 درجه سانتیگراد).

3) کسر نفتا (نقاط جوش از 150 تا 250 درجه سانتیگراد).

4) کسر نفت سفید (نقاط جوش از 190 تا 300 درجه سانتیگراد).

5) کسر گازوئیل (نقطه جوش از 200 تا 300 درجه سانتیگراد).

6) نفت کوره (نقطه جوش بالای 350 درجه سانتیگراد).

لازم به ذکر است که میانگین کسرهای جدا شده در طول تصفیه روغن استانداردهای کیفیت سوخت را برآورده نمی کند. علاوه بر این، در نتیجه تقطیر روغن، مقدار قابل توجهی نفت کوره تشکیل می شود - به دور از اینکه بیشترین تقاضا را داشته باشد. در این راستا، پس از فرآوری اولیه نفت، وظیفه افزایش بازده فراکسیون های گران تر، به ویژه فراکسیون های بنزینی و همچنین بهبود کیفیت این فراکسیون ها است. این وظایف با استفاده از فرآیندهای مختلف حل می شوند. پالایش نفت ، مانند ترک خوردنواصلاح .

لازم به ذکر است که تعداد فرآیندهای مورد استفاده در فرآوری ثانویه روغن بسیار بیشتر است و ما فقط به برخی از اصلی ترین آنها اشاره می کنیم. حال بیایید بفهمیم که معنای این فرآیندها چیست.

ترک خوردگی (حرارتی یا کاتالیزوری)

این فرآیند برای افزایش بازده کسر بنزین طراحی شده است. برای این منظور، بخش های سنگین، مانند نفت کوره، در معرض حرارت قوی، اغلب در حضور کاتالیزور قرار می گیرند. در نتیجه چنین ضربه ای، مولکول های با زنجیره بلند که بخشی از بخش های سنگین هستند شکسته می شوند و هیدروکربن ها با مقدار کمتری وزن مولکولی. در واقع، این منجر به بازده اضافی یک کسر بنزین ارزشمندتر از نفت کوره اصلی می شود. ماهیت شیمیایی این فرآیند با معادله منعکس می شود:

اصلاحات

این فرآیند وظیفه بهبود کیفیت کسر بنزین، به ویژه افزایش مقاومت در برابر ضربه (عدد اکتان) را انجام می دهد. این ویژگی بنزین ها است که در پمپ بنزین ها (بنزین 92، 95، 98 و غیره) نشان داده شده است.

در نتیجه فرآیند اصلاح، نسبت هیدروکربن‌های آروماتیک در بخش بنزین افزایش می‌یابد که در میان سایر هیدروکربن‌ها یکی از بالاترین اعداد اکتان را دارد. چنین افزایشی در نسبت هیدروکربن‌های آروماتیک عمدتاً در نتیجه واکنش‌های چرخه‌زدایی هیدرولیکی که در طول فرآیند اصلاح اتفاق می‌افتد به دست می‌آید. به عنوان مثال، هنگامی که به اندازه کافی گرم شود nهگزان در حضور کاتالیزور پلاتین به بنزن تبدیل می شود و هپتان n به روشی مشابه به تولوئن تبدیل می شود.

فرآوری زغال سنگ

روش اصلی فرآوری زغال سنگ است کک سازی . کک سازی زغال سنگبه فرآیندی گفته می شود که در آن زغال سنگ بدون دسترسی به هوا گرم می شود. در عین حال، در نتیجه چنین گرمایشی، چهار محصول اصلی از زغال سنگ جدا می شود:

1) کک

ماده ای جامد که تقریباً کربن خالص است.

2) قطران زغال سنگ

حاوی تعداد زیادی از ترکیبات عمدتا معطر، مانند بنزن، همولوگ های آن، فنل ها، الکل های معطر، نفتالین، همولوگ های نفتالین و غیره.

3) آب آمونیاک

این کسری برخلاف نامش، علاوه بر آمونیاک و آب، دارای فنل، سولفید هیدروژن و برخی ترکیبات دیگر نیز می باشد.

4) گاز کوره کک

اجزای اصلی گاز کوره کک عبارتند از هیدروژن، متان، دی اکسید کربن، نیتروژن، اتیلن و غیره.

1. چشمه های طبیعیهیدروکربن ها: گاز، نفت، زغال سنگ. پردازش و کاربرد عملی آنها.

منابع طبیعی اصلی هیدروکربن ها نفت، گازهای نفتی طبیعی و مرتبط و زغال سنگ است.

گازهای نفتی طبیعی و مرتبط

گاز طبیعی مخلوطی از گازها است که جزء اصلی آن متان، بقیه اتان، پروپان، بوتان و مقدار کمی ناخالصی - نیتروژن، مونوکسید کربن (IV)، سولفید هیدروژن و بخار آب است. 90 درصد آن به عنوان سوخت مصرف می شود و 10 درصد باقی مانده به عنوان ماده خام برای صنایع شیمیایی استفاده می شود: تولید هیدروژن، اتیلن، استیلن، دوده، پلاستیک های مختلف، داروها و غیره.

گاز نفتی مرتبط نیز گاز طبیعی است، اما همراه با نفت رخ می دهد - در بالای نفت قرار دارد یا تحت فشار در آن حل می شود. گاز همراه حاوی 30-50٪ متان است، بقیه همولوگ های آن است: اتان، پروپان، بوتان و سایر هیدروکربن ها. علاوه بر این، حاوی همان ناخالصی های موجود در گاز طبیعی است.

سه بخش از گاز مرتبط:

1. بنزین; برای بهبود راه اندازی موتور به بنزین اضافه می شود.

2. مخلوط پروپان بوتان. به عنوان سوخت خانگی استفاده می شود؛

3. گاز خشک; برای تولید آسیلن، هیدروژن، اتیلن و سایر مواد استفاده می شود که از آنها به نوبه خود لاستیک، پلاستیک، الکل، اسیدهای آلی و غیره تولید می شود.

روغن.

روغن مایعی روغنی به رنگ زرد یا قهوه ای روشن تا سیاه با بوی مشخص است. از آب سبکتر و عملاً در آن نامحلول است. روغن مخلوطی از حدود 150 هیدروکربن است که با مواد دیگر مخلوط شده است، بنابراین نقطه جوش خاصی ندارد.

90 درصد روغن تولیدی به عنوان ماده اولیه برای تولید استفاده می شود انواع مختلفسوخت ها و روان کننده ها. در عین حال، نفت یک ماده خام با ارزش برای صنایع شیمیایی است.

نفت استخراج شده از روده های زمین را خام می گویم. نفت خام استفاده نمی شود، فرآوری می شود. نفت خام از گازها، آب و ناخالصی‌های مکانیکی تصفیه می‌شود و سپس تحت تقطیر جزئی قرار می‌گیرد.

تقطیر فرآیندی است که در آن مخلوط ها بر اساس تفاوت در نقطه جوش آن ها به اجزای جداگانه یا کسری جدا می شوند.

در طول تقطیر روغن، چندین بخش از فرآورده های نفتی جدا می شود:

1. کسر گاز (tboil = 40°C) حاوی آلکان های معمولی و منشعب CH4 - C4H10 است.

2. کسر بنزین (tboil = 40 - 200°C) حاوی هیدروکربن های C 5 H 12 - C 11 H 24 است. در طی تقطیر مجدد، فرآورده های روغن سبک از مخلوط آزاد می شوند و در محدوده دمای پایین تر می جوشند: اتر نفت، هوانوردی و بنزین موتور.

3. کسر نفتا (بنزین سنگین، نقطه جوش = 150 - 250 درجه سانتیگراد)، حاوی هیدروکربن هایی با ترکیب C 8 H 18 - C 14 H 30 است که به عنوان سوخت تراکتورها، لوکوموتیوهای دیزلی، کامیون ها استفاده می شود.

4. کسر نفت سفید (tboil = 180 - 300 ° C) شامل هیدروکربن های ترکیب C 12 H 26 - C 18 H 38 است. به عنوان سوخت برای هواپیماهای جت، موشک استفاده می شود.

5. نفت گاز (tboil = 270 - 350 ° C) به عنوان سوخت دیزل استفاده می شود و در مقیاس بزرگ ترک می خورد.

پس از تقطیر فراکسیون ها، یک مایع چسبناک تیره باقی می ماند - نفت کوره. روغن های خورشیدی، ژله نفتی، پارافین از نفت کوره جدا می شوند. باقیمانده حاصل از تقطیر نفت کوره قیر است که در تولید مصالح راهسازی استفاده می شود.

بازیافت روغن بر اساس فرآیندهای شیمیایی است:

1. ترک خوردگی - تقسیم مولکول های هیدروکربنی بزرگ به مولکول های کوچکتر. بین ترک خوردگی حرارتی و کاتالیستی که در حال حاضر رایج تر است، تمایز قائل شوید.

2. Reforming (aromatization) تبدیل آلکان ها و سیکلوآلکان ها به ترکیبات معطر است. این فرآیند با حرارت دادن بنزین در فشار بالا در حضور کاتالیزور انجام می شود. Reforming برای به دست آوردن هیدروکربن های معطر از فراکسیون های بنزین استفاده می شود.

3. پیرولیز فرآورده های نفتی با حرارت دادن فرآورده های نفتی تا دمای 650 - 800 درجه سانتی گراد انجام می شود، محصولات اصلی واکنش گازهای غیر اشباع و هیدروکربن های معطر هستند.

نفت یک ماده خام برای تولید نه تنها سوخت، بلکه بسیاری از مواد آلی است.

زغال سنگ.

زغال سنگ همچنین منبع انرژی و یک ماده خام شیمیایی ارزشمند است. ترکیب زغال سنگ عمدتاً مواد آلی و همچنین آب و مواد معدنی است که هنگام سوزاندن خاکستر تشکیل می شود.

یکی از انواع پردازش زغال سنگ کک کردن است - این فرآیند گرم کردن زغال سنگ تا دمای 1000 درجه سانتیگراد بدون دسترسی به هوا است. کک سازی زغال سنگ در کوره های کک انجام می شود. کک از کربن تقریبا خالص تشکیل شده است. از آن به عنوان یک عامل کاهنده در تولید کوره بلند آهن خام در کارخانه های متالورژی استفاده می شود.

مواد فرار در حین تراکم قطران زغال سنگ (شامل بسیاری از مواد آلی مختلف که بیشتر آنها معطر هستند)، آب آمونیاک (حاوی آمونیاک، نمک های آمونیوم) و گاز کوره کک (حاوی آمونیاک، بنزن، هیدروژن، متان، مونوکسید کربن (II)، اتیلن نیتروژن و سایر مواد).

فصل 1. ژئوشیمی نفت و اکتشاف منابع سوخت.

§ 1. منشا سوخت های فسیلی. 3

§ 2. سنگهای نفتی. 4

فصل 2. منابع طبیعی.. 5

فصل 3. تولید صنعتی هیدروکربن ها .. 8

فصل 4. پالایش نفت .. 9

§ 1. تقطیر کسری.. 9

§ 2. ترک خوردگی. 12

§ 3. اصلاحات. 13

§ 4. حذف گوگرد.. 14

فصل 5. کاربردهای هیدروکربن.. 14

§ 1. آلکان ها .. 15

§ 2. آلکن ها.. 16

§ 3. آلکین ها.. 18

§ 4. آرنا.. 19

فصل 6. تحلیل وضعیت صنعت نفت. 20

فصل 7. ویژگی ها و روندهای اصلی در صنعت نفت. 27

فهرست مراجع ... 33

اولین نظریه ها که اصولی را در نظر می گرفتند که وقوع ذخایر نفتی را تعیین می کنند، معمولاً عمدتاً به این سؤال محدود می شدند که کجا انباشته می شود. با این حال، در طول 20 سال گذشته مشخص شده است که برای پاسخ به این سوال، باید درک کرد که چرا، چه زمانی و در چه مقادیری نفت در یک حوضه خاص تشکیل شده است، و همچنین درک و ایجاد فرآیندها به عنوان یک نتیجه ای که به وجود آمد، مهاجرت و انباشته شد. این اطلاعات برای بهبود کارایی اکتشاف نفت ضروری است.

بر اساس دیدگاه‌های مدرن، شکل‌گیری منابع هیدروکربنی در نتیجه یک توالی پیچیده از فرآیندهای ژئوشیمیایی (نگاه کنید به شکل 1) در داخل سنگ‌های گاز و نفت اصلی رخ داده است. در این فرآیندها، اجزای سیستم های بیولوژیکی مختلف (مواد منشاء طبیعیدر نتیجه رسوب مواد با منشاء طبیعی و متعاقب همپوشانی آنها با سنگهای رسوبی، تحت تأثیر درجه حرارت بالا و به میزان کمتر به ترکیبات قطبی با پایداری ترمودینامیکی متفاوت تبدیل شده است. فشار خون بالادر لایه های سطحی پوسته زمین. مهاجرت اولیه محصولات مایع و گازی از لایه اصلی نفت گاز و مهاجرت ثانویه بعدی آنها (از طریق افق های باربری، جابجایی ها و غیره) به سنگ های متخلخل اشباع شده از نفت منجر به تشکیل رسوبات مواد هیدروکربنی و مهاجرت بیشتر آنها می شود. که با قفل شدن رسوبات بین لایه های سنگ غیر متخلخل جلوگیری می شود.

در عصاره‌های مواد آلی از سنگ‌های رسوبی با منشأ بیوژنیک، ترکیباتی با ساختار شیمیایی مشابه ترکیبات استخراج‌شده از نفت دارند. مخصوصاً برای ژئوشیمی دارند اهمیتبرخی از این ترکیبات "نشانگرهای بیولوژیکی" ("فسیل های شیمیایی") در نظر گرفته می شوند. چنین هیدروکربن هایی با ترکیبات موجود در سیستم های بیولوژیکی (مثلاً لیپیدها، رنگدانه ها و متابولیت ها) که روغن از آنها مشتق می شود، اشتراکات زیادی دارند. این ترکیبات نه تنها منشا بیوژنیک را نشان می دهند هیدروکربن های طبیعی، بلکه به شما اجازه می دهد تا بسیار اطلاعات مهمدر مورد سنگهای گازی و نفتی و همچنین در مورد ماهیت بلوغ و منشاء، مهاجرت و تخریب زیستی که منجر به تشکیل ذخایر خاص گاز و نفت شده است.

شکل 1 فرآیندهای ژئوشیمیایی که منجر به تشکیل هیدروکربن های فسیلی می شود.

سنگ نفت گاز به سنگ رسوبی ریز پراکنده ای اطلاق می شود که در طی ته نشینی طبیعی منجر به تشکیل و انتشار مقادیر قابل توجهی نفت و (یا) گاز شده یا می توانسته باشد. طبقه بندی این گونه سنگ ها بر اساس محتوای و نوع ماده آلی، وضعیت تکامل دگرگونی آن (تحولات شیمیایی در دمای تقریباً 50 تا 180 درجه سانتیگراد رخ می دهد) و همچنین ماهیت و مقدار هیدروکربن های قابل دستیابی است. از آن. کروژن ماده آلی در سنگ‌های رسوبی با منشأ بیوژنیک را می‌توان به اشکال مختلف یافت، اما می‌توان آن را به چهار نوع اصلی تقسیم کرد.

1) لیپتینیت ها- دارای محتوای هیدروژن بسیار بالا، اما محتوای اکسیژن کم. ترکیب آنها به دلیل وجود زنجیره های کربنی آلیفاتیک است. فرض بر این است که لیپتینیت ها عمدتاً از جلبک ها (معمولاً در معرض تجزیه باکتریایی) تشکیل شده اند. توانایی بالایی در تبدیل شدن به روغن دارند.

2) خارج می شود- دارای محتوای هیدروژن بالا (اما کمتر از لیپتینیت ها)، غنی از زنجیره های آلیفاتیک و نفتن های اشباع (هیدروکربن های آلی حلقه ای) و همچنین چرخه های معطر و گروه های عاملی حاوی اکسیژن هستند. این ماده آلی از مواد گیاهی مانند هاگ، گرده، کوتیکول و سایر قسمت های ساختاری گیاهان تشکیل می شود. اگزینیت ها توانایی خوبی برای تبدیل به نفت و میعانات گازی و در مراحل بالاتر تکامل دگرگونی به گاز دارند.

3) ویترشیتی- دارای محتوای هیدروژن کم، محتوای اکسیژن بالا و عمدتاً از ساختارهای معطر با زنجیره های آلیفاتیک کوتاه که توسط گروه های عاملی حاوی اکسیژن به هم متصل شده اند. آنها از مواد چوبی ساختار یافته ( لیگنوسلولزی ) تشکیل شده اند و توانایی محدودی برای تبدیل به نفت دارند، اما توانایی خوبی برای تبدیل به گاز دارند.

4) اینرتینیتسنگ های آواری سیاه و مات (پر کربن و کم هیدروژن) هستند که از پیش سازهای چوبی بسیار تغییر یافته تشکیل شده اند. توانایی تبدیل شدن به نفت و گاز را ندارند.

عوامل اصلی که سنگ نفت گاز را به وسیله آن تشخیص می دهند محتوای کروژن آن، نوع ماده آلی در کروژن و مرحله تکامل دگرگونی این ماده آلی است. سنگهای نفتی و گازی خوب آنهایی هستند که حاوی 2 تا 4 درصد ماده آلی هستند که از آن می توان هیدروکربنهای مربوطه را تشکیل و آزاد کرد. در شرایط مساعد ژئوشیمیایی، تشکیل نفت می تواند از سنگ های رسوبی حاوی مواد آلی مانند لیپتینیت و اگزینیت رخ دهد. تشکیل رسوبات گازی معمولاً در سنگهای غنی از ویترینیت یا در نتیجه ترک خوردگی حرارتی نفت تشکیل شده اولیه رخ می دهد.

در نتیجه دفن بعدی رسوبات مواد آلی در زیر لایه های بالایی سنگ های رسوبی، این ماده در معرض دماهای فزاینده ای قرار می گیرد که منجر به تجزیه حرارتی کروژن و تشکیل نفت و گاز می شود. تشکیل نفت در مقادیر مورد علاقه برای توسعه صنعتی میدان تحت شرایط معینی از نظر زمان و دما (عمق وقوع) اتفاق می‌افتد، و زمان تشکیل هر چه طولانی‌تر باشد، دما پایین‌تر باشد (اگر ما به راحتی می‌توانیم این را بفهمیم. فرض کنید که واکنش طبق معادله مرتبه اول پیش می رود و وابستگی آرنیوس به دما دارد). به عنوان مثال، همان مقدار نفتی که در 100 درجه سانتیگراد در حدود 20 میلیون سال تشکیل شده است باید در 90 درجه سانتیگراد در 40 میلیون سال و در 80 درجه سانتیگراد در 80 میلیون سال تشکیل شود. سرعت تشکیل هیدروکربن ها از کروژن به ازای هر 10 درجه سانتی گراد افزایش دما تقریباً دو برابر می شود. با این حال ترکیب شیمیاییکروژن می تواند بسیار متنوع باشد و بنابراین رابطه مشخص شده بین زمان بلوغ روغن و دمای این فرآیند را می توان تنها به عنوان مبنایی برای تخمین های تقریبی در نظر گرفت.

مطالعات ژئوشیمیایی مدرن نشان می دهد که در فلات قاره دریای شمال، هر 100 متر افزایش عمق با افزایش دمای تقریباً 3 درجه سانتی گراد همراه است، به این معنی که سنگ های رسوبی غنی از مواد آلی، هیدروکربن های مایع را در عمق 2500-4000 تشکیل می دهند. متر برای 50-80 میلیون سال. به نظر می رسد روغن های سبک و میعانات در اعماق 4000-5000 متر و متان (گاز خشک) در اعماق بیشتر از 5000 متر تشکیل شده اند.

منابع طبیعی هیدروکربن ها سوخت های فسیلی هستند - نفت و گاز، زغال سنگ و ذغال سنگ نارس. ذخایر نفت خام و گاز 100 تا 200 میلیون سال پیش از گیاهان و جانوران دریایی میکروسکوپی که در سنگ‌های رسوبی تشکیل شده در بستر دریا قرار گرفتند، منشأ گرفتند، در مقابل، زغال سنگ و ذغال سنگ نارس از 340 میلیون سال پیش از گیاهانی که در خشکی رشد می‌کردند شروع به تشکیل شدن کردند.

گاز طبیعی و نفت خام معمولاً همراه با آب در لایه های نفتی واقع در بین لایه های سنگی یافت می شوند (شکل 2). اصطلاح «گاز طبیعی» برای گازهایی که در آن تشکیل می شوند نیز به کار می رود شرایط طبیعیاز تجزیه زغال سنگ گاز طبیعی و نفت خام در همه قاره ها به جز قطب جنوب در حال توسعه هستند. بزرگترین تولیدکنندگان گاز طبیعی در جهان روسیه، الجزایر، ایران و ایالات متحده هستند. بزرگترین تولید کننده نفت خام ونزوئلا است. عربستان سعودی، کویت و ایران.

گاز طبیعی عمدتاً متان است (جدول 1).

نفت خام یک مایع روغنی است که می تواند رنگ آن از قهوه ای تیره یا سبز تا تقریبا بی رنگ متفاوت باشد. آن شامل عدد بزرگآلکان ها از جمله آلکان های بدون شاخه، آلکان های منشعب و سیکلوآلکان ها با تعداد اتم های کربن از پنج تا 40 نام صنعتی این سیکلوآلکان ها معروف است. نفت خام همچنین حاوی تقریباً 10 درصد هیدروکربن های معطر و همچنین مقادیر کمی از ترکیبات دیگر حاوی گوگرد، اکسیژن و نیتروژن است.

منابع اصلی هیدروکربن ها نفت، گازهای نفتی طبیعی و مرتبط و زغال سنگ است. ذخایر آنها نامحدود نیست. به گفته دانشمندان، با نرخ فعلی تولید و مصرف، آنها به اندازه کافی خواهند بود: نفت - 30 - 90 سال، گاز - برای 50 سال، زغال سنگ - برای 300 سال.

روغن و ترکیبات آن:

روغن مایع روغنی است از قهوه ای روشن تا قهوه ای تیره، تقریبا سیاه رنگ با بوی مشخص، در آب حل نمی شود، لایه ای روی سطح آب تشکیل می دهد که اجازه عبور هوا را نمی دهد. روغن مایع روغنی قهوه ای روشن تا قهوه ای تیره، رنگ تقریبا سیاه، با بوی مشخص است، در آب حل نمی شود، لایه ای را روی سطح آب تشکیل می دهد که اجازه عبور هوا را نمی دهد. روغن مخلوط پیچیده ای از هیدروکربن های اشباع و معطر، سیکلوپارافین و همچنین برخی از ترکیبات آلی حاوی هترواتم ها - اکسیژن، گوگرد، نیتروژن و غیره است. چه اسامی مشتاقانه ای را اهالی نفت نگذاشتند: و « طلای سیاه"، و "خون زمین". نفت واقعاً شایسته تحسین و اشراف ماست.

ترکیب روغن عبارت است از: پارافینیک - متشکل از آلکان هایی با زنجیره مستقیم و منشعب. نفتنیک - حاوی هیدروکربن های حلقوی اشباع شده است. معطر - شامل هیدروکربن های معطر (بنزن و همولوگ های آن) است. با وجود سختی ها ترکیب جزء، ترکیب عنصری روغن ها کم و بیش یکسان است: به طور متوسط ​​82-87٪ هیدروکربن، 11-14٪ هیدروژن، 2-6٪ سایر عناصر (اکسیژن، گوگرد، نیتروژن).

کمی تاریخ .

در سال 1859، در ایالات متحده آمریکا، در ایالت پنسیلوانیا، ادوین دریک 40 ساله، با پشتکار خودش، پول حفر نفت و یک موتور بخار قدیمی، چاهی به عمق 22 متر حفر کرد و اولین نفت را از آن استخراج کرد. آی تی.

اولویت دریک به عنوان یک پیشگام در زمینه حفاری نفت مورد مناقشه است، اما نام او همچنان با آغاز دوران نفت گره خورده است. نفت در بسیاری از نقاط جهان کشف شده است. بشر در نهایت به مقدار زیادی منبع عالی از نور مصنوعی را به دست آورده است.

منشا روغن چیست؟

در میان دانشمندان، دو مفهوم اصلی غالب بود: آلی و معدنی. بر اساس مفهوم اول، بقایای آلی مدفون در سنگ های رسوبی در طول زمان تجزیه می شوند و به نفت، زغال سنگ و گاز طبیعی تبدیل می شوند. سپس نفت و گاز متحرک بیشتری در لایه های بالایی سنگ های رسوبی با منافذ جمع می شود. دانشمندان دیگر ادعا می کنند که نفت در "اعماق زیاد در گوشته زمین" تشکیل می شود.

دانشمند روسی - شیمیدان D.I. مندلیف از حامیان مفهوم معدنی بود. در سال 1877، او یک فرضیه معدنی (کاربید) را ارائه کرد که بر اساس آن، ظهور نفت با نفوذ آب به اعماق زمین در امتداد گسل ها همراه است، جایی که تحت تأثیر آن بر "فلزات کربنی"، هیدروکربن ها به دست می آیند.

اگر فرضیه ای در مورد منشاء کیهانی نفت وجود داشت - از هیدروکربن های موجود در پوشش گازی زمین حتی در حالت ستاره ای آن.

گاز طبیعی "طلای آبی" است.

کشور ما از نظر ذخایر گاز طبیعی رتبه اول جهان را دارد. مهمترین ذخایر این سوخت ارزشمند در سیبری غربی (Urengoyskoye، Zapolyarnoye)، در حوزه Volga-Ural (Vuktylskoye، Orenburgskoye)، در قفقاز شمالی (Stavropolskoye) واقع شده است.

برای تولید گاز طبیعی معمولا از روش جاری استفاده می شود. برای شروع جریان گاز به سطح، کافی است یک چاه حفر شده در یک مخزن گازدار باز شود.

گاز طبیعی بدون جداسازی قبلی مورد استفاده قرار می گیرد زیرا قبل از حمل و نقل تحت تصفیه قرار می گیرد. به ویژه ناخالصی های مکانیکی، بخار آب، سولفید هیدروژن و سایر اجزای تهاجمی از آن حذف می شود ... .. و همچنین اکثرپروپان، بوتان و هیدروکربن های سنگین تر. متان عملا خالص باقی مانده، اولاً به عنوان سوخت مصرف می شود: ارزش حرارتی بالا. سازگار با محیط زیست؛ راحت برای استخراج، حمل و نقل، سوزاندن، زیرا حالت تجمع گاز است.

ثانیاً، متان به ماده خام برای تولید استیلن، دوده و هیدروژن تبدیل می شود. برای تولید هیدروکربن های غیر اشباع، در درجه اول اتیلن و پروپیلن؛ برای سنتز آلی: متیل الکل، فرمالدئید، استون، اسید استیک و موارد دیگر.

گاز نفتی مرتبط

گازهای نفتی مرتبط با منشأ خود نیز گاز طبیعی است. نام خاصی دریافت کرد زیرا در ذخایر همراه با نفت است - در آن حل می شود. هنگام استخراج روغن به سطح، به دلیل افت شدید فشار، از آن جدا می شود. روسیه از نظر ذخایر گاز مرتبط و تولید آن یکی از اولین مکان ها را به خود اختصاص داده است.

ترکیب گاز نفتی مرتبط با گاز طبیعی متفاوت است - حاوی اتان، پروپان، بوتان و سایر هیدروکربن‌های بسیار بیشتری است. علاوه بر این، حاوی گازهای کمیاب روی زمین مانند آرگون و هلیوم است.

گاز مرتبط با نفت یک ماده خام شیمیایی با ارزش است، مواد بیشتری از آن می توان از گاز طبیعی به دست آورد. هیدروکربن های منفرد نیز برای فرآوری شیمیایی استخراج می شوند: اتان، پروپان، بوتان و غیره. هیدروکربن های غیراشباع از آنها با واکنش هیدروژن زدایی به دست می آیند.

زغال سنگ

ذخایر زغال سنگ در طبیعت به طور قابل توجهی بیش از ذخایر نفت و گاز است. زغال سنگ مخلوط پیچیده ای از مواد است که از ترکیبات مختلف کربن، هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن و گوگرد تشکیل شده است. ترکیب زغال سنگ شامل چنین مواد معدنی حاوی ترکیبات بسیاری از عناصر دیگر است.

زغال سنگ سخت ترکیبی دارد: کربن - تا 98٪، هیدروژن - تا 6٪، نیتروژن، گوگرد، اکسیژن - تا 10٪. اما در طبیعت زغال سنگ قهوه ای نیز وجود دارد. ترکیب آنها: کربن - تا 75٪، هیدروژن - تا 6٪، نیتروژن، اکسیژن - تا 30٪.

روش اصلی پردازش زغال سنگ پیرولیز (cocoation) است - تجزیه مواد آلی بدون دسترسی به هوا هنگامی که درجه حرارت بالا(حدود 1000 درجه سانتیگراد). در این مورد، محصولات زیر به دست می آیند: کک (سوخت جامد مصنوعی با قدرت افزایش یافته، به طور گسترده در متالورژی استفاده می شود). قطران زغال سنگ (مورد استفاده در صنایع شیمیایی)؛ گاز نارگیل (مورد استفاده در صنایع شیمیایی و به عنوان سوخت.)

گاز کوره کک

ترکیبات فرار (گاز کوره کک) که در طی تجزیه حرارتی زغال سنگ تشکیل می شوند، وارد مجموعه عمومی می شوند. در اینجا گاز کوره کک سرد می شود و از رسوب دهنده های الکترواستاتیک عبور می کند تا قطران زغال سنگ جدا شود. در کلکتور گاز، آب به طور همزمان با رزین متراکم می شود که در آن آمونیاک، سولفید هیدروژن، فنل و سایر مواد حل می شود. هیدروژن از گاز کک چگال نشده کوره برای سنتزهای مختلف جدا می شود.

پس از تقطیر قطران زغال سنگ، یک جامد باقی می ماند - زمین، که برای تهیه الکترود و قطران سقف استفاده می شود.

پالایش نفت

پالایش نفت یا یکسوسازی، فرآیند جداسازی حرارتی نفت و فرآورده های نفتی به کسری بر اساس نقطه جوش است.

تقطیر یک فرآیند فیزیکی است.

دو روش پالایش نفت وجود دارد: فیزیکی (فرآوری اولیه) و شیمیایی (فرآوری ثانویه).

پردازش اولیه روغن در یک ستون تقطیر انجام می شود - دستگاهی برای جداسازی مخلوط مایع از موادی که در نقطه جوش متفاوت هستند.

فراکسیون های روغن و زمینه های اصلی استفاده از آنها:

بنزین - سوخت خودرو؛

نفت سفید - سوخت حمل و نقل هوایی؛

Ligroin - تولید پلاستیک، مواد خام برای بازیافت؛

نفت گاز - دیزل و سوخت دیگ بخار، مواد خام برای بازیافت؛

روغن سوخت - سوخت کارخانه، پارافین، روغن های روان کننده، قیر.

روش های پاکسازی لکه های نفتی :

1) جذب - همه شما کاه و ذغال سنگ نارس را می شناسید. آنها روغن را جذب می کنند، پس از آن می توان آنها را با دقت جمع آوری کرد و با تخریب بعدی خارج کرد. این روش فقط در شرایط آرام و فقط برای نقاط کوچک مناسب است. این روش اخیراً به دلیل هزینه کم و کارایی بالا بسیار محبوب شده است.

خط پایین: روش ارزان است و به شرایط خارجی بستگی دارد.

2) خود مایع سازی: - در صورتی که روغن دور از ساحل ریخته شود و لکه کوچک باشد از این روش استفاده می شود (در این صورت بهتر است به هیچ وجه به لکه دست نزنید). به تدریج در آب حل شده و تا حدی تبخیر می شود. گاهی اوقات روغن از بین نمی رود و پس از چند سال لکه های کوچکی به صورت تکه های رزین لغزنده به ساحل می رسد.

خط پایین: هیچ مواد شیمیایی استفاده نمی شود. روغن برای مدت طولانی روی سطح باقی می ماند.

3) بیولوژیکی: فناوری مبتنی بر استفاده از میکروارگانیسم هایی که قادر به اکسیداسیون هیدروکربن ها هستند.

خط پایین: حداقل آسیب. حذف روغن از سطح، اما این روش پر زحمت و زمان بر است.

 

شاید خواندن آن مفید باشد:

• چه نقاط قوتی باید در رزومه ذکر شود؟;
• روش های تشخیص انگیزش شخصیت;
• زیردستان چه چیزی باید بدانند؟;
• بیان احساسات خود;
• ماتریس توزیع زمان (طبق گفته استفان کاوی);
• حل تعارضات در یک تیم نمونه هایی از نحوه حل تعارضات در یک تیم کاری;
• لیست قارچ های خوراکی جنگلی با عکس، نام و توضیحات;
• چوب ماهون به عنوان ماده;