Surse naturale de hidrocarburi: gaz, petrol, cocs. Utilizarea lor ca combustibil și în sinteza chimică

Hidrocarburile au o mare importanță economică, deoarece servesc ca cel mai important tip de materie primă pentru obținerea aproape a tuturor produselor din industria modernă a sintezei organice și sunt utilizate pe scară largă în scopuri energetice. Ele par să acumuleze căldură și energie solară, care sunt eliberate în timpul arderii. Turba, cărbunele, șisturile bituminoase, petrolul, gazele petroliere naturale și asociate conțin carbon, a cărui combinație cu oxigenul în timpul arderii este însoțită de eliberarea de căldură.

cărbune turbă ulei gaz natural
solid solid lichid gaz
fara miros fara miros Miros puternic fara miros
compoziție uniformă compoziție uniformă amestec de substante amestec de substante
o rocă de culoare închisă cu un conținut ridicat de materie combustibilă rezultată din îngroparea acumulărilor diferitelor plante în straturile sedimentare acumulare de masă vegetală semi-descompusă acumulată pe fundul mlaștinilor și al lacurilor îngroșate lichid uleios combustibil natural, constă dintr-un amestec de hidrocarburi lichide și gazoase un amestec de gaze format în intestinele Pământului în timpul descompunerii anaerobe a substanțelor organice, gazul aparține grupului de roci sedimentare
Puterea calorică - numărul de calorii eliberate prin arderea a 1 kg de combustibil
7 000 - 9 000 500 - 2 000 10000 - 15000 ?

Cărbune.

Cărbunele a fost întotdeauna o materie primă promițătoare pentru energie și multe produse chimice.

Începând cu secolul al XIX-lea, primul consumator important de cărbune a fost transportul, apoi cărbunele a început să fie folosit pentru producerea de energie electrică, cocs metalurgic, producerea diverselor produse în timpul prelucrării chimice, materiale structurale carbon-grafit, materiale plastice, ceară de munte, combustibili sintetici, lichizi și gazoși cu conținut ridicat de calorii, acizi cu conținut ridicat de azot pentru producerea de îngrășăminte.

Cărbunele este un amestec complex de compuși macromoleculari, care include următoarele elemente: C, H, N, O, S. Cărbunele, ca și petrolul, conține un numar mare de diverse substanțe organice, precum și substanțe anorganice, cum ar fi apa, amoniacul, hidrogenul sulfurat și, desigur, carbonul însuși - cărbune.

Reciclare carbune tare merge în trei direcții principale: cocsificare, hidrogenare și ardere incompletă. Una dintre principalele moduri de prelucrare a cărbunelui este cocsificabil– calcinare fără acces de aer în cuptoare de cocs la o temperatură de 1000–1200°C. La această temperatură, fără acces la oxigen, cărbunele suferă cele mai complexe transformări chimice, în urma cărora se formează cocs și produse volatile:

1. gaz de cocs (hidrogen, metan, monoxid de carbon și dioxid de carbon, impurități de amoniac, azot și alte gaze);

2. gudron de cărbune (câteva sute de substanțe organice diferite, inclusiv benzen și omologii săi, fenol și alcooli aromatici, naftalenă și diverși compuși heterociclici);

3. supra-gudron, sau amoniac, apă (amoniac dizolvat, precum și fenol, hidrogen sulfurat și alte substanțe);

4. cocs (rezidu solid de cocsificare, carbon practic pur).

Cocsul răcit este trimis la uzinele metalurgice.

Când produsele volatile (gazul cuptorului de cocs) sunt răcite, gudronul de cărbune și apa cu amoniac se condensează.

Trecând produse necondensate (amoniac, benzen, hidrogen, metan, CO 2 , azot, etilenă etc.) printr-o soluție de acid sulfuric, se izolează sulfatul de amoniu, care este folosit ca îngrășământ mineral. Benzenul este preluat în solvent și distilat din soluție. După aceea, gazul de cocs este folosit ca combustibil sau ca materie primă chimică. Gudronul de cărbune se obține în cantități mici (3%). Dar, având în vedere amploarea producției, gudronul de cărbune este considerat materie primă pentru obținerea unui număr de substanțe organice. Dacă produsele care fierb până la 350 ° C sunt îndepărtate de rășină, atunci rămâne o masă solidă - smoală. Este folosit pentru fabricarea lacurilor.

Hidrogenarea cărbunelui se realizează la o temperatură de 400–600°C sub o presiune a hidrogenului de până la 25 MPa în prezența unui catalizator. În acest caz, se formează un amestec de hidrocarburi lichide, care poate fi folosit ca combustibil pentru motor. Obținerea combustibilului lichid din cărbune. Combustibilii sintetici lichizi sunt benzina cu octan ridicat, motorina și combustibilii pentru cazane. Pentru a obține combustibil lichid din cărbune, este necesară creșterea conținutului său de hidrogen prin hidrogenare. Hidrogenarea se realizează folosind circulația multiplă, ceea ce vă permite să transformați într-un lichid și gaze întreaga masă organică de cărbune. Avantajul acestei metode este posibilitatea de hidrogenare a cărbunelui brun de calitate scăzută.

Gazeificarea cărbunelui va face posibilă utilizarea cărbunelui maro și negru de calitate scăzută la centralele termice fără a polua mediu inconjurator compuși ai sulfului. Aceasta este singura metodă de producere a monoxidului de carbon concentrat ( monoxid de carbon) CO. Arderea incompletă a cărbunelui produce monoxid de carbon (II). Pe un catalizator (nichel, cobalt) la presiune normală sau ridicată, hidrogenul și CO pot fi utilizate pentru a produce benzină care conține hidrocarburi saturate și nesaturate:

nCO + (2n+1)H2 → CnH2n+2 + nH20;

nCO + 2nH2 → CnH2n + nH2O.

Dacă distilarea uscată a cărbunelui se efectuează la 500–550°C, se obține gudron, care, împreună cu bitumul, este utilizat în industria construcțiilor ca liant la fabricarea acoperișurilor, acoperirilor hidroizolante (material de acoperiș, pâslă de acoperiș, etc.).

În natură, cărbunele se găsește în următoarele regiuni: regiunea Moscovei, bazinul Yakutsk de Sud, Kuzbass, Donbass, bazinul Pechora, bazinul Tunguska, bazinul Lena.

Gaz natural.

Gazul natural este un amestec de gaze, a cărui componentă principală este metanul CH 4 (de la 75 la 98% în funcție de domeniu), restul este etan, propan, butan și o cantitate mică de impurități - azot, monoxid de carbon (IV ), hidrogen sulfurat și vapori de apă, și, aproape întotdeauna, hidrogen sulfuratși compuși organici ai uleiului - mercaptani. Ei sunt cei care dau gazului un miros neplăcut specific, iar atunci când sunt arse, duc la formarea de dioxid de sulf toxic SO 2.

În general, cu cât greutatea moleculară a hidrocarburii este mai mare, cu atât este mai puțin conținut în gazul natural. Compoziția gazelor naturale din diferite zăcăminte nu este aceeași. Compoziția sa medie ca procent în volum este după cum urmează:

CH 4 C2H6 C3H8 C4H10 N 2 și alte gaze
75-98 0,5 - 4 0,2 – 1,5 0,1 – 1 1-12

Metanul se formează în timpul fermentației anaerobe (fără acces la aer) a reziduurilor vegetale și animale, prin urmare se formează în sedimentele de fund și se numește gaz „de mlaștină”.

Depuneri de metan sub formă cristalină hidratată, așa-numita hidrat de metan, găsit sub un strat de permafrost și la adâncimi mari ale oceanelor. La temperaturi scăzute (−800ºC) și presiuni mari moleculele de metan sunt situate în golurile rețelei cristaline de gheață de apă. În golurile de gheață ale unui metru cub de hidrat de metan, 164 de metri cubi de gaz sunt „eliminate”.

Bucățile de hidrat de metan arată ca gheața murdară, dar în aer ard cu o flacără galben-albastru. Se estimează că între 10.000 și 15.000 de gigatone de carbon sunt stocate pe planetă sub formă de hidrat de metan (o giga înseamnă 1 miliard). Astfel de volume sunt de multe ori mai mari decât toate rezervele de gaze naturale cunoscute în prezent.

Gazul natural este o resursă naturală regenerabilă, deoarece este sintetizat continuu în natură. Se mai numește și „biogaz”. Prin urmare, mulți oameni de știință de mediu asociază astăzi perspectivele existenței prospere a omenirii tocmai cu utilizarea gazului ca combustibil alternativ.

Ca combustibil, gazele naturale prezintă mari avantaje față de combustibilii solizi și lichizi. Puterea sa calorica este mult mai mare, la ardere nu lasa cenusa, produsele de ardere sunt mult mai prietenoase cu mediul. Prin urmare, aproximativ 90% din volumul total de gaz natural produs este arse drept combustibil la centralele termice și cazanele, în procesele termice la întreprinderile industriale și în viața de zi cu zi. Aproximativ 10% din gazul natural este folosit ca materie primă valoroasă pentru industria chimică: pentru a produce hidrogen, acetilenă, funingine, diverse materiale plastice și medicamente. Metanul, etanul, propanul și butanul sunt izolate din gazul natural. Produsele care pot fi obținute din metan sunt de mare importanță industrială. Metanul este utilizat pentru sinteza multor substanțe organice - gaz de sinteză și sinteza ulterioară a alcoolilor pe baza acestuia; solvenți (tetraclorură de carbon, clorură de metilen etc.); formaldehidă; acetilenă și funingine.

Gazele naturale formează zăcăminte independente. Principalele zăcăminte de gaze naturale combustibile sunt situate în nordul și Vestul Siberiei, bazinul Volga-Ural, în Caucazul de Nord (Stavropol), în Republica Komi, regiunea Astrakhan, Marea Barents.

Sursă naturală de hidrocarburi
Principalele sale caracteristici
Ulei

Amestec multicomponent format în principal din hidrocarburi. Hidrocarburile sunt reprezentate în principal de alcani, cicloalcani și arene.
Trecere gaz petrolier

Odată cu extracția uleiului se formează un amestec format aproape exclusiv din alcani cu un lanț lung de carbon de la 1 la 6 atomi de carbon, de unde și originea denumirii. Există o tendință: cu cât greutatea moleculară a alcanului este mai mică, cu atât procentul acestuia în gazul petrolier asociat este mai mare.
Gaz natural

Un amestec constând în principal din alcani cu greutate moleculară mică. Componenta principală a gazelor naturale este metanul. Procentul său, în funcție de zăcământul de gaze, poate fi de la 75 la 99%. Pe locul doi în ceea ce privește concentrația pe o marjă largă se află etanul, propanul este și mai puțin conținut etc.

Diferența fundamentală dintre gazul natural și gazul petrolier asociat este că proporția de propan și butani izomeri în gazul petrolier asociat este mult mai mare.
Cărbune

Amestec multicomponent de diverși compuși de carbon, hidrogen, oxigen, azot și sulf. De asemenea, compoziția cărbunelui include o cantitate semnificativă de substanțe anorganice, a căror proporție este semnificativ mai mare decât în ​​ulei.

Rafinarea petrolului

Uleiul este un amestec multicomponent de diferite substanțe, în principal hidrocarburi. Aceste componente diferă unele de altele în punctele de fierbere. În acest sens, dacă uleiul este încălzit, atunci componentele cu cel mai mic punct de fierbere se vor evapora mai întâi din acesta, apoi compușii cu un punct de fierbere mai mare etc. Pe baza acestui fenomen rafinarea petrolului primar , constând în distilare (rectificare) ulei. Acest proces se numește primar, deoarece se presupune că în cursul său nu au loc transformări chimice ale substanțelor, iar uleiul este separat doar în fracții cu puncte de fierbere diferite. Mai jos este o diagramă schematică a unei coloane de distilare cu descriere scurta procesul de distilare în sine:

Înainte de procesul de rectificare, uleiul este preparat în mod special, și anume, este îndepărtat din apa impură cu sărurile dizolvate în ea și din impuritățile mecanice solide. Uleiul astfel preparat intră în cuptorul tubular, unde este încălzit la o temperatură ridicată (320-350 o C). După ce a fost încălzit într-un cuptor tubular, uleiul la temperatură înaltă intră în partea inferioară a coloanei de distilare, unde fracțiunile individuale se evaporă și vaporii lor urcă în coloana de distilare. Cu cât secțiunea coloanei de distilare este mai mare, cu atât temperatura acesteia este mai mică. Astfel, următoarele fracții sunt luate la diferite înălțimi:

1) gaze de distilare (preluate chiar din partea superioară a coloanei și, prin urmare, punctul lor de fierbere nu depășește 40 ° C);

2) fracția de benzină (punct de fierbere de la 35 la 200 o C);

3) fracția nafta (puncte de fierbere de la 150 la 250 o C);

4) fracția de kerosen (puncte de fierbere de la 190 la 300 o C);

5) fracția de motorină (punct de fierbere de la 200 la 300 o C);

6) păcură (punct de fierbere peste 350 o C).

Trebuie remarcat faptul că fracțiile medii izolate în timpul rectificării uleiului nu îndeplinesc standardele de calitate a combustibilului. În plus, în urma distilării uleiului, se formează o cantitate considerabilă de păcură - departe de a fi cel mai solicitat produs. În acest sens, după prelucrarea primară a petrolului, sarcina este de a crește randamentul fracțiilor mai scumpe, în special, de benzină, precum și de a îmbunătăți calitatea acestor fracții. Aceste sarcini sunt rezolvate folosind diferite procese. rafinarea petrolului , ca cracareȘireformare .

De remarcat faptul că numărul de procese utilizate în prelucrarea secundară a uleiului este mult mai mare, și atingem doar câteva dintre cele principale. Să înțelegem acum care este sensul acestor procese.

Cracare (termică sau catalitică)

Acest proces este conceput pentru a crește randamentul fracției de benzină. În acest scop, fracțiile grele, cum ar fi păcura, sunt supuse unei încălziri puternice, cel mai adesea în prezența unui catalizator. Ca urmare a unui astfel de impact, moleculele cu lanț lung care fac parte din fracțiile grele se sparg și hidrocarburile cu un greutate moleculară. De fapt, acest lucru duce la un randament suplimentar al unei fracțiuni de benzină mai valoroase decât păcura originală. Esența chimică a acestui proces este reflectată de ecuația:

Reformare

Acest proces îndeplinește sarcina de a îmbunătăți calitatea fracției de benzină, în special, de a crește rezistența acesteia la detonare (cifra octanică). Această caracteristică a benzinelor este indicată la benzinării (benzină 92, 95, 98 etc.).

Ca urmare a procesului de reformare, crește proporția de hidrocarburi aromatice în fracția de benzină, care printre alte hidrocarburi are unul dintre cele mai mari cifre octanice. O astfel de creștere a proporției de hidrocarburi aromatice se realizează în principal ca urmare a reacțiilor de dehidrociclizare care au loc în timpul procesului de reformare. De exemplu, atunci când este încălzit suficient n-hexanul în prezența unui catalizator de platină, se transformă în benzen, iar n-heptanul într-un mod similar - în toluen:

Prelucrarea cărbunelui

Principala metodă de prelucrare a cărbunelui este cocsificabil . Cocsificare de cărbune numit procesul prin care cărbunele este încălzit fără acces la aer. În același timp, ca urmare a unei astfel de încălziri, patru produse principale sunt izolate de cărbune:

1) cola

O substanță solidă care este aproape carbon pur.

2) Gudron de cărbune

Conține un număr mare de diferiți compuși predominant aromatici, cum ar fi benzenul, omologii săi, fenolii, alcoolii aromatici, naftalina, omologii naftalinei etc.;

3) Apa cu amoniac

În ciuda numelui său, această fracție, pe lângă amoniac și apă, conține și fenol, hidrogen sulfurat și alți compuși.

4) gaz cuptor de cocs

Principalele componente ale gazului cuptorului de cocs sunt hidrogenul, metanul, dioxidul de carbon, azotul, etilena etc.

1. izvoare naturale hidrocarburi: gaz, petrol, cărbune. Prelucrarea și aplicarea lor practică.

Principalele surse naturale de hidrocarburi sunt petrolul, gazele petroliere naturale și asociate și cărbunele.

Gaze petroliere naturale și asociate.

Gazul natural este un amestec de gaze, a cărui componentă principală este metanul, restul este etan, propan, butan și o cantitate mică de impurități - azot, monoxid de carbon (IV), hidrogen sulfurat și vapori de apă. 90% din acesta este consumat ca combustibil, restul de 10% este folosit ca materie primă pentru industria chimică: producția de hidrogen, etilenă, acetilenă, funingine, diverse materiale plastice, medicamente etc.

Gazul petrolier asociat este și gaz natural, dar apare împreună cu petrolul - este situat deasupra uleiului sau dizolvat în acesta sub presiune. Gazul asociat conține 30-50% metan, restul sunt omologii săi: etan, propan, butan și alte hidrocarburi. În plus, conține aceleași impurități ca și în gazele naturale.

Trei fracții de gaz asociat:

1. Benzina; se adaugă la benzină pentru a îmbunătăți pornirea motorului;

2. Amestecul propan-butan; folosit ca combustibil de uz casnic;

3. Gaz uscat; folosit pentru a produce acilenă, hidrogen, etilenă și alte substanțe, din care, la rândul lor, se produc cauciucuri, materiale plastice, alcooli, acizi organici etc.

Ulei.

Uleiul este un lichid uleios de la galben sau maro deschis până la negru, cu un miros caracteristic. Este mai ușor decât apa și practic insolubil în ea. Uleiul este un amestec de aproximativ 150 de hidrocarburi amestecate cu alte substante, deci nu are un punct de fierbere anume.

90% din uleiul produs este folosit ca materie primă pentru producție diferite feluri combustibili si lubrifianti. În același timp, petrolul este o materie primă valoroasă pentru industria chimică.

Ulei extras din măruntaiele pământului, eu îl numesc brut. Țițeiul nu este folosit, este prelucrat. Țițeiul este purificat din gaze, apă și impurități mecanice și apoi este supus distilarii fracționate.

Distilarea este procesul de separare a amestecurilor în componente individuale, sau fracții, pe baza diferențelor dintre punctele lor de fierbere.

În timpul distilării uleiului, mai multe fracții de produse petroliere sunt izolate:

1. Fracția gazoasă (tfierbere = 40°C) conține alcani normali și ramificati CH4 - C4H10;

2. Fracția de benzină (tboil = 40 - 200°C) conține hidrocarburi C 5 H 12 - C 11 H 24; în timpul redistilării, din amestec sunt eliberate produse petroliere ușoare, fierbinți în intervale de temperatură mai scăzute: eter de petrol, benzină pentru aviație și motor;

3. Fracția nafta (benzină grea, punct de fierbere = 150 - 250 ° C), conține hidrocarburi din compoziția C 8 H 18 - C 14 H 30, utilizate ca combustibil pentru tractoare, locomotive diesel, camioane;



4. Fracţia de kerosen (tfierbere = 180 - 300°C) include hidrocarburi din compoziţia C12H26-C18H38; este folosit ca combustibil pentru avioane cu reactie, rachete;

5. Pacura (tboil = 270 - 350°C) este folosită ca motorină și crapată pe scară largă.

După distilarea fracțiilor, rămâne un lichid vâscos întunecat - păcură. Uleiurile solare, vaselina, parafina sunt izolate din păcură. Reziduul din distilarea păcurii este gudron, este folosit în producția de materiale pentru construcția drumurilor.

Reciclarea uleiului se bazează pe procese chimice:

1. Cracarea - scindarea moleculelor mari de hidrocarburi in altele mai mici. Distingeți cracarea termică și cea catalitică, care este mai frecventă în prezent.

2. Reformarea (aromatizarea) este conversia alcanilor și cicloalcanilor în compuși aromatici. Acest proces se realizează prin încălzirea benzinei la presiune ridicată în prezența unui catalizator. Reformarea este utilizată pentru a obține hidrocarburi aromatice din fracțiunile de benzină.

3. Piroliza produselor petroliere se realizează prin încălzirea produselor petroliere la o temperatură de 650 - 800°C, principalii produși de reacție sunt hidrocarburile nesaturate gazoase și aromatice.

Uleiul este o materie primă pentru producerea nu numai a combustibilului, ci și a multor substanțe organice.

Cărbune.

Cărbunele este, de asemenea, o sursă de energie și o materie primă chimică valoroasă. Compoziția cărbunelui este în principal materie organică, precum și apă, minerale, care formează cenușă atunci când este ars.

Unul dintre tipurile de prelucrare a cărbunelui este cocsificarea - acesta este procesul de încălzire a cărbunelui la o temperatură de 1000 ° C fără acces la aer. Cocsificarea cărbunelui se realizează în cuptoare de cocs. Coca-cola constă din carbon aproape pur. Este utilizat ca agent reducător în producția de fontă în furnal la uzinele metalurgice.

Substanțe volatile în timpul condensării gudron de cărbune (conține multe substanțe organice diferite, dintre care majoritatea sunt aromate), apă de amoniac (conține amoniac, săruri de amoniu) și gaz de cocs (conține amoniac, benzen, hidrogen, metan, monoxid de carbon (II), etilenă , azot și alte substanțe).


Capitolul 1. GEOCHIMIA ȚEIULUI ȘI EXPLORAREA RESURSELOR DE COMBUSTIBIL.

§ 1. Originea combustibililor fosili. 3

§ 2. Roci petroliere. 4

Capitolul 2. SURSE NATURALE.. 5

Capitolul 3. PRODUCȚIA INDUSTRIALĂ DE HIDROCARBURI .. 8

Capitolul 4. RAFINAREA ȚEIEI .. 9

§ 1. Distilarea fracționată.. 9

§ 2. Crăpare. 12

§ 3. Reformare. 13

§ 4. Îndepărtarea sulfului.. 14

Capitolul 5. APLICAȚIILE HIDROCARBURILOR .. 14

§ 1. Alcani .. 15

§ 2. Alchene.. 16

§ 3. Alchine.. 18

§ 4. Arene.. 19

Capitolul 6. Analiza stării industriei petroliere. 20

Capitolul 7. Caracteristici și tendințe principale în industria petrolului. 27

Lista referințelor... 33

Primele teorii, care au luat în considerare principiile care determină apariția zăcămintelor de petrol, au fost de obicei limitate în principal la întrebarea unde se acumulează. Cu toate acestea, în ultimii 20 de ani a devenit clar că, pentru a răspunde la această întrebare, este necesar să înțelegem de ce, când și în ce cantități s-a format petrolul într-un anumit bazin, precum și să înțelegem și să stabilim procesele ca un rezultatul căruia a provenit, a migrat și s-a acumulat. Aceste informații sunt esențiale pentru îmbunătățirea eficienței explorării petroliere.

Formarea resurselor de hidrocarburi, conform vederilor moderne, a avut loc ca urmare a unei secvențe complexe de procese geochimice (vezi Fig. 1) în interiorul rocilor originale de gaz și petrol. În aceste procese, componentele diferitelor sisteme biologice (substanțe origine naturală) transformate în hidrocarburi și, într-o măsură mai mică, în compuși polari cu stabilitate termodinamică diferită - ca urmare a precipitării unor substanțe de origine naturală și a suprapunerii ulterioare a acestora cu rocile sedimentare, sub influența temperaturii ridicate și tensiune arterială crescutăîn straturile superficiale Scoarta terestra. Migrarea primară a produselor lichide și gazoase din stratul inițial de motorină și migrarea lor secundară ulterioară (prin orizonturi portante, deplasări etc.) în roci poroase saturate cu petrol duce la formarea de depozite de materiale hidrocarburi, migrarea ulterioară a care este prevenit prin blocarea depunerilor între straturile de rocă neporoasă .

În extractele de materie organică din rocile sedimentare de origine biogenă au compușii cu aceeași structură chimică ca și compușii extrași din petrol. Pentru geochimie au mai ales importanţă unii dintre acești compuși sunt considerați „markeri biologici” („fosile chimice”). Astfel de hidrocarburi au multe în comun cu compușii găsiți în sistemele biologice (de exemplu, lipide, pigmenți și metaboliți) din care este derivat uleiul. Acești compuși nu doar demonstrează o origine biogene hidrocarburi naturale, dar, de asemenea, vă permit să obțineți foarte Informații importante despre rocile purtătoare de gaze și petrol, precum și despre natura maturizării și originii, migrației și biodegradării care au dus la formarea unor zăcăminte specifice de gaze și petrol.

Figura 1 Procese geochimice care conduc la formarea hidrocarburilor fosile.

O rocă de motorină este considerată a fi o rocă sedimentară fin dispersată care, în timpul tasării naturale, a condus sau ar fi putut duce la formarea și eliberarea unor cantități semnificative de petrol și (sau) gaze. Clasificarea unor astfel de roci se bazează pe conținutul și tipul de materie organică, starea evoluției sale metamorfice (transformări chimice care au loc la temperaturi de aproximativ 50-180 ° C), precum și natura și cantitatea de hidrocarburi care pot fi obținute. din ea. Kerogenul materiei organice din rocile sedimentare de origine biogenă poate fi găsit într-o mare varietate de forme, dar poate fi împărțit în patru tipuri principale.

1) Liptinite– au un continut foarte mare de hidrogen, dar un continut redus de oxigen; compoziţia lor se datorează prezenţei catenelor carbonice alifatice. Se presupune că liptinitele s-au format în principal din alge (supuse de obicei la descompunere bacteriană). Au o capacitate mare de a se transforma în ulei.

2) Ieșiri– au un continut mare de hidrogen (totusi mai mic decat cel al liptinitelor), sunt bogate in lanturi alifatice si naftene saturate (hidrocarburi aliciclice), precum si cicluri aromatice si grupe functionale oxigenate. Această materie organică este formată din materiale vegetale, cum ar fi spori, polen, cuticule și alte părți structurale ale plantelor. Exiniții au o capacitate bună de a se transforma în condensat de petrol și gaze, iar în stadii superioare de evoluție metamorfică în gaz.

3) Vitrshity- au un continut scazut de hidrogen, un continut ridicat de oxigen si constau in principal din structuri aromatice cu lanturi alifatice scurte legate prin grupe functionale care contin oxigen. Sunt formate din materiale lemnoase structurate (lignocelulozice) și au o capacitate limitată de a se transforma în petrol, dar o bună capacitate de a se transforma în gaz.

4) Inertinită sunt roci clastice negre, opace (cu conținut ridicat de carbon și sărace în hidrogen) care s-au format din precursori lemnos foarte alterați. Nu au capacitatea de a se transforma în petrol și gaze.

Principalii factori prin care roca petrolieră este recunoscută sunt conținutul său de kerogen, tipul de materie organică din kerogen și stadiul de evoluție metamorfică a acestei materii organice. Rocile bune de petrol și gaze sunt cele care conțin 2-4% materie organică de tipul din care se pot forma și elibera hidrocarburile corespunzătoare. În condiții geochimice favorabile, formarea petrolului poate avea loc din roci sedimentare care conțin materie organică precum liptinită și exinită. Formarea depozitelor de gaze are loc de obicei în roci bogate în vitrinit sau ca urmare a fisurarii termice a uleiului format inițial.

Ca urmare a îngropării ulterioare a sedimentelor de materie organică sub straturile superioare ale rocilor sedimentare, această substanță este expusă la temperaturi din ce în ce mai ridicate, ceea ce duce la descompunerea termică a kerogenului și formarea de petrol și gaze. Formarea petrolului în cantități de interes pentru dezvoltarea industrială a câmpului are loc în anumite condiții de timp și temperatură (adâncimea de apariție), iar timpul de formare este cu cât mai lung, cu atât temperatura este mai scăzută (acest lucru este ușor de înțeles dacă avem presupunem că reacția se desfășoară conform ecuației de ordinul întâi și are o dependență de Arrhenius de temperatură). De exemplu, aceeași cantitate de ulei care s-a format la 100°C în aproximativ 20 de milioane de ani ar trebui să se formeze la 90°C în 40 de milioane de ani și la 80°C în 80 de milioane de ani. Viteza de formare a hidrocarburilor din kerogen se dublează aproximativ pentru fiecare creștere a temperaturii cu 10°C. in orice caz compoziție chimică kerogenul. poate fi extrem de divers și, prin urmare, relația indicată între timpul de maturare a uleiului și temperatura acestui proces poate fi considerată doar ca bază pentru estimări aproximative.

Studiile geochimice moderne arată că în platoul continental al Mării Nordului, la fiecare 100 m creșterea adâncimii este însoțită de o creștere a temperaturii cu aproximativ 3°C, ceea ce înseamnă că rocile sedimentare bogate în materie organică au format hidrocarburi lichide la o adâncime de 2500-4000. m timp de 50-80 de milioane de ani. Uleiurile ușoare și condensurile par să se fi format la adâncimi de 4000-5000 m, iar metanul (gaz uscat) la adâncimi mai mari de 5000 m.

Sursele naturale de hidrocarburi sunt combustibilii fosili - petrol și gaze, cărbune și turbă. Zăcămintele de țiței și gaze au apărut în urmă cu 100-200 de milioane de ani de la plante și animale marine microscopice care s-au încorporat în roci sedimentare care s-au format pe fundul mării, în contrast, cărbunele și turba au început să se formeze acum 340 de milioane de ani din plantele care cresc pe uscat.

Gazele naturale și țițeiul se găsesc de obicei împreună cu apa în straturile purtătoare de petrol situate între straturile de rocă (Fig. 2). Termenul „gaz natural” se aplică și gazelor care se formează în conditii naturale din descompunerea cărbunelui. Gazele naturale și țițeiul sunt dezvoltate pe fiecare continent, cu excepția Antarcticii. Cei mai mari producători de gaze naturale din lume sunt Rusia, Algeria, Iran și Statele Unite. Cei mai mari producători de țiței sunt Venezuela, Arabia Saudită, Kuweit și Iran.

Gazele naturale constă în principal din metan (Tabelul 1).

Uleiul brut este un lichid uleios care poate varia în culoare de la maro închis sau verde până la aproape incolor. Contine număr mare alcani. Printre aceștia se numără alcanii neramificati, alcanii ramificati și cicloalcanii cu un număr de atomi de carbon de la cinci la 40. Denumirea industrială a acestor cicloalcani este binecunoscută. De asemenea, țițeiul conține aproximativ 10% hidrocarburi aromatice, precum și cantități mici de alți compuși care conțin sulf, oxigen și azot.


Principalele surse de hidrocarburi sunt petrolul, gazele petroliere naturale și asociate și cărbunele. Rezervele lor nu sunt nelimitate. Potrivit oamenilor de știință, la ritmul actual de producție și consum, acestea vor fi suficiente: petrol - 30 - 90 de ani, gaz - timp de 50 de ani, cărbune - timp de 300 de ani.

Uleiul și compoziția sa:

Uleiul este un lichid uleios de la maro deschis la maro închis, de culoare aproape neagră cu miros caracteristic, nu se dizolvă în apă, formează o peliculă la suprafața apei care nu permite trecerea aerului. Uleiul este un lichid uleios de culoare maro deschis până la maro închis, aproape negru, cu miros caracteristic, nu se dizolvă în apă, formează o peliculă la suprafața apei care nu permite trecerea aerului. Uleiul este un amestec complex de hidrocarburi saturate și aromatice, cicloparafină, precum și unii compuși organici care conțin heteroatomi - oxigen, sulf, azot etc. Ce nume entuziaste nu au fost date de oamenii de petrol: și „ aur negru”, și „Sângele pământului”. Uleiul merită cu adevărat admirația și noblețea noastră.

Compoziția uleiului este: parafinică - constă din alcani cu lanț drept și ramificat; naftenic - conține hidrocarburi ciclice saturate; aromatic - include hidrocarburi aromatice (benzenul și omologii săi). În ciuda greutății compoziția componentelor, compoziția elementară a uleiurilor este mai mult sau mai puțin aceeași: în medie 82-87% hidrocarburi, 11-14% hidrogen, 2-6% alte elemente (oxigen, sulf, azot).

Un pic de istorie .

În 1859, în SUA, în statul Pennsylvania, Edwin Drake, în vârstă de 40 de ani, cu ajutorul propriei perseverențe, al banilor săpat de petrol și al unei vechi mașini cu abur, a forat un puț de 22 de metri adâncime și a extras primul petrol din aceasta.

Prioritatea lui Drake ca pionier în domeniul forajelor petroliere este contestată, dar numele său este încă asociat cu începutul erei petrolului. Petrolul a fost descoperit în multe părți ale lumii. Omenirea a dobândit în sfârșit în cantități mari o sursă excelentă de iluminat artificial....

Care este originea uleiului?

Printre oamenii de știință, două concepte principale au dominat: organic și anorganic. Conform primului concept, reziduurile organice îngropate în rocile sedimentare se descompun în timp, transformându-se în petrol, cărbune și gaze naturale; petrol și gaze mai mobile se acumulează apoi în straturile superioare ale rocilor sedimentare cu pori. Alți oameni de știință susțin că petrolul se formează la „adâncimi mari în mantaua Pământului”.

Omul de știință - chimistul rus D.I. Mendeleev a fost un susținător al conceptului anorganic. În 1877, a propus o ipoteză minerală (carbură), conform căreia apariția petrolului este asociată cu pătrunderea apei în adâncurile Pământului de-a lungul faliilor, unde, sub influența sa asupra „metalelor carbonice”, se obțin hidrocarburi.

Dacă ar exista o ipoteză a originii cosmice a petrolului - din hidrocarburile conținute în învelișul gazos al Pământului chiar și în timpul stării sale stelare.

Gazul natural este „aur albastru”.

Țara noastră se află pe primul loc în lume în ceea ce privește rezervele de gaze naturale. Cele mai importante zăcăminte ale acestui combustibil valoros se află în Siberia de Vest (Urengoyskoye, Zapolyarnoye), în bazinul Volga-Ural (Vuktylskoye, Orenburgskoye), în Caucazul de Nord (Stavropolskoye).

Pentru producția de gaze naturale se utilizează de obicei metoda curgerii. Pentru ca gazul să înceapă să curgă la suprafață, este suficient să deschideți un puț forat într-un rezervor cu gaz.

Gazul natural este folosit fără separare prealabilă deoarece este supus epurării înainte de a fi transportat. În special, impuritățile mecanice, vaporii de apă, hidrogenul sulfurat și alte componente agresive sunt îndepărtate din acesta ... .. Și, de asemenea cel mai propan, butan și hidrocarburi mai grele. Metanul rămas practic pur este consumat, în primul rând, ca combustibil: putere calorică mare; ecologic; convenabil pentru extragere, transport, ardere, deoarece starea de agregare este gazoasa.

În al doilea rând, metanul devine o materie primă pentru producerea de acetilenă, funingine și hidrogen; pentru producerea de hidrocarburi nesaturate, în principal etilenă și propilenă; pentru sinteza organica: alcool metilic, formaldehida, acetona, acid acetic si multe altele.

Gaz petrolier asociat

Gazul petrolier asociat, prin origine, este și gazul natural. A primit un nume special pentru că se află în depozite împreună cu ulei - este dizolvat în el. La extragerea uleiului la suprafață, acesta se separă de acesta datorită unei scăderi puternice a presiunii. Rusia ocupă unul dintre primele locuri în ceea ce privește rezervele de gaz asociate și producția acesteia.

Compoziția gazului petrolier asociat diferă de gazul natural - conține mult mai mult etan, propan, butan și alte hidrocarburi. În plus, conține gaze atât de rare pe Pământ precum argonul și heliul.

Gazul petrolier asociat este o materie primă chimică valoroasă; din el se pot obține mai multe substanțe decât din gazul natural. Pentru prelucrare chimică se extrag și hidrocarburi individuale: etan, propan, butan etc. Din ele se obțin hidrocarburi nesaturate prin reacția de dehidrogenare.

Cărbune

Rezervele de cărbune din natură depășesc semnificativ rezervele de petrol și gaze. Cărbunele este un amestec complex de substanțe, format din diverși compuși de carbon, hidrogen, oxigen, azot și sulf. Compoziția cărbunelui include astfel de substanțe minerale care conțin compuși ai multor alte elemente.

Cărbunii au o compoziție: carbon - până la 98%, hidrogen - până la 6%, azot, sulf, oxigen - până la 10%. Dar în natură există și cărbuni bruni. Compoziția lor: carbon - până la 75%, hidrogen - până la 6%, azot, oxigen - până la 30%.

Principala metodă de prelucrare a cărbunelui este piroliza (cocoatarea) - descompunerea substanțelor organice fără acces la aer atunci când temperatura ridicata(aproximativ 1000 C). În acest caz, se obțin următoarele produse: cocs (combustibil solid artificial de rezistență crescută, utilizat pe scară largă în metalurgie); gudron de cărbune (utilizat în industria chimică); gaz de cocos (utilizat în industria chimică și ca combustibil.)

gaz de cuptor de cocs

Compușii volatili (gazul cuptorului de cocs), formați în timpul descompunerii termice a cărbunelui, intră în colecția generală. Aici gazul cuptorului de cocs este răcit și trecut prin precipitatoare electrostatice pentru a separa gudronul de cărbune. În colectorul de gaz, apa se condensează simultan cu rășina, în care se dizolvă amoniacul, hidrogenul sulfurat, fenolul și alte substanțe. Hidrogenul este izolat din gazul necondensat al cuptorului de cocs pentru diferite sinteze.

După distilarea gudronului de cărbune, rămâne un solid - smoală, care este folosită pentru a pregăti electrozi și gudron de acoperiș.

Rafinarea petrolului

Rafinarea petrolului, sau rectificarea, este procesul de separare termică a petrolului și a produselor petroliere în fracții în funcție de punctul de fierbere.

Distilarea este un proces fizic.

Există două metode de rafinare a petrolului: fizică (prelucrare primară) și chimică (prelucrare secundară).

Prelucrarea primară a uleiului se realizează într-o coloană de distilare - un aparat pentru separarea amestecurilor lichide de substanțe care diferă în punctul de fierbere.

Fracțiile de petrol și principalele domenii de utilizare a acestora:

Benzina - combustibil auto;

Kerosen - combustibil de aviație;

Ligroin - productie de materiale plastice, materii prime pentru reciclare;

Motorina - motorina si combustibil pentru cazane, materii prime pentru reciclare;

Păcură - combustibil de fabrică, parafine, uleiuri lubrifiante, bitum.

Metode de curățare a petelor de ulei :

1) Absorbție - Cu toții cunoașteți paiele și turba. Ele absorb uleiul, după care pot fi colectate cu grijă și scoase cu distrugere ulterioară. Această metodă este potrivită numai în condiții calme și numai pentru pete mici. Metoda este foarte populară recent datorită costului său scăzut și eficienței ridicate.

Concluzia: metoda este ieftină, depinde de condițiile externe.

2) Auto-lichidare: - această metodă se folosește dacă uleiul este vărsat departe de coastă și pata este mică (în acest caz este mai bine să nu atingeți deloc pata). Treptat, se va dizolva în apă și se va evapora parțial. Uneori uleiul nu dispare și după câțiva ani, mici pete ajung pe coastă sub formă de bucăți de rășină alunecoasă.

Concluzie: nu se folosesc substanțe chimice; uleiul rămâne mult timp la suprafață.

3) Biologic: Tehnologie bazată pe utilizarea microorganismelor capabile să oxideze hidrocarburile.

Concluzie: daune minime; îndepărtarea uleiului de la suprafață, dar metoda este laborioasă și consumatoare de timp.

 

Ar putea fi util să citiți: