Doğal hidrokarbon kaynakları: gaz, petrol, kok. Yakıt olarak ve kimyasal sentezde kullanımları

Hidrokarbonlar, modern organik sentez endüstrisinin hemen hemen tüm ürünlerinin üretiminde en önemli hammadde türü olarak hizmet ettikleri ve enerji amacıyla yaygın olarak kullanıldıkları için büyük ekonomik öneme sahiptir. Yandıklarında açığa çıkan güneş ısısını ve enerjisini biriktiriyorlar gibi görünüyor. Turba, kömür, petrol, doğal ve ilgili petrol gazları, yanma sırasında oksijenle birleşimine ısı salınımının eşlik ettiği karbon içerir.

kömür turba yağ doğal gaz
sağlam sağlam sıvı gaz
kokusuz kokusuz Güçlü koku kokusuz
homojen bileşim homojen bileşim maddelerin karışımı maddelerin karışımı
çeşitli bitkilerin birikimlerinin tortul tabakalara gömülmesinden kaynaklanan, yüksek miktarda yanıcı madde içeren koyu renkli bir kaya bataklıkların ve aşırı büyümüş göllerin dibinde biriken yarı çürümüş bitki kalıntılarının birikmesi sıvı ve gaz halindeki hidrokarbonların karışımından oluşan doğal yanıcı yağlı sıvı organik maddelerin anaerobik ayrışması sırasında dünyanın bağırsaklarında oluşan gazların bir karışımı, gaz tortul kayaçlar grubuna aittir
Kalorifik değer - 1 kg yakıt yakıldığında açığa çıkan kalori sayısı
7 000 - 9 000 500 - 2 000 10000 - 15000 ?

Kömür.

Kömür, enerji ve birçok kimyasal ürünün üretimi için her zaman umut verici bir hammadde olmuştur.

19. yüzyıldan bu yana kömürün ilk büyük tüketicisi ulaşımdı, daha sonra kömür elektrik üretimi, metalurjik kok, kimyasal işlem yoluyla çeşitli ürünlerin üretimi, karbon-grafit yapı malzemeleri, plastikler, kaya mumu, sentetik, sıvı ve gaz halindeki yüksek kalorili yakıtlar, gübre üretimi için yüksek nitröz asitler

Taş kömürü, aşağıdaki elementleri içeren yüksek moleküler bileşiklerin karmaşık bir karışımıdır: C, H, N, O, S. Taş kömürü, petrol gibi, şunları içerir: çok sayıdaçeşitli organik maddelerin yanı sıra su, amonyak, hidrojen sülfür ve tabii ki karbonun kendisi - kömür gibi inorganik maddeler.

Geri dönüşüm kömürüç ana yönde ilerler: koklaşma, hidrojenasyon ve eksik yanma. Kömür işlemenin ana yöntemlerinden biri koklaşma– 1000–1200°C sıcaklıkta kok fırınlarında hava erişimi olmadan kalsinasyon. Bu sıcaklıkta, oksijene erişimi olmayan kömür karmaşık kimyasal dönüşümlere uğrar ve bunun sonucunda kok ve uçucu ürünler oluşur:

1. Kok fırını gazı (hidrojen, metan, karbon monoksit ve karbon dioksit, amonyak, nitrojen ve diğer gazların karışımları);

2. kömür katranı (benzen ve homologları, fenol ve aromatik alkoller, naftalin ve çeşitli heterosiklik bileşikler dahil olmak üzere yüzlerce farklı organik madde);

3. katran veya amonyak, su (çözünmüş amonyağın yanı sıra fenol, hidrojen sülfit ve diğer maddeler);

4. kok (katı koklaşma kalıntısı, neredeyse saf karbon).

Soğutulan kok metalurji tesislerine gönderilir.

Uçucu ürünler (kok fırını gazı) soğutulduğunda kömür katranı ve amonyak suyu yoğunlaşır.

Yoğunlaştırılmamış ürünlerin (amonyak, benzen, hidrojen, metan, CO2, nitrojen, etilen vb.) bir sülfürik asit çözeltisinden geçirilmesiyle, mineral gübre olarak kullanılan amonyum sülfat açığa çıkar. Benzen çözücüye emilir ve çözeltiden damıtılır. Daha sonra kok fırını gazı yakıt olarak veya kimyasal hammadde olarak kullanılır. Küçük miktarlarda (%3) kömür katranı elde edilir. Ancak üretim ölçeği göz önüne alındığında, kömür katranı bir dizi organik maddenin üretimi için hammadde olarak değerlendirilmektedir. 350°C'de kaynayan ürünleri reçineden çıkarırsanız, geriye katı bir kütle - zift kalır. Vernik yapımında kullanılır.

Kömürün hidrojenlenmesi, bir katalizör varlığında, 400-600°C sıcaklıkta, 25 MPa'ya kadar hidrojen basıncı altında gerçekleştirilir. Bu, motor yakıtı olarak kullanılabilecek bir sıvı hidrokarbon karışımı üretir. Kömürden sıvı yakıt üretimi. Sıvı sentetik yakıt, yüksek oktanlı benzin, dizel ve kazan yakıtıdır. Kömürden sıvı yakıt elde etmek için hidrojen içeriğinin hidrojenasyon yoluyla arttırılması gerekir. Hidrojenasyon, tüm organik kömür kütlesini sıvı ve gazlara dönüştürmenize olanak tanıyan çoklu sirkülasyon kullanılarak gerçekleştirilir. Bu yöntemin avantajı, düşük dereceli kahverengi kömürün hidrojenlenmesi olasılığıdır.

Kömürün gazlaştırılması, düşük kaliteli kahverengi ve taşkömürün termik santrallerde çevreyi kirletmeden kullanılmasına olanak sağlayacak çevre kükürt bileşikleri. Konsantre karbon monoksit üretmenin tek yöntemi budur ( karbonmonoksit) CO. Kömürün eksik yanması karbon (II) monoksit üretir. Normal veya yüksek basınçta bir katalizör (nikel, kobalt) kullanılarak doymuş ve doymamış hidrokarbonlar içeren benzin, hidrojen ve CO'dan elde edilebilir:

nCO + (2n+1)H2 → CnH2n+2 + nH20;

nCO + 2nH2 → CnH2n + nH2O.

Kömürün kuru damıtılması 500-550°C'de yapılırsa, inşaat sektöründe çatı kaplama ve su yalıtım kaplamalarının (çatı kaplama keçesi, çatı kaplama keçesi) üretiminde bağlayıcı malzeme olarak kullanılan bitümle birlikte katran elde edilir. , vesaire.).

Doğada taşkömürü şu bölgelerde bulunur: Moskova Bölgesi, Güney Yakutsk Havzası, Kuzbass, Donbass, Pechora Havzası, Tunguska Havzası, Lena Havzası.

Doğal gaz.

Doğal gaz, ana bileşeni metan CH4 (alanına bağlı olarak% 75 ila 98) olan, geri kalanı etan, propan, bütan ve az miktarda yabancı madde - nitrojen, karbon monoksit (IV) olan bir gaz karışımıdır. ), hidrojen sülfür ve su buharı, ve hemen hemen her zaman hidrojen sülfür ve organik petrol bileşikleri - merkaptanlar. Gaza hoş olmayan bir koku veren ve yakıldığında toksik kükürt dioksit SO2 oluşumuna yol açan onlardır.

Tipik olarak, bir hidrokarbonun moleküler ağırlığı ne kadar yüksekse, doğal gazda o kadar az bulunur. Farklı alanlardan elde edilen doğal gazın bileşimi aynı değildir. Hacimce yüzde olarak ortalama bileşimi aşağıdaki gibidir:

4. Bölüm C 2 H 6 C 3 H 8 C 4 H 10 N 2 ve diğer gazlar
75-98 0,5 - 4 0,2 – 1,5 0,1 – 1 1-12

Metan, bitki ve hayvan kalıntılarının anaerobik (havaya erişimi olmayan) fermantasyonu sırasında oluştuğundan dip çökeltilerinde oluşur ve “bataklık” gazı olarak adlandırılır.

Hidratlı kristal formdaki metan birikintileri, sözde metan hidrat permafrost tabakasının altında ve okyanusların büyük derinliklerinde keşfedildi. Düşük sıcaklıklarda (−800°C) ve yüksek basınçlar Metan molekülleri, su buzunun kristal kafesinin boşluklarında bulunur. Bir metreküp metan hidratın buz boşluklarında 164 metreküp gaz “konserve edilir”.

Metan hidrat yığınları kirli buza benziyor ancak havada sarı-mavi bir alevle yanıyorlar. Gezegenin metan hidrat formunda 10.000 ila 15.000 gigaton arasında karbon depoladığı tahmin ediliyor (“giga” 1 milyara eşittir). Bu hacimler şu anda bilinen tüm doğal gaz rezervlerinden kat kat fazladır.

Doğal gaz doğada sürekli olarak sentezlendiğinden yenilenebilir bir doğal kaynaktır. Aynı zamanda "biyogaz" olarak da adlandırılır. Bu nedenle, bugün pek çok çevre bilimci, insanlığın müreffeh varoluşuna yönelik umutları, gazın alternatif bir yakıt olarak kullanılmasıyla ilişkilendirmektedir.

Yakıt olarak doğalgazın katı ve sıvı yakıtlara göre büyük avantajları vardır. Yanma ısısı çok daha yüksektir, yandığında kül bırakmaz ve yanma ürünleri çevre açısından çok daha temizdir. Bu nedenle, çıkarılan doğal gazın toplam hacminin yaklaşık %90'ı termik santrallerde ve kazan dairelerinde, sanayi işletmelerindeki ısıl işlemlerde ve günlük yaşamda yakıt olarak yakılmaktadır. Doğal gazın yaklaşık %10'u kimya endüstrisi için değerli bir hammadde olarak kullanılmaktadır: hidrojen, asetilen, kurum, çeşitli plastikler ve ilaçların üretimi için. Doğal gazdan metan, etan, propan ve bütan ayrıştırılır. Metandan elde edilebilecek ürünler endüstriyel açıdan büyük öneme sahiptir. Metan birçok organik maddenin sentezi için kullanılır - sentez gazı ve buna dayalı alkollerin daha fazla sentezi; solventler (karbon tetraklorür, metilen klorür, vb.); formaldehit; asetilen ve kurum.

Doğal gaz bağımsız yataklar oluşturur. Doğal yanıcı gazların ana yatakları Kuzey ve Batı Sibirya, Volga-Ural havzası, Kuzey Kafkasya'da (Stavropol), Komi Cumhuriyeti'nde, Astrahan bölgesi, Barents Denizi.

Hidrokarbonların doğal kaynağı
Başlıca özellikleri
Yağ

Esas olarak hidrokarbonlardan oluşan çok bileşenli bir karışım. Hidrokarbonlar esas olarak alkanlar, sikloalkanlar ve arenlerle temsil edilir.
Geçen petrol gazı

Petrol üretiminin bir yan ürünü olarak, neredeyse yalnızca 1 ila 6 karbon atomlu uzun karbon zincirine sahip alkanlardan oluşan bir karışım oluşur, dolayısıyla adı da buradan gelir. Böyle bir eğilim vardır: Alkanın molekül ağırlığı ne kadar düşük olursa, ilgili petrol gazındaki yüzdesi de o kadar yüksek olur.
Doğal gaz

Ağırlıklı olarak düşük molekül ağırlıklı alkanlardan oluşan bir karışım. Doğal gazın ana bileşeni metandır. Gaz alanına bağlı olarak yüzdesi %75 ile %99 arasında olabilir. Konsantrasyon açısından büyük bir farkla ikinci sırada etan bulunur, propan daha da az içerir, vb.

Doğal gaz ile ilgili petrol gazı arasındaki temel fark, ilgili petrol gazındaki propan ve izomerik bütan oranının çok daha yüksek olmasıdır.
Kömür

Çeşitli karbon, hidrojen, oksijen, nitrojen ve kükürt bileşiklerinin çok bileşenli bir karışımı. Kömür ayrıca, oranı petrolden önemli ölçüde daha yüksek olan önemli miktarda inorganik madde içerir.

Petrol rafineri

Petrol, başta hidrokarbonlar olmak üzere çeşitli maddelerin çok bileşenli bir karışımıdır. Bu bileşenler kaynama noktaları bakımından birbirinden farklıdır. Bu bağlamda, yağı ısıtırsanız, önce en kolay kaynayan bileşenler buharlaşacak, ardından kaynama noktası daha yüksek olan bileşikler vb. Bu fenomene dayanarak birincil petrol rafinerisi , aşağıdakilerden oluşan damıtma (düzeltme) yağ. Bu işleme birincil denir, çünkü seyri sırasında maddelerin kimyasal dönüşümlerinin meydana gelmediği ve yağın yalnızca farklı kaynama noktalarına sahip fraksiyonlara bölündüğü varsayılır. Aşağıda bir damıtma kolonunun şematik diyagramı bulunmaktadır. kısa açıklama damıtma işleminin kendisi:

Rektifikasyon işleminden önce yağ özel bir yöntemle hazırlanır, yani içinde çözünmüş tuzlarla birlikte saf olmayan sudan ve katı mekanik yabancı maddelerden arındırılır. Bu şekilde hazırlanan yağ, yüksek bir sıcaklığa (320-350 o C) kadar ısıtıldığı boru şeklindeki bir fırına girer. Borulu bir fırında ısıtıldıktan sonra, yüksek sıcaklıktaki yağ, damıtma kolonunun alt kısmına girer; burada bireysel fraksiyonlar buharlaşır ve buharları, damıtma kolonunda yükselir. Damıtma kolonunun kesiti ne kadar yüksek olursa sıcaklığı da o kadar düşük olur. Böylece, aşağıdaki kesirler farklı yüksekliklerde seçilir:

1) damıtma gazları (kolonun en üstünden seçilir ve bu nedenle kaynama noktaları 40 o C'yi aşmaz);

2) benzin fraksiyonu (kaynama noktası 35 ila 200 o C arası);

3) nafta fraksiyonu (kaynama noktası 150 ila 250 o C);

4) kerosen fraksiyonu (kaynama noktası 190 ila 300 o C arası);

5) dizel fraksiyonu (kaynama noktası 200 ila 300 o C arasında);

6) akaryakıt (kaynama noktası 350 o C'den fazla).

Yağın arıtılması sırasında açığa çıkan orta fraksiyonların yakıt kalitesi standartlarını karşılamadığına dikkat edilmelidir. Ek olarak, yağın damıtılması sonucunda, en popüler ürün olmayan önemli miktarda akaryakıt oluşur. Bu bağlamda, birincil petrol rafinasyonundan sonra görev, daha pahalı olanların, özellikle de benzin fraksiyonlarının verimini arttırmak ve bu fraksiyonların kalitesini iyileştirmektir. Bu sorunlar çeşitli işlemler kullanılarak çözülür petrol rafine etme örneğin şunun gibi çatlama Vereform yapmak .

Yağın geri dönüşümünde kullanılan proseslerin sayısının çok daha fazla olduğunu ve sadece ana proseslerin bazılarına değineceğimizi belirtmekte fayda var. Şimdi bu süreçlerin anlamının ne olduğunu bulalım.

Çatlama (termal veya katalitik)

Bu işlem, benzin fraksiyonunun verimini artırmak için tasarlanmıştır. Bu amaçla, ağır fraksiyonlar, örneğin akaryakıt, çoğunlukla bir katalizör varlığında güçlü bir ısıtmaya tabi tutulur. Bu etkinin bir sonucu olarak ağır fraksiyonların bir parçası olan uzun zincirli moleküller parçalanır ve daha düşük içeriğe sahip hidrokarbonlar oluşur. moleküler ağırlık. Aslında bu, orijinal yakıttan daha değerli olan bir benzin fraksiyonunun ilave verimine yol açmaktadır. Bu sürecin kimyasal özü aşağıdaki denklemle yansıtılmaktadır:

Reform

Bu işlem, benzin fraksiyonunun kalitesinin iyileştirilmesi, özellikle de vuruntu direncinin (oktan sayısı) arttırılması görevini yerine getirir. Benzin istasyonlarında (92., 95., 98. benzin vb.) Belirtilen benzinin bu özelliğidir.

Reformasyon işleminin bir sonucu olarak, diğer hidrokarbonlar arasında en yüksek oktan sayısına sahip olan benzin fraksiyonundaki aromatik hidrokarbonların oranı artar. Aromatik hidrokarbonların oranındaki bu artış esas olarak reformasyon prosesi sırasında meydana gelen dehidrosiklizasyon reaksiyonlarının bir sonucu olarak elde edilir. Örneğin, ısıtma yeterince güçlüyse N-heksan bir platin katalizör varlığında benzene ve n-heptan benzer şekilde toluene dönüşür:

Kömür işleme

Kömür işlemenin ana yöntemi koklaşma . Kömürün koklaşması kömürün havaya erişim olmadan ısıtıldığı bir işlemdir. Aynı zamanda böyle bir ısıtma sonucunda kömürden dört ana ürün izole edilir:

1) Kola

Neredeyse saf karbondan oluşan katı bir madde.

2) Kömür katranı

Benzen, homologları, fenoller, aromatik alkoller, naftalin, naftalin homologları vb. gibi çok sayıda ağırlıklı olarak aromatik bileşik içerir;

3) Amonyaklı su

Adına rağmen bu fraksiyon, amonyak ve suyun yanı sıra fenol, hidrojen sülfit ve diğer bazı bileşikleri de içerir.

4) Kok gazı

Kok fırını gazının ana bileşenleri hidrojen, metan, karbondioksit, nitrojen, etilen vb.'dir.

1. Doğal kaynaklar hidrokarbonlar: gaz, petrol, kömür. Bunların işlenmesi ve pratik uygulaması.

Hidrokarbonların ana doğal kaynakları petrol, doğal ve ilgili petrol gazları ve kömürdür.

Doğal ve ilgili petrol gazları.

Doğal gaz, ana bileşeni metan, geri kalanı etan, propan, bütan ve az miktarda yabancı madde - nitrojen, karbon monoksit (IV), hidrojen sülfür ve su buharı olan bir gaz karışımıdır. Bunun %90'ı yakıt olarak tüketilir, geri kalan %10'u ise kimya endüstrisinin hammaddesi olarak kullanılır: hidrojen, etilen, asetilen, kurum, çeşitli plastikler, ilaçlar vb. üretimi.

İlişkili petrol gazı da doğal gazdır, ancak petrolle birlikte oluşur - petrolün üzerinde bulunur veya içinde basınç altında çözülür. İlgili gazın %30-50'si metan içerir, geri kalanı ise onun homologlarıdır: etan, propan, bütan ve diğer hidrokarbonlar. Ayrıca doğal gazla aynı safsızlıkları içerir.

İlgili gazın üç fraksiyonu:

1. Benzin; motorun çalıştırılmasını iyileştirmek için benzine eklenir;

2. Propan-bütan karışımı; ev yakıtı olarak kullanılır;

3. Kuru gaz; asitelen, hidrojen, etilen ve kauçuk, plastik, alkol, organik asit vb.'nin üretildiği diğer maddeleri üretmek için kullanılır.

Yağ.

Yağ, karakteristik bir kokuya sahip, sarı veya açık kahverengiden siyaha kadar yağlı bir sıvıdır. Sudan daha hafiftir ve pratik olarak içinde çözünmez. Yağ, yaklaşık 150 hidrokarbonun diğer maddelerin safsızlıklarıyla karışımı olduğundan belirli bir kaynama noktasına sahip değildir.

Üretilen yağın %90'ı üretimde hammadde olarak kullanılıyor çeşitli türler yakıtlar ve yağlayıcılar. Petrol aynı zamanda kimya endüstrisi için de değerli bir hammaddedir.

Ben yerin derinliklerinden çıkarılan ham petrole derim. Petrol ham haliyle kullanılmaz, işlenir. Ham petrol, gazlardan, sudan ve mekanik yabancı maddelerden arındırıldıktan sonra fraksiyonel damıtma işlemine tabi tutulur.

Damıtma, karışımları kaynama noktalarındaki farklılıklara göre ayrı bileşenlere veya fraksiyonlara ayırma işlemidir.

Petrolün damıtılması sırasında, petrol ürünlerinin birkaç fraksiyonu izole edilir:

1. Gaz fraksiyonu (tbp = 40°C) normal ve dallanmış alkanlar CH4 – C4H10;

2. Benzin fraksiyonu (kaynama noktası = 40 - 200°C) C5H12 – C11H24 hidrokarbonlarını içerir; tekrarlanan damıtma sırasında hafif petrol ürünleri, daha düşük sıcaklık aralıklarında kaynatılarak karışımdan ayrılır: petrol eteri, havacılık ve motor benzini;

3. Nafta fraksiyonu (ağır benzin, kaynama noktası = 150 - 250°C), traktörler, dizel lokomotifler, kamyonlar için yakıt olarak kullanılan C8H18 - C14H30 bileşimindeki hidrokarbonları içerir;



4. Gazyağı fraksiyonu (tbp = 180 - 300°C), C12H26 - C18H38 bileşiminin hidrokarbonlarını içerir; jet uçakları ve füzeler için yakıt olarak kullanılır;

5. Gaz yağı (tbp = 270 - 350°C) dizel yakıt olarak kullanılır ve büyük ölçüde çatlamaya maruz kalır.

Fraksiyonların damıtılmasından sonra koyu renkli, viskoz bir sıvı kalır - akaryakıt. Fuel oilden dizel yağlar, vazelin ve parafin elde edilir. Akaryakıtın damıtılmasından elde edilen kalıntı katrandır, yol inşaatı malzemelerinin üretiminde kullanılır.

Petrol geri dönüşümü kimyasal işlemlere dayanmaktadır:

1. Çatlama, büyük hidrokarbon moleküllerinin daha küçük moleküllere bölünmesidir. Günümüzde daha yaygın olan termal ve katalitik çatlamalar vardır.

2. Reformasyon (aromatizasyon), alkanların ve sikloalkanların aromatik bileşiklere dönüştürülmesidir. Bu işlem, benzinin bir katalizör varlığında yüksek basınçta ısıtılmasıyla gerçekleştirilir. Reforming, benzin fraksiyonlarından aromatik hidrokarbonlar üretmek için kullanılır.

3. Petrol ürünlerinin pirolizi, petrol ürünlerinin 650 - 800°C sıcaklığa ısıtılmasıyla gerçekleştirilir, ana reaksiyon ürünleri doymamış gazlar ve aromatik hidrokarbonlardır.

Petrol, sadece yakıtın değil aynı zamanda birçok organik maddenin üretimi için de hammaddedir.

Kömür.

Kömür aynı zamanda bir enerji kaynağı ve değerli bir kimyasal hammaddedir. Kömür, yandığında kül oluşturan su ve minerallerin yanı sıra esas olarak organik maddeler içerir.

Kömür işleme türlerinden biri koklaştırmadır - bu, kömürün hava erişimi olmadan 1000°C sıcaklığa kadar ısıtılması işlemidir. Kömürün koklaştırılması kok fırınlarında gerçekleştirilir. Kok neredeyse saf karbondan oluşur. Metalurji tesislerinde yüksek fırınlı dökme demir üretiminde indirgeyici madde olarak kullanılır.

Yoğunlaşma sırasında uçucu maddeler: kömür katranı (çoğu aromatik olmak üzere birçok farklı organik madde içerir), amonyak suyu (amonyak, amonyum tuzları içerir) ve kok fırını gazı (amonyak, benzen, hidrojen, metan, karbon monoksit (II), etilen içerir) , nitrojen ve diğer maddeler).


Bölüm 1. PETROL VE FOSİL ARAŞTIRMALARININ JEOKİMYASI.. 3

§ 1. Fosil yakıtların kökeni. 3

§ 2. Gaz ve petrol kayaları. 4

Bölüm 2. DOĞAL KAYNAKLAR... 5

Bölüm 3. HİDROKARBONLARIN ENDÜSTRİYEL ÜRETİMİ... 8

Bölüm 4. YAĞ İŞLEME... 9

§ 1. Ayrımsal damıtma.. 9

§ 2. Çatlama. 12

§ 3. Reform. 13

§ 4. Kükürt giderme.. 14

Bölüm 5. HİDROKARBONLARIN UYGULAMALARI... 14

§ 1. Alkanlar.. 15

§ 2. Alkenler.. 16

§ 3. Alkinler.. 18

§ 4. Arenalar.. 19

Bölüm 6. Petrol endüstrisinin durumunun analizi. 20

Bölüm 7. Petrol endüstrisindeki özellikler ve ana eğilimler. 27

Kullanılmış literatür listesi... 33

Petrol yataklarının oluşumunu belirleyen ilkeleri ele alan ilk teoriler genellikle esas olarak nerede biriktiği sorusuyla sınırlıydı. Ancak son 20 yılda, bu soruyu cevaplamak için belirli bir havzada petrolün neden, ne zaman ve hangi miktarlarda oluştuğunu anlamanın yanı sıra, hangi süreçlerin sonucu olarak ortaya çıktığını anlayıp tespit etmenin gerekli olduğu ortaya çıktı. ortaya çıktı, göç etti ve birikti. Bu bilgi, petrol arama verimliliğini artırmak için kesinlikle gereklidir.

Modern görüşlere göre hidrokarbon fosillerinin oluşumu, orijinal gaz ve petrol kayalarının içindeki karmaşık bir jeokimyasal süreçler dizisinin (bkz. Şekil 1) bir sonucu olarak meydana geldi. Bu işlemlerde çeşitli biyolojik sistemlerin bileşenleri (maddeler) doğal kökenli) hidrokarbonlara ve daha az ölçüde, farklı termodinamik stabiliteye sahip polar bileşiklere dönüştürüldü - doğal kökenli maddelerin çökelmesi ve daha sonra yüksek sıcaklığın etkisi altında tortul kayalarla örtüşmeleri sonucunda ve yüksek tansiyon yüzey katmanlarında yerkabuğu. Sıvı ve gaz halindeki ürünlerin başlangıçtaki gaz-petrol katmanından birincil göçü ve bunların daha sonra ikincil göçü (taşıma ufukları, kaymalar vb. yoluyla) gözenekli petrole doymuş kayalara, hidrokarbon malzemelerinin birikintilerinin oluşumuna, daha fazla göçüne yol açar. gözeneksiz kaya katmanları arasındaki birikintilerin kilitlenmesiyle önlenir.

Biyojenik kökenli tortul kayalardan elde edilen organik madde ekstraktlarında, petrolde bulunanlarla aynı kimyasal yapıya sahip bileşikler bulunur. Jeokimya için özel önemli bu bileşiklerin bazıları "biyolojik belirteçler" ("kimyasal fosiller") olarak kabul edilir. Bu tür hidrokarbonların, yağın oluştuğu biyolojik sistemlerde (örneğin lipitler, pigmentler ve metabolitler) bulunan bileşiklerle pek çok ortak noktası vardır. Bu bileşikler yalnızca biyojenik köken göstermekle kalmıyor doğal hidrokarbonlar, ama aynı zamanda çok şey elde etmenize de izin verir önemli bilgi gaz ve petrol içeren kayaların yanı sıra, belirli gaz ve petrol yataklarının oluşumuna yol açan olgunlaşma ve köken, göç ve biyolojik bozunmanın doğası hakkında.

Şekil 1 Fosil hidrokarbonların oluşumuna yol açan jeokimyasal süreçler.

Gaz-petrol kayası, doğal olarak çökeldiğinde önemli miktarlarda petrol ve/veya gazın oluşmasına ve salınmasına yol açan veya açabilecek, ince dağılmış tortul kaya olarak kabul edilir. Bu tür kayaların sınıflandırılması, organik maddenin içeriğine ve türüne, metamorfik evriminin durumuna (yaklaşık 50-180 ° C sıcaklıklarda meydana gelen kimyasal dönüşümler) ve ondan elde edilebilecek hidrokarbonların doğasına ve miktarına dayanmaktadır. . Biyojenik tortul kayaçlardaki organik madde kerojeni çok çeşitli formlarda bulunabilir, ancak dört ana türe ayrılabilir.

1) Liptinitler– çok yüksek hidrojen içeriğine ancak düşük oksijen içeriğine sahip; bileşimleri alifatik karbon zincirlerinin varlığına göre belirlenir. Liptinitlerin esas olarak alglerden (genellikle bakteriyel ayrışmaya maruz kalan) oluştuğu varsayılmaktadır. Yağa dönüşme yetenekleri yüksektir.

2) çıkışlar- yüksek hidrojen içeriğine (ancak liptinitlerden daha düşük), alifatik zincirler ve doymuş naftenlerin (alisiklik hidrokarbonlar) yanı sıra aromatik halkalar ve oksijen içeren fonksiyonel gruplar açısından zengindir. Bu organik madde sporlar, polen, kütiküller ve bitkilerin diğer yapısal kısımları gibi bitki materyallerinden oluşur. Eksinitlerin petrol ve gaz yoğunlaşmasına ve metamorfik evrimin daha yüksek aşamalarında gaza dönüşme konusunda iyi bir yeteneği vardır.

3) Vitrşita- düşük hidrojen içeriğine, yüksek oksijen içeriğine sahiptir ve öncelikle oksijen içeren fonksiyonel gruplarla birbirine bağlanan kısa alifatik zincirlere sahip aromatik yapılardan oluşur. Yapılandırılmış odunsu (linyoselülozik) malzemelerden oluşurlar ve petrole dönüşme yetenekleri sınırlıdır, ancak gaza dönüşme yetenekleri iyidir.

4) İnertinitler yüksek oranda değiştirilmiş odunsu öncüllerden oluşan siyah, opak kırıntılı kayalardır (yüksek karbon ve düşük hidrojen). Petrol ve gaza dönüşme kabiliyetleri yoktur.

Bir gaz-petrol kayasının tanınmasını sağlayan ana faktörler, kerojen içeriği, kerojendeki organik maddenin türü ve bu organik maddenin metamorfik evrim aşamasıdır. İyi gaz-petrol kayaları, karşılık gelen hidrokarbonların oluşturulup salınabileceği türden %2-4 oranında organik madde içeren kayalardır. Uygun jeokimyasal koşullar altında liptinit ve eksinit gibi organik madde içeren tortul kayaçlardan petrol oluşumu meydana gelebilir. Gaz birikintilerinin oluşumu genellikle vitrinit bakımından zengin kayalarda veya orijinal olarak oluşan petrolün termal olarak parçalanması sonucu meydana gelir.

Organik madde çökeltilerinin tortul kayaların üst katmanları altına daha sonra gömülmesinin bir sonucu olarak, bu malzeme giderek daha yüksek sıcaklıklara maruz kalır, bu da kerojenin termal ayrışmasına ve petrol ve gaz oluşumuna yol açar. Sahanın endüstriyel gelişimi açısından ilgi çekici miktarlarda petrol oluşumu, belirli zaman ve sıcaklık koşulları altında (oluşma derinliği) meydana gelir ve oluşum süresi ne kadar uzun olursa, sıcaklık o kadar düşük olur (varsayarsak bunu anlamak zor değildir). reaksiyonun birinci dereceden denkleme göre ilerlediği ve sıcaklığa Arrhenius bağımlılığına sahip olduğu). Örneğin 100°C sıcaklıkta yaklaşık 20 milyon yılda oluşan petrolün aynı miktarının 90°C sıcaklıkta 40 milyon yılda, 80°C sıcaklıkta 80 milyon yılda oluşması gerekir. . Kerojenden hidrokarbon oluşum hızı, sıcaklıktaki her 10°C'lik artışta yaklaşık iki katına çıkar. Fakat kimyasal bileşim kerojen. son derece değişken olabilir ve bu nedenle petrolün olgunlaşma süresi ile bu sürecin sıcaklığı arasında belirtilen ilişki yalnızca yaklaşık tahminler için bir temel olarak kabul edilebilir.

Modern jeokimyasal çalışmalar, Kuzey Denizi kıta sahanlığında her 100 m'lik derinlik artışına yaklaşık 3°C'lik bir sıcaklık artışının eşlik ettiğini göstermektedir; bu, organik açıdan zengin tortul kayaların, 2500-4000 m derinlikte sıvı hidrokarbonlar oluşturduğu anlamına gelir. 50-80 milyon yıl. Görünüşe göre 4000-5000 m derinlikte hafif yağlar ve yoğuşmalar ve 5000 m'den fazla derinlikte metan (kuru gaz) oluşmuştur.

Doğal hidrokarbon kaynakları fosil yakıtlardır - petrol ve gaz, kömür ve turba. Ham petrol ve gaz yatakları 100-200 milyon yıl önce deniz tabanında oluşan tortul kayalara gömülen mikroskobik deniz bitkileri ve hayvanlardan ortaya çıkarken, kömür ve turba ise 340 milyon yıl önce karada yetişen bitkilerden oluşmaya başladı.

Doğal gaz ve ham petrol tipik olarak kaya katmanları arasında bulunan petrol içeren katmanlarda suyla birlikte bulunur (Şekil 2). "Doğal gaz" terimi aynı zamanda oluşan gazlar için de geçerlidir. doğal şartlar kömürün ayrışması sonucu. Doğal gaz ve ham petrol Antarktika hariç her kıtada geliştirilmektedir. Dünyanın en büyük doğal gaz üreticileri Rusya, Cezayir, İran ve ABD'dir. En büyük ham petrol üreticisi Venezuela'dır. Suudi Arabistan, Kuveyt ve İran.

Doğal gaz esas olarak metandan oluşur (Tablo 1).

Ham petrol, rengi koyu kahverengi veya yeşilden neredeyse renksiz olana kadar değişebilen yağlı bir sıvıdır. Bu içerir Büyük sayı alkanlar. Bunlar arasında karbon atomu sayısı beşten 40'a kadar olan düz alkanlar, dallı alkanlar ve sikloalkanlar bulunmaktadır. Bu sikloalkanların endüstriyel adı nahtanidir. Ham petrol ayrıca yaklaşık %10 oranında aromatik hidrokarbonların yanı sıra az miktarda kükürt, oksijen ve nitrojen içeren diğer bileşikleri de içerir.


Hidrokarbonların ana kaynakları petrol, doğal ve ilgili petrol gazları ve kömürdür. Rezervleri sınırsız değildir. Bilim adamlarına göre, mevcut üretim ve tüketim oranlarıyla, petrol 30-90 yıl, gaz 50 yıl, kömür ise 300 yıl dayanacak.

Petrol ve bileşimi:

Yağ, açık kahverengiden koyu kahverengiye kadar, neredeyse siyah renkte, karakteristik bir kokuya sahip, suda çözünmeyen, su yüzeyinde havanın geçmesine izin vermeyen bir film oluşturan yağlı bir sıvıdır. Yağ, açık kahverengiden koyu kahverengiye kadar değişen, neredeyse siyah renkte, karakteristik bir kokuya sahip, suda çözünmeyen, su yüzeyinde havanın geçmesine izin vermeyen bir film oluşturan yağlı bir sıvıdır. Yağ, doymuş ve aromatik hidrokarbonların, sikloparafinlerin yanı sıra heteroatomlar içeren bazı organik bileşiklerin (oksijen, kükürt, nitrojen vb.) karmaşık bir karışımıdır. İnsanlar petrole ne kadar coşkulu isimler verdi: ve “ Siyah altın" ve "Toprağın Kanı". Petrol gerçekten hayranlığımızı ve asaletimizi hak ediyor.

Bileşim açısından yağ şunlar olabilir: parafin - düz ve dallı zincirli alkanlardan oluşur; naftenik - doymuş siklik hidrokarbonlar içerir; aromatik - aromatik hidrokarbonları (benzen ve homologlarını) içerir. Zor olmasına rağmen bileşen bileşimi Yağların elementel bileşimi aşağı yukarı aynıdır: ortalama olarak %82-87 hidrokarbonlar, %11-14 hidrojen, %2-6 diğer elementler (oksijen, kükürt, nitrojen).

Biraz tarih .

1859 yılında ABD'nin Pensilvanya eyaletinde 40 yaşındaki Edwin Drake, kendi azminin, bir petrol şirketinden aldığı paranın ve eski bir buhar makinesinin yardımıyla 22 metre derinliğinde bir kuyu açarak ilk kuyuyu çıkardı. ondan yağ.

Drake'in petrol sondajında ​​öncü olarak önceliği tartışmalıdır ancak adı hâlâ petrol çağının başlangıcıyla ilişkilendirilmektedir. Dünyanın birçok yerinde petrol keşfedildi. İnsanlık nihayet büyük miktarlarda mükemmel bir yapay aydınlatma kaynağı elde etti….

Petrolün kökeni nedir?

Bilim adamları arasında iki ana kavram hakimdir: organik ve inorganik. Birinci kavrama göre çökeltilerde gömülü olan organik kalıntılar zamanla ayrışarak petrol, kömür ve doğalgaza dönüşüyor; gözeneklere sahip tortul kayaçların üst katmanlarında daha fazla hareketli petrol ve gaz birikir. Diğer bilim adamları, petrolün "Dünya'nın mantosunun büyük derinliklerinde" oluştuğunu iddia ediyor.

Rus bilim adamı - kimyager D.I. Mendeleev inorganik konseptin destekçisiydi. 1877'de, petrolün ortaya çıkmasının, suyun "karbon metalleri" üzerindeki etkisi altında hidrokarbonların elde edildiği faylar boyunca Dünya'nın derinliklerine nüfuz etmesiyle ilişkili olduğu mineral (karbür) hipotezini önerdi.

Petrolün kozmik kökenine dair bir hipotez varsa - yıldız durumu sırasında Dünya'nın gazlı kabuğunda bulunan hidrokarbonlardan.

Doğalgaz “mavi altındır”.

Ülkemiz doğal gaz rezervlerinde dünyada birinci sırada yer almaktadır. Bu değerli yakıtın en önemli yatakları Batı Sibirya'da (Urengoyskoye, Zapolyarnoye), Volga-Ural havzasında (Vuktylskoye, Orenburgskoye) ve Kuzey Kafkasya'da (Stavropolskoye) bulunmaktadır.

Doğal gaz üretiminde genellikle akıtma yöntemi kullanılmaktadır. Gazın yüzeye akmaya başlaması için gaz içeren bir formasyonda açılan bir kuyunun açılması yeterlidir.

Doğal gaz, taşınmadan önce arıtıldığı için önceden ayrıştırılmadan kullanılır. Özellikle mekanik kirlilikler, su buharı, hidrojen sülfür ve diğer agresif bileşenler ondan arındırılır.....Ve ayrıca en propan, bütan ve daha ağır hidrokarbonlar. Geriye kalan neredeyse saf metan öncelikle yakıt olarak tüketilir: yüksek kalorifik değer; çevre dostu; fiziksel hali gaz olduğundan çıkarılması, taşınması ve yakılması uygundur.

İkincisi metan, asetilen, kurum ve hidrojen üretimi için hammadde haline gelir; başta etilen ve propilen olmak üzere doymamış hidrokarbonların üretimi için; organik sentez için: metil alkol, formaldehit, aseton, asetik asit ve çok daha fazlası.

İlgili petrol gazı

İlgili petrol gazı da doğal gaz kökenlidir. Petrolle birlikte yataklarda bulunduğu için özel bir isim aldı - içinde çözüldü. Petrol yüzeye çıkarıldığında basınçta keskin bir düşüş nedeniyle ondan ayrılır. Rusya, ilgili gaz rezervleri ve üretimi açısından ilk sıralardan birini işgal ediyor.

İlgili petrol gazının bileşimi doğal gazdan farklıdır; çok daha fazla etan, propan, bütan ve diğer hidrokarbonları içerir. Ayrıca Dünya'da argon ve helyum gibi nadir gazlar da içerir.

İlişkili petrol gazı değerli bir kimyasal hammaddedir; ondan doğal gazdan daha fazla madde elde edilebilir. Bireysel hidrokarbonlar da kimyasal işlem için çıkarılır: etan, propan, bütan vb. Doymamış hidrokarbonlar, dehidrojenasyon reaksiyonuyla bunlardan elde edilir.

Kömür

Doğadaki kömür rezervleri, petrol ve gaz rezervlerini önemli ölçüde aşmaktadır. Kömür, çeşitli karbon, hidrojen, oksijen, nitrojen ve kükürt bileşiklerinden oluşan karmaşık bir madde karışımıdır. Kömürün bileşimi, diğer birçok elementin bileşiklerini içeren bu tür mineral maddeleri içerir.

Taş kömürleri şu bileşime sahiptir: %98'e kadar karbon, %6'ya kadar hidrojen, %10'a kadar nitrojen, kükürt, oksijen. Ancak doğada kahverengi kömürler de var. Bileşimleri: karbon - %75'e kadar, hidrojen - %6'ya kadar, nitrojen, oksijen - %30'a kadar.

Kömürü işlemenin ana yöntemi pirolizdir (hindistancevizi çıkarma) - organik maddelerin hava erişimi olmadan ayrışması Yüksek sıcaklık(yaklaşık 1000 C). Aşağıdaki ürünler elde edilir: kok (metalurjide yaygın olarak kullanılan yüksek mukavemetli yapay katı yakıt); kömür katranı (kimya endüstrisinde kullanılır); Hindistan cevizi gazı (kimya endüstrisinde ve yakıt olarak kullanılır.)

Kok gazı

Kömürün termal ayrışması sırasında oluşan uçucu bileşikler (kok fırını gazı) ortak bir toplama tankına girer. Burada kok fırını gazı soğutulur ve kömür katranını ayırmak için elektrikli çökelticilerden geçirilir. Gaz toplayıcıda reçine ile eş zamanlı olarak su yoğunlaşır ve burada amonyak, hidrojen sülfür, fenol ve diğer maddeler çözülür. Hidrojen, çeşitli sentezler için yoğunlaşmamış kok fırını gazından izole edilir.

Kömür katranının damıtılmasından sonra, elektrotları ve çatı kaplama keçesini hazırlamak için kullanılan katı bir madde kalır - zift.

Petrol rafineri

Petrol rafinasyonu veya rektifikasyon, petrol ve petrol ürünlerinin kaynama noktasına dayalı olarak fraksiyonlara termal olarak ayrılması işlemidir.

Damıtma fiziksel bir işlemdir.

Petrol rafinasyonunun iki yöntemi vardır: fiziksel (birincil işlem) ve kimyasal (ikincil işlem).

Birincil yağ rafinasyonu, kaynama noktası farklı olan maddelerin sıvı karışımlarını ayırmak için bir aparat olan bir damıtma kolonunda gerçekleştirilir.

Petrol fraksiyonları ve ana kullanım alanları:

Benzin - otomobil yakıtı;

Gazyağı - havacılık yakıtı;

Nafta - plastik üretimi, geri dönüşüm için hammaddeler;

Benzin - dizel ve kazan yakıtı, geri dönüşüm için hammaddeler;

Akaryakıt - fabrika yakıtı, parafinler, yağlama yağları, bitüm.

Petrol sızıntısını temizleme yöntemleri :

1) Emilim - Hepiniz saman ve turbayı biliyorsunuz. Yağı emerler, ardından dikkatlice toplanıp çıkarılabilirler ve ardından imha edilebilirler. Bu yöntem yalnızca sakin koşullarda ve yalnızca küçük noktalar için uygundur. Yöntem, düşük maliyeti ve yüksek verimliliği nedeniyle son zamanlarda oldukça popüler hale geldi.

Sonuç: Yöntem dış koşullara bağlı olarak ucuzdur.

2) Kendi kendine temizleme: - Petrolün kıyıdan uzağa döküldüğü ve lekenin küçük olduğu durumlarda bu yöntem kullanılır (bu durumda lekeye hiç dokunmamak daha iyidir). Yavaş yavaş suda çözünecek ve kısmen buharlaşacaktır. Bazen petrol birkaç yıl sonra bile kaybolmaz; kaygan reçine parçaları şeklinde küçük noktalar kıyıya ulaşır.

Sonuç olarak: hiçbir kimyasal madde kullanılmaz; Yağ uzun süre yüzeyde kalır.

3) Biyolojik: Hidrokarbonları oksitleyebilen mikroorganizmaların kullanımına dayanan teknoloji.

Sonuç: minimum hasar; yağı yüzeyden çıkarmak, ancak yöntem emek yoğun ve zaman alıcıdır.



 

Okumak faydalı olabilir: