Природні джерела вуглеводнів: газ, нафту, кокс. Використання їх як паливо та в хімічному синтезі

Вуглеводні мають велике народногосподарське значення, оскільки є найважливішим видом сировини для отримання майже всієї продукції сучасної промисловості органічного синтезу і широко використовуються в енергетичних цілях. У них ніби акумульовані сонячне тепло та енергія, які звільняються при спалюванні. Торф, кам'яне вугілля, горючі сланці, нафта, природні та попутні нафтові гази містять вуглець, з'єднання якого з киснем при горінні супроводжується виділенням тепла.

кам'яне вугілля торф нафту природний газ
твердий твердий рідина газ
без запаху без запаху різкий запах без запаху
однорідний склад однорідний склад суміш речовин суміш речовин
гірська порода темного кольору з великим вмістом горючої речовини, що виникла внаслідок поховання в осадових товщах скупчень різних рослин скупчення напівперепрілої рослинної маси, що накопичилася на дні боліт і зарослих озер природна горюча масляниста рідина, складається з суміші рідких та газоподібних вуглеводнів суміш газів, що утворилися в надрах Землі при анаеробному розкладанні органічних речовин, газ відноситься до групи осадових гірських порід
Теплотворна здатність – кількість калорій, що виділяються при спалюванні 1 кг палива
7 000 - 9 000 500 - 2 000 10000 - 15000 ?

Кам'яне вугілля.

Вугілля завжди було перспективною сировиною для отримання енергії та багатьох хімічних продуктів.

Першим великим споживачем вугілля з XIX ст. добрив.

Кам'яне вугілля - складна суміш високомолекулярних сполук, до складу яких входять такі елементи: С, Н, N, О, S. Кам'яне вугілля, як і нафта, містить велика кількістьрізних органічних речовин, а також і неорганічні речовини, такі, наприклад, як вода, аміак, сірководень і, звичайно ж, сам вуглець – вугілля.

Переробка кам'яного вугілляйде за трьома основними напрямами: коксування, гідрування і неповне згоряння. Одним із основних способів переробки кам'яного вугілля є коксування– прожарювання без доступу повітря у коксових печах за температури 1000–1200°С. При цій температурі без доступу кисню кам'яне вугілля піддається найскладнішим хімічним перетворенням, у результаті яких утворюється кокс та леткі продукти:

1. коксовий газ (водень, метан, чадний та вуглекислий гази, домішки аміаку, азоту та інших газів);

2. кам'яновугільна смола (кілька сотень різних органічних речовин, у тому числі бензол та його гомологи, фенол та ароматичні спирти, нафталін та різні гетероциклічні сполуки);

3. надсмольна, або аміачна вода (розчинений аміак, а також фенол, сірководень та інші речовини);

4. кокс (твердий залишок коксування, майже чистий вуглець).

Охолоджений кокс відправляють на металургійні заводи.

При охолодженні летких продуктів (коксовий газ) конденсуються кам'яновугільна смола та аміачна вода.

Пропускаючи несконденсовані продукти (аміак, бензол, водень, метан, СО 2 азот, етилен та ін) через розчин сірчаної кислоти виділяють сульфат амонію, який використовується як мінеральне добрива. Бензол поглинають розчинником і відганяють із розчину. Після цього коксовий газ використовується як паливо чи як хімічна сировина. Кам'яновугільна смола виходить у незначних кількостях (3%). Але, враховуючи масштаби виробництва, кам'яновугільна смола сприймається як сировина щоб одержати низки органічних речовин. Якщо від смоли відігнати продукти, що киплять до 350 ° С, то залишається тверда маса - пек. Його застосовують виготовлення лаків.

Гідрування вугілля здійснюється при температурі 400-600 ° С під тиском водню до 25 МПа у присутності каталізатора. При цьому утворюється суміш рідких вуглеводнів, яка може бути використана як паливо моторне. Одержання рідкого палива із вугілля. Рідке синтетичне паливо - це високооктановий бензин, дизельне та котельне паливо. Щоб отримати рідке паливо з вугілля, необхідно збільшити вміст водню шляхом гідрування. Гідрогенізацію проводять з використанням багаторазової циркуляції, яка дозволяє перетворити на рідину та гази всю органічну масу вугілля. Перевагою цього є можливість гідрування низькосортного бурого вугілля.

Газифікація вугілля дозволить використовувати низькоякісне буре та кам'яне вугілля на теплоелектростанціях, не забруднюючи навколишнє середовищез'єднаннями сірки. Це єдиний метод отримання концентрованого монооксиду вуглецю ( чадного газу) СО. Неповне згоряння вугілля дає оксид вуглецю (ІІ). На каталізаторі (нікель, кобальт) при звичайному або підвищеному тиску з водню та СО можна отримати бензин, що містить граничні та ненасичені вуглеводні:

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

nCO + 2nH 2 → C n H 2n + nH 2 O.

Якщо суху перегонку вугілля проводити при 500-550 ° С, то отримують дьоготь, який поряд з бітумом використовується в будівельній справі як сполучний матеріал при виготовленні покрівельних, гідроізоляційних покриттів (руберойд, толь та ін.).

У природі кам'яне вугілля знаходиться в регіонах: Підмосковний басейн, Південно-Якутський басейн, Кузбас, Донбас, Печорський басейн, Тунгуський басейн, Ленський басейн.

Природний газ.

Природний газ – суміш газів, основним компонентом якої є метан CH 4 (від 75 до 98% залежно від родовища), решта припадає на частку етану, пропану, бутану та невеликої кількості домішок – азоту, оксиду вуглецю (IV), сірководню та парів води, і, практично завжди, - сірководеньта органічні сполуки нафти – меркаптани. Саме вони повідомляють газу специфічний неприємний запах, а під час спалювання призводять до утворення токсичного діоксиду сірки SO 2 .

Зазвичай, чим вище молекулярна маса вуглеводню, тим менше його міститься в природному газі. склад природного газурізних родовищ неоднаковий. Середній склад його у відсотках за обсягом наступний:

СН 4 З 2 Н 6 З 3 Н 8 З 4 Н 10 N 2 та інші гази
75-98 0,5 - 4 0,2 – 1,5 0,1 – 1 1-12

Метан утворюється при анаеробному (без доступу повітря) зброджуванні рослинних і тваринних залишків, тому утворюється в донних відкладах і зветься "болотного" газу.

Поклади метану в гідратованій кристалічній формі, так званий метангідрат,виявлено під шаром вічної мерзлоти та на великих глибинах океанів. При низьких температурах (−800ºC) та високих тискахмолекули метану розміщуються в порожнинах кристалічних ґрат водяного льоду. У льодових порожнечах одного кубометра метангідрату "законсервовано" 164 кубометри газу.

Шматки метангідрату виглядають як брудний лід, але на повітрі згоряють жовто-синім полум'ям. За приблизними оцінками, планети зберігається від 10 000 до 15 000 гігатонн вуглецю як метангидрата ( " гіга " дорівнює 1 мільярду). Такі обсяги у багато разів перевищують усі відомі на сьогоднішній день запаси природного газу.

Природний газ є відновлюваним природним ресурсом, оскільки синтезується у природі безперервно. Його ще називають "біогазом". Тому перспективи благополучного існування людства багато вчених-екологи пов'язують сьогодні саме з використанням газу як альтернативне паливо.

Як паливо природний газ має великі переваги перед твердим та рідким паливом. Теплота згоряння його значно вища, при спалюванні він не залишає золи, продукти згоряння значно чистіші в екологічному відношенні. Тому близько 90% всього обсягу природного газу, що видобувається, спалюється як паливо на теплових електростанціях і в котельнях, в термічних процесах на промислових підприємствах і в побуті. Близько 10% газу використовують як цінну сировину для хімічної промисловості: для отримання водню, ацетилену, сажі, різних пластмас, медикаментів. З природного газу виділяють метан, етан, пропан та бутан. Продукти, які можна одержати з метану, мають важливе промислове значення. Метан використовується для синтезу багатьох органічних речовин – синтез-газу та подальшого синтезу на його основі спиртів; розчинників (чотирьоххлористого вуглецю, хлористого метилену та ін); формальдегіду; ацетилену та сажі.

Природний газ утворює самостійні родовища. Основні родовища природних горючих газів розташовані в Північній та Західного Сибіру, Волго-Уральський басейн, на Північному Кавказі (Ставрополі), в Республіці Комі, Астраханська область, Баренцеве море.

Природне джерело вуглеводнів
Його основні характеристики
Нафта

Багатокомпонентна суміш, що складається переважно з вуглеводнів. Вуглеводні представлені в основному алканами, циклоалканами та аренами.
Попутний нафтовий газ

Суміш, що складається практично тільки з алканів з довгим вуглецевим ланцюгом від 1 до 6 вуглецевих атомів, утворюється попутно при видобутку нафти, звідси і походження назви. Має місце така тенденція: що менша молекулярна маса алкану, то його відсотковий вміст у попутному нафтовому газі вищий.
Природний газ

Суміш, що складається переважно з низькомолекулярних алканів. Основний компонент природного газу – метан. Його відсоткове утримання залежно від родовища газу може бути від 75 до 99%. На другому місці за концентрацією з великим відривом - етан, ще менше міститься пропан і т.д.

Принципова відмінність природного газу від попутного нафтового полягає в тому, що в попутному нафтовому газі набагато вища частка пропану та ізомерних бутанів.
Кам'яне вугілля

Багатокомпонентна суміш різних сполук вуглецю, водню, кисню, азоту та сірки. Також до складу кам'яного вугілля входить значна кількість неорганічних речовин, частка яких значно вища, ніж у нафті.

Переробка нафти

Нафта є багатокомпонентною сумішшю різних речовинпереважно вуглеводнів. Ці компоненти відрізняються один від одного за температурами кипіння. У зв'язку з цим, якщо нагрівати нафту, то спочатку з неї випаровуються найбільш легкокиплячі компоненти, потім з'єднання з вищою температурою кипіння і т.д. На цьому явищі заснована первинна переробка нафти , що полягає в перегонці (ректифікації) нафти. Цей процес називають первинним, оскільки передбачається, що з його перебігу не відбуваються хімічні перетворення речовин, а нафта лише поділяється на фракції з різними температурами кипіння. Нижче представлена ​​принципова схема колони ректифікації з коротким описомсамого процесу перегонки:

Перед процесом ректифікації нафту спеціальним чином готують, а саме, позбавляють домішкової води з розчиненими в ній солями і від твердих механічних домішок. Підготовлена ​​таким чином нафта надходить у трубчасту піч, де нагрівається до високої температури (320-350 о С). Після нагрівання в трубчастій печі нафта, що володіє високою температурою, надходить у нижню частину колони ректифікації, де відбувається випаровування окремих фракцій і підйом їх парів вгору по колоні ректифікації. Чим вище знаходиться ділянка колони ректифікації, тим його температура нижче. Таким чином, на різній висоті відбирають такі фракції:

1) ректифікаційні гази (відбирають у верхній частині колони, у зв'язку з чим їх температура кипіння не перевищує 40 про С);

2) бензинова фракція (температури кипіння від 35 до 200 про З);

3) лігроїнова фракція (температури кипіння від 150 до 250 про З);

4) гасова фракція (температури кипіння від 190 до 300 про З);

5) дизельну фракцію (температури кипіння від 200 до 300 про З);

6) мазут (температури кипіння більше 350 про З).

Слід зазначити, що середні фракції, які виділяються при ректифікації нафти, не задовольняють стандартам, що висуваються до якостей палив. Крім того, в результаті перегонки нафти утворюється чимала кількість мазуту — далеко не затребуваного продукту. У зв'язку з цим після первинної переробки нафти стоїть завдання підвищення виходу дорожчих, зокрема бензинових фракцій, а також підвищення якості цих фракцій. Ці завдання вирішуються із застосуванням різних процесів вторинної переробки нафти наприклад таких як крекінгіриформінг .

Слід зазначити, що кількість процесів, що використовуються при вторинній переробці нафти, значно більша, і ми торкаємося лише одні з основних. Давайте тепер розберемося, у чому полягає зміст цих процесів.

Крекінг (термічний чи каталітичний)

Цей процес призначений для підвищення виходу бензинової фракції. З цією метою важкі фракції, наприклад, мазут піддають сильному нагріванню найчастіше у присутності каталізатора. В результаті такого впливу довголанцюгові молекули, що входять до складу важких фракцій, рвуться і утворюються вуглеводні з меншою молекулярною масою. Фактично це призводить до додаткового виходу ціннішою, ніж вихідний мазут, бензинової фракції. Хімічну суть цього процесу відображає рівняння:

Ріформінг

Цей процес виконує завдання поліпшення якості бензинової фракції, зокрема підвищення її детонаційної стійкості (октанового числа). Саме ця характеристика бензинів вказується на бензозаправках (92-й, 95-й, 98-й бензин тощо).

В результаті процесу риформінгу підвищується частка ароматичних вуглеводнів у бензиновій фракції, що мають серед інших вуглеводнів одні з найвищих октанових чисел. Досягається таке збільшення частки ароматичних вуглеводнів в основному в результаті перебігу при риформінгу реакцій дегідроциклізації. Наприклад, при досить сильному нагріванні н-гексану в присутності платинового каталізатора він перетворюється на бензол, а н-гептан аналогічним чином - на толуол:

Переробка кам'яного вугілля

Основним способом переробки кам'яного вугілля є коксування . Коксуванням вугілляназивають процес, у якому вугілля нагрівають без доступу повітря. При цьому в результаті такого нагрівання з вугілля виділяють чотири основні продукти:

1) Кокс

Тверда субстанція, що є практично чистим вуглцем.

2) Кам'яновугільна смола

Містить багато різноманітних переважно ароматичних сполук, таких як бензол його гомологи, феноли, ароматичні спирти, нафталін, гомологи нафталіну і т.д.;

3) Аміачна вода

Незважаючи на свою назву дана фракція, крім аміаку та води, містить також фенол, сірководень та деякі інші сполуки.

4) Коксовий газ

Основними компонентами коксового газу є водень, метан, вуглекислий газ, азот, етилен тощо.

1. Природні джерела вуглеводнів: газ, нафту, кам'яне вугілля. Їх переробка та практичне застосування.

Основними природними джерелами вуглеводнів є нафта, природний та попутний нафтовий газ та кам'яне вугілля.

Природний та попутний нафтовий газ.

Природний газ – суміш газів, основним компонентом якої є метан, решта припадає на частку етану, пропану, Бутану, та невеликої кількості домішок – азоту, оксиду вуглецю (IV), сірководню та парів води. 90% його витрачається як паливо, решта 10% використовують як сировину для хімічної промисловості: одержання водню, етилену, ацетилену, сажі, різний пластмас, медикаментів та ін.

Попутний нафтовий газ – це теж природний газ, але він зустрічається разом із нафтою – перебуває над нафтою чи розчинений у ній під тиском. Попутний газ містить 30 – 50% метану, решта посідає його гомологи: етан, пропан, бутан та інші вуглеводні. Крім того, у ньому присутні ті ж домішки, що й у природному газі.

Три фракції попутного газу:

1. Газовий бензин; його додають до бензину для покращення запуску двигуна;

2. Пропан-бутанова суміш; застосовується як побутове паливо;

3. Сухий газ; використовують для отримання ацителену, водню, етилену та інших речовин, у тому числі виробляють каучуки, пластмаси, спирти, органічні кислоти тощо.

Нафта.

Нафта – масляниста рідина від жовтого чи світло-бурого до чорного кольору з характерним запахом. Вона легша за воду і в ній практично нерозчинна. Нафта є сумішшю приблизно 150 вуглеводнів з домішками інших речовин, тому в неї немає певної температури кипіння.

90% нафти, що видобувається, використовується як сировина для виробництва різних видівпалива та мастильних матеріалів. Натомість нафта – цінна сировина для хімічної промисловості.

Нафту, що видобувається із земних надр, називаю сирою. У сирому вигляді нафту не застосовують, її переробляють. Сиру нафту очищають від газів, води та механічних домішок, а потім піддають фракційній перегонці.

Перегонка – процес поділу сумішей окремі компоненти, чи фракції, виходячи з відмінності їх температур кипіння.

При перегонці нафти виділяють кілька фракцій нафтопродуктів:

1. Газова фракція (tкіп = 40°С) містить нормальні та розгалужені алкани СН4 – С4Н10;

2. Бензинова фракція (tкіп = 40 - 200°С) містить вуглеводні З 5 Н 12 - З 11 Н 24; при повторній перегонці із суміші виділяють легкі нафтопродукти, що киплять у нижчих інтервалах температур: петролейний ефір, авіаційний та автомобільний бензин;

3. Лігроїнова фракція (важкий бензин, tкіп = 150 - 250 ° С), містить вуглеводні складу З 8 Н 18 - З 14 Н 30, застосовують як паливо для тракторів, тепловозів, вантажних автомобілів;



4. Гасова фракція (tкип = 180 - 300°С) включає вуглеводні складу З 12 Н 26 - З 18 Н 38 ; її використовують як пальне для реактивних літаків, ракет;

5. Газойль (tкіп = 270 - 350 ° С) використовують як дизельне паливоі у великих масштабах піддається крекінгу.

Після відгону фракцій залишається темна в'язка рідина - мазут. З мазуту виділяють солярові олії, вазелін, парафін. Залишок від перегонки мазуту – гудрон, його застосовують під час виробництва матеріалів для дорожнього будівництва.

Вторинна переробка нафти ґрунтується на хімічних процесах:

1. Крекінг – розщеплення великих молекул вуглеводнів більш дрібні. Розрізняють термічний і каталітичний крекінг, який найпоширеніший нині.

2. Риформінг (ароматизація) - це перетворення алканів та циклоалканів на ароматичні сполуки. Цей процес здійснюють шляхом нагрівання бензину при підвищеному тиску у присутності каталізатора. Риформінг застосовують для одержання з бензинових фракцій ароматичних вуглеводнів.

3. Піроліз нафтопродуктів проводять нагріванням нафтопродуктів до температури 650 - 800°С, основними продуктами реакції є ненасичені газоподібні та ароматичні вуглеводні.

Нафта – сировина для не лише палива, а й багатьох органічних речовин.

Кам'яне вугілля.

Кам'яне вугілля також є джерелом енергії та цінною хімічною сировиною. До складу кам'яного вугілля в основному органічні речовини, а також вода, мінеральні речовини, що при спалюванні утворюють золу.

Одним із видів переробки кам'яного вугілля є коксування – це процес нагрівання вугілля до температури 1000 ° С без доступу повітря. Коксування вугілля проводять у коксових печах. Кокс складається із практично чистого вуглецю. Його використовують як відновник при доменому виробництві чавуну на металургійних заводах.

Летучі речовини при конденсації кам'яновугільну смолу (містить багато різних органічних речовин, з них більша частина – ароматичні), аміачну воду (містить аміак, солі амонію) та коксовий газ (містить аміак, бензол, водень, метан, оксид вуглецю (II), етилен , азот та інші речовини).


Глава 1. ГЕОХІМІЯ НАФТИ І РОЗВЕДЕННЯ ПАЛЬНИХ КОПАЛЬНИХ.. 3

§ 1. Походження горючих копалин. 3

§ 2. Газонафтородні гірські породи. 4

Глава 2. ПРИРОДНІ ДЖЕРЕЛА. 5

Глава 3. ПРОМИСЛОВЕ ОТРИМАННЯ ВУГЛЕВОДОРОДІВ. 8

Глава 4. ПЕРЕРОБКА НАФТИ. 9

§ 1. Фракційна перегонка.

§ 2. Крекінг. 12

§ 3. Ріформінг. 13

§ 4. Очищення від сірки. 14

Глава 5. ЗАСТОСУВАННЯ ВУГЛЕВОДОРОДІВ. 14

§ 1. Алкани. 15

§ 2. Алкени. 16

§ 3. Алкіни. 18

§ 4. Арени. 19

Розділ 6. Аналіз стану нафтової промисловості. 20

Глава 7. Особливості та основні тенденції діяльності нафтової промисловості. 27

Список використаної літератури... 33

Перші теорії, у яких розглядалися принципи, що визначають залягання родовищ нафти, зазвичай обмежувалися переважно питанням місця її скупчення. Однак за останні 20 років стало ясно, що для відповіді на це питання необхідно розібратися в тому, чому, коли і в яких кількостях відбулося утворення нафти в тому чи іншому басейні, а також зрозуміти та встановити, внаслідок яких процесів вона зароджувалася, мігрувала та накопичувалася. Ці відомості абсолютно необхідні підвищення результативності розвідки нафти.

Утворення вуглеводневих копалин, згідно з сучасними поглядами, відбувалося внаслідок протікання складної послідовності геохімічних процесів (див. рис. 1) усередині вихідних газонафтородних гірських порід. У цих процесах складові різних біологічних систем (речовин природного походження) перетворювалися на вуглеводні і в меншій мірі на полярні сполуки з різною термодинамічною стійкістю - в результаті осадження речовин природного походження та подальшого їх перекривання осадовими породами, під впливом підвищеної температури і підвищеного тискуу поверхневих шарах земної кори. Первинна міграція рідких і газоподібних продуктів з вихідного газонафтородного шару і подальша їх вторинна міграція (через несучі горизонти, зрушення і т. п.) в пористі нафтонасичені гірські породи призводить до утворення покладів вуглеводневих матеріалів, подальша міграція яких запобігає. .

В екстрактах органічної речовини з гірських осадових порід біогенного походження виявляються сполуки з такою ж хімічною структурою, яку мають сполуки, що витягуються з нафти. Для геохімії мають особливо важливе значеннядеякі з таких сполук, які вважаються «біологічними мітками» («хімічними копалинами»). Подібні вуглеводні мають багато спільного із сполуками, що зустрічаються в біологічних системах (наприклад, з ліпідами, пігментами та метаболітами), з яких відбулося утворення нафти. Ці сполуки не лише демонструють біогенне походження. природних вуглеводнів, Але і дозволяють отримувати дуже важливу інформаціюпро газонафтоносні гірські породи, а також про характер дозрівання та походження, міграції та біорозкладання, що призвели до утворення конкретних родовищ газу та нафти.

Малюнок 1 Геохімічні процеси, що призводять до утворення викопних вуглеводнів.

Газонефтеродною гірською породою вважається дрібнодисперсна осадова порода, яка при природному осадженні привела або могла призвести до утворення та виділення значних кількостей нафти та (або) газу. Класифікація таких гірських порід ґрунтується на обліку вмісту та типу органічної речовини, стану його метаморфічної еволюції (хімічних перетворень, що відбуваються при температурах приблизно 50-180 °С), а також природи та кількості вуглеводнів, які можуть бути отримані з неї. Органічна речовина кероген в осадових гірських породах біогенного походження може виявлятися в найрізноманітніших формах, але його можна поділити на чотири основні типи.

1) Ліптиніти– мають дуже високий вміст водню, але низький вміст кисню; їхній склад обумовлений наявністю аліфатичних вуглецевих ланцюгів. Передбачається, що ліптиніт утворилися в основному з водоростей (зазвичай зазнали бактеріального розкладання). Вони мають високу здатність до перетворення на нафту.

2) Екзтити- мають високий вміст водню (проте нижче, ніж у ліптинітів), багаті аліфатичними ланцюгами і насиченими нафтенами (аліцик-вуглеводнів), а також ароматичними циклами і кисневмісними функціональними групами. Ця органічна речовина утворюється з таких рослинних матеріалів, як суперечки, пилок, кутикули та інші структурні частини рослин. Екзініти мають хорошу здатність до перетворення на нафту і газовий конденсат, а на вищих стадіях метаморфічної еволюції і на газ.

3) Вітршити- мають низький вміст водню, високий вміст кисню і складаються в основному з ароматичних структур з короткими аліфатичними ланцюгами, пов'язаними з функціональними групами. Вони утворені із структурованих деревних (лігноцелюлозних) матеріалів і мають обмежену здатність перетворюватися на нафту, але хорошу здатність перетворюватися на газ.

4) Інертиніти- це чорні непрозорі уламкові породи (з високим вмістом вуглецю і низьким вмістом водню), які утворилися з деревних попередників, що сильно змінилися. Вони не мають здатності перетворюватися на нафту та газ.

Головними факторами, якими розпізнається газонафтородна порода, є вміст у ній керогену, тип органічної речовини в керогені та стадія метаморфічної еволюції цієї органічної речовини. Хорошими газонафто-рідними породами вважаються ті, які містять 2-4% органічної речовини такого типу, з якої можуть утворюватися і вивільнятися відповідні вуглеводні. За сприятливих геохімічних умов утворення нафти може походити з осадових порід, що містять органічну речовину типу ліптиніту та екзиніту. Утворення родовищ газу зазвичай відбувається в гірських породах, багатих вітринітом або в результаті термічного крекінгу нафти, що спочатку утворилася.

В результаті подальшого поховання опадів органічної речовини під верхніми шарами осадових порід ця речовина піддається впливу більш високих температур, що призводить до термічного розкладання керогену та утворення нафти і газу. Утворення нафти у кількостях, що становлять інтерес для промислової розробки родовища, відбувається у певних умов за часом і температурі (глибині залягання), причому час освіти тим більше, ніж нижче температура (це неважко зрозуміти, якщо припустити, що реакція протікає за рівнянням першого порядку і має ареніусівську залежність від температури). Наприклад, та ж кількість нафти, яка утворилася при температурі 100°С приблизно за 20 мільйонів років, повинна утворитися за температури 90°С за 40 мільйонів років, а за температури 80°С – за 80 мільйонів років. Швидкість утворення вуглеводнів з керогену приблизно подвоюється при підвищенні температури кожні 10°С. Однак хімічний складкерогену. може бути надзвичайно різноманітним і тому зазначене співвідношення між часом дозрівання нафти і температурою цього процесу може розглядатися лише як основа для наближених оцінок.

Сучасні геохімічні дослідження показують, що в континентальному шельфі Північного моря збільшення глибини на кожні 100 м супроводжується підвищенням температури приблизно на 3°С, а це означає, що багаті на органічну речовину осадові породи утворювали рідкі вуглеводні на глибині 2500-4000 м протягом 50 мільйонів років. Легкі нафти і конденсати, мабуть, утворювалися на глибині 4000-5000 м-коду, а метан (сухий газ) – на глибині понад 5000 м-коду.

Природними джерелами вуглеводнів є горючі копалини - нафту та газ, вугілля та торф. Поклади сирої нафти і газу виникли 100-200 мільйонів років тому з мікроскопічних морських рослин і тварин, які виявилися включеними в осадові породи, що утворилися на дні моря. .

Природний газ та сира нафта зазвичай виявляються разом із водою у нафтоносних шарах, розташованих між шарами гірських порід (рис. 2). Термін «природний газ» застосовується також до газів, які утворюються в природних умоввнаслідок розкладання вугілля. Природний газ та сира нафта розробляються на всіх континентах, за винятком Антарктиди. Найбільшими виробниками природного газу у світі є Росія, Алжир, Іран та Сполучені Штати. Найбільшими виробниками сирої нафти є Венесуела, Саудівська Аравія, Кувейт та Іран.

Природний газ складається головним чином метану (табл. 1).

Сира нафта є маслянистою рідиною, забарвлення якої може бути найрізноманітнішою – від темно-коричневої або зеленої до майже безбарвної. У ній міститься велике числоалканів. Серед них є нерозгалужені алкани, розгалужені алкани та циклоалкани з числом атомів вуглецю від п'яти до 40. Промислова назва цих циклоалканів-начтен. У сирій нафті, крім того, міститься приблизно 10% ароматичних вуглеводнів, а також невелика кількість інших сполук, що містять сірку, кисень та азот.


Основні джерела вуглеводнів - нафта, природний та попутний нафтовий газ, вугілля. Запаси їх не безмежні. За оцінками вчених, за сучасних темпів видобуток і споживань їх вистачить: нафти – 30 – 90 років, газу – на 50 років, вугілля – на 300 років.

Нафта та її склад:

Нафта-масляниста рідина від світло-коричневого до темно-бурого, майже чорного кольору з характерним запахом, у воді не розчиняється, утворює на поверхні води плівку, яка не пропускає повітря. Нафта-масляниста рідина світло-коричневого до темно-бурого, майже чорного кольору, з характерним запахом, у воді не розчиняється, утворює на поверхні води плівку, яка не пропускає повітря. Нафта-це складна суміш насичених та ароматичних вуглеводнів, циклопарафіном, а також деяких органічних сполук, що містять гетероатоми - кисень, сірку, азот та тр. Яких тільки захоплених імен не давали люди нафти: Чорне золото», та «Кров землі». Нафта і справді заслуговує на наш захоплення і шляхетність.

За складом нафта буває: парафінова - складається з алканів з прямим і розгалуженим ланцюгом; нафтенова - містить граничні циклічні вуглеводні; ароматична - включає ароматичні вуглеводні (бензол і його гомологи). Незважаючи на складний компонентний склад, елементний склад нафт більш-менш однаковий: в середньому 82-87% вуглеводню, 11-14% водню, 2-6% ін.елементів (кисень, сірка, азот).

Трохи історії .

У 1859 р. у США, у штаті Пенсільванія 40-річний Едвін Дрейк за допомогою власної завзятості, грошей нафтової копані та старого парового двигуна пробурив свердловину глибиною 22 метри і витяг з неї першу нафту.

Пріоритет Дрейка як піонера у сфері буріння нафтових свердловин оспорюється, проте його ім'я все одно пов'язане з початком нафтової ери. Нафта виявили у багатьох частинах світу. Людство нарешті придбало у великій кількості чудове джерело штучного освітлення.

Яке походження нафти?

Серед учених домінували дві основні концепції: органічна і неорганічна. Згідно з першою концепцією, органічні залишки, поховані в осадових породах, з часом розкладаються, перетворюючись на нафту, вугілля та природний газ; більш рухливі нафта і газ потім накопичуються у верхніх пластах осадових порід, що мають пори. Інші вчені стверджують, що нафта утворюється на "великих глибинах у мантії Землі".

Російський учений – хімік Д.І Менделєєв був прихильником неорганічної концепції. У 1877 р. він запропонував мінеральну (карбідну) гіпотезу, згідно з якою виникнення нафти пов'язане з проникненням води в глиб Землі за розломами, де під впливом її на «вуглецеві метали» та виходять вуглеводні.

Якби була гіпотеза космічного походження нафти – з вуглеводнів, які у газовій оболонці Землі ще під час її зоряного стану.

Природний газ-«блакитне золото».

Наша країна займає перше місце у світі за запасом природного газу. Найважливіші родовища цього цінного палива знаходяться у Західному Сибіру (Уренгойське, Заполярне), у Волго-Уральському басейні (Вуктильське, Оренбурзьке), на Північному Кавказі (Ставропольське).

Для видобутку газу зазвичай застосовується фонтанний спосіб. Щоб газ почав надходити на поверхню, достатньо відкрити свердловину, пробурену в газоносному шарі.

Природний газ використовується без попереднього поділу, тому що піддається очищенню ще до транспортування. З нього видаляють зокрема: механічні домішки, водяні пари, сірководень та ін. агресивні компоненти. більшу частинупропану, бутану та більш важких вуглеводнів. Практично чистий метан, що залишився, витрачається, по першеяк паливо: висока теплота згоряння; екологічно; зручно добувати, транспортувати, спалювати, тому що агрегатний стан - газ.

По-друге, метан стає сировиною для отримання ацетилену, сажі та водню; для виробництва ненасичених вуглеводнів, в першу чергу етилену та пропілену; для органічного синтезу: метилового спирту, формальдегіду, ацетону, оцтової кислоти та багато іншого.

Попутний нафтовий газ

Попутний нафтовий газ за своїм походженням теж є природним газом. Особливу назву він отримав тому, що знаходиться у покладах разом із нафтою – він розчинений у ній. При вилучення нафти на поверхню він внаслідок різкого падіння тиску відокремлюється від неї. Росія займає одне з перших місць за запасами попутного газу та його видобутку.

Склад попутного нафтового газу відрізняється від природного газу-в ньому набагато більше етану, пропану, бутану та ін. вуглеводнів. Крім того, до його складу входять такі рідкісні Землі гази, як аргон і гелій.

Попутний нафтовий газ - цінна хімічна сировина, з неї можна отримати більше речовин, ніж із газу. Вилучають для хімічної переробки та індивідуальні вуглеводні: етан, пропан, бутан та ін. З них отримують ненасичені вуглеводні реакцією дегідрування.

Кам'яне вугілля

Запаси кам'яного вугілля у природі значно перевищують запаси нафти та газу. Вугілля - складна суміш речовин, що складається з різних сполук вуглецю, водню, кисню, азоту та сірки. До складу вугілля входять такі мінеральні речовини, що містять сполуки багатьох інших елементів.

Кам'яне вугілля мають склад: вуглець - до 98%, водень - до 6%, азот, сірка, кисень - до 10%. Але в природі буває ще й буре вугілля. Їх склад: вуглець-до 75%, водень-до 6%, азот, кисень-до 30%.

Основний спосіб переробки вугілля - піроліз (кокосування) - розкладання органічних речовин без доступу повітря при високій температурі(близько 1000 С). При цьому виходять такі продукти: кокс (штучне тверде паливо підвищеної міцності, що широко використовується в металургії); кам'яновугільна смола (використовується в хімічній галузі промисловості); кокосовий газ (використовується в хімічній галузі промисловості та як паливо.)

Коксовий газ

Летючі сполуки (коксовий газ), що утворюються при термічному розкладанні кам'яного вугілля, надходять у загальну збірку. Тут коксовий газ охолоджують і пропускають через електрофільтри відділення кам'яновугільної смоли. У газозбірнику одночасно зі смолою конденсується і вода, в якій розчиняються аміак, сірководень, фенол та інші речовини. З несконденсованого коксового газу виділяють водень для різних синтезів.

Після перегонки кам'яновугільної смоли залишається тверда речовина – пек, яка використовується для приготування електродів та покрівельного толю.

Переробка нафти

Переробка нафти, або ректифікація - це процес термічного поділу нафти і нафти продуктів на фракції за температурою кипіння.

Перегонка – це фізичний процес.

Існує два методи переробки нафти: фізичний (первинна переробка) та хімічний (вторинна переробка).

Первинну переробку нафти здійснює в колоні ректифікації- апараті для поділу рідких сумішей речовин, що відрізняються за температурою кипіння.

Фракції нафти та основні сфери їх використання:

Бензин - автомобільне паливо;

Гас - авіаційне паливо;

Лігроін-виробництво пластмас, сировина для вторинної переробки;

Газойль-дизельне та котельне паливо, сировина для вторинної переробки;

Мазут-заводське паливо, парафіни, мастила, бітуми.

Способи очищення від нафтових плям :

1) Поглинання-Усім вам відомі солома та торф. Вони поглинають нафту, після чого можна акуратно зібрати та вивезти з подальшим знищенням. Цей метод годиться лише за умов штилю і лише невеликих плям. Спосіб дуже популярний останнім часом через свою дешевизну та високу ефективність.

Підсумок: Метод дешевий, залежний від умов.

2) Самоліквідація: цей метод застосовують у тому випадку, якщо нафта розлита далеко від берегів і пляма невелика (у цьому випадку пляма краще зовсім не чіпати). Поступово воно розчиниться у воді та частково випарується. Іноді нафту не зникає і через кілька років, дрібні плями досягають узбережжя у вигляді шматочків слизької смоли.

Підсумок: не використовують хімічні препарати; Нафта тримається на поверхні тривалий час.

3) Біологічна: Технологія, основу якої лежить використання мікроорганізмів, здатних окислювати вуглеводні.

Підсумок: мінімальні збитки; видалення нафти з поверхні, але метод трудомісткий і тривалий.



 

Можливо, буде корисно почитати: