Trei surse de materii prime sunt importante pentru industrie: petrol, gaze și cărbune.
Ulei.
Petrolul este un lichid inchis, uleios, insolubil in apa, care contine alcani ramificati si neramificati, cicloalcani. Compoziția depinde de depozit.
Ulei este principalul material pentru producerea compuşilor organici prin distilare uscată (piroliză, carbonizare). Principalele produse sunt hidrocarburile aromatice și derivații acestora. Sunt produse în principal din coloranți, grăsimi sintetice și uleiuri.
Pe măsură ce importanța petrolului a crescut, metodele de procesare chimică s-au îmbunătățit. În prezent, aproximativ 90% din compușii organici sintetici sunt derivați din petrol și derivații acestuia.
Metode de laborator și industriale de producere a uleiului.
Există o serie de diferențe semnificative între metodele de laborator și cele industriale de producție a uleiului, și anume:
- preț (în laborator se folosesc cantități mici de reactivi, când în industrie sunt necesare volume mari. Prin urmare, compușii scumpi și rari pot fi folosiți în laborator, dar în industrie este necesar să se descurce la cel mai mic cost. Sau utilizarea substanțelor toxice nocive în laborator este destul de acceptabilă datorită prezenței hote de fum, atunci la scară industrială acest lucru este extrem de periculos.);
- cald. În industrie, furnizarea de căldură este foarte costisitoare pentru reacțiile desfășurate la temperaturi moderat ridicate și normale, când în laborator astfel de sinteze sunt ușor fezabile;
- puritatea amestecului. În laborator se lucrează de obicei cu substanțe pure, în timp ce în industrie se lucrează mai ales cu amestecuri;
- circulatia substantelor. În timp ce în industrie amestecurile pot fi separate prin diverse procese chimice (distilare, filtrare, procese continue), pentru laborator acest lucru este neprofitabil. În industrie, există un caracter ciclic al proceselor, când substanțele nereacționate pot fi reintroduse în ciclul procesului de reciclare, dar în laborator acest lucru se realizează cu mare dificultate.
Rafinarea petrolului.
În industrie, se utilizează distilarea fracționată a „țițeiului”, în urma căreia acesta din urmă este împărțit în mai multe fracții care au puncte de fierbere diferite:
Fracția de benzină constă din eter de petrol și benzină de extracție. Compoziția facțiunii variază de la De la 6 - de la 9.Întreaga fracțiune este un produs petrolier semnificativ, deoarece servește drept combustibil pentru motoarele cu ardere internă.
Kerosen (C 9 -C 16) folosit in dispozitive de încălzire, și este, de asemenea, un combustibil pentru avioane și motoare cu turbină.
Motorina (combustibil diesel) servește drept combustibil pentru motoarele diesel.
Uleiuri lubrifiante (C 20 - C 50) sunt folosite ca lubrifianți.
Păcură (reziduuri)- folosit ca combustibil, este distilat rezultand o fractiune de hidrocarburi cu punct de fierbere ridicat.
Transformări chimice ale hidrocarburilor conținute în ulei.
Importanța combustibilului în lumea modernă crește semnificativ. Din acest motiv au găsit cel mai mult cel mai bun mod obținerea benzinei din fracții cu punct de fierbere ridicat - cracare - încălzire a alcanilor superiori fără acces la aer, având ca rezultat descompunerea în hidrocarburi din ce în ce mai mici:
Dacă cracarea are loc fără utilizarea unui catalizator, se numește cracare termică. Dacă se utilizează catalizatorul SiO 2 sau Al 2 O 3 , atunci aceasta este cracarea catalitică. Produsele unor astfel de procese sunt etanul și propena, care au devenit materii prime importante pentru industrie.
Pentru a îmbunătăți calitatea benzinei, se efectuează reformarea și alchilarea.
Reformare(izomerizarea) este un proces în care alcanii neramificati, atunci când sunt încălziți cu un catalizator, sunt transformați în alcani mai ramificați cu un număr octanic mai mare. De exemplu,
Alchilare- un proces în care un amestec de alcani și alchene este transformat în compuși ramificați cu cifră octanică mare, folosind un acid ca catalizator:
Gaz natural.
Gazul natural este o colecție de gaze, a căror compoziție depinde de depozit. Practic, este un amestec de metan, etan și propan, dar pot fi găsite și cantități mici de azot, alcani superiori, carbon și heliu (rar).
Gazul natural este un combustibil industrial al cărui compus cel mai important este gaz de sinteză(amestec de monoxid de carbon și hidrogen):
Poate fi obținut prin expunerea la cocs fierbinte cu abur se numește compusul obținut în acest proces apă gazoasă:
Din monoxid de carbon și hidrogen se obține metanolul:
Reacția are loc sub presiune în prezența catalizatorilor.
Cărbune.
Cărbunele servește ca materie primă pentru producerea hidrocarburilor aromatice. Procesul poate fi reprezentat schematic după cum urmează:
Toluenul poate fi obținut în mod similar.
Distilarea uscată la temperaturi ridicate produce un amestec de produse solide, lichide și gazoase.
Produs în fază gazoasă este gaz de cuptor de cocs, ale căror componente principale sunt hidrogenul și metanul.
Produs lichid reprezintă gudron, de care se despart număr mare fenol, crezol, naftalină, tiofen, antracen.
Produs solid este cocs.
Gândirea la ceea ce ne așteaptă în viitor i-a bântuit pe oamenii de știință înainte. Astăzi toată lumea vorbește despre acest subiect: de la liderii guvernamentali la școlari. Încălzirea globală, topirea gheață veche de secole, probleme demografice, clonarea umană, mijloace moderne și viitoare de comunicare și transport, dependența oamenilor de resursele energetice... Și totuși, unul dintre subiectele cele mai populare astăzi este problema combustibilului alternativ.
Combustibilii viitorului - o alternativă la fosilele naturale
Combustibilii naturali sunt în prezent principala noastră sursă de energie. Hidrocarburile sunt arse pentru a rupe legăturile moleculare și a elibera energia lor. Nivel înalt Consumul de combustibili fosili duce la o poluare semnificativă mediu natural când sunt arse.
Trăim în secolul 21, acesta este un timp al noilor tehnologii și mulți oameni de știință cred că a venit momentul să creăm un combustibil alternativ al viitorului, care să poată înlocui combustibilul tradițional și să ne elimine dependența de acesta. În ultimii 150 de ani, utilizarea hidrocarburilor a crescut cantitatea de dioxid de carbon din atmosferă cu 25%. Arderea hidrocarburilor provoacă și alte tipuri de poluare, cum ar fi smogul, ploaia acide și poluarea aerului. Acest tip de poluare nu numai că provoacă daune mediu, sănătatea animală și umană, dar duce și la războaie, deoarece combustibilii fosili sunt resurse neregenerabile și se vor epuiza în cele din urmă. Pe în acest moment Este important să găsim noi soluții și să stabilim surse alternative de combustibil pentru viitor.
În timp ce unii oameni de știință abordează problema creșterii factorului de recuperare a petrolului al formațiunilor productive, iar alții caută modalități de a obține combustibil gazos din șisturi bituminoase, alții au ajuns la concluzia că nevoia de combustibil poate fi satisfăcută folosind obișnuitul vechi- metoda modelata. Este vorba despre despre „produse petroliere solide”, combustibil natural – lemn de foc. Ideea „veche ca timpul” a fost preluată de specialiști de la Universitatea Stanford din SUA și li s-au alăturat oameni de știință de la Universitatea din Georgia. Desigur, aici avem nevoie de soiuri speciale de arbori cu creștere rapidă precum arinul sau platanii, care produc până la 40 de tone de lemn la hectar pe an.
Sycamore - Platanus - un copac puternic cu o coroană densă răspândită și un trunchi gros - strămoșul familiei extinse de sicomori. Există aproximativ 10 specii în genul de platani. Înălțimea platanului ajunge la 60m, iar lungimea circumferinței trunchiului este de până la 18m! Trunchiul platanului este uniform de formă cilindrică, coaja este verzuie - gri, decojindu-se. Frunzele platanului sunt palmat lobate, cu pețioli alungiți.
După tăierea copacilor sicomori, pe pământ rămân frunze pentru care pot fi folosite îngrășământ natural. Lemnul de platani este zdrobit în concasoare și alimentat în cuptorul centralelor electrice. O suprafață de 125 km2 de platani poate furniza energie unui oraș cu o populație de 80 de mii de oameni. În zonele defrișate, în decurs de 2-4 ani, din lăstari vor crește din nou platani noi, potriviti pentru combustibil. Oamenii de știință au calculat că, dacă 3% din teritoriul Rusiei și Ucrainei sunt alocate „plantațiilor energetice de platani” pentru cultivarea combustibilului natural, atunci țările și-ar putea satisface pe deplin nevoile de combustibil din lemn de foc.
Principalul avantaj al folosirii „combustibililor naturali cultivați” spre deosebire de „combustibilii fosili” (cărbune, gaze naturale și petrol) este că, pe măsură ce pădurea energetică de sicomor crește, aceasta adsorb dioxid de carbon, care este eliberat ulterior atunci când arde. Aceasta înseamnă că atunci când platanii sunt arse, aceeași cantitate de CO2 este eliberată în atmosferă care a fost absorbită de platani în timpul creșterii sale. Când ardem combustibili fosili, creștem conținutul de CO2 din atmosferă și asta motivul principalîncălzire globală.
Noul combustibil este o sursă de energie regenerabilă valoroasă și va deveni mai important în viitor. Deja astăzi, de exemplu, cea mai mare centrală electrică din Europa pe un platan este situată în Simmering (Austria). Puterea sa este de 66 MW, cu un consum anual de 190 de mii de tone de platani, cultivat aici pe o rază de 100 km. Iar în Germania, capacitatea pădurilor energetice ajunge la 20 de milioane de metri cubi de lemn pe an.
Combustibili noi
Susținătorii americani ai „lemnificării” energiei termice menajere sunt reluați de colegii lor din Europa. În Belgia, de exemplu, în 1988, ziarul Saar a publicat un articol în care spunea lemnul de foc combustibilul natural al viitorului, ca alternativă la utilizarea de. produse petroliere. Se propune utilizarea deșeurilor de hârtie în aceleași scopuri. Se vinde deja în magazinele de acolo presa de mână pentru producerea de brichete din deșeuri de hârtie, care nu sunt inferioare ca putere calorică față de lignit.
De asemenea, puteți cumpăra sobe speciale economice care funcționează pe principiul unui generator de gaz, al cărui design împiedică scurgerea căldurii prin coș de fum. Lemnele de foc și brichetele de hârtie reziduală ard foarte încet în această sobă: un mănunchi - în 8 ore În acest caz, lemnele de foc arde complet, nu există eliberare de cenușă și funingine în atmosferă. Încălzirea camerelor cu astfel de sobe este foarte profitabilă, deoarece un kilogram de lemn de foc cu un conținut de calorii comparabil costă de 10 ori mai puțin decât un litru de combustibil lichid, a cărui depozitare necesită și recipiente speciale de combustibil.
Algele brune cu creștere rapidă au atras atenția unui alt grup de oameni de știință americani. Se propune ca plantările marine să fie procesate în gaz metan folosind bacterii. De asemenea, este posibil să se obțină substanțe asemănătoare petrolului prin încălzire. Conform calculelor, o fermă naturală din ocean cu o suprafață plantată de 40 de mii de hectare va putea în viitor să furnizeze energie unui oraș cu o populație de 50 de mii de oameni. Oamenii de știință din Franța propun utilizarea algelor unicelulare ca combustibil alternativ. Se pare că aceste organisme microscopice eliberează hidrocarburi în timpul proceselor lor de viață. Prin creșterea algelor în recipiente speciale și furnizarea acestora cu dioxid de carbon și săruri minerale, puteți „recolta în mod regulat hidrocarburi” și obțineți combustibil natural.
„Stații de benzină” naturale au fost descoperite și la tropice America de Sud, în Filipine. Unele tipuri de viță de vie și copaci tropicali conțin combustibil natural - „ulei diesel”, care nici măcar nu trebuie distilat. Combustibilul alternativ din viță de vie arde bine în motoarele auto, producând mai puține emisii toxice decât benzina. Potrivit pentru producerea de păcură și ulei de palmier, din care se obține relativ ușor motorină.
Dar deocamdată totul este în domeniul science-fiction-ului. Proiectul de producere a combustibilului sintetic din cărbune. O metodă destul de simplă a fost dezvoltată de oamenii de știință din SUA. Cărbunele este zdrobit, tratat cu un solvent și se adaugă hidrogen la amestecul rezultat. O tonă de cărbune produce aproape 650 de litri de combustibil sintetic, din care se poate produce benzină sintetică.
Oamenii de știință americani sunt serios implicați în gazeificarea subterană a straturilor de cărbune. Prin piroliză se obțin din acesta 40% gaz metan, 45% cocs și 3% combustibil lichid. Experții au dezvoltat o modalitate complet neașteptată de a obține combustibilul viitorului... din gunoi. Metalele magnetice și nemagnetice sunt mai întâi extrase din deșeurile umane, care sunt ulterior trimise pentru topire. Noua tehnologie reciclarea deșeurilor de sticlă face posibilă obținerea de sticlă mai ieftină și mai eficientă din fragmente calitate superioară decât materiile prime originale. Deșeurile rămase sunt procesate în cocs, gaz metan și combustibil lichid. Produsele petroliere „gunoi” au fost testate la fabrici pilot - ard perfect De la 6 la 20 de dolari sunt „extrase” dintr-o tonă de gunoi în acest fel. În 1976-1977 O fabrică specială de reciclare a deșeurilor a intrat în funcțiune în San Diego.
Cu toate acestea, lucrează cu succes la o problemă similară în Marea Britanie. Aici a fost dezvoltată și funcționează în prezent o instalație de procesare a deșeurilor, în care, sub influența temperaturilor ridicate din timpul arderii oxigenului injectat, din deșeuri se obțin produse petroliere sintetice și gaz metan cu hidrogen (ambalaje și sticle de plastic, deșeuri alimentare, resturi de ziare, cârpe etc.) . Combustibilii sintetici lichizi și gazul ar trebui să fie depozitați în rezervoare și utilizate parțial pentru a funcționa un motor diesel și parțial pentru a topi sticla spartă, din care pot fi obținute blocuri de construcție. În viitor, este planificată procesarea deșeurilor în furnalele vechi. Acest lucru va oferi o productivitate ridicată, economisind timp și bani pentru construcția de noi instalații de incinerare a deșeurilor. După cum au arătat experimentele, se va folosi și zgura rămasă - este potrivită pentru înlocuirea pietrișului atunci când se efectuează lucrări de beton.
Iată încă două moduri de a produce benzină sintetică. Inginerul francez A. Roethlisberger a obținut o benzină alternativă din tulpinile uscate de porumb. Autorul susține că noul combustibil al viitorului cu un număr octanic de 98 poate fi produs din paie, rumeguș, blaturi vegetale și alte deșeuri care conțin fibre celulozice. Sub presiunea agențiilor guvernamentale, inventatorul a clasificat tehnologia de sinteză a noului combustibil, dar se știe că calitatea noii benzine depinde în mare măsură de aditivii stabilizatori complecși adăugați la alcooli și eterii izopropinil obținuți din celuloză. Noul combustibil alternativ nu detonează și arde fără fum sau mirosuri. Poate fi amestecat în orice proporție cu benzină obișnuită. În același timp, în viitor, nu sunt necesare modificări de design ale motoarelor. Franța intenționează să crească în cele din urmă producția de benzină nouă la 20 de milioane de tone pe an.
Un alt inventator al benzinei artificiale locuiește în Elveția. Material sursă servește ca așchii de lemn, coji de porumb, pungi de plastic. Dar problema este că „benzina viitorului” miroase a luciu de lună. Inventatorul trebuie să plătească impozit de 8% pentru ambele producții băuturi alcoolice. Cu toate acestea, 1 litru de „benzină a viitorului” artificială costă de 2 ori mai puțin decât în prezent, iar mașina funcționează corect, ca nouă.
Dezvoltarile inventatorilor nu se limiteaza la benzina artificiala; metode originale obţinerea de hidrocarburi gazoase în scopuri casnice. Dintre care unul a fost dezvoltat în Germania. Ca o nouă sursă energie alternativă a viitorului este o groapă de gunoi din orașul suburban Schwerborn. La umplerea gropii de gunoi, sub acesta a fost amplasată o rețea de puțuri de gaz și conducte. Se dovedește că 1 kg de gunoi produce până la 200 de litri de gaz, din care 100 de litri sunt metan. Până acum, depozitul „extrage” 40 m3 de gaz pe oră.
Combustibilul nou se încălzește spațiile de producție. Este planificată construirea unei centrale termice cu combustibili alternativi pentru a încălzi satul. Conform calculelor, costurile de obținere a combustibilului alternativ se vor amortiza în 3,5 ani.
A doua metodă este și mai neașteptată. Propunerea a fost făcută de autoritățile din Ottapalam din statul Kerala (India). Rețeta noului combustibil este următoarea: Fântâna este umplută cu bălegar de vacă și închisă ermetic. Gazul generat în timpul fermentației este transportat prin conducte conectate la sobe pe gazîn case. O astfel de instalație de biogaz satisface pe deplin nevoia familiei de bioenergie pentru uz casnic. Astăzi, 53 de modele de sisteme de biogaz au fost dezvoltate și utilizate în India. Ele sunt utilizate efectiv de aproximativ 3,5 milioane de familii. Guvernul țării sprijină activ răspândirea instalațiilor de biogaz. Deja, acest lucru economisește aproximativ 1,2 miliarde de rupii pe an.
Energia solară - tehnologia viitorului
La începutul articolului, am menționat diverse tehnologii energetice noi. Sistemele fotovoltaice (sau panourile solare) sunt o altă „tehnologie viitoare” care este folosită astăzi.
Mulți oameni folosesc acum panourile solare ca sursă primară sau de rezervă de energie electrică pentru case și clădiri de birouri. Dacă ați fost recent pe mare, poate ați observat că și geamanduri de navigație folosesc energie panouri solare. Ele au fost „adoptate” de multă vreme de armată: în timpul operațiunii Furtuna în deșert, radiourile de teren au fost echipate cu baterii solare ECD ușoare.
Utilizarea panourilor solare va crește doar în viitor. Recent, ECD, în colaborare cu Texaco, a propus tehnologia solară pentru a alimenta echipamentele de producție de petrol într-un câmp petrolier de două sute de acri din Bakersfield, California. Anterior, pentru a produce trei barili de petrol, unul era ars într-un generator de abur. Utilizarea energiei solare nu numai că va reduce consumul de resurse neregenerabile, dar va reduce și emisiile nocive și zgomotul.
Combustibilii fosili sunt petrolul, cărbunele, șisturile bituminoase, gazele naturale și hidrații acestuia, turba și alte minerale și substanțe combustibile din grupa caustobioliților, utilizate în principal ca combustibil, extrase în subteran sau metoda deschisa. Combustibilii fosili se formează din rămășițele fosilizate ale plantelor moarte în timpul procesului de descompunere în condiții anaerobe sub influența căldurii și presiunii din scoarta terestra de milioane de ani. Cărbunele și turba sunt combustibili formați pe măsură ce rămășițele animalelor și plantelor se acumulează și se descompun. Combustibilii fosili nu sunt regenerabili resursă naturală, pe măsură ce s-au acumulat de-a lungul a milioane de ani. Potrivit Administrației pentru Informații Energetice, în anul 2007 sursele primare de energie utilizate au fost: petrol - 36,0%, cărbune - 27,4%, gaze naturale - 23,0%, un total de combustibili fosili au reprezentat 86,4% din totalul surselor (fosili și nefosili). ) de energie primară consumată în lume. De remarcat faptul că sursele de energie nefosilă includ: centrale hidroelectrice - 6,3%, nucleare - 8,5%, iar altele (geotermală, solară, mareomotrică, eoliană, lemne și arderea deșeurilor) în valoare de 0,9%.
Ulei (greacă ναφθα, sau prin turcă neft, din uleiul persan; se întoarce la akkadian napatum - a aprinde, a aprinde) - uleios natural lichid inflamabil, constând dintr-un amestec complex de hidrocarburi și alți compuși organici. Culoarea uleiului este roșu-brun, uneori aproape negru, deși uneori se găsește ulei ușor galben-verzui și chiar incolor; are un miros specific și este comună în rocile sedimentare ale Pământului. Uleiul este cunoscut omenirii din cele mai vechi timpuri. Cu toate acestea, astăzi uleiul este unul dintre cele mai importante minerale pentru umanitate.
Cărbunele este un tip de combustibil fosil format din părți ale plantelor antice subterane, fără oxigen. Denumirea internațională pentru carbon provine de la lat. carbō („cărbune”). Cărbunele a fost primul combustibil fosil folosit de oameni. El a permis să facă revoluție industrială, care, la rândul său, a contribuit la dezvoltarea industriei cărbunelui, oferindu-i mai mult tehnologie modernă. Cărbunele, ca și petrolul și gazul, este o substanță organică care a suferit o descompunere lentă prin procese biologice și geologice. Baza formării cărbunelui sunt reziduurile vegetale. În funcție de gradul de transformare și de cantitatea specifică de carbon din cărbune, se disting patru tipuri:
cărbuni bruni (ligniți); cărbuni; antracit; grafiti.
ÎN ţările occidentale Există o clasificare ușor diferită - ligniți, cărbuni subbituminoși, cărbuni bituminoși, antraciți și, respectiv, grafiți.
șisturile bituminoase este un mineral din grupul caustobioliților solide, care în timpul distilării uscate produce o cantitate semnificativă de rășină (apropiată ca compoziție de ulei). Șisturile s-au format în principal acum 450 de milioane de ani pe fundul mării din rămășițe de plante și animale. Șisturile bituminoase sunt formate din minerale predominante (calcit, dolomit, hydromicas, montmorillonit, caolinit, feldspați, cuarț, pirit și altele) și părți organice (kerogen), acestea din urmă constituie 10-30% din masa rocii și ajung doar la șist de cea mai bună calitate 50-70%. Partea organică este o substanță transformată bio și geochimic a algelor protozoare care și-a păstrat structura celulară (talomoalginită) sau și-a pierdut-o (coloalginitul); reziduurile modificate sunt prezente ca impuritate în partea organică plante superioare(vitrinite, fuzainite, lipoidinite).
Gazul natural este un amestec de gaze format în intestinele pământului în timpul descompunerii anaerobe a substanțelor organice. Se referă la minerale. Gazul natural în condiții de rezervor (condiții de apariție în intestinele pământului) este în stare gazoasă - sub formă de acumulări separate (depozite de gaze) sau sub forma unui capac de gaz al zăcămintelor de petrol și gaze, sau într-o dizolvare. stare în ulei sau apă. În condiții standard (101,325 kPa și 20 °C), gazul natural este doar în stare gazoasă. Gazul natural poate fi, de asemenea, în stare cristalină sub formă de hidrați de gaze naturale.
Hidrații de gaz (de asemenea hidrați de gaze naturale sau clatrați) sunt compuși cristalini formați în anumite condiții termobarice din apă și gaz. Numele „clathrates” (din latinescul clathratus - „a pune într-o cușcă”) a fost dat de Powell în 1948. Hidrații de gaz aparțin compușilor nestoichiometrici, adică compușilor cu compoziție variabilă.
Gazele naturale de șist (ing. gaze de șist) sunt gaze naturale extrase din șisturi bituminoase și constând în principal din metan.
Turba (germană: Torf) este un mineral combustibil; format prin acumularea de resturi de plante care au suferit descompunere incompletă în condiţii de mlaştină. Conține 50-60% carbon. Căldura de ardere (maximum) - 24 MJ/kg. Folosit cuprinzător ca combustibil, îngrășământ, material termoizolantși așa mai departe. O mlaștină se caracterizează prin depunerea pe suprafața solului a materiei organice incomplet descompuse, care ulterior se transformă în turbă. Stratul de turbă din mlaștini este de cel puțin 30 cm (dacă este mai mic, atunci acestea sunt zone umede).
Combustibilii fosili conțin un procent ridicat de carbon și includ cărbune fosil, petrol și gaze naturale. La rândul lor, petrolul, gazul, precum și cărbunele fosil s-au format din depozitele unor organisme odată vii aflate sub influența temperatură ridicată, presiunea și descompunerea anaerobă a organismelor moarte îngropate sub un strat de sediment. Vârsta organismelor, în funcție de tipul de combustibil fosil, este de obicei de milioane de ani și uneori depășește 650 de milioane de ani. Peste 80% din petrolul și gazele folosite astăzi s-au format în straturi care s-au format în perioadele mezozoice și terțiare între 180 și 30 de milioane de ani în urmă din microorganisme marine care s-au acumulat ca sediment pe fundul mării.
Principalele componente ale petrolului, precum și gazele, s-au format într-o perioadă în care reziduurile organice nu erau încă complet oxidate, iar carbonul, hidrocarburile și componentele similare erau prezente în cantități mici. Rocile sedimentare au acoperit resturile acestor substanțe. Temperatura și presiunea au crescut, iar hidrocarburile lichide s-au acumulat în golurile rocilor.
În ceea ce privește originea petrolului și gazelor naturale, există o ipoteză alternativă care încearcă să explice formarea unor zăcăminte anormale de petrol.
Producția de petrol este un subsector al industriei petroliere, o ramură a economiei angajată în extracția mineralelor naturale - petrol. Săpăturile de pe malurile Eufratului au stabilit existența unui câmp petrolier la 6.000-4.000 de ani î.Hr. A fost folosit ca combustibil, iar bitumul petrolier a fost folosit în construcții și drumuri. Uleiul era cunoscut și în Egiptul Antic, unde era folosit pentru îmbălsămarea morților. În ciuda faptului că, începând cu secolul al XVIII-lea, s-au făcut încercări individuale de purificare a uleiului, totuși, până în al doilea jumătate a secolului al XIX-lea secole a fost folosit în principal în în natură. Cu toate acestea, uleiul a atras atenția abia după ce s-a dovedit în Rusia prin practica de fabrică a fraților Dubinin (din 1823), iar în America de către chimistul B. Silliman (1855), că kerosenul poate fi izolat din el - un ulei de iluminat similar cu fotogenul, care s-a răspândit în acea perioadă și a fost produs din anumite tipuri de cărbune și șist. Acest lucru a fost facilitat de dezvoltarea la mijlocul secolului al XIX-lea mod nou producția de petrol folosind sonde de foraj în loc de sonde (mine). Din punct de vedere industrial, primul puț de petrol (de explorare) a fost forat în peninsula Absheron în 1847, primul puț de producție a fost forat pe râu. Kudako în Kuban în 1864. Prima sondă a fost forată în SUA în 1859. Când dezvoltă câmpuri petroliere, ele pompează apă dulce(pentru a menține presiunea în formațiune), inclusiv într-un amestec cu gaz petrolier asociat (stimulare apă-gaz) sau diverse chimicale pentru a crește recuperarea petrolului și a combate tăierea apei în puțurile de producție. Datorită faptului că rezervele de petrol de pe uscat sunt în curs de epuizare, îmbunătățirile ulterioare ale tehnologiei subsectorului extractiv al industriei petroliere au făcut posibilă începerea dezvoltării câmpurilor petroliere de pe platforma continentală folosind platforme petroliere.
Pentru a extrage cărbune din adâncimi mari Minele au fost folosite de omenire de mult timp. Cele mai adânci mine din teritoriu Federația Rusă cărbunele este extras de la o adâncime de puțin peste 1.200 de metri. Zăcămintele purtătoare de cărbune, împreună cu cărbunele, conțin multe tipuri de georesurse care au importanță pentru consumatori. Acestea includ roci gazdă ca materii prime pentru industria construcțiilor, apele subterane, metanul din stratul de cărbune, elemente rare și oligoelemente, inclusiv metale valoroaseși legăturile lor. Utilizarea avioanelor ca instrument de distrugere în organele executive ale forfecătorilor și a celor de la drumuri prezintă un interes deosebit. În același timp, există o creștere constantă a dezvoltării echipamentelor și tehnologiei pentru distrugerea cărbunelui, stânci jeturi de mare viteză cu acțiune continuă, pulsatorie și pulsată.
Gazeificarea cărbunelui - generatoarele moderne de gaze au o capacitate de transformare a combustibilului solid de la 60.000 m³/h la 80.000 m³/h. Tehnologia de gazeificare se dezvoltă în direcția creșterii productivității (până la 200.000 m³/h) și a creșterii eficienței (până la 90%) prin creșterea temperaturii și presiunii acestuia. proces tehnologic(până la +2.000 °C și, respectiv, 10 MPa). Au fost efectuate experimente privind gazificarea subterană a cărbunelui, a cărui extracție din diverse motive nu este rentabilă din punct de vedere economic.
- 165,93 KbIzvoare naturale hidrocarburi
Petrol, gaz și cărbune
11.11.2011
Instituția de învățământ municipal PSSH Nr.1
Otinova Valentina Andreevna nota 10(4).
1. Ulei
a) Proprietăți fizice:
distilare fracționată
b) Proprietăți chimice:
cracare, cracare termică, catalitică
c) chitanta
d) Aplicare
2. Gaz
a) chitanta
b) Aplicare
3. Cărbune
o) Cărbune tare, cocsificare
b) Aplicare
Concluzie
Ulei
Proprietăți fizice
Uleiul este un lichid uleios inflamabil cu un specific
miros, de obicei maro cu o nuanță verzuie sau altă nuanță,
uneori aproape negru, foarte rar incolor.
Principala proprietate a petrolului, care le-a adus faima mondială ca fiind excepționale
purtători de energie este capacitatea lor de a elibera cantități semnificative de energie în timpul arderii
cantitatea de căldură. Uleiul și derivații săi au cele mai mari
tipuri de combustibili cu putere calorică. Căldura de ardere a uleiului – 41 MJ/kg, benzină
– 42 MJ/kg. Un indicator important pentru ulei este punctul de fierbere,
care depinde de structura hidrocarburilor incluse în ulei şi
variază de la 50 la 550°C.
Uleiul, ca orice lichid, fierbe la o anumită temperatură și
se transformă în stare gazoasă. Diferite componente ale uleiului trec în
stare gazoasă la temperaturi diferite. Deci, punctul de fierbere
metan –161,5°C, etan –88°C, butan 0,5°C, pentan 36,1°C. Uleiuri ușoare
fierbe la 50–100°C, grele – la temperaturi peste 100°C.
Uleiul poate fi împărțit în componentele sale, pentru aceasta, este purificat de impuritățile mecanice sau supus așa-numitei distilare fracționată.
Distilarea fracționată - o metodă fizică de separare a unui amestec de componente cu diferite puncte de fierbere.
Distilarea se realizează în instalații speciale - coloane de distilare, în care se repetă ciclul de condensare și evaporare a substanțelor lichide conținute în ulei.
Schema unei instalatii industriale de distilare continua a uleiului
Coloana de distilare primește ulei încălzit într-un cuptor cu tuburi la o temperatură de 320-350 °C. Coloana de distilare are compartimente orizontale cu orificii - așa-numitele tăvi, pe care se condensează fracția de ulei.
În timpul procesului de rectificare, uleiul este împărțit în următoarele fracții:
- Gaze de distilare– un amestec de hidrocarburi cu greutate moleculară mică (propan, butan)
- Fracția de benzină(benzină) hidrocarburi din C 5 H 12 – C 11 H 24
- fracția de nafta - hidrocarburi din C 8 H 18 – C 14 H 30
- Fracția de kerosen– hidrocarburi din C 12 H 26 – C 18 H 38
- Motorină– hidrocarburi din C 13 H 28 – C 19 H 36
Reziduuri de distilare a uleiului - păcură - conține hidrocarburi cu un număr de atomi de carbon de la 18 la 50. Prin distilare sub presiune redusă din păcură, motorină (C 18 H 28 - C 25 H 52), uleiuri lubrifiante (C 28 H 58 - C 38 H 78), se obtin vaselina si parafina - amestecuri cu punct de topire redus de hidrocarburi solide. Reziduuri solide din distilarea păcurului - gudronși produsele prelucrării sale - bitumŞi asfalt folosit pentru realizarea suprafetelor de drum.
Proprietăți chimice
Uleiurile constau în principal din carbon - 79,5 - 87,5% și hidrogen -
11,0 – 14,5% din greutate ulei. Pe lângă ele, uleiurile mai conțin trei
elemente - sulf, oxigen și azot. Numărul lor total este de obicei 0,5
– 8%. Următoarele elemente se găsesc în concentrații minore în uleiuri:
vanadiu, nichel, fier, aluminiu, cupru, magneziu, bariu, stronțiu, mangan,
crom, cobalt, molibden, bor, arsen, potasiu etc. Conținutul lor total nu este
depășește 0,02 - 0,03% în greutate ulei. Aceste elemente se formează
compuși organici și anorganici care alcătuiesc uleiurile.
Oxigenul și azotul se găsesc în uleiuri numai în stare legată. Cutie de sulf
apar în stare liberă sau fac parte din hidrogen sulfurat.
Ca urmare a rectificării uleiului, produsele sunt supuse unei prelucrări chimice, care include o serie de procese complexe. Unul dintre ei este cracare produse petroliere.
Cracare – descompunerea termică a produselor petroliere, ducând la formarea de hidrocarburi cu un număr mai mic de atomi de carbon în moleculă.
Există mai multe tipuri de cracare: cracare termică, cracare catalitică, cracare la presiune înaltă și cracare prin reducere.
Fisura termica
– scindarea moleculelor de hidrocarburi cu lanț lung de carbon în altele mai scurte sub influența temperaturii ridicate (470-550°C). Alcanii se descompun datorită clivajului legăturilor C–C (legăturile C–H mai puternice sunt reținute la această temperatură) și se formează alcani și alchene cu un număr mai mic de atomi de carbon.
De exemplu:
C6H14C2H6 + C4H8
ÎN vedere generală Acest proces poate fi exprimat prin diagrama:
C n H 2n+2 C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k
În timpul cracării termice convenționale, se formează multe hidrocarburi gazoase cu greutate moleculară mică, care sunt utilizate ca materii prime pentru producerea de alcooli, acizi carboxilici și compuși cu greutate moleculară mare (polietilenă).
Cracare catalitică apare în prezența catalizatorilor, care utilizează aluminosilicați naturali ai compoziției n Al2O3* m SiO2 la o temperatură de 500°C. Cracarea cu utilizarea catalizatorilor duce la formarea de hidrocarburi care au un lanț ramificat sau închis de atomi de carbon în moleculă.
Cracarea produselor petroliere are loc la temperaturi ridicate, astfel încât se formează adesea depozite de carbon (funingine), contaminând suprafața catalizatorului, ceea ce îi reduce drastic activitatea. Curățarea depozitelor de carbon – regenerarea acestuia – este condiția principală pentru implementarea practică a cracării catalitice. Cele mai multe mod simplu Regenerarea catalizatorului este arderea acestuia, timp în care depozitele de carbon sunt oxidate cu oxigenul atmosferic.
Cracarea catalitică este un proces eterogen în care participă substanțe solide (catalizator) și gazoase (vapori de hidrocarburi). Reacțiile eterogene (gaz - solid) se desfășoară mai rapid cu creșterea suprafeței solid. Prin urmare, catalizatorul este zdrobit, iar regenerarea acestuia și cracarea hidrocarburilor sunt efectuate într-un „pat fluidizat”, familiar pentru producția de acid sulfuric.
Materia primă pentru cracare, de exemplu motorina, intră în reactor (schemă). Partea inferioară a reactorului are un diametru mai mic, astfel încât debitul de vapori de materie primă este foarte mare. Gazul care se deplasează cu viteză mare captează particulele de catalizator și le transportă în partea superioară a reactorului, unde datorită creșterii diametrului său, debitul scade. Sub influența gravitației, particulele de catalizator cad în partea inferioară, mai îngustă a reactorului, de unde sunt transportate din nou în sus. Astfel, fiecare grăunte de catalizator este în mișcare constantă și este spălată din toate părțile de un reactiv gazos.
Schema unei instalații de cracare catalitică în pat fluidizat
Unele granule de catalizator intră în partea exterioară, mai largă a reactorului și, întâmpinând rezistență la curgerea gazului, cad în partea de jos, de unde sunt preluate de fluxul de gaz și transportate în regenerator. Utilizarea catalizatorilor de cracare face posibilă creșterea ușoară a vitezei de reacție, reducerea temperaturii acesteia și îmbunătățirea calității produselor de cracare.
Hidrocarburile rezultate ale fracției de benzină au în principal o structură liniară, ceea ce duce la scăzut rezistenta la detonare benzina rezultată.
Chitanță
Un câmp petrolier conține acumulări mari de gaz petrolier asociat, care se adună deasupra petrolului din scoarța terestră și este parțial dizolvat în acesta sub presiunea rocilor de deasupra. Gazul petrolier asociat, precum petrolul, este o sursă naturală valoroasă de hidrocarburi. Compoziția gazelor petroliere asociate este mult mai săracă decât petrolul. Gazul petrolier asociat, comparativ cu gazul natural, este mai bogat în compoziție în diferite hidrocarburi. Împărțindu-le în fracții, obținem:
- Benzină(pentan și hexan);
- Amestecul propan - butan(propan și butan);
- Gaz uscat(metan și etan).
Aplicație
Benzina este folosită ca combustibil pentru motoarele cu ardere internă și, de asemenea, ca aditiv la combustibilul pentru motor pentru a facilita pornirea motoarelor în condiții de iarnă. Amestecul propan - butan este folosit ca combustibil de uz casnic și pentru umplerea brichetelor. Gazul uscat este utilizat pe scară largă ca combustibil. Gazul petrolier este folosit ca materie primă pentru producția chimică. Hidrogenul, acetilena, hidrocarburile nesaturate și aromatice și derivații acestora se obțin din alcanii din gazul petrolier asociat. Hidrocarburile gazoase pot forma acumulări independente - zăcăminte de gaze naturale.
Gaz natural
Gaz natural – un amestec de hidrocarburi saturate gazoase cu greutate moleculara mica. Componenta principală a gazului este metanul, a cărui pondere, în funcție de domeniu, variază de la 75 la 99% în volum. Gazele naturale includ, de asemenea, etan, propan, butan, izobutan, azot și dioxid de carbon.
Chitanță
Depozitele de gaze naturale se găsesc în rocile poroase formate ca urmare a deplasărilor tectonice. Straturile care acoperă aceste roci nu permit trecerea gazului. Compoziția gazelor naturale diferă semnificativ de la un câmp la altul. Prin urmare, înainte de utilizare, gazele naturale trebuie să fie tratate pentru a elimina componentele inutile, de exemplu, dioxid de sulf, apă etc. Prelucrarea se realizează de obicei la locul de extracție. În același timp, îndepărtarea compușilor cu sulf este deosebit de dificilă, deoarece arderea lor eliberează dioxid de sulf toxic (SO2).
Aplicație
Gazul natural este folosit ca combustibil și ca materie primă pentru producerea unei varietăți de substanțe organice și anorganice. Din metan se obțin hidrogenul, acetilena și alcoolul metilic, formaldehida și acidul formic. Gazul natural este folosit ca combustibil în centralele electrice, în sistemele de cazane pentru încălzirea apei clădirilor rezidențiale și clădiri industriale, în furnal și producție pe vatră deschisă. Valoarea gazelor naturale ca combustibil rezidă și în faptul că este un combustibil mineral prietenos cu mediul. La ardere, se formează substanțe mult mai puțin nocive în comparație cu alte tipuri de combustibil. Prin urmare, gazele naturale reprezintă una dintre principalele surse de energie în activitatea umană.
În industria chimică, gazul natural este folosit ca materie primă pentru producerea diferitelor substanțe organice, de exemplu, materiale plastice, cauciuc, alcool și acizi organici. Utilizarea gazului natural a ajutat la sintetizarea multor substanțe chimice care nu există în natură, de exemplu, polietilena.
Cărbune
Cărbune - rocă sedimentară, care este un produs al descompunerii profunde a resturilor vegetale (ferigi arbore, coada-calului și mușchi, precum și primele gimnosperme). Cărbunele este format din substanțe organice și anorganice, cum ar fi apa, amoniacul, hidrogenul sulfurat și carbonul - cărbune.
Cocsificabil – o metodă de prelucrare a cărbunelui, calcinare fără acces la aer. La o temperatură de aproximativ 1000°C, în urma cocsării se formează următoarele:
Scurtă descriere
Uleiul este un lichid uleios inflamabil cu un specific
miros, de obicei maro cu o nuanță verzuie sau altă nuanță,
uneori aproape negru, foarte rar incolor.
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 el este consumat ca combustibil, restul de 10% este folosit ca materie primă pentru industria chimică: producție 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 gazul natural.
Trei fracții de gaz asociat:
benzină; se adaugă la benzină pentru a îmbunătăți pornirea motorului;
amestec propan-butan; folosit ca combustibil de uz casnic;
Gaz uscat; folosit pentru a produce acitelen, hidrogen, etilenă și alte substanțe, din care se produc la rândul lor 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 cu impuritati din alte substante, deci nu are un punct de fierbere anume.
90% din uleiul produs este folosit ca materie primă pentru producție diverse tipuri combustibili si lubrifianti. În același timp, petrolul este o materie primă valoroasă pentru industria chimică.
Eu numesc țiței extras din adâncurile pământului. Uleiul nu este folosit în formă brută; 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:
Fracția gazoasă (tbp = 40°C) conține alcani normali și ramificati CH4 – C4H10;
Fracția de benzină (punct de fierbere = 40 - 200°C) conține hidrocarburi C 5 H 12 – C 11 H 24; în timpul distilării repetate, produsele petroliere ușoare sunt separate din amestec, fierbinți în intervale de temperatură mai scăzute: eter de petrol, benzină pentru aviație și motor;
Fracția nafta (benzină grea, punct de fierbere = 150 - 250°C), conține hidrocarburi din compoziția C 8 H 18 - C 14 H 30, este folosită ca combustibil pentru tractoare, locomotive diesel și camioane;
Fracţia de kerosen (tbp = 180 - 300°C) include hidrocarburi cu compoziţia C12H26-C18H38; este folosit ca combustibil pentru avioane cu reacție și rachete;
Motorina (tbp = 270 - 350°C) este folosită ca motorină și este supusă fisurării pe scară largă.
După distilarea fracțiilor, rămâne un lichid vâscos întunecat - păcură. Motorina, vaselina și parafina sunt extrase din păcură. Reziduul din distilarea păcurii este gudron, este folosit la producerea materialelor pentru construcția drumurilor.
Reciclarea petrolului se bazează pe procese chimice:
Cracarea este împărțirea moleculelor mari de hidrocarburi în altele mai mici. Există cracarea termică și catalitică, care este mai frecventă în zilele noastre.
Reformarea (aromatizarea) este conversia alcanilor și cicloalcanilor în compuși aromatici. Acest proces se realizează prin încălzirea benzinei la hipertensiune arterialăîn prezenţa unui catalizator. Reformarea este utilizată pentru a produce hidrocarburi aromatice din fracțiunile de benzină.
Piroliza produselor petroliere se realizează prin încălzirea produselor petroliere la o temperatură de 650 - 800°C, principalii produși de reacție sunt gazele nesaturate și hidrocarburile 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. Cărbunele conține în principal substanțe organice, precum și apă și 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 folosit 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, majoritatea aromatice), apă cu amoniac (conține amoniac, săruri de amoniu) și gaz de cocs (conține amoniac, benzen, hidrogen, metan, monoxid de carbon (II), etilenă , azot și alte substanțe).