Природні джерела газу та нафти. Природні джерела вуглеводнів, їх переробка

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, в 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 видів палива і 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 паливо і 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 переробканафти заснована 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 тискуу 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 речовинипри 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).

– складається (в основному) з метану та (у менших кількостях) його найближчих гомологів – етану, пропану, бутану, пентану, гексану тощо; спостерігається у попутному нафтовому газі, т. е. природному газі, що у природі над нафтою чи розчиненому у ній під тиском.

Нафта

- це масляниста горюча рідина, що складається з алканів, циклоалканів, аренів (переважають), а також кисень-, азот-і сірковмісних сполук.

Вугілля

– тверда палива корисна копалина органічного походження. Він містить мало графіту і багато складних циклічних сполук, що включають елементи С, Н, О, N і S. Зустрічаються антрацит (майже безводний), кам'яне вугілля (-4% вологи) і буре вугілля (50-60% вологи). Методом коксування вугілля перетворюють на вуглеводні (газоподібні, рідкі та тверді) і кокс (досить чистий графіт).

Коксування вугілля

Нагрівання вугілля без доступу повітря до 900-1050 ° С призводить до його термічного розкладання з утворенням летких продуктів (кам'яновугільна смола, аміачна вода та коксовий газ) та твердого залишку - коксу.

Основні продукти: кокс – 96-98% вуглецю; коксовий газ -60% водню, 25% метану, 7% оксиду вуглецю (II) та ін.

Побічні продукти: кам'яновугільна смола (бензол, толуол), аміак (із коксового газу) та ін.

Переробка нафти шляхом ректифікації

Попередньо очищену нафту піддають атмосферній (або вакуумній) перегонці на фракції з певними інтервалами температур кипіння в колонах ректифікаційних безперервної дії.

Основні продукти: легкий та важкий бензин, гас, газойль, мастила, мазут, гудрон.

Переробка нафти каталітичним крекінгом

Сировина: висококиплячі нафтові фракції (гас, газойль та ін.)

Допоміжні матеріали: каталізатори (модифіковані алюмосилікати).

Основний хімічний процес: при температурі 500-600 ° С та тиску 5 · 10 5 Па молекули вуглеводнів розщеплюються на дрібніші молекули, каталітичний крекінг супроводжується реакціями ароматизації, ізомеризації, алкілування.

Продукти: суміш вуглеводнів, що низько киплять (паливо, сировина для нафтохімії).

З 16. Н 34 → З 8 Н 18 + З 8 Н 16
С 8 Н 18 → С 4 Н 10 + С 4 Н 8
С 4 Н 10 → С 2 Н 6 + С 2 Н 4

Слід зазначити, що вуглеводні у природі поширені. Більшість органічних речовин одержують із природних джерел. У процесі синтезу органічних сполукяк сировину використовують природні та супутні гази, кам'яне та буре вугілля, нафту, торф, продукцію тваринного та рослинного походження.

Природні джерела вуглеводнів: природні гази.

Природні гази – це природні суміші вуглеводнів різної будови та деяких домішок газів (сірководень, водень, вуглекислота), які заповнюють породи гірських порід у земній корі. Ці сполуки утворюються в результаті гідролізу органічних речовин на великих глибинах у товщі Землі. Зустрічаються у вільному стані у вигляді величезних скупчень - газових, газоконденсатних та нафтогазових родовищ.

Основним структурним компонентом горючих природних газів є СН₄ (метан - 98%), С₂Н₆ (етан - 4,5%), пропан (С₃Н₈- 1,7%), бутан (С₄Н₁₀ - 0,8%), пентан (С₅Н 6%). Супутній нафтовий газ входить до складу нафти у розчиненому стані та виділяється з неї внаслідок зниження тиску при піднятті нафти на поверхню. У газонафтових родовищах одна тонна нафти містить від 30 до 300 кв. м газу. Природні джерела вуглеводню - цінне паливо та сировину для промисловості органічного синтезу. Газ надходить на газопереробні підприємства, де піддається переробці (масляній, низькотемпературній адсорбції, конденсації та ректифікації). Він поділяється на окремі компоненти, кожен із яких використовується для певних цілей. Наприклад, метану синтез-газ, які є базовою сировиною для отримання інших вуглеводнів, ацетилену, метанолу, метаналю, хлороформу.

Природні джерела вуглеводнів: нафту.

Нафта - складна суміш, яка складається переважно з нафтенових, парафінових та ароматичних вуглеводнів. До складу нафти входять асфальтно-смолисті речовини, моно- та дисульфіди, меркаптани, тіофен, тіофан, сірководень, піперидин, піридин та його гомологи, а також інші речовини. З продуктів з допомогою методів нафтохімічного синтезу отримують понад 3000 різних продуктів, зокрема. етилен, бензен, пропілен, дихлоретан, вінілхлорид, стирен, етанол, ізопропанол, бутилени, різноманітні пластичні маси, хімічні волокна, барвники, миючі засоби, ліки, вибухові речовини тощо.

Торф – осадова порода рослинного походження. Цю речовину використовують як паливо (переважно для теплоелектростанцій), хімічну сировину (для синтезу багатьох органічних речовин), антисептичну підстилку на фермах особливо на птахофабриках, компонент добрив для городництва та поліводства.

Природні джерела вуглеводнів: ксилема чи деревина.

Ксилема - тканина вищих рослин, за якою вода і розчинені поживні речовининадходять із кореневища системи до листя, а також інших органів рослини. Вона складається з клітин з одерев'янілою оболонкою, які мають судинну провідникову систему. Залежно від виду деревини в ній міститься різна кількість пектинових речовин та мінеральних сполук (переважно солі кальцію), ліпідів та ефірних олій. Деревина використовується як паливо, з неї можна синтезувати метиловий спирт, ацетантну кислоту, целюлозу, а також інші речовини. З деяких видів деревини отримують барвники (сандал, кампешове дерево), дубильні речовини (дуб), смоли та бальзами (кедр, сосна, ялина), алкалоїди (рослини сімейства пасльонових, макових, жовтяних, парасолькових). Деякі алкалоїди використовують як лікарські засоби(хітин, кофеїн), гербіциди (анабазин), інсектициди (нікотин).

Під час уроку ви зможете вивчити тему «Природні джерела вуглеводнів. Переробка нафти». Більше 90% усієї енергії, яку споживає людство нині, видобувається з копалин природних органічних сполук. Ви дізнаєтеся про природні копалини (природний газ, нафту, кам'яне вугілля), про те, що відбувається з нафтою після її видобутку.

Тема: Граничні вуглеводні

Урок: Природні джерела вуглеводнів

Близько 90% енергії, що споживається сучасною цивілізацією, утворюється при спалюванні природних горючих копалин – природного газу, нафти та кам'яного вугілля.

Росія - країна, багата на запаси природних горючих копалин. Великі запаси нафти та природного газу є в Західного Сибірута Пріуралля. Кам'яне вугілля добувають у Кузнецкому, Южно-Якутському басейнах та інших регіонах.

Природний газскладається в середньому за обсягом на 95% метану.

Крім метану, в природному газі різних родовищ містяться азот, вуглекислий газ, гелій, сірководень, а також інші легкі алкани - етан, пропан та бутани.

Природний газ видобувають із підземних родовищ, де він перебуває під великим тиском. Метан та інші вуглеводні утворюються з органічних речовин рослинного та тваринного походження при їх розкладанні без доступу повітря. Метан утворюється постійно і нині внаслідок діяльності мікроорганізмів.

Метан виявлено на планетах Сонячна системата їх супутниках.

Чистий метан не має запаху. Однак газ, що використовується в побуті, має характерний неприємний запах. Так пахнуть спеціальні добавки- Меркаптани. Запах меркаптанів дозволяє вчасно виявити витік побутового газу. Суміші метану з повітрям вибухонебезпечніу широкому діапазоні співвідношень – від 5 до 15% газу за обсягом. Тому при відчутті запаху газу в приміщенні не можна не лише запалювати вогонь, а й користуватися електричними вимикачами. Найменша іскра здатна спричинити вибух.

Мал. 1. Нафта різних родовищ

Нафта- густа рідина, схожа на олію. Колір її - від світло-жовтої до коричневої та чорної.

Мал. 2. Родовища нафти

Нафта різних родовищ сильно відрізняється за складом. Мал. 1. Основна частина нафти – вуглеводні, що містять 5 і більше атомів вуглецю. Здебільшого, ці вуглеводні ставляться до граничним, тобто. алканам. Мал. 2.

До складу нафти входять також органічні сполуки, що містять сірку, кисень, азот, Нафта містить воду та неорганічні домішки.

У нафті розчинені гази, що виділяються при її видобуванні нафтові попутні гази. Це метан, етан, пропан, бутани з домішками азоту, вуглекислого газу та сірководню.

Кам'яне вугілля, Як і нафта, являє собою складну суміш. Перед вуглецю у ньому припадає 80-90%. Решта - водень, кисень, сірка, азот та деякі інші елементи. У бурому вугіллічастка вуглецю та органічних речовин нижча, ніж у кам'яному. Ще менше органіки в горючих сланцях.

У промисловості кам'яне вугілля нагрівають до 900-1100 0 без доступу повітря. Цей процес називається коксуванням. В результаті виходить необхідний для металургії кокс з високим вмістом вуглецю, коксовий газ та кам'яновугільна смола. З газу та смоли виділяють багато органічних речовин. Мал. 3.

Мал. 3. Влаштування коксової печі

Природний газ та нафта є найважливішими джерелами сировини для хімічної промисловості. Нафта у тому вигляді, як її видобувають, або «сиру нафту», важко використовувати навіть як паливо. Тому сиру нафту поділяють на фракції (від англ. "fraction" - "частина"), використовуючи відмінності в температурах кипіння складових її речовин.

Спосіб поділу нафти, заснований на різних температурахкипіння складових її вуглеводнів, називається перегонкою чи дистиляцією. Мал. 4.

Мал. 4. Продукти переробки нафти

Фракцію, яка переганяється приблизно від 50 до 180 0 С, називають бензином.

Гаскипить при температурах 180-3000С.

Густий чорний залишок, що не містить легколетких речовин, називається мазутом.

Існує і ряд проміжних фракцій, що киплять у більш вузьких діапазонах - петролейні ефіри (40-70 0 С та 70-100 0 С), уайт-спірит (149-204 ° С), а також газойль (200-500 0 С). Вони використовуються як розчинники. Мазут можна перегнати при зниженому тиску, таким шляхом з нього отримують мастила та парафін. Твердий залишок від перегонки мазуту асфальт. Його використовують для виробництва дорожніх покриттів.

Переробка попутних нафтових газів є окремою галуззю і дозволяє отримати низку цінних продуктів.

Підбиття підсумку уроку

Під час уроку ви вивчили тему «Природні джерела вуглеводнів. Переробка нафти». Більше 90% усієї енергії, яку споживає людство нині, видобувається з копалин природних органічних сполук. Ви дізналися про природні копалини (природний газ, нафту, кам'яне вугілля), про те, що відбувається з нафтою після її видобутку.

Список литературы

1. Рудзітіс Г.Є. Хімія. Основи загальної хімії. 10 клас: підручник для загальноосвітніх установ: базовий рівень/ Г. Є. Рудзітіс, Ф.Г. Фельдман. - 14-те видання. - М: Просвітництво, 2012.

2. Хімія. 10 клас. Профільний рівень: навч. для загальноосвіт. установ/В.В. Єрьомін, Н.Є. Кузьменко, В.В. Лунін та ін - М.: Дрофа, 2008. - 463 с.

3. Хімія. 11 клас. Профільний рівень: навч. для загальноосвіт. установ/В.В. Єрьомін, Н.Є. Кузьменко, В.В. Лунін та ін - М.: Дрофа, 2010. - 462 с.

4. Хомченко Г.П., Хомченко І.Г. Збірник завдань з хімії для вступників до вузів. - 4-те вид. – К.: РІА «Нова хвиля»: Видавець Умеренков, 2012. – 278 с.

Домашнє завдання

1. № № 3, 6 (с. 74) Рудзітіс Г.Є., Фельдман Ф.Г. Хімія: Органічна хімія. 10 клас: підручник для загальноосвітніх установ: базовий рівень/Г. Є. Рудзітіс, Ф.Г. Фельдман. - 14-те видання. - М: Просвітництво, 2012.

2. Чим відрізняється попутний нафтовий газ від газу?

3. Як здійснюється перегонка нафти?

З'єднання, що складаються лише з атомів вуглецю та водню.

Вуглеводні ділять на циклічні (карбоциклічні сполуки) та ациклічні.

Циклічними (карбоциклічними) називають сполуки, до складу яких входить один або більше циклів, що складаються тільки з атомів вуглецю (на відміну від гетероциклічних сполук, що містять гетероатоми - азот, сірку, кисень тощо). Карбоциклічні сполуки, у свою чергу, поділяють на ароматичні та неароматичні (аліциклічні) сполуки.

До ациклічних вуглеводнів відносять органічні сполуки, вуглецевий скелет молекул яких є незамкнутими ланцюгами.

Ці ланцюги можуть бути утворені одинарними зв'язками (ал-кани), містити один подвійний зв'язок (алкени), два або кілька подвійних зв'язків (дієни або полієни), один потрійний зв'язок (алкіни).

Як ви знаєте, вуглецеві ланцюги є частиною більшості органічних речовин. Таким чином, вивчення вуглеводнів набуває особливе значення, Оскільки ці сполуки є структурною основою інших класів органічних сполук.

Крім того, вуглеводні, особливо алкани, - це основні природні джерела органічних сполук та основа найважливіших промислових та лабораторних синтезів (схема 1).

Ви вже знаєте, що вуглеводні є найважливішим видом сировини для хімічної промисловості. У свою чергу, вуглеводні досить поширені в природі і можуть бути виділені з різних природних джерел: нафти, попутного нафтового та природного газу, кам'яного вугілля. Розглянемо їх докладніше.

Нафта- природна складна суміш вуглеводнів, в основному алканів лінійної та розгалуженої будови, що містять у молекулах від 5 до 50 атомів вуглецю, з іншими органічними речовинами. Склад її суттєво залежить від місця її видобутку (родовища), вона може, крім алканів, містити циклоалкани та ароматичні вуглеводні.

Газоподібні та тверді компоненти нафти розчинені в її рідких складових, що визначає її агрегатний стан. Нафта – масляниста рідина темного (від бурого до чорного) кольору з характерним запахом, нерозчинна у воді. Її щільність менша, ніж у води, тому, потрапляючи в неї, нафта розтікається по поверхні, перешкоджаючи розчиненню кисню та інших газів повітря у воді. Очевидно, що, потрапляючи в природні водоймища, нафта викликає загибель мікроорганізмів та тварин, призводячи до екологічних лих і навіть катастроф. Існують бактерії, здатні використовувати компоненти нафти як їжу, перетворюючи її на нешкідливі продукти своєї життєдіяльності. Зрозуміло, що саме використання культур цих бактерій є найбільш екологічно безпечним і перспективним шляхом боротьби із забрудненням. навколишнього середовищанафтою в процесі її видобутку, транспортування та переробки.

У природі нафта і попутний нафтовий газ, про який піде нижче, заповнюють порожнини земних надр. Представляючи собою суміш різних речовин, нафту немає постійної температури кипіння. Зрозуміло, що кожен її компонент зберігає у суміші свої індивідуальні фізичні властивостіщо дозволяє розділити нафту на її складові. Для цього її очищають від механічних домішок, сірковмісних сполук і піддають так званій фракційній перегонці або ректифікації.

Фракційна перегонка - фізичний спосіб поділу суміші компонентів з різними температурамикипіння.

Перегонка здійснюється у спеціальних установках - ректифікаційних колонах, у яких повторюють цикли конденсації та випаровування рідких речовин, що містяться в нафті (рис. 9)

Пари, що утворюються при кипінні суміші речовин, збагачені більш легкокиплячою (тобто має більш низьку температуру) компонентом. Ці пари збирають, конденсують (охолоджують до температури нижче за температуру кипіння) і знову доводять до кипіння. У цьому випадку утворюються пари, ще більш збагачені легкокиплячою речовиною. Багаторазовим повторенням цих циклів можна досягти практично повного поділу речовин, що містяться в суміші.

У колону ректифікації надходить нафта, нагріта в трубчастій печі до температури 320-350 °С. Ректифікаційна колона має горизонтальні перегородки з отворами - звані тарілки, у яких відбувається конденсація фракцій нафти. На високих накопичуються легкокиплячі фракції, на нижніх - висококиплячі.

У процесі ректифікації нафту поділяють такі фракції:

Ректифікаційні гази - суміш низькомолекулярних вуглеводнів, переважно пропану та бутану, з температурою кипіння до 40 °С;

Газолінову фракцію (бензин) - вуглеводні складу від 5 Н 12 до 11 Н 24 (температура кипіння 40-200 ° С); при більш тонкому поділі цієї фракції одержують газолін (петролейний ефір, 40-70 ° С) і бензин (70-120 ° С);

Лігроїнову фракцію - вуглеводні складу від С8Н18 до С14Н30 (температура кипіння 150-250 ° С);

Гасову фракцію - вуглеводні складу від С12Н26 до С18Н38 (температура кипіння 180-300 ° С);

Дизельне паливо - вуглеводні складу від С13Н28 до С19Н36 (температура кипіння 200-350 ° С).

Залишок перегонки нафти - мазут- містить вуглеводні з числом атомів вуглецю від 18 до 50. Перегонкою при зниженому тиску з мазуту отримують солярове масло (С18Н28-С25Н52), мастила (С28Н58-С38Н78), вазелін і парафін - легкоплавкі суміші твердих. Твердий залишок перегонки мазуту – гудрон та продукти його переробки – бітум та асфальт використовують для виготовлення дорожніх покриттів.

Отримані в результаті ректифікації нафти продукти піддають хімічній переробці, що включає низку складних процесів. Один із них – крекінг нафтопродуктів. Ви вже знаєте, що мазут поділяють на компоненти при зниженому тиску. Це пояснюється тим, що за атмосферному тискуйого складові починають розкладатися, не досягнувши температури кипіння. Саме це лежить в основі крекінгу.

Крекінг - термічне розкладання нафтопродуктів, що веде до утворення вуглеводнів з меншим числом атомів вуглецю в молекулі.

Розрізняють кілька видів крекінгу: термічний, каталітичний крекінгу, крекінгу високого тиску, відновлювальний крекінг.

Термічний крекінг полягає в розщепленні молекул вуглеводнів з довгим вуглецевим ланцюгом на більш короткі під дією високої температури (470-550 ° С). У процесі цього розщеплення поруч із алканами утворюються алкени.

У загальному виглядіцю реакцію можна записати так:

З n Н 2n+2 -> C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k
алкан алкан алкен
з довгим ланцюгом

Вуглеводні, що утворилися, можуть знову піддаватися крекінгу з утворенням алканів і алкенів з ще більш коротким ланцюгом атомів вуглецю в молекулі:

При звичайному термічному крекінгу утворюється багато низькомолекулярних газоподібних вуглеводнів, які можна використовувати як сировину для одержання спиртів, карбонових кислот, високомолекулярних сполук (наприклад, поліетилену).

Каталітичний крекінгвідбувається в присутності каталізаторів, як яких використовують природні алюмосилікати складу яА1203" т8Ю2-

Здійснення крекінгу із застосуванням каталізаторів призводить до утворення вуглеводнів, що мають розгалужену або замкнуту ланцюг атомів вуглецю в молекулі. Зміст вуглеводнів такої будови в моторному паливі значно підвищує його якість, насамперед детонаційну стійкість - октанове число бензину.

Крекінг нафтопродуктів протікає при високих температурахтому часто утворюється нагар (сажа), що забруднює поверхню каталізатора, що різко знижує його активність.

Очищення поверхні каталізатора від нагару – його регенерація – основна умова практичного здійснення каталітичного крекінгу. Найбільш простим та дешевим способом регенерації каталізатора є його випал, при якому відбувається окислення нагару киснем повітря. Газоподібні продукти окислення (в основному вуглекислий та сірчистий гази) видаляються з поверхні каталізатора.

Каталітичний крекінг - гетерогенний процес, в якому беруть участь тверда (каталізатор) та газоподібні (пари вуглеводнів) речовини. Очевидно, що регенерація каталізатора – взаємодія твердого нагару з киснем повітря – також гетерогенний процес.

Гетерогенні реакції(Газ - тверда речовина) протікають швидше при збільшенні площі поверхні твердої речовини. Тому каталізатор подрібнюють, а його регенерацію та крекінг вуглеводнів ведуть у «киплячому шарі», знайомому вам з виробництва сірчаної кислоти.

Сировина для крекінгу, наприклад газойль, надходить у реактор конічної форми. Нижня частина реактора має менший діаметр, тому швидкість потоку парів сировини дуже висока. Газ, що рухається з великою швидкістю, захоплює частинки каталізатора і відносить їх у верхню частинуреактора, де через збільшення його діаметра швидкість потоку знижується. Під дією сили тяжіння частинки каталізатора падають у нижню, вужчу частину реактора, звідки знову виносяться вгору. Таким чином, кожна крупинка каталізатора знаходиться у постійному русі і з усіх боків омивається газоподібним реагентом.

Деякі зерна каталізатора потрапляють у зовнішню, ширшу частину реактора і, не зустрічаючи опору потоку газу, опускаються в нижню частину, де підхоплюються потоком газу і несуть регенератор. Там також у режимі «киплячого шару» відбувається випал каталізатора та повернення його в реактор.

Таким чином, каталізатор циркулює між реактором і регенератором, а газоподібні продукти крекінгу та випалу видаляються з них.

Використання каталізаторів крекінгу дозволяє дещо збільшити швидкість реакції, зменшити її температуру, підвищити якість продуктів крекінгу.

Отримані вуглеводні бензинової фракції в основному мають лінійну будову, що призводить до невисокої детонаційної стійкості отриманого бензину.

Поняття «детонаційна стійкість» ми розглянемо пізніше, поки лише зазначимо, що значно більшою детонаційною стійкістю мають вуглеводні з молекулами розгалуженої будови. Збільшити частку ізомерних вуглеводнів розгалуженої будови суміші, що утворюється при крекінгу, можна, додаючи в систему каталізатори ізомеризації.

Родовища нафти містять, як правило, великі скупчення так званого попутного нафтового газу, який збирається над нафтою в земній корі і частково розчиняється в ній під тиском порід, що лежать вище. Як і нафту, попутний нафтовий газ є цінним природним джерелом вуглеводнів. Він містить переважно алкани, в молекулах яких від 1 до 6 атомів вуглецю. Очевидно, що за складом попутний нафтовий газ значно бідніший за нафту. Однак, незважаючи на це, він також широко використовується і як паливо, і як сировина для хімічної промисловості. Ще кілька десятиліть тому на більшості родовищ нафти попутний нафтовий газ спалювали як непотрібний додаток до нафти. В даний час, наприклад, у Сургуті, найбагатшої нафтової комори Росії, виробляють найдешевшу у світі електроенергію, використовуючи як паливо попутний нафтовий газ.

Як зазначалося, попутний нафтовий газ проти природним багатший за складом різними вуглеводнями. Розділяючи їх на фракції, одержують:

Газовий бензин - легколетючу суміш, що складається в основному зі лентану та гексану;

Пропан-бутанову суміш, що складається, як ясно з назви, з пропану і бутану і легко переходить у рідкий стан при підвищенні тиску;

Сухий газ - суміш, що містить в основному метан та етан.

Газовий бензин, будучи сумішшю летючих компонентів з невеликою молекулярною масою, добре випаровується навіть за низьких температур. Це дозволяє використовувати газовий бензин як паливо для двигунів внутрішнього згоряння на Крайній Півночі та як добавку до моторного палива, що полегшує запуск двигунів у зимових умовах.

Пропан-бутанова суміш у вигляді зрідженого газу застосовується як побутове паливо (знайомі вам газові балони на дачі) та для заповнення запальничок. Поступовий переведення автомобільного транспорту на скраплений газ - один із основних шляхів подолання глобальної паливної кризи та вирішення екологічних проблем.

Сухий газ, близький за складом до природного, також широко використовується як паливо.

Однак застосування попутного нафтового газу та його складових як паливо далеко не найперспективніший шлях його використання.

Значно ефективніше використовувати компоненти попутного нафтового газу як сировини для хімічних виробництв. З алканів, що входять до складу попутного нафтового газу, отримують водень, ацетилен, ненасичені та ароматичні вуглеводні та їх похідні.

Газоподібні вуглеводні можуть супроводжувати нафту у земної корі, а й утворювати самостійні скупчення - родовища газу.

Природний газ - Суміш газоподібних граничних вуглеводнів з невеликою молекулярною масою. Основним компонентом газу є метан, частка якого залежно від родовища становить від 75 до 99% за обсягом. Крім метану до складу природного газу входять етан, пропан, бутан та ізобутан, а також азот та вуглекислий газ.

Як і попутний нафтовий, природний газ використовується і як паливо, і як сировина для отримання різноманітних органічних і неорганічних речовин. Ви вже знаєте, що з метану, основного компонента природного газу, одержують водень, ацетилен і метиловий спирт, формальдегід і мурашину кислоту, багато інших органічних речовин. Як паливо природний газ використовують на електростанціях, в котельних системах водяного опалення житлових будинків та промислових будівель, у доменному та мартенівському виробництвах. Чиркаючи сірником і запалюючи газ у кухонній газовій плитіміського будинку, ви «запускаєте» ланцюгову реакцію окиснення алканів, що входять до складу природного газу. Крім нафти, природного та попутного нафтового газів, природним джерелом вуглеводнів є кам'яне вугілля. 0н утворює потужні пласти у земних надрах, його розвідані запаси значно перевищують запаси нафти. Як і нафта, кам'яне вугілля містить велика кількістьрізних органічних речовин. Крім органічних, до його складу входять і неорганічні речовини, Такі, наприклад, як вода, аміак, сірководень і звичайно ж сам вуглець - вугілля. Одним із основних способів переробки кам'яного вугілля є коксування – прожарювання без доступу повітря. Внаслідок коксування, яке проводять при температурі близько 1000 °С, утворюються:

Коксовий газ, до складу якого входять водень, метан, чадний і вуглекислий газ, домішки аміаку, азоту та інших газів;
кам'яновугільна смола, що містить кілька сотень різних органічних речовин, у тому числі бензол і його гомологи, фенол і ароматичні спирти, нафталін і різні гетероциклічні сполуки;
надсмол'яна, або аміачна вода, що містить, як ясно з назви, розчинений аміак, а також фенол, сірководень та інші речовини;
кокс – твердий залишок коксування, практично чистий вуглець.

Кокс використовуєтьсяу виробництві чавуну та сталі, аміак - у виробництві азотних та комбінованих добрив, а значення органічних продуктів коксування важко переоцінити.

Таким чином, попутний нафтовий і природний гази, кам'яне вугілля не тільки найцінніші джерела вуглеводнів, а й частина унікальної комори непоправних природних ресурсів, дбайливе та розумне використання яких – необхідна умова прогресивного розвитку людського суспільства.

1. Перелічіть основні природні джерела вуглеводнів. Які органічні речовини входять до складу кожного з них? Що спільного у їх складах?

2. Опишіть фізичні властивості нафти. Чому вона немає постійної температури кипіння?

3. Узагальнивши повідомлення ЗМІ, опишіть екологічні лиха, спричинені витіканням нафти, та способи подолання їх наслідків.

4. Що таке ректифікація? На чому ґрунтується цей процес? Назвіть фракції, що отримуються в результаті ректифікації нафти. Чим вони відрізняються одна від одної?

5. Що таке крекінг? Наведіть рівняння трьох реакцій, що відповідають крекінгу нафтопродуктів.

6. Які види крекінгу ви знаєте? Що спільного у цих процесах? Чим вони відрізняються одна від одної? У чому полягає принципова відмінність продуктів крекінгу різних видів?

7. Чому попутний нафтовий газ має таку назву? Які його основні компоненти та їх застосування?

8. Чим природний газ відрізняється від попутного нафтового? Що спільного у їх складах? Наведіть рівняння реакцій горіння всіх відомих компонентів попутного нафтового газу.

9. Наведіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна отримати бензол із природного газу. Укажіть умови проведення цих реакцій.

10. Що таке коксування? Які його продукти та їх склад? Наведіть рівняння реакцій, притаманних відомих вам продуктів коксування кам'яного вугілля.

11. Поясніть, чому спалювання нафти, кам'яного вугілля та попутного нафтового газу далеко не найбільше раціональний спосібїх використання.