Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 2
ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ УГЛЕВОДОРОДОВ И ИХ ПЕРЕРАБОТКА.
ПРИРОДНЫЕ И ПОПУТНЫЕ НЕФТЯНЫЕ ГАЗЫ, ИХ СОСТАВ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ.
Главным сырьем для получения органических соединений являются природные газы, нефть, каменный и бурые угли, сланцы, торф и продукты сельского и лесного хозяйства.
ПРИРОДНЫЕ ГАЗЫ - это газы образующие самостоятельные месторождения. Крупнейшее месторождения природного газа находятся в Западной Сибири /Тюменская обл, Самотлор, Медвежье и др./, на Северном Кавказе /Ставрополь/, в районе нижнего течения Волги, в Прикарпатье, в Средней Азии и, др. Природный газ имеет различный состав. Кроме метана содержатся ближайшие гомологи: этан, пропан, бутан. СН4 - 80-98%, С2Н6 - 0,5-4%, C3H8 - 0,2 - 1,5%, С4Н10 - 0,1 - 1,0%, C5H12 – 0 – 1%, N2 – 2 – 13% b др. газы.
Применяется, как высококалорийное топливо и как химическое сырье.
(Рассказать о применении природного газа на примере свойств метана).
ПОПУТНЫЕ ГАЗЫ находится в залежах вместе с нефтью - он растворен в ней и находится над нефтью, образуя газовую "шапку". В следствии резкого падения давления газ затем легко отделяется от жидкой нефти. В попутном газе: СН4 - 37-50%, С2Н6 - 18-19%, C3H8 - 15-18%, С4Н10 - 2-5%, C5H12 - 1-7%, С6Н14 - до 1%. Ценное химическое сырье из которого получают большое количество органических веществ, чем из природного газа. Для рационального использования попутного газа его разделяют на смеси более узкого состава /газовый бензин - смесь пентана, гексана и др. углеводородов, смесь пропана с бутаном - бытовой газ, сухой газ - метан и этан. Раньше попутный газ сжигали на факел, а теперь из него получают непределъные углеводороды. - следовательно получают пластмассы, синтетические волокна, спирты, органические кислоты и др.
НЕФТЬ. СОСТАВ И СВОЙСТВА НЕФТИ. ПРОДУКТЫ, ПОЛУЧАЕМЫЕ ИЗ НЕФТИ, ИХ ПРИМЕНЕНИЕ.
По мнению большинства ученых, нефть представляет собой геохимически измененные остатки некогда населявших земной шар растений и животных. Эта теория органического происхождения нефти подкрепляется тем, что в нефти содержатся некоторые азотистые органические вешества, являющиеся, вероятно, продуктами распада природных веществ, присутствующих в тканях растений. Имеются теории и неорганического происхождения нефти. Их сторонники полагают, что нефть образуется в результате действия воды в толщах земного шара на раскаленные карбиды металлов с последующим изменением получающихся углеводородов под влиянием высокой температуры, высокого давления, воздействия металлов, воздуха, водорода и т.д.
Из нефтеносных пластов, залегающих в земной коре иногда на глубине нескольких километров, нефть выходит на поверхность под давлением находящихся над ней газов или выкачивается насосами.
В нашей стране нефть добывают: в Грозном, Баку, Татарии, Башкирии, Казахстане, Тюмени. Приступили к разработке добычи нефти в Прикаспийской низменности северном районе Европейской территории.
Нефть - маслянистая горючая жидкость, темного цвета со своеобразным запахом, немного легче воды, нерастворима в воде. Нефть - это смесь углеводородов /алканы, преимущественно нормального строения; циклоалканы; ароматические и редко алкены/ с небольшой примесью кислородных, сернистых, азотистых и других соединений. Входят также высокомолекулярные соединения в виде смол и асфальтовых веществ. Так как нефть - смесь углеводородов, то перегонкой ее разделяют на отдельные фракции.
Газовая фракция /кипит до 40°С/ содержит нормальные и разветвленные алканы до С5.
Бензин /газолин/ кипит 40-180°С, содержит С5 – С11. Входят нормальные и разветвленные алканы, циклоалканы, арены. Применяется в качестве горючего для автомашин и самолетов с поршневыми двигателями; как растворитель масел, каучука, очистки тканей.
Лигроин кипит 120-240°С, содержит С8 – С14. Применяется в качестве горючего для тракторов. Керосин кипит 150-310°С, содержит С12 – С18. Используется как горючее для тракторов, реактивных самолетов и ракет.
Газойль кипит до 350°С, используется как горючее для дизелей. После перегонки нефти и выделения светлых продуктов, остается вязкая черная: жидкость – мазут. Из мазута перегонкой при уменьшенном давлении или с водяным паром получают смазочные масла, вазелин, твердый парафин. Вазелин - смесь жидких и твердых углеводородов. Конечным продуктом перегонки мазута получается гудрон, который применяется для мощения дорог, в строительном деле.
СПОСОБЫ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ.
ДЕТОНАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ БЕНЗИНА - это взрывное сгорание бензина. Смесь паров бензина и воздуха сжимается поршнем и поджигается электрической искрой. Чем сильнее сжимается смесь паров бензина с воздухом, тем больше детонационная стойкость бензина, тем больше мощность двигателя, меньше расходуется бензина. Бензин, пары которого даже при небольшом сжатии воспламеняются, обладают низкой детонационной стойкостью. Наименьшей стойкостью к детонации обладают алканы нормального строения, более устойчивы, алканы разветвленного строения, алкены, арены, Для количественной характеристики детонационной стойкости бензинов выработана октановая шкала. Октановое число изооктана /2,2,4-триметилпентана /, обладающего высокой детонационной стойкостью, принято за 100. Октановое число н.гептана принято за 0. Смеси гептана и изооктана имеют октановое число, равное % содержанию изооктана в ней.
ПЕРЕГОНКА НЕФТИ. (первичная переработка нефти – физический процесс) Нефть перегоняют в установках состоящих, из трубчатой печи и ректификационной колонны. В трубчатой печи нефть нагревается горящим мазутом или газом до 320-350°С и в виде смеси жидкости и паров поступает в ректификационную колонну, аппарат высотой до 40 м. Она имеет внутри несколько десятков горизонтальных перегородок с отверстиями, так называемых тарелок. Пары нефти, поступая в колонну, поднимаются вверх и проходят через отверстия в тарелках. Постепенно охлаждаясь при своем движении вверх, они сжижаются на тех или иных тарелках в зависимости от температуры кипения. Более летучие углеводороды конденсируются на более высоких тарелках, а тяжелые - на нижних тарелках. Мазут перегоняется в таких же установках только при пониженном давление, что снижает температуру кипения. При перегонке получается бензин, содержащий в своем составе предельные углеводороды нормального строения. Он имеет низкую детонационную стойкость.
Основным способом переработки нефтяных фракций являются различные виды крекинга. Первый патент на установку для крекинга заявлен В. Г. Шуховым в 1891г. В промышленности крекинг получил распространение с 20-х годов 20 в.
Крекинг - это термическое разложение углеводородов более тяжелых на более легкие.
C16H34 С8H18 + С8Н16, C8H18 С4Н10 + С4H8,
C4H10 C2H6 + C2H4, C4H10 C3H6 + CH4.
Этот процесс идет через образование свободных радикалов:
,
,
,
,
ТЕРМИЧЕСКИЙ КРЕКИНГ осуществляется при 470-550°С, давлении 1,5-6 МПа. Бензин, полученный при термическом крекинге, кроме алканов, циклоалкаков, аренов содержит алкены, что повышает детонационную стойкость бензина. Недостаток этого бензина в том, что при хранении он осмоляется. Для увеличения стойкости бензина добавляют антиокислители или антиосмолители.
КАТАЛИТИЧЕСКИЙ КРЕКИНГ протекает при 350-500°С в присутствии катализатора – природных или синтетических алюмосилиуатов, AlCl3, MoS3, Cr2O3 и др. Такой бензин содержит меньше непредельных углеводов, больше ароматических и алканов с разветвленной цепью, что повышает детонационную стойкость бензина. (Таблица стр 69, учебник).
Чтобы повысить качество бензинов их подвергают риформингу, т.е. ароматизации или облагораживанию. Получаются высокооктановые бензины или ароматические углеводороды, которые используются как химическое сырье в органическом синтезе. Риформинг проводят при нагревании в присутствии платины. Вэтих условиях идут реакции превращения парафинов и циклопарафинов в ароматические углеводороды, вследствие чего октановое число бензинов существенно повышается.
В природе встречается горный воск или озокерит - твердый, есть смесь углеводородов. Месторождения озокерита находятся на острове ЧЕЛЕКЕНЕ /Каспийское море/, на Кавказе, на Байкале, близ Ташкента. Он близок к нефти.
При все возрастающих масштабах добычи и переработки нефти большое значение приобретает охрана окружающей среды от загрязнения нефтепродуктами. Это утечка нефти при перевозке судами и др. видами транспорта, сброс нефтепродуктов в водоемы со сточными водами. Это лишает воду содержания кислорода, который расходуется на окисление нефтепродуктов, а следовательно, жизнь организмов в такой воде не возможна.
Для предупреждения этого принимаются различные меры. На нефтеперерабатывающих предприятиях строят очистные сооружения - пруды, в которых нефтепродукты и др. органические вещества разрушаются микроорганизмами. Большой вред наносят и в-ва выброшенные в атмосферу - сернистые, азотосодержащие в-ва, которые вызывают коррозию, парниковый эффект и д-р. Иногда нефтепродукты подвергаются гидроочистке - нагреванию на катализаторе в присутствии водорода. При этом образуются аммиак, сероводород. Сероводород идет на производство серы, серной кислоты, аммиак - ценное азотное удобрение. Существуют и др. методы очистки отходящих газов, сточных вод, т.е. применяются и другие методы защиты окружающей среды.
УГОЛЬ, ЕГО ХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА. КОКСОВАНИЕ УГЛЯ, ПРОДУКТЫ КОКСОВАНИЯ.
Запасы каменного угля в природе значительно превышают запасы нефти. Поэтому каменный уголь – важнейший вид сырья для химической промышленности.
В настоящее время в промышленности используется несколько путей переработки каменного угля: сухая перегонка /коксование/, гидрирование, неполное сгорание, получение карбида кальция.
Сухая перегонка угля применяется для получения кокса или бытового газа. При коксовании угля получаются кокс, каменноугольная смола, надсмольная вода и газы коксования. Каменный уголь загружается в коксовую печь и нагревают без доступа воздуха при 1000°С. Процесс длится 14 часов. После того “коксовый пирог” выгружают из камеры и гасят водой. Летучие продукты конденсируются и получаются смола и аммиачная вода. Аммиак извлекают с помощью фосфорной кислоты /раньше серной/ и получают аммофос, который является ценным удобрением.
Из каменноугольной смолы выделяют бензол и его гомологи, фенол, нафталин и др. вещества. Коксовый газ используется как топливо и как химическое сырье, т.к. он содержит H2 – 60%, CH4 – 25%, CO – 5%, N2 – 4%, CO2 – 2%, C2H4 – 2%, прочие газы – 2%. Кокс - восстановитель, источник энергии в металлургической промышленности. Ученые работают над созданием непрерывного процесса коксования каменного угля.
Гидрирование угля осуществляют при 400-600°С под давлением водорода до
255 МПа в присутствия катализатора - оксидов железа. При этом образуется жидкая смесь углеводородов. Гндрируют низкосортные бурые угли.
Неполное сгорание угля дает СО. В технике используют три типа газообразных смесей, содержащих СО: генераторный газ, водяной газ и синтез-газ - продукт конверсии метана и его гомологов. Одним из наиболее прогрессивных методов газификации угля был предложен Д. И. Менделеевым. Одна из крупнейших шахт Московского угольного бассейна является полегоном для разработки оптимальных схем подземной газификации угля. Основной процесс при получении генераторного газа - восстановление диоксида углерода до СО при прохождении его через слой раскаленного угля. Диоксид образуется в том же генераторе благодаря частичному сгоранию угля в токе воздуха:
, .
Водяной газ получают пропусканием водяного пара через раскаленный уголь:
.
Наиболее экономичный современный метод получения смесей СО и H2 основан на каталитическом взаимодействии CH4 с водяным паром. На синтезе-газе основано получение жидких углеводородов.
,
Карбид кальция получают из угля и извести. В дальнейшем он перерабатывается в ацетилен. Из карбида получают также кальций-цианамид.
СЛАНЦЫ. Раз личные виды природных сланцев перерабатывают в высококалорийный бытовой газ (Эстония). Образующаяся при пиролизе сланцев смола может служить источником фенолов. Окислением торфяной массы получают щавелевую кислоту.
Некоторые химические производства используют в качестве сырья продукты сельского и лесного хозяйства. Так этиловый спирт получают сбраживанием глюкозы, которая образуется при гидролизе клетчатки или крахмала. В этом случае также используется биомасса растений.
Известны успешные попытки утилизации вторичного органического сырья. Отработанные автомобильные шины, пластмассовая тара, полимерные конструкции, чтобы не захламляли окружающую среду, в ближайшем будущем будет налажен централизованный сбор таких отходов, а также их промышленная переработка в горючий газ, жидкое топливо.
Также одним из важнейших источников получения органических веществ является СО2 атмосферы, содержание которого в атмосфере увеличивается (за последние 50 лет содержание СO2 в атмосфере увеличилось в 3 раза).
.