Natürliche Quellen der Kohlenwasserstoffchemie. Fossile Brennstoffe – Öl, Kohle, Ölschiefer, Erdgas. I. Organisatorischer Moment
Die wichtigsten Kohlenwasserstoffquellen sind natürliche und assoziierte Quellen Erdölgase, Öl, Kohle.
Nach Reserven Erdgas Der erste Platz auf der Welt gehört unserem Land. Erdgas enthält Kohlenwasserstoffe mit niedrigem Molekulargewicht. Es hat die folgende ungefähre Zusammensetzung (nach Volumen): 80–98 % Methan, 2–3 % seiner nächsten Homologen – Ethan, Propan, Butan und andere große Menge Verunreinigungen - Schwefelwasserstoff H 2 S, Stickstoff N 2, Edelgase, Kohlenmonoxid (IV) CO 2 und Wasserdampf H 2 O . Die Zusammensetzung des Gases ist für jedes Feld spezifisch. Es zeigt sich folgendes Muster: Je höher das relative Molekulargewicht des Kohlenwasserstoffs, desto weniger ist er im Erdgas enthalten.
Erdgas wird häufig als günstiger Brennstoff mit hohem Heizwert verwendet (bis zu 54.400 kJ werden bei der Verbrennung von 1 m 3 freigesetzt). Dies ist einer von beste aussichten Brennstoffe für den häuslichen und industriellen Bedarf. Außerdem, Erdgas dient als wertvoller Rohstoff für Chemieindustrie: Herstellung von Acetylen, Ethylen, Wasserstoff, Ruß, verschiedenen Kunststoffen, Essigsäure, Farbstoffen, Medikamenten und anderen Produkten.
Erdölbegleitgase befinden sich zusammen mit Öl in Ablagerungen: Sie sind darin gelöst und befinden sich über dem Öl und bilden eine Gas-„Kappe“. Wenn Öl an die Oberfläche gefördert wird, werden aufgrund eines starken Druckabfalls Gase daraus abgeschieden. Bisher wurden Begleitgase nicht verwendet und bei der Ölförderung abgefackelt. Derzeit werden sie aufgefangen und als Brennstoff und wertvolle chemische Rohstoffe verwendet. Begleitgase enthalten weniger Methan als Erdgas, dafür aber mehr Ethan, Propan, Butan und höhere Kohlenwasserstoffe. Darüber hinaus enthalten sie grundsätzlich die gleichen Verunreinigungen wie Erdgas: H 2 S, N 2, Edelgase, H 2 O-Dämpfe, CO 2 . Einzelne Kohlenwasserstoffe (Ethan, Propan, Butan etc.) werden aus Begleitgasen gewonnen; ihre Aufbereitung ermöglicht deren Gewinnung durch Dehydrierung ungesättigte Kohlenwasserstoffe– Propylen, Butylen, Butadien, aus denen dann Kautschuke und Kunststoffe synthetisiert werden. Als Haushaltsbrennstoff wird ein Gemisch aus Propan und Butan (Flüssiggas) verwendet. Gasbenzin (eine Mischung aus Pentan und Hexan) wird als Zusatz zu Benzin verwendet, um den Kraftstoff beim Starten des Motors besser zu entzünden. Bei der Oxidation von Kohlenwasserstoffen entstehen organische Säuren, Alkohole und andere Produkte.
Öl– eine ölige, brennbare Flüssigkeit von dunkelbrauner oder fast schwarzer Farbe mit charakteristischem Geruch. Es ist leichter als Wasser (= 0,73–0,97 g/cm3) und in Wasser praktisch unlöslich. Öl ist von der Zusammensetzung her ein komplexes Gemisch aus Kohlenwasserstoffen unterschiedlichen Molekulargewichts und weist daher keinen bestimmten Siedepunkt auf.
Öl besteht hauptsächlich aus flüssigen Kohlenwasserstoffen (in ihnen sind feste und gasförmige Kohlenwasserstoffe gelöst). Typischerweise handelt es sich dabei um Alkane (meist normaler Struktur), Cycloalkane und Arene, deren Verhältnis in Ölen aus verschiedenen Bereichen stark schwankt. Uralöl enthält mehr Arene. Öl enthält neben Kohlenwasserstoffen auch Sauerstoff, Schwefel und stickstoffhaltige organische Verbindungen.
Rohöl wird normalerweise nicht verwendet. Um aus Öl technisch wertvolle Produkte zu gewinnen, wird es einer Verarbeitung unterzogen.
PrimärverarbeitungÖl besteht aus seiner Destillation. Die Destillation erfolgt in Ölraffinerien nach Abtrennung der Begleitgase. Bei der Destillation von Öl werden leichte Erdölprodukte gewonnen:
Benzin ( T Siedepunkt = 40–200 °C) enthält Kohlenwasserstoffe C 5 – C 11,
Naphtha ( T Siedepunkt = 150–250 °C) enthält Kohlenwasserstoffe C 8 – C 14,
Kerosin ( T Siedepunkt = 180–300 °C) enthält Kohlenwasserstoffe C 12 – C 18,
Gasöl ( T kip > 275 °C),
und der Rest ist eine viskose schwarze Flüssigkeit – Heizöl.
Heizöl unterzogen wird weitere Bearbeitung. Es wird unter reduziertem Druck destilliert (um eine Zersetzung zu verhindern) und Schmieröle werden isoliert: Spindel, Maschine, Zylinder usw. Vaseline und Paraffin werden aus dem Heizöl einiger Ölsorten isoliert. Der Rest des Heizöls nach der Destillation – Teer – wird nach teilweiser Oxidation zur Herstellung von Asphalt verwendet. Der Hauptnachteil der Öldestillation ist die geringe Benzinausbeute (nicht mehr als 20 %).
Erdöldestillationsprodukte haben verschiedene Verwendungsmöglichkeiten.
Benzin Es wird in großen Mengen als Flug- und Autotreibstoff verwendet. Es besteht meist aus Kohlenwasserstoffen, deren Moleküle durchschnittlich 5 bis 9 C-Atome enthalten. Naphtha Es wird als Kraftstoff für Traktoren und auch als Lösungsmittel in der Farben- und Lackindustrie verwendet. Große Mengen es wird zu Benzin verarbeitet. Kerosin Es wird als Treibstoff für Traktoren, Düsenflugzeuge und Raketen sowie für den häuslichen Bedarf verwendet. Solaröl – Gasöl– als Kraftstoff verwendet und Schmieröle– zur Schmierung von Mechanismen. Vaseline in der Medizin verwendet. Es besteht aus einer Mischung flüssiger und fester Kohlenwasserstoffe. Paraffin Wird zur Herstellung höherer Carbonsäuren, zum Imprägnieren von Holz bei der Herstellung von Streichhölzern und Bleistiften, zur Herstellung von Kerzen, Schuhcreme usw. verwendet. Es besteht aus einer Mischung fester Kohlenwasserstoffe. Heizöl Neben der Verarbeitung zu Schmierölen und Benzin wird es als flüssiger Kesselbrennstoff verwendet.
Bei sekundäre VerarbeitungsmethodenÖl verändert sich die Struktur der in seiner Zusammensetzung enthaltenen Kohlenwasserstoffe. Unter diesen Methoden sehr wichtig wird das Cracken von Erdölkohlenwasserstoffen durchgeführt, um die Benzinausbeute (bis zu 65–70 %) zu erhöhen.
Knacken– der Prozess der Spaltung von im Öl enthaltenen Kohlenwasserstoffen, der zur Bildung von Kohlenwasserstoffen mit einer geringeren Anzahl von C-Atomen im Molekül führt. Es gibt zwei Hauptarten des Crackens: thermisches und katalytisches Cracken.
Thermisches Cracken erfolgt durch Erhitzen des Ausgangsmaterials (Heizöl usw.) auf eine Temperatur von 470–550 °C und einen Druck von 2–6 MPa. Gleichzeitig werden Kohlenwasserstoffmoleküle mit eine große Anzahl C-Atome werden in Moleküle mit einer geringeren Anzahl von Atomen aufgespalten, was sowohl limitierend als auch nicht limitierend ist gesättigte Kohlenwasserstoffe. Zum Beispiel:
(Radikalmechanismus),
Mit diesem Verfahren wird hauptsächlich Motorenbenzin hergestellt. Seine Ölausbeute beträgt 70 %. Das thermische Cracken wurde 1891 vom russischen Ingenieur V.G. Schuchow entdeckt.
Katalytische Zersetzung durchgeführt in Gegenwart von Katalysatoren (meist Alumosilikaten) bei 450–500 °C und Luftdruck. Mit dieser Methode entsteht Flugbenzin mit einer Ausbeute von bis zu 80 %. Diese Art des Crackens betrifft hauptsächlich Kerosin- und Gasölfraktionen von Öl. Beim katalytischen Cracken treten neben Spaltungsreaktionen auch Isomerisierungsreaktionen auf. Dadurch entstehen gesättigte Kohlenwasserstoffe mit einem verzweigten Kohlenstoffgerüst aus Molekülen, was die Benzinqualität verbessert:
Katalytisch gecracktes Benzin hat eine höhere Qualität. Der Prozess der Gewinnung verläuft viel schneller und erfordert weniger Wärmeenergie. Darüber hinaus entstehen beim katalytischen Cracken relativ viele verzweigtkettige Kohlenwasserstoffe (Isoverbindungen), die für die organische Synthese von großem Wert sind.
Bei T= 700 °C und darüber kommt es zur Pyrolyse.
Pyrolyse- Zersetzung organische Substanz ohne Luftzugang bei hohen Temperaturen. Bei der Pyrolyse von Öl sind die Hauptreaktionsprodukte ungesättigte gasförmige Kohlenwasserstoffe (Ethylen, Acetylen) und aromatische Kohlenwasserstoffe – Benzol, Toluol usw. Da die Ölpyrolyse eine der wichtigsten Methoden zur Gewinnung aromatischer Kohlenwasserstoffe ist, wird dieser Prozess oft als Öl bezeichnet Aromatisierung.
Aromatisierung– Umwandlung von Alkanen und Cycloalkanen in Arene. Wenn schwere Fraktionen von Erdölprodukten in Gegenwart eines Katalysators (Pt oder Mo) erhitzt werden, werden Kohlenwasserstoffe mit 6–8 C-Atomen pro Molekül in aromatische Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Diese Prozesse finden beim Reformieren (Benzinaufbereitung) statt.
Reformieren- Dies ist die Aromatisierung von Benzin, die durch Erhitzen in Gegenwart eines Katalysators, beispielsweise Pt, durchgeführt wird. Unter diesen Bedingungen werden Alkane und Cycloalkane in aromatische Kohlenwasserstoffe umgewandelt, wodurch auch die Oktanzahl von Benzin deutlich ansteigt. Durch Aromatisierung werden aus Benzinfraktionen von Öl einzelne aromatische Kohlenwasserstoffe (Benzol, Toluol) gewonnen.
IN letzten Jahren Erdölkohlenwasserstoffe werden häufig als Quelle chemischer Rohstoffe verwendet. Verschiedene Wege aus ihnen gewinnen wir Stoffe, die für die Herstellung von Kunststoffen, synthetischen Textilfasern, synthetischem Kautschuk, Alkoholen, Säuren, synthetischen Reinigungsmitteln, Sprengstoffen, Pestiziden, synthetischen Fetten usw. notwendig sind.
Kohle Ebenso wie Erdgas und Erdöl ist es eine Energiequelle und wertvolle chemische Rohstoffe.
Die Hauptmethode der Kohleverarbeitung ist Verkokung(Trockendestillation). Bei der Verkokung (Erhitzen auf 1000 °C – 1200 °C ohne Luftzutritt) entstehen verschiedene Produkte: Koks, Steinkohlenteer, Teerwasser und Koksofengas (Diagramm).
Planen
Koks wird als Reduktionsmittel bei der Herstellung von Gusseisen in Hüttenwerken verwendet.
Kohlenteer dient als Quelle aromatischer Kohlenwasserstoffe. Es wird einer Rektifikationsdestillation unterzogen und Benzol, Toluol, Xylol, Naphthalin sowie Phenole, stickstoffhaltige Verbindungen usw. werden erhalten. Pech ist eine dicke schwarze Masse, die nach der Destillation des Harzes zurückbleibt und zur Herstellung von Elektroden verwendet wird Teerpappe.
Aus Teerwasser werden Ammoniak, Ammoniumsulfat, Phenol usw. gewonnen.
Koksofengas wird zum Beheizen von Koksöfen verwendet (bei der Verbrennung von 1 m 3 werden etwa 18.000 kJ freigesetzt), es wird jedoch hauptsächlich einer chemischen Verarbeitung unterzogen. So wird daraus Wasserstoff für die Synthese von Ammoniak isoliert, der dann zur Herstellung von Stickstoffdüngern sowie Methan, Benzol, Toluol, Ammoniumsulfat und Ethylen verwendet wird.
NATÜRLICHE KOHLENWASSERSTOFFQUELLEN UND IHRE VERARBEITUNG
1. Hauptrichtungen industrielle Verarbeitung Erdgas
A) Kraftstoff, Energiequelle
B) Gewinnung von Paraffinen
B) Gewinnung von Polymeren
D) Gewinnung von Lösungsmitteln.
2.Welche chemische Methode wird für die Primärölraffinierung verwendet?
A) Brennen
B) Zersetzung
B) fraktionierte Destillation
D) Knacken.
3.Welche Kohlenwasserstoffe stammen aus Kohlenteer?
A) extrem
B) aromatisch
B) unbegrenzt
D) Cycloparaffine.
4. Warum wird die Kohleverarbeitung als Trockendestillation bezeichnet?
A) wird ohne Luftzugang durchgeführt
B) ohne Zugang zu Wasser
B) Trockenprodukte
D) mit trockenem Wasserdampf destilliert.
5.Der Hauptbestandteil von Erdgas ist
A) Ethan
B) Butan
B) Benzol
D) Methan.
6. Hauptart der Erdgasaufbereitung:
A) Herstellung von Synthesegas
B) als Kraftstoff
B) Produktion von Acetylen
D) Benzin besorgen
7. Wirtschaftlich rentabler und umweltfreundlicher Kraftstoff ist...
A) Kohle
B) Erdgas
B) Torf
D) Öl
8. Die Öldestillation basiert auf:
A) bei unterschiedlichen Siedetemperaturen der Bestandteile
B) über den Unterschied in der Dichte der Bestandteile
B) auf unterschiedliche Löslichkeit der Bestandteile
D) bei unterschiedlicher Löslichkeit in Wasser
9. Was verursacht Korrosion von Rohren bei der Ölraffinierung und -raffinierung?
A) das Vorhandensein von Sand im Öl
B) Ton
B) Schwefel
D) Stickstoff
10. Die Verarbeitung von Erdölprodukten zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen mit niedrigerem Molekulargewicht wird genannt:
A) Pyrolyse
B) Knacken
B) Zersetzung
D) Hydrierung
11. Durch katalytisches Cracken können Sie Kohlenwasserstoffe gewinnen:
A) normal (unverzweigte Struktur)
B) verzweigt
B) aromatisch
D) unbegrenzt
12. Als Kraftstoff-Klopfschutzmittel wird verwendet:
A) Aluminiumchlorid
B) Tetraethylblei
B) Bleichlorid
D) Calciumacetat
13. ErdgasWird nicht benutzt Wie:
A) Rohstoffe zur Herstellung von Ruß
B) Rohstoffe in der organischen Synthese
B) ein Reagens bei der Photosynthese
D) Haushaltsbrennstoff
14. Aus chemischer Sicht ist die Vergasung...
A) Lieferung von Haushaltsgas an Verbraucher
B) Gasleitungen verlegen
B) Umwandlung fossiler Kohle in Gas
D) Gasbehandlung von Materialien
15. Unzutreffend zu Öldestillationsfraktionen
A) Kerosin
B) Heizöl
B) Harz
D) Gasöl
16. Der Name, der nichts mit Kraftstoffen zu tun hat, ist...
A) Benzin
B) Kerosin
Sei dünn
D) Gasöl
17. Beim Cracken von Oktan entsteht ein Alkan mit der Anzahl der Kohlenstoffatome im Molekül gleich ...
A) 8
B) 6
UM 4
D) 2
18. Beim Cracken von Butan entsteht ein Olefin -
A) Octen
B) Buten
B) Propen
D) Ethen
19. Cracken von Erdölprodukten ist
A) Trennung von Ölkohlenwasserstoffen in Fraktionen
B) Umwandlung gesättigter Ölkohlenwasserstoffe in aromatische
B) thermische oder katalytische Zersetzung von Erdölprodukten, was zur Bildung von Kohlenwasserstoffen mit weniger Kohlenstoffatomen im Molekül führt
D) Umwandlung aromatischer Ölkohlenwasserstoffe in gesättigte
20. Die wichtigsten natürlichen Quellen gesättigter Kohlenwasserstoffe sind...
A)Sumpfgas und Kohle;
B)Öl und Erdgas;
IN)Asphalt und Benzin;
D) Koks und Polyethylen.
21. Welche Kohlenwasserstoffe sind im Erdölbegleitgas enthalten?A) Methan, Ethan, Propan, Butan
B) Propan, Butan
B) Ethan, Propan
D) Methan, Ethan
22. Was sind die Produkte der Kohlepyrolyse?
A) Koks, Koksofengas
B) Koks, Steinteer
C) Koks, Kokereigas, Kohlenteer, Ammoniak und Schwefelwasserstofflösung
D) Koks, Kokereigas, Kohlenteer
23. Geben Sie an physikalische MethodeÖl-Raffination
A) Reformieren
B) fraktionierte Destillation
B) katalytisches Cracken
D) thermisches Cracken
ANTWORTEN:
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Kriterien zur Bewertung:
9 – 12 Punkte – „3“
13 – 16 Punkte – „4“
17 – 23 Punkte – „5“
Natürliche Quellen für Kohlenwasserstoffe sind fossile Brennstoffe – Öl und
Gas, Kohle und Torf. Erdöl- und Gasvorkommen entstanden vor 100–200 Millionen Jahren
zurück von den mikroskopisch kleinen Meerespflanzen und -tieren, die sich herausstellten
in Sedimentgesteinen enthalten, die sich auf dem Meeresboden gebildet haben
Diese Kohle und dieser Torf begannen sich vor 340 Millionen Jahren aus Pflanzen zu bilden,
wächst an Land.
Erdgas und Rohöl kommen häufig mit Wasser vor
ölführende Schichten, die sich zwischen den Schichten befinden Felsen(Abb. 2). Begriff
Unter „Erdgas“ versteht man auch Gase, die in der Natur entstehen
Bedingungen, die durch die Zersetzung von Kohle entstehen. Erdgas und Rohöl
werden auf allen Kontinenten mit Ausnahme der Antarktis entwickelt. Das größte
Erdgasproduzenten auf der Welt sind Russland, Algerien, Iran und
Vereinigte Staaten. Die größten Produzenten Rohöl sind
Venezuela, Saudi-Arabien, Kuwait und Iran.
Erdgas besteht hauptsächlich aus Methan (Tabelle 1).
Rohöl ist eine ölige Flüssigkeit, deren Farbe variieren kann
sehr vielfältig sein – von dunkelbraun oder grün bis fast
farblos. Es beinhaltet große Nummer Alkane. Unter ihnen gibt es
gerade Alkane, verzweigte Alkane und Cycloalkane mit Anzahl der Atome
Kohlenstoff von fünf bis 40. Der Industriename dieser Cycloalkane ist Nachta. IN
Rohöl enthält außerdem etwa 10 % Aromaten
Kohlenwasserstoffe sowie geringe Mengen anderer Verbindungen enthalten
Schwefel, Sauerstoff und Stickstoff.
Tabelle 1 Zusammensetzung von Erdgas
Kohle ist die älteste Quelle Energie, mit der Sie vertraut sind
Menschheit. Es ist ein Mineral (Abb. 3), das daraus entstanden ist
Pflanzenmaterial während des Prozesses der Metamorphose. Metamorph
werden Gesteine genannt, deren Zusammensetzung sich in den Bedingungen verändert hat
hohe Drücke sowie hohe Temperaturen. Das Produkt der ersten Stufe in
Der Prozess der Kohlebildung ist Torf, das ist
zersetzte organische Substanz. Aus Torf entsteht später Kohle
es ist mit Sedimentgesteinen bedeckt. Diese Sedimentgesteine heißen
überladen. Überladenes Sediment verringert den Feuchtigkeitsgehalt des Torfs.
Bei der Klassifizierung von Kohlen werden drei Kriterien verwendet: Reinheit (bestimmt).
relativer Kohlenstoffgehalt in Prozent); Typ (definiert
Zusammensetzung des ursprünglichen Pflanzenmaterials); Note (abhängig von
Grad der Metamorphose).
Tabelle 2 Kohlenstoffgehalt einiger Brennstoffe und ihr Heizwert
Fähigkeit
Die niedrigsten Arten fossiler Kohlen sind Braunkohle und
Braunkohle (Tabelle 2). Sie sind dem Torf am nächsten und relativ charakterisiert
zeichnet sich durch einen geringeren Feuchtigkeitsgehalt aus und wird häufig verwendet
Industrie. Die trockenste und härteste Kohlesorte ist Anthrazit. Sein
Wird zum Heizen von Häusern und zum Kochen verwendet.
In letzter Zeit ist es dank des technologischen Fortschritts immer häufiger geworden
wirtschaftliche Vergasung von Kohle. Zu den Produkten der Kohlevergasung gehören:
Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserstoff, Methan und Stickstoff. Sie werden verwendet in
als gasförmiger Brennstoff oder als Rohstoff für die Herstellung verschiedener
chemische Produkte und Düngemittel.
Kohle ist, wie unten beschrieben, eine wichtige Rohstoffquelle für die Produktion von
aromatische Verbindungen. Kohle repräsentiert
eine komplexe Mischung Chemikalien, die Kohlenstoff enthalten,
Wasserstoff und Sauerstoff sowie geringe Mengen Stickstoff, Schwefel und andere Verunreinigungen
Elemente. Darüber hinaus umfasst die Zusammensetzung der Kohle je nach Art Folgendes
unterschiedliche Mengen an Feuchtigkeit und unterschiedliche Mineralien.
Kohlenwasserstoffe kommen natürlicherweise nicht nur in fossilen Brennstoffen vor, sondern auch in
in einigen Materialien biologischen Ursprungs. Natürliches Gummi
ist ein Beispiel für ein natürliches Kohlenwasserstoffpolymer. Gummimolekül
besteht aus Tausenden von Struktureinheiten, die Methylbuta-1,3-dien darstellen
(Isopren);
Natürliches Gummi. Ungefähr 90 % Naturkautschuk, der
Derzeit auf der ganzen Welt abgebaut, aus Brasilien bezogen
Gummibaum Hevea brasiliensis, der hauptsächlich in kultiviert wird
äquatoriale Länder Asiens. Der Saft dieses Baumes, der Latex ist
(kolloidale wässrige Polymerlösung), gesammelt aus Schnitten, die mit einem Messer gemacht wurden
bellen Latex enthält etwa 30 % Kautschuk. Seine winzigen Stücke
in Wasser suspendiert. Der Saft wird in Aluminiumbehälter gegossen, wo Säure hinzugefügt wird,
wodurch der Gummi koaguliert.
Auch viele andere Naturstoffe enthalten Isopren-Strukturen.
Fragmente. Limonen enthält beispielsweise zwei Isopreneinheiten. Limonen
ist der wichtigste Bestandteil aus Zitrusschalen gewonnene Öle,
wie Zitronen und Orangen. Diese Verbindung gehört zur Klasse der Verbindungen
sogenannte Terpene. Terpene enthalten 10 Kohlenstoffatome (C) in ihren Molekülen
10-Verbindungen) und umfassen zwei miteinander verbundene Isoprenfragmente
nacheinander („Kopf an Schwanz“). Verbindungen mit vier Isopren
Fragmente (C 20-Verbindungen) werden Diterpene genannt, und zwar mit sechs
Isoprenfragmente - Triterpene (C 30-Verbindungen). Squalen,
Das im Haifischleberöl enthaltene Triterpen ist ein Triterpen.
Tetraterpene (C 40-Verbindungen) enthalten acht Isopren
Fragmente. Tetraterpene kommen in Pigmenten pflanzlicher und tierischer Fette vor
Herkunft. Ihre Farbe ist auf das Vorhandensein eines langen Konjugatsystems zurückzuführen
Doppelbindungen. Beispielsweise ist β-Carotin für die charakteristische orange Farbe verantwortlich
Karottenfärbung.
Öl- und Kohleverarbeitungstechnologie
Ende des 19. Jahrhunderts. Unter dem Einfluss des Fortschritts in den Bereichen Wärme- und Energietechnik, Verkehr, Maschinenbau, Militär und einer Reihe anderer Industrien ist die Nachfrage ins Unermessliche gestiegen und es ist ein dringender Bedarf an neuen Arten von Kraftstoffen und chemischen Produkten entstanden.
Zu dieser Zeit wurde die Ölraffinerieindustrie geboren und entwickelte sich rasch weiter. Einen enormen Impuls für die Entwicklung der Ölraffinerieindustrie gab die Erfindung und schnelle Verbreitung des mit Erdölprodukten betriebenen Verbrennungsmotors. Auch die Technologie zur Verarbeitung von Kohle, die nicht nur als einer der Hauptbrennstoffe dient, sondern, was besonders hervorzuheben ist, im Berichtszeitraum zu einem notwendigen Rohstoff für die chemische Industrie wurde, entwickelte sich intensiv. Große Rolle gehörte in diesem Fall zur Kokschemie. Kokereien, die früher Koks an die Eisen- und Stahlindustrie lieferten, wurden zu kokereichemischen Betrieben, die auch eine Reihe wertvoller chemischer Produkte produzierten: Kokereigas, Rohbenzol, Kohlenteer und Ammoniak.
Basierend auf den Produkten der Öl- und Kohleverarbeitung begann sich die Produktion synthetischer organischer Substanzen und Materialien zu entwickeln. Sie werden häufig als Rohstoffe und Halbzeuge in verschiedenen Bereichen der chemischen Industrie eingesetzt.
Ticket Nr. 10
Natürliche Quelle für Kohlenwasserstoffe | Seine Hauptmerkmale |
Öl | Ein Mehrkomponentengemisch, das hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen besteht. Kohlenwasserstoffe werden hauptsächlich durch Alkane, Cycloalkane und Arene repräsentiert. |
Erdölbegleitgas | Als Nebenprodukt der Erdölförderung entsteht ein Gemisch, das fast ausschließlich aus Alkanen mit einer langen Kohlenstoffkette von 1 bis 6 Kohlenstoffatomen besteht, daher der Ursprung des Namens. Es gibt eine Tendenz: Je niedriger das Molekulargewicht des Alkans, desto höher ist sein Anteil im Erdölbegleitgas. |
Erdgas | Eine Mischung, die überwiegend aus Alkanen mit niedrigem Molekulargewicht besteht. Der Hauptbestandteil von Erdgas ist Methan. Sein Anteil kann je nach Gasfeld zwischen 75 und 99 % liegen. An zweiter Stelle in Bezug auf die Konzentration steht mit großem Abstand Ethan, Propan enthält noch weniger usw. Grundlegender Unterschied Der Unterschied zwischen Erdgas und Erdölbegleitgas besteht darin, dass der Anteil an Propan und isomeren Butanen im Erdölbegleitgas deutlich höher ist. |
Kohle | Ein Mehrkomponentengemisch aus verschiedenen Verbindungen von Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel. Kohle enthält zudem einen erheblichen Anteil an anorganischen Stoffen, deren Anteil deutlich höher ist als im Erdöl. |
Öl-Raffination
Öl ist ein Mehrkomponentengemisch verschiedene Substanzen hauptsächlich Kohlenwasserstoffe. Diese Komponenten unterscheiden sich hinsichtlich der Siedepunkte voneinander. Wenn Sie also Öl erhitzen, verdampfen zuerst die am leichtesten siedenden Bestandteile und dann die Verbindungen mit höher siedenden Stoffen hohe Temperatur kochen usw. Basierend auf diesem Phänomen primäre Ölraffination , bestehend aus Destillation (Berichtigung) Öl. Dieser Vorgang wird als primär bezeichnet, da davon ausgegangen wird, dass in seinem Verlauf keine chemischen Stoffumwandlungen stattfinden und das Öl lediglich in Fraktionen zerlegt wird unterschiedliche Temperaturen Sieden. Unten ist ein schematisches Diagramm einer Destillationskolonne mit kurze Beschreibung Der Destillationsprozess selbst:
Vor dem Rektifikationsprozess wird das Öl auf besondere Weise aufbereitet, nämlich durch die Entfernung von Wasserverunreinigungen mit darin gelösten Salzen und von festen mechanischen Verunreinigungen. Das so hergestellte Öl gelangt in einen Rohrofen, wo es auf eine hohe Temperatur (320–350 °C) erhitzt wird. Nach dem Erhitzen in einem Rohrofen gelangt das Hochtemperaturöl in den unteren Teil der Destillationskolonne, wo einzelne Fraktionen verdampfen und ihre Dämpfe in der Destillationskolonne aufsteigen. Je höher der Abschnitt der Destillationskolonne ist, desto niedriger ist ihre Temperatur. Also weiter verschiedene Höhen Folgende Brüche werden ausgewählt:
1) Destillationsgase (die ganz oben in der Kolonne ausgewählt werden und deren Siedepunkt daher 40 °C nicht überschreitet);
2) Benzinfraktion (Siedepunkt 35 bis 200 °C);
3) Naphtha-Fraktion (Siedepunkt 150 bis 250 °C);
4) Kerosinfraktion (Siedepunkt von 190 bis 300 °C);
5) Dieselfraktion (Siedepunkt 200 bis 300 °C);
6) Heizöl (Siedepunkt über 350 °C).
Es ist zu beachten, dass die bei der Ölrektifikation freigesetzten Mittelfraktionen nicht den Standards der Kraftstoffqualität entsprechen. Darüber hinaus entsteht bei der Öldestillation eine beträchtliche Menge Heizöl – nicht das beliebteste Produkt. In diesem Zusammenhang besteht die Aufgabe nach der Primärölraffinierung darin, die Ausbeute an teureren, insbesondere Benzinfraktionen zu steigern und die Qualität dieser Fraktionen zu verbessern. Diese Probleme werden durch verschiedene Verfahren gelöst Öl-Raffination , zum Beispiel, wie knacken Undreformieren .
Es ist zu beachten, dass die Anzahl der beim Ölrecycling eingesetzten Prozesse viel größer ist und wir nur einige der wichtigsten ansprechen. Lassen Sie uns nun herausfinden, was die Bedeutung dieser Prozesse ist.
Cracken (thermisch oder katalytisch)
Dieser Prozess soll die Ausbeute der Benzinfraktion erhöhen. Zu diesem Zweck werden schwere Fraktionen, beispielsweise Heizöl, einer starken Erhitzung ausgesetzt, meist in Gegenwart eines Katalysators. Durch diesen Effekt werden die langkettigen Moleküle, aus denen die schweren Fraktionen bestehen, zerrissen und es entstehen Kohlenwasserstoffe mit niedrigerem Molekulargewicht. Tatsächlich führt dies zu einer zusätzlichen Ausbeute einer Benzinfraktion, die wertvoller ist als das ursprüngliche Heizöl. Die chemische Essenz dieses Prozesses spiegelt sich in der Gleichung wider:
Reformieren
Durch dieses Verfahren wird die Aufgabe gelöst, die Qualität der Benzinfraktion zu verbessern, insbesondere deren Klopffestigkeit (Oktanzahl) zu erhöhen. Diese Eigenschaft von Benzin wird an Tankstellen angezeigt (92., 95., 98. Benzin usw.).
Durch den Reformierungsprozess erhöht sich der Anteil aromatischer Kohlenwasserstoffe in der Benzinfraktion, die neben anderen Kohlenwasserstoffen eine der höchsten Oktanzahlen aufweist. Diese Erhöhung des Anteils aromatischer Kohlenwasserstoffe wird hauptsächlich durch Dehydrocyclisierungsreaktionen während des Reformierungsprozesses erreicht. Zum Beispiel, wenn die Heizung stark genug ist N-Hexan wird in Gegenwart eines Platinkatalysators in Benzol und n-Heptan auf ähnliche Weise in Toluol umgewandelt:
Kohleverarbeitung
Die Hauptmethode der Kohleverarbeitung ist Verkokung . Verkokung von Kohle ist ein Prozess, bei dem Kohle ohne Luftzugang erhitzt wird. Gleichzeitig werden durch eine solche Erwärmung vier Hauptprodukte aus der Kohle isoliert:
1) Cola
Eine feste Substanz, die fast aus reinem Kohlenstoff besteht.
2) Kohlenteer
Enthält eine große Anzahl verschiedener überwiegend aromatischer Verbindungen, wie Benzol, seine Homologen, Phenole, aromatische Alkohole, Naphthalin, Naphthalin-Homologe usw.;
3) Ammoniakwasser
Trotz ihres Namens enthält diese Fraktion neben Ammoniak und Wasser auch Phenol, Schwefelwasserstoff und einige andere Verbindungen.
4) Koksgas
Die Hauptbestandteile von Kokereigas sind Wasserstoff, Methan, Kohlendioxid, Stickstoff, Ethylen usw.
Kohlenwasserstoffe sind von großer wirtschaftlicher Bedeutung, weil sie dienen der wichtigste Typ Rohstoffe für fast alle Produkte moderne Industrie organische Synthese und werden häufig für Energiezwecke verwendet. Sie scheinen Sonnenwärme und Energie zu speichern, die bei der Verbrennung freigesetzt werden. Torf, Kohle, Ölschiefer, Öl, natürliche und Erdölbegleitgase enthalten Kohlenstoff, dessen Verbindung mit Sauerstoff bei der Verbrennung mit der Freisetzung von Wärme einhergeht.
| Kohle | Torf | Öl | Erdgas |
 |  |
||
| solide | solide | flüssig | Gas |
| ohne Geruch | ohne Geruch | Starker Geruch | ohne Geruch |
| homogene Zusammensetzung | homogene Zusammensetzung | Stoffgemisch | Stoffgemisch |
| dunkel gefärbtes Gestein mit einem hohen Gehalt an brennbaren Stoffen, das aus der Einlagerung in Sedimentschichten von Ansammlungen resultiert verschiedene Pflanzen | Ansammlung von halbverrottetem Pflanzenmaterial, das sich am Grund von Sümpfen und überwucherten Seen ansammelt | natürliche brennbare ölige Flüssigkeit, bestehend aus einer Mischung flüssiger und gasförmiger Kohlenwasserstoffe | Ein Gasgemisch, das im Erdinneren bei der anaeroben Zersetzung organischer Substanzen entsteht. Das Gas gehört zur Gruppe der Sedimentgesteine |
| Brennwert – die Anzahl der Kalorien, die bei der Verbrennung von 1 kg Kraftstoff freigesetzt werden | |||
| 7 000 - 9 000 | 500 - 2 000 | 10000 - 15000 | ? |
Kohle.
Kohle war schon immer ein vielversprechender Rohstoff für die Produktion von Energie und vielen chemischen Produkten.
Der erste große Kohleverbraucher seit dem 19. Jahrhundert war der Transport, dann wurde Kohle für die Stromerzeugung, Hüttenkoks, die Herstellung verschiedener Produkte durch chemische Verarbeitung, Kohlenstoff-Graphit-Strukturmaterialien, Kunststoffe, Steinwachs, synthetische, flüssige und gasförmige hochkalorische Brennstoffe, hoch salpetrige Säuren für die Herstellung von Düngemitteln
Kohle ist ein komplexes Gemisch hochmolekularer Verbindungen, zu denen die folgenden Elemente gehören: C, H, N, O, S. Kohle enthält wie Öl eine Vielzahl verschiedener organischer Stoffe, aber auch anorganische Stoffe, wie zum Beispiel Wasser , Ammoniak, Schwefelwasserstoff und natürlich Kohlenstoff selbst – Kohle.
Die Kohleverarbeitung erfolgt in drei Hauptrichtungen: Verkokung, Hydrierung und unvollständige Verbrennung. Eine der Hauptmethoden zur Verarbeitung von Kohle ist Verkokung– Kalzinierung ohne Luftzugang in Koksöfen bei einer Temperatur von 1000–1200 °C. Bei dieser Temperatur und ohne Zugang zu Sauerstoff durchläuft Kohle komplexe chemische Umwandlungen, die zur Bildung von Koks und flüchtigen Produkten führen:
1. Koksofengas (Wasserstoff, Methan, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, Beimischungen von Ammoniak, Stickstoff und anderen Gasen);
2. Kohlenteer (mehrere hundert verschiedene organische Stoffe, darunter Benzol und seine Homologen, Phenol und aromatische Alkohole, Naphthalin und verschiedene heterozyklische Verbindungen);
3. Teer oder Ammoniak, Wasser (gelöstes Ammoniak sowie Phenol, Schwefelwasserstoff und andere Substanzen);
4. Koks (fester Koksrückstand, nahezu reiner Kohlenstoff).
Der abgekühlte Koks wird an Hüttenwerke geschickt.
Beim Abkühlen flüchtiger Produkte (Koksofengas) kondensieren Kohlenteer und Ammoniakwasser.
Durch das Leiten nicht kondensierter Produkte (Ammoniak, Benzol, Wasserstoff, Methan, CO 2, Stickstoff, Ethylen usw.) durch eine Schwefelsäurelösung wird Ammoniumsulfat freigesetzt, das als Mineraldünger verwendet wird. Benzol wird vom Lösungsmittel absorbiert und aus der Lösung destilliert. Anschließend wird das Koksofengas als Brennstoff oder als chemischer Rohstoff genutzt. Kohlenteer wird in gewonnen Kleinmengen(3%). Aufgrund des Produktionsumfangs gilt Kohlenteer jedoch als Rohstoff für die Herstellung einer Reihe organischer Stoffe. Entfernt man bei 350°C siedende Produkte aus dem Harz, bleibt eine feste Masse zurück – Pech. Es wird zur Herstellung von Lacken verwendet.
Die Hydrierung von Kohle erfolgt bei einer Temperatur von 400–600 °C und einem Wasserstoffdruck von bis zu 25 MPa in Gegenwart eines Katalysators. Dabei entsteht ein Gemisch flüssiger Kohlenwasserstoffe, das als Kraftstoff verwendet werden kann. Herstellung von flüssigem Brennstoff aus Kohle. Flüssiger synthetischer Kraftstoff ist Benzin, Diesel und Kesselbrennstoff mit hoher Oktanzahl. Um aus Kohle flüssigen Brennstoff zu gewinnen, ist es notwendig, den Wasserstoffgehalt durch Hydrierung zu erhöhen. Die Hydrierung erfolgt im Mehrfachkreislauf, wodurch die gesamte organische Masse der Kohle in Flüssigkeit und Gase umgewandelt werden kann. Der Vorteil dieser Methode ist die Möglichkeit der Hydrierung minderwertiger Braunkohle.
Durch die Kohlevergasung können minderwertige Braun- und Steinkohlen in Wärmekraftwerken ohne Umweltverschmutzung eingesetzt werden Umfeld Schwefelverbindungen. Dies ist die einzige Methode zur Herstellung von konzentriertem Kohlenmonoxid (Kohlenmonoxid) CO. Bei der unvollständigen Verbrennung von Kohle entsteht Kohlenmonoxid. Mit einem Katalysator (Nickel, Kobalt) kann bei Normal- oder erhöhtem Druck aus Wasserstoff und CO Benzin mit gesättigten und ungesättigten Kohlenwasserstoffen gewonnen werden:
nCO + (2n+1)H 2 → C n H 2n+2 + nH 2 O;
nCO + 2nH 2 → C n H 2n + nH 2 O.
Bei der Trockendestillation von Kohle bei 500–550 °C entsteht Teer, der zusammen mit Bitumen in der Bauindustrie als Bindemittel bei der Herstellung von Dach- und Abdichtungsbeschichtungen (Dachpappe, Dachpappe) verwendet wird , usw.).
In der Natur kommt Steinkohle in folgenden Regionen vor: Region Moskau, Südjakutsk-Becken, Kusbass, Donbass, Petschora-Becken, Tunguska-Becken, Lena-Becken.
Erdgas.
Erdgas ist ein Gasgemisch, dessen Hauptbestandteil Methan CH 4 ist (je nach Fachgebiet 75 bis 98 %), der Rest sind Ethan, Propan, Butan und geringe Menge Verunreinigungen - Stickstoff, Kohlenmonoxid (IV), Schwefelwasserstoff und Wasserdampf, und fast immer Schwefelwasserstoff und organische Erdölverbindungen – Mercaptane. Sie verleihen dem Gas einen spezifischen unangenehmen Geruch und führen bei der Verbrennung zur Bildung von giftigem Schwefeldioxid SO 2 .
Typischerweise gilt: Je höher das Molekulargewicht eines Kohlenwasserstoffs, desto weniger davon kommt im Erdgas vor. Die Zusammensetzung von Erdgas aus verschiedenen Lagerstätten ist nicht gleich. Seine durchschnittliche Zusammensetzung in Volumenprozent ist wie folgt:
| CH 4 | C 2 H 6 | C 3 H 8 | C 4 H 10 | N 2 und andere Gase |
| 75-98 | 0,5 - 4 | 0,2 – 1,5 | 0,1 – 1 | 1-12 |
Methan entsteht bei der anaeroben (ohne Zugang zu Luft) Fermentation pflanzlicher und tierischer Rückstände, daher entsteht es in Bodensedimenten und wird „Sumpfgas“ genannt.
Ablagerungen von Methan in hydratisierter kristalliner Form, den sogenannten Methanhydrat unter der Schicht gefunden Permafrost und weiter große Tiefen Ozeane. Bei niedrige Temperaturen(−800 °C) und hohen Drücken befinden sich Methanmoleküle in Hohlräumen Kristallgitter Wassereis. In den Eishohlräumen eines Kubikmeters Methanhydrat sind 164 Kubikmeter Gas „eingemacht“.
Methanhydratbrocken sehen aus wie schmutziges Eis, aber an der Luft brennen sie mit einer gelb-blauen Flamme. Schätzungen zufolge speichert der Planet zwischen 10.000 und 15.000 Gigatonnen Kohlenstoff in Form von Methanhydrat („Giga“ entspricht 1 Milliarde). Diese Mengen sind um ein Vielfaches größer als alle derzeit bekannten Erdgasreserven.
Erdgas ist erneuerbar natürliche Ressource, da es in der Natur kontinuierlich synthetisiert wird. Es wird auch „Biogas“ genannt. Daher verbinden viele Umweltwissenschaftler heute die Aussichten auf eine wohlhabende Existenz der Menschheit mit der Nutzung von Gas als alternativem Kraftstoff.
Als Brennstoff hat Erdgas große Vorteile gegenüber festen und flüssigen Brennstoffen. Seine Verbrennungswärme ist viel höher, bei der Verbrennung hinterlässt es keine Asche und die Verbrennungsprodukte sind viel umweltfreundlicher. Daher werden etwa 90 % der Gesamtmenge des geförderten Erdgases als Brennstoff in Wärmekraftwerken und Kesselhäusern, in thermischen Prozessen, verbrannt Industrieunternehmen und im Alltag. Etwa 10 % des Erdgases werden als wertvoller Rohstoff für die chemische Industrie genutzt: zur Herstellung von Wasserstoff, Acetylen, Ruß, verschiedenen Kunststoffen und Medikamenten. Methan, Ethan, Propan und Butan werden aus Erdgas abgetrennt. Produkte, die aus Methan gewonnen werden können, sind von großer industrieller Bedeutung. Methan wird für die Synthese vieler organischer Substanzen verwendet – Synthesegas und darauf basierende weitere Synthese von Alkoholen; Lösungsmittel (Tetrachlorkohlenstoff, Methylenchlorid usw.); Formaldehyd; Acetylen und Ruß.
Erdgas bildet eigenständige Lagerstätten. Die Hauptvorkommen natürlicher brennbarer Gase befinden sich im Norden und Westsibirien, Wolga-Ural-Becken, im Nordkaukasus (Stawropol), in der Republik Komi, Region Astrachan, Barencevo-Meer.
