Природні джерела вуглеводнів та їхня переробка

Кремінська Загальноосвітня школа № 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ 

 

 

 

 

 

Кремінна 
2013

Зміст

1. Вступ.
2. Природні джерела вуглеводнів та їхня переробка.
3. Природні і супутні нафтові гази, їх склад, використання.
4. Використана література.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Вступ.

 

Перші теорії, в яких розглядалися принципи, що визначаютьзалягання родовищ нафти, зазвичай обмежувалися головним чиномпитанням про місця її скупчення. Однак за останні 20 років стало ясно, щодля відповіді на це питання необхідно розібратися в тому, чому, коли і вяких кількостях відбулося утворення нафти в тому чи іншому басейні, атакож зрозуміти і встановити, в результаті яких процесів вона зароджувалася,мігрувала і накопичувалася. Ці відомості абсолютно необхідні дляпідвищення результативності розвідки нафти.

Освіта вуглеводневих копалин, згідно з сучаснимипоглядам, відбувалося в результаті протікання складної послідовностігеохімічних процесів (див. рис. 1) всередині вихідних газонефтеродних гірськихпорід. У цих процесах складові частини різних біологічних систем  
(речовин природного походження) перетворювалися на вуглеводні і в меншомуступеня в полярні сполуки з різною термодинамічної стійкістю --в результаті осадження речовин природного походження і подальшого їхперекривання осадовими породами, під впливом підвищеної температури іпідвищеного тиску в поверхневих шарах земної кори. Первинна міграціярідких і газоподібних продуктів з початкового газонефтеродного шару іподальша їх вторинна міграція (через несучі горизонти, зсуви і т. п.)в пористі нефтенасищенние гірські породи призводить до утворення покладіввуглеводневих матеріалів, подальша міграція яких запобігаєзамиканням покладів між непористий шарами гірських порід.

У екстрактах органічної речовини з осадових гірських порідбіогенного походження виявляються з'єднання з такою ж хімічноїструктурою, яку мають сполуки, що витягають із нафти. Для геохіміїмають особливо важливе значення деякі з таких сполук, яківважаються «біологічними мітками» ( «хімічними копалинами»). Подібнівуглеводні мають багато спільного з сполуками, що зустрічаються вбіологічних системах (наприклад, з ліпідами, пігментами і метаболітами),з яких відбулося утворення нафти. Ці з'єднання не тількидемонструють биогенное походження природних вуглеводнів, а йдозволяють отримувати дуже важливу інформацію про газонефтеносних гірськихпородах, а також про характер дозрівання і походження, міграції ібіоразложенія, що призвели до утворення конкретних родовищ газу інафти.

 

 

 

2.Природні джерела вуглеводнів та їхня переробка.

Природний газ

Основним компонентом природного газу є метан. Середній вміст метану за об’ємом становить 80–97%. Крім метану у природному газі є його гомологи (2-3%) – етан, пропан, бутан та невелика кількість домішок – сірководню, азоту, оксиду карбону (IV) і водяної пари.

Природний газ – цінне паливо. Він є важливою сировиною для хімічної промисловості. З нього добувають сажу, водень, ацетилен, синтез – газ тощо.

Супутній нафтовий газ

Супутній нафтовий газ за своїм походженням також є природним газом. Такий газ відрізняється від природного за складом: у нього міститься менше метану (30–50% за об’ємом), але більше етану, пропану, бутану, пентану (7–20% за об’ємом), ніж і природному газі. Його вловлюють і використовують як паливо і як дешеву сировину. Під час хімічної переробки попутного газу виділяють індивідуальні вуглеводні: етан, пропан, бутан тощо. З них добувають ненасичені вуглеводні, з яких далі синтезують пластмаси,каучуку.

Склад нафти

За хімічним складом нафта – це природна суміш великої кількості органічних речовин, близько 90% яких становлять різні вуглеводні: насичені, циклопарафіни, ароматичні тощо. Співвідношення цих вуглеводнів у нафтах різних родовищ коливається. Крім вуглеводнів нафта містить також оксигено-, сульфуро- та нітрогеновмістні органічні сполуки.

Нафтопродукти та їх властивості

Розрізняють дві групи нафтопродуктів: світлі та темні. До світлих нафтопродуктів належать: бензин, що містить вуглеводні складу С₅ – С₁₁ з температурою кипіння від 40 до 200 ⁰С, лігроїн, що містить вуглеводні складу С₈ – С₁₄  з температурою кипіння від 150 до 250  ⁰С, гас, який складається з вуглеводнів складу С₁₂  – С₁₈ з температурою кипіння від 180-300  ⁰С, газойль С₁₅  – С₂₀  з температурою кипіння понад 300  ⁰С.

До темних нафтопродуктів належать: мазут, з якого виробляють мастила (веретенне, машинне, тощо ), вазелін, парафін, гудрон.

Переробка нафти

Первинна переробка нафти полягає в її перегонці, тобто розділенні на фракції: світлі та темні нафтопродукти. Вторинна переробка нафти включає методи переробки на бензин важких нафтових фракцій (гас, солярові масла, мазут).У промисловості застосовують термічний і каталітичний крекінг.

Термічний крекінг проводять під час нагрівання мазуту до температури 450–550  ⁰С з тиском 2,2–7,7 МПа. У процесі термічного крекінгу молекули вуглеводнів з молекулярною масою (великою кількістю атомів Карбону) розщеплюються на молекули насичених і ненасичених вуглеводнів з меншою молекулярною масою. 

Процес розщеплення вуглеводнів нафти на речовини з меншою молекулярною масою і з нижчою температурою кипіння називається крекінгом ( англ. сrack - розколюватися, тріскатися) Термічний крекінг відкрив у 1891р. російський інженер В.Г. Шухов.Каталітичних крекінг проводять за наявності каталізаторів (переважно алюмосилікатів) при 450  ⁰С й атмосферному тиску. Таким способом добувають авіаційний бензин.

Однією з найважніших характеристик усякого бензину є його детонаційна стійкість. Вибухове згорання бензину має назву детонації.

Найменш стійки до детонації — парафін нормальної будови. Вуглеводні розгалужені, ненасичені, ароматичні стійкі.

Для кількісної характеристики детонаційної стійкості бензинів вироблено октанову шкалу. Кожний вуглеводень і кожний сорт бензину характеризується певним октановим числом. Бензин має октанове число 80, то це означає, що він допускає таке саме стискання в циліндрі без детонації, як суміш з 80% ізооктану і 20% пентану.

Під час каталітичного крекінгу одночасно з реакціями розщеплення вуглеводнів відбувається також реакції ізомеризації, внаслідок перебігу яких утворюється вуглеводнів з розгалуженим карбоновим ланцюгом. Наявність останніх поліпшує якість бензину.

Важливим каталітичним процесом є ароматизація вуглеводнів, які входять до складу нафти, тобто перетворення насичених вуглеводнів і циклопарафінів на ароматичні вуглеводні, зокрема бензол, толуол тощо.

Під час перебігу крекінг – процесів утворюється велика кількість газоподібних органічних сполук (гази крекінгу), які містять здебільшого газоподібні насичені і ненасичені вуглеводні, зокрема метан, етан, етилен тощо. Ці гази використовують як сировину у хімічній промисловості. 

Коксохімічне виробництво

Основний метод переробки кам’яного вугілля – коксування (піроліз)

Піролізом називається процес розкладання органічних речовин без доступу повітря за високої температури.

Під час коксування вугілля нагрівають без доступу повітря до температури 1000-1200  ⁰С. Внаслідок його піролізу добувають чотири основних продукти: кокс, кам’яновугільну смолу, аміачну воду і коксовий газ. Нині відомо кілька способів переробки кам’яного вугілля на рідке паливо:

1) синтез, що ґрунтується на перетворення вугілля під тиском на суміш горючих речовин з використанням водяної пари, повітря, кисню;

2) гідрування – спосіб, що ґрунтується на насиченні вугілля воднем: взаємодія вугілля за високих температури і тиску з гідрогеновмістними речовинами.

Іншим напрямком використання кам’яного вугілля є переробка його на рідке і газоподібне паливо.

Заслуговує на увагу і газифікація вугілля, тобто добування з вугілля не рідкого, а газоподібного палива.У деяких країнах бензин для двигунів внутрішнього згорання замінюють на етанол, а також створюють автомобілі з двигунами, що працюють на метані або водні. Найважливішими завданнями світової енергетики: обмеження витрат органічного палива, заміна його на інші енергоносії, тобто використання енергії сонця, вітру, річок, морів, океанів, атомного ядра, біологічних решток, вивільнення значної частини палива для використання у хімічній промисловості, пошук альтернативних джерел енергії.

 

 

 

3. Природні і супутні нафтові гази.

 Природні і супутні  нафтові гази, нафта і кам’яне  вугілля – основні джерела  вуглеводнів. До недавнього часу ці горючі матеріали використовувалися головним чином як енергоносії. 
 
Нині значна частина горючих газів, продукти переробки нафти і кам’яного вугілля використовуються як цінна сировина в хімічній промисловості і насамперед в органічному синтезі для виробництва необхідних у народному господарстві речовин і матеріалів, з використанням яких ми частково ознайомилися при вивченні вуглеводнів. 
 
У природному газі містяться вуглеводні з низькою молекулярною масою. Основною складовою частиною його є метан: у середньому його міститься за об’ємом 80-98%. Крім метану, у природному газі є 2-3% його гомологів – етану, пропану, бутану і невелика кількість домішок – сірководню, азоту, благородних газів, оксиду вуглецю (IV) і водяної пари. 
 
Природний газ – цінне паливо, за своєю теплотворною здатністю він перевищує всі відомі види палива (при спалюванні 1 м3 газу виділяється 54400 кДж теплоти). Важливою особливістю газоподібного палива порівняно з рідким є менше забруднення навколишнього середовища продуктами горіння. Тому природний газ – один з кращих видів палива для промислових і побутових потреб. Його використовують у заводських котельних установках, промислових печах (доменних, скловарних тощо), побуті. 
 
Природний газ є також цінною хімічною сировиною: з нього добувають сажу, водень, ацетилен, хлорпохідні, синтез-газ. 
 
До природного газу належать і супутні гази, які розчинені у нафті, містяться над нею і виділяються під час її добування. На поверхню нафта поступає під тиском цих газів і фонтанує. Супутній нафтовий газ відрізняється за складом від природного: у ньому містить менше метану (30-59% за об’ємом), але більше етану, пропану, бутану, пентану (7-20% за об’ємом) і вищих вуглеводнів, ніж у природному газі. 
 
Раніше супутній газ не знаходив застосування і під час добування нафти його спалювали факельним способом. 
 
При переробці супутнього нафтового газу спочатку відокремлюють рідкі легко киплячі вуглеводні – пентан, гексан та ін. Вони разом утворюють так званий газовий бензин (газолін), який використовується як добавка до звичайних бензинів для кращого їх займання під час запуску двигунів. 
 
Потім відокремлюється пропан-бутанова суміш, якою заповнюють балони під тиском. Зріджений газ використовується як газоподібне паливо, що залишається після відокремлення газового бензину і бутан-пропанової суміші, складається переважно з метану і використовується як паливо. 
 
Для хімічної переробки з супутнього газу відокремлюють індивідуальні вуглеводні: етап, пропан, н-бутан тощо. Оскільки насичені вуглеводні відносно хімічно інертні і мало придатні як сировина для хімічного синтезу, їх перетворюють за допомогою реакцій.

 

 

 

4.Використана  література

1. http://www.br.com.ua/referats/technologii/20066.htm
2. http://subject.com.ua/dovidnik/him/56.html
3. http://zno-sumy.at.ua/index/prirodni_dzherela_vuglevodniv_ta_jikhnja_pererobka/0-31