Природные источники углеводородов

1. Природные источники углеводородов.

2. Вступление.

Нынешний мир трудно представить без
углерода. Ведь это не только топливо для
автомобилей, самолетов, мотоциклов и т.п.
Если оглянутся вокруг, мы увидим огромное
количество полимерных материалов, которые
тоже сделаны из нефти и других источников
углерода. Даже некоторые продукты питания
сейчас делают из нефти, например
обыкновенный маргарин. В этой работе я
постараюсь охватить все процессы , связанные
с этом вопросом.
НАЧНЕМ!!!

3. Основные источники углеводородов.

1. Природный горючий газ.
2. Попутные нефтяные газы.
3. Нефть.
4. Уголь.

4. Природный горючий газ

5. Состав природного газа.

Состав непостоянен и зависит от
месторождения. Средний состав
важнейших месторождений таков:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
СН4(93 - 98%) – основной компонент
С2Н6(0,5 – 4%)
С3Н8(0,2 – 2%)
С4Н10 и выше(0,2 – 1%)
N2(1,2 – 2,0%)
CO2(0,1 – 0,3%)
H2S следовые количества.

6.

Состав и
примерное
использовани
е природного
газа показаны
на этой схеме.

7. Продукты переработки природного газа.

1.
Сажа. Служит для:
1.
2.
3.
Наполнитель в автомобильных шинах.
Основа для типографской краски
Основа копировальной бумаги, ленты пишущей машины
2.
Ацетилен
3.
Синтез газ
4.
Растворители
СН4+2Cl2=CCl4+2H2
Метиловый спирт, формальдегид.
5.

8. Попутный нефтяной газ.

Выделяется при добыче нефти. С
каждой тонной примерно 50 м3 .
Находится в виде своеобразной шапки
над нефтью. Некоторая часть их уходит
сразу при извлечении нефти, другая
отгоняется из нее на специальных
установках.

9. Пример нерационального использования попутного нефтяного газа.

Сжигание попутного нефтяного газа прямо
на месторождении.

10. Состав попутного нефтяного газа.

Грубо можно выделить три фракции:
1.
2.
3.
Сухой газ(в основном метан)
Сжиженный газ(смесь пропана и бутана)
Газовый бензин(в основном пентан)
Средний состав попутного газа нефтяных
месторождений(по объему):
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Метан(32-58%)
Этан(7-20%)
Пропан(12-18%)
Бутан(7,5-11,5%)
Пентан и выше(5-6,5%)
Азот и благородные газы(2-27,5%)
Углекислый газ(0,1-0,5%)

11. Применение продуктов переработки попутного газа.

Переработка заключается в разделении на три
фракции. Рассмотрим применение по этим
фракциям
Сухой газ
Схоже с применением природного газа
Сжиженный газ
Топливо для зажигалок
Сырье для химической промышленности
Бытовое топливо
Газовый бензин
Добавка к моторному топливу для повышения
октанового числа
Ценное сырье для химической промышленности

12. Нефть.

13.

Один из важнейших источников
углеводородов, распространенный в
природе. Значение в современной
промышленности огромно. Нефть – это
не только топливо, но и ценное сырье
для химической промышленности.

14. Физические свойства и состав.

Нефть – маслянистая жидкость от темнокоричневого до черного цвета со своеобразным
запахом с плотностью 730-1040кг/м3. По
химическому составу представляет собой сложную
смесь газообразных, жидких и небольшого
количества твердых углеводородов. Их можно
разделить на три группы
1.
2.
3.
Предельные углеводороды(почти все представители
гомологического ряда метана)
Циклические предельные углеводороды – нафтены
Ароматические углеводороды – бензол и его
гомологи.

15.

Поэтому все нефти квалифицируют на
метановые, нафтеновые и
ароматические по преобладающему
компоненту
Также содержится значительное количество
нефтяных смол – высокомолекулярных
соединений.
Кроме углеводородов в состав входят:
1. Органические кислородные и сернистые
соединения.
2. Водные растворы кальциевых и магниевых
солей.
3. Механические примеси(песок, глина)

16.

Так выглядит сырая нефть

17. Первичная обработка нефти

Очистка нефти от примесей: воды и
солей, песка и др. простой
фильтрацией. После этого нефть
готова к дальнейшей обработке.
Дальнейшие методы переработки могут
быть физическими и химическими

18. Физический метод

Заключается в прямой перегонке и разделении
на составные части – фракции. Этот процесс
основан на разнице температуры кипения
углеводородов, входящих в состав нефти. При
атмосферном давлении удается разделить на
три фракции
1. Бензиновая фракция. Это смесь углеводородов с
2. С5 до С10 . При более тщательной перегонке
выделяется еще 3 фракции
1.
2.
3.
Легкий бензин(т.кип. 40-70°С)
Тяжелый бензин(т.кип. 50-195°С)
Лигроин(т.кип. 120-135°С)

19.

2. Керосиновая фракция – смесь
углеводородов с С10 до С16. В ней также
выделяют три тонкие фракции
1. Уайт спирит(т.кип. 165-200°С)
2. Керосин(т.кип. 200-300°С)
3. Дизельное топливо(т.кип. 180-360°С)
3. Остаток – мазут. Смесь
высокомолекулярных углеводородов. При
вакуумной перегонке выделяют
смазочные масла, вазелин и парафин.
Остаток после этой перегонки называют
гудроном(нефтяным пеком). Из него
вырабатывают битум - строительный
материал

20.

Для перегонки нефти применяют ректификационную колонну
устройство которой показано ниже.

21. Значение продуктов первичной переработки.

1. Петролейный эфир – прекрасный
растворитель для жиров и смол
2. Бензин – горючее для двигателей
внутреннего сгорания
3. Керосин – топливо для реактивных
двигателей
4. Дизельная фракция – топливо для
дизельных двигателей
5. Мазут – котельное топливо

22. Недостатки метода прямой перегонки.

При прямой перегонке доля бензиновой
фракции составляет всего 20% от
перегоняемой нефти. Это очень мало для
современной бурно развивающейся
промышленности. К тому же октановое
число этой фракции от 50 до и 55 и
поэтому он непригоден для современных
двигателей. Поэтому для увеличения
выхода этих фракций применяют
химический метод обработки – крекинг.
Рассмотрим его подробно.

23. Химические методы обработки.

Крекинг бывает двух видов:
термический и каталитический
Также, как химические методы
выделяют пиролиз и риформинг
Рассмотрим каждый этот процесс в
отдельности.

24. Термический крекинг

Проводится при температуре 470-650°С
и давлении до 7МПа. Углеводороды с
большой молекулярной массой
превращаются в более ценные
продукты – предельные и
непредельные углеводороды с короткой
цепью. Строение продуктов крекинга
определяется структурой исходного
алкана и условиями проведения
крекинга.

25.

В общем виде термический крекинг
выражается следующей формулой

26.

Продукты крекинга разделяют на
ректификационной колонне. Бензин
полученный при крекинге имеет более
высокое октановое число, чем при прямой
перегонке нефти. Однако химическая
стойкость такого бензина невысока,
поскольку в его состав входят алкены,
которые со временем окисляются,
полимеризиются, осмоляются и наносят
вред агрегатам двигателя. Для того чтобы
избежать эти явления применяют
риформинг продуктов крекинга.

27. Риформинг.

Как было сказано выше, даже после
термического крекинга нельзя получить
высокосортное топливо. Для повышения
его качества применяют риформинг –
нагревание низкооктанового бензина или
лигроина до 500°С с присутствии
платинового катализатора. При этом
происходит изомеризация н-алканов и их
ароматизация. Так, после риформинга, мы
получаем смесь, вполне пригодную для
карбюраторных двигателей внутреннего
сгорания.

28. Каталитический крекинг

Так как термический крекинг происходит
при большом давлении(до 7МПа),
строительство агрегатов для его
проведения обходилось очень дорого.
Многие годы ученые химики решали эту
проблему, пока в 1876 году русские ученые
А. А. Летний и А. А. Курбатов открыл
процесс каталитического крекинга. Он
проходит при давлении всего 0,01 – 0,1
МПа и температуре 470-500°С.
Рассмотрим его подробно.

29.

Каталитическому крекингу подвергается в
основном дизельная фракция.
Катализатором является алюмосиликаты,
AlCl3, Cr2O3. При этом происходит не
только разрыв длинных углеродных
цепей, но и процессы изомеризации –
превращению нормальных цепей в
разветвленные. Таким образом получается
достаточно высооктановое топливо. Также
при этом процессе получается много
газообразных продуктов – пропан, бутан,
пропен, бутен и т. д. Их используют для
многих органический синтезов.

30. Устройство аппарата каталитического крекинга.

Крекинг процесс
проходит в кипящем
слое. Катализатор
осмоляется(покрывается
пленкой продуктов
реакции.), поэтому
нуждается в
регенерации(выжигании
этой пленки). Этот
процесс непрерывный.

31. Способы повышения октанового числа топлива.

Существует очень много способов, мы
рассмотрим лишь некоторые из них
1. Добавить к топливу что-то очень стабильное,
например соединения на основе тяжелых
металлов, с октановым число 200. Дешево и
сердито. И очень вредно
2. Добавить к топливу газовые бензины. Очень
дорого, но достаточно экологично.
3. Использовать природный газ. Нужны
средства для переоборудования двигателя, но
в то же время это самое экологически чистое
топливо.

32. Каменный уголь, коксохимическое производство.

33.

Горючей частью угля является его
органическая масса, образовавшаяся в
результате разложения древесных и
растительных остатков в течение
миллионов лет без доступа кислорода,
при повышенном давлении и
температуре, часто в присутствии
влаги. Протекал этот процесс через
стадии:

34. Примерная структурная формула каменного угля.

35. Методы переработки каменного угля.

Существует три метода
1. Коксование
2. Деструктивное гидрирование
3. Неполное сгорание(газификация
топлива)
Последние два – перспективные
методы получение синтетического
бензина.
Рассмотрим подробно каждый из них.

36. Коксование.

Производится в основном с целью получения
кокса для металлургических заводов. Коксование
осуществляется в специальных коксовых печах.
При этом получают
1. Собственно кокс
2. Коксовый газ
3. Каменноугольную смолу.
Из 1 т. угля получают 650-700кг кокса, 340-350м3
коксового газа, 30-40кг каменноугольной смолы,
10-12кг бензола и 25-34кг аммиака.
Кокс – это почти 100% углерод, а два последних
компонента имеют сложный состав, который мы
рассмотрим ниже.

37. Коксовый газ: состав, применение.

Состав(%, по объему): водород(58-62),
метан(24,5-26,5), оксид углерода(II),
углекислый газ(1,6-3), азот, кислород,
аммиак, бензол, вода. При конденсации
выделяется аммиачная вода. Бензол
поглощают растворителем и отгоняют из
раствора. Оставшийся аммиак выделяют в
виде сульфата аммония и используют
как удобрение. Оставшийся газ
используют как топливо или для
химических синтезов.

38. Каменноугольная смола.

Образуется в незначительных
количествах(3% по массе). Является
очень ценным сырьем для химической
промышленности, так как содержит
более 500 различных органических
соединений. Для дальнейшей
переработки разделяют простой
перегонкой на четыре фракции

39.

1. Легкое масло(до 170°С) – содержит
фенол, толуол, ксиол и другие арены
2. Среднее масло(170-230°С) – фенол,
нафталин, пиридиновые основания.
3. Тяжелое масло(230-270°С) – крезол,
ксиленол, нафталин, хинолин
4. Антраценовое масло(270-340°С) – в
основном антрацен, фенатрен.
Оставшаяся твердая масса – пек идет на
производство лака и кровельного
материала.

40. Неполное сгорание(газификация топлива).

Процесс связан с превращением
низших сортов угля в смесь
газов(генераторный газ), из которого
потом выделяют синтез газ(СО+Н2).
Этот процесс происходит в
газогенераторах. Синтез газ обладает
высокой калорийностью и служит
сырьем для многих органических
синтезов.

41. Схема газогенератора.

42. Процессы, протекающие в газогенераторе.

43. Применение синтез газа.

1. Синтез углеводородов
2. Синтез спиртов
3. Синтез альдегидов
4. Синтез карбоновых кислот
5. Топливо.