As principais fontes de hidrocarbonetos. Combustíveis fósseis - petróleo, carvão, xisto betuminoso, gás natural. Gás e ecologia

Durante a aula, você poderá estudar o tópico “Fontes naturais de hidrocarbonetos. Refinaria de oléo". Mais de 90% de toda a energia consumida atualmente pela humanidade é extraída de compostos orgânicos naturais fósseis. Você aprenderá sobre recursos naturais (gás natural, petróleo, carvão), o que acontece com o petróleo depois de extraído.

Tópico: Limitar hidrocarbonetos

Lição: Fontes Naturais de Hidrocarbonetos

Cerca de 90% da energia consumida pela civilização moderna é gerada pela queima de combustíveis fósseis naturais - gás natural, petróleo e carvão.

A Rússia é um país rico em combustíveis fósseis naturais. Existem grandes reservas de petróleo e gás natural na Sibéria Ocidental e nos Urais. O carvão é extraído nas bacias de Kuznetsk, South Yakutsk e outras regiões.

Gás natural consiste em média de 95% em volume de metano.

Além do metano, o gás natural de vários campos contém nitrogênio, dióxido de carbono, hélio, sulfeto de hidrogênio e outros alcanos leves - etano, propano e butanos.

O gás natural é extraído de depósitos subterrâneos, onde está sob alta pressão. Metano e outros hidrocarbonetos são formados a partir de substâncias orgânicas de origem vegetal e animal durante sua decomposição sem acesso ao ar. O metano é produzido constantemente e atualmente como resultado da atividade de microrganismos.

O metano é encontrado nos planetas do sistema solar e seus satélites.

O metano puro é inodoro. No entanto, o gás usado na vida cotidiana tem um odor desagradável característico. Este é o cheiro de aditivos especiais - mercaptanos. O cheiro de mercaptanos permite detectar um vazamento de gás doméstico a tempo. Misturas de metano com ar são explosivas em uma ampla gama de proporções - de 5 a 15% de gás em volume. Portanto, se você sentir cheiro de gás na sala, poderá não apenas acender o fogo, mas também usar interruptores elétricos. A menor faísca pode causar uma explosão.

Arroz. 1. Petróleo de diferentes campos

Óleo- um líquido espesso como óleo. Sua cor é do amarelo claro ao marrom e preto.

Arroz. 2. Campos de petróleo

O petróleo de diferentes campos varia muito em composição. Arroz. 1. A parte principal do petróleo são hidrocarbonetos contendo 5 ou mais átomos de carbono. Basicamente, esses hidrocarbonetos são saturados, ou seja, alcanos. Arroz. 2.

A composição do óleo também inclui compostos orgânicos contendo enxofre, oxigênio, nitrogênio.O óleo contém água e impurezas inorgânicas.

Os gases são dissolvidos no petróleo, que são liberados durante sua extração - gases de petróleo associados. Estes são metano, etano, propano, butanos com impurezas de nitrogênio, dióxido de carbono e sulfeto de hidrogênio.

Carvão, como o petróleo, é uma mistura complexa. A participação de carbono nele representa 80-90%. O resto é hidrogênio, oxigênio, enxofre, nitrogênio e alguns outros elementos. Em carvão marrom a proporção de carbono e matéria orgânica é menor do que na pedra. Ainda menos orgânico xisto betuminoso.

Na indústria, o carvão é aquecido a 900-1100 0 C sem ar. Esse processo é chamado coque. O resultado é um coque com alto teor de carbono, gás de coque e alcatrão de carvão, necessário para a metalurgia. Muitas substâncias orgânicas são liberadas do gás e do alcatrão. Arroz. 3.

Arroz. 3. O dispositivo do forno de coque

O gás natural e o petróleo são as fontes mais importantes de matérias-primas para a indústria química. O petróleo como é produzido, ou "petróleo bruto", é difícil de usar até mesmo como combustível. Portanto, o petróleo bruto é dividido em frações (do inglês "fraction" - "part"), usando diferenças nos pontos de ebulição de suas substâncias constituintes.

O método de separação do óleo, baseado nos diferentes pontos de ebulição de seus hidrocarbonetos constituintes, é chamado de destilação ou destilação. Arroz. quatro.

Arroz. 4. Produtos de refino de petróleo

A fração que é destilada de cerca de 50 a 180 0 C é chamada de Gasolina.

Querosene ferve a temperaturas de 180-300 0 С.

Um resíduo preto espesso que não contém substâncias voláteis é chamado óleo combustível.

Há também várias frações intermediárias que destilam em faixas mais estreitas - éteres de petróleo (40-70 0 C e 70-100 0 C), espírito branco (149-204 ° C) e gasóleo (200-500 0 C). São usados ​​como solventes. O óleo combustível pode ser destilado sob pressão reduzida, desta forma são obtidos óleos lubrificantes e parafina. Resíduo sólido da destilação de óleo combustível - asfalto. É usado para a produção de superfícies de estradas.

O processamento de gases de petróleo associados é uma indústria separada e possibilita a obtenção de vários produtos valiosos.

Resumindo a lição

Durante a aula, você estudou o tópico “Fontes naturais de hidrocarbonetos. Refinaria de oléo". Mais de 90% de toda a energia consumida atualmente pela humanidade é extraída de compostos orgânicos naturais fósseis. Você aprendeu sobre recursos naturais (gás natural, petróleo, carvão), sobre o que acontece com o petróleo depois de extraído.

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Trabalho de casa

1. Nos. 3, 6 (p. 74) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Química: Química Orgânica. 10ª série: livro didático para instituições de ensino: nível básico / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14ª edição. - M.: Educação, 2012.

2. Qual a diferença entre gás de petróleo associado e gás natural?

3. Como é feito o refino de petróleo?

1. Fontes naturais de hidrocarbonetos: gás, petróleo, carvão. Seu processamento e aplicação prática.

As principais fontes naturais de hidrocarbonetos são o petróleo, os gases naturais e associados ao petróleo e o carvão.

Gases de petróleo naturais e associados.

O gás natural é uma mistura de gases, cujo principal componente é o metano, o restante é etano, propano, butano e uma pequena quantidade de impurezas - nitrogênio, monóxido de carbono (IV), sulfeto de hidrogênio e vapor de água. 90% dele é consumido como combustível, os 10% restantes são utilizados como matéria-prima para a indústria química: produção de hidrogênio, etileno, acetileno, fuligem, plásticos diversos, medicamentos, etc.

O gás de petróleo associado também é gás natural, mas ocorre junto com o petróleo - está localizado acima do petróleo ou dissolvido nele sob pressão. O gás associado contém 30-50% de metano, o restante são seus homólogos: etano, propano, butano e outros hidrocarbonetos. Além disso, contém as mesmas impurezas do gás natural.

Três frações de gás associado:

1. Gasolina; é adicionado à gasolina para melhorar a partida do motor;

2. Mistura propano-butano; usado como combustível doméstico;

3. Gás seco; utilizado para produzir acileno, hidrogênio, etileno e outras substâncias, das quais, por sua vez, são produzidos borrachas, plásticos, álcoois, ácidos orgânicos, etc.

Óleo.

O óleo é um líquido oleoso de cor amarela ou marrom claro a preto com um odor característico. É mais leve que a água e praticamente insolúvel nela. O petróleo é uma mistura de cerca de 150 hidrocarbonetos misturados com outras substâncias, por isso não possui um ponto de ebulição específico.

90% do óleo produzido é utilizado como matéria-prima para a produção de diversos combustíveis e lubrificantes. Ao mesmo tempo, o petróleo é uma matéria-prima valiosa para a indústria química.

Petróleo extraído das entranhas da terra, chamo bruto. O petróleo bruto não é usado, é processado. O petróleo bruto é purificado de gases, água e impurezas mecânicas e, em seguida, submetido à destilação fracionada.

A destilação é o processo de separação de misturas em componentes individuais, ou frações, com base nas diferenças em seus pontos de ebulição.

Durante a destilação do petróleo, várias frações de produtos petrolíferos são isoladas:

1. A fração gasosa (tboil = 40°C) contém alcanos normais e ramificados CH4 - C4H10;

2. A fração de gasolina (tboil = 40 - 200°C) contém hidrocarbonetos C 5 H 12 - C 11 H 24; durante a redestilação, os derivados leves de petróleo são liberados da mistura, fervendo em faixas de temperatura mais baixas: éter de petróleo, gasolina de aviação e de motor;

3. A fração nafta (gasolina pesada, ponto de ebulição = 150 - 250°C), contém hidrocarbonetos da composição C 8 H 18 - C 14 H 30, utilizados como combustível para tratores, locomotivas diesel, caminhões;

4. A fração de querosene (tboil = 180 - 300°C) inclui hidrocarbonetos da composição C12H26-C18H38; é usado como combustível para aviões a jato, foguetes;

5. O gasóleo (tboil = 270 - 350°C) é utilizado como gasóleo e craqueado em grande escala.

Após a destilação das frações, resta um líquido viscoso escuro - óleo combustível. Óleos solares, vaselina, parafina são isolados do óleo combustível. O resíduo da destilação do óleo combustível é o alcatrão, utilizado na produção de materiais para construção de estradas.

A reciclagem de óleo é baseada em processos químicos:

1. Cracking - a divisão de grandes moléculas de hidrocarbonetos em menores. Distinguir entre craqueamento térmico e catalítico, que é mais comum atualmente.

2. A reforma (aromatização) é a conversão de alcanos e cicloalcanos em compostos aromáticos. Este processo é realizado aquecendo a gasolina a pressão elevada na presença de um catalisador. A reforma é usada para obter hidrocarbonetos aromáticos a partir de frações de gasolina.

3. A pirólise de produtos petrolíferos é realizada aquecendo produtos petrolíferos a uma temperatura de 650 - 800°C, os principais produtos da reação são hidrocarbonetos gasosos insaturados e aromáticos.

O petróleo é uma matéria-prima para a produção não apenas de combustível, mas também de muitas substâncias orgânicas.

Carvão.

O carvão também é uma fonte de energia e uma valiosa matéria-prima química. A composição do carvão é principalmente matéria orgânica, assim como água, minerais, que formam cinzas quando queimados.

Um dos tipos de processamento de carvão duro é o coque - este é o processo de aquecimento do carvão a uma temperatura de 1000 ° C sem acesso ao ar. A coqueificação do carvão é realizada em fornos de coque. O coque consiste em carbono quase puro. É utilizado como agente redutor na produção de alto-forno de ferro-gusa em usinas metalúrgicas.

Substâncias voláteis durante a condensação alcatrão de carvão (contém muitas substâncias orgânicas diferentes, a maioria das quais são aromáticas), água de amônia (contém amônia, sais de amônio) e gás de coqueria (contém amônia, benzeno, hidrogênio, metano, monóxido de carbono (II), etileno , nitrogênio e outras substâncias).

Compostos contendo apenas átomos de carbono e hidrogênio.

Os hidrocarbonetos são divididos em cíclicos (compostos carbocíclicos) e acíclicos.

Compostos cíclicos (carbocíclicos) são chamados de compostos que incluem um ou mais ciclos consistindo apenas de átomos de carbono (em oposição a compostos heterocíclicos contendo heteroátomos - nitrogênio, enxofre, oxigênio, etc.). Os compostos carbocíclicos, por sua vez, são divididos em compostos aromáticos e não aromáticos (aliciclicos).

Os hidrocarbonetos acíclicos incluem compostos orgânicos cujo esqueleto de carbono das moléculas é de cadeias abertas.

Essas cadeias podem ser formadas por ligações simples (al-canos), conter uma ligação dupla (alcenos), duas ou mais ligações duplas (dienos ou polienos), uma ligação tripla (alcinos).

Como você sabe, as cadeias de carbono fazem parte da maioria das substâncias orgânicas. Assim, o estudo dos hidrocarbonetos é de particular importância, uma vez que estes compostos são a base estrutural de outras classes de compostos orgânicos.

Além disso, os hidrocarbonetos, especialmente os alcanos, são as principais fontes naturais de compostos orgânicos e a base das mais importantes sínteses industriais e laboratoriais (Esquema 1).

Você já sabe que os hidrocarbonetos são a matéria-prima mais importante para a indústria química. Por sua vez, os hidrocarbonetos são bastante difundidos na natureza e podem ser isolados de várias fontes naturais: petróleo, petróleo associado e gás natural, carvão. Vamos considerá-los com mais detalhes.

Óleo- uma mistura natural complexa de hidrocarbonetos, principalmente alcanos lineares e ramificados, contendo de 5 a 50 átomos de carbono em moléculas, com outras substâncias orgânicas. Sua composição depende significativamente do local de sua produção (depósito), pode, além de alcanos, conter cicloalcanos e hidrocarbonetos aromáticos.

Os componentes gasosos e sólidos do óleo são dissolvidos em seus componentes líquidos, o que determina seu estado de agregação. O óleo é um líquido oleoso de cor escura (do marrom ao preto) com odor característico, insolúvel em água. Sua densidade é menor que a da água, portanto, entrando nela, o óleo se espalha pela superfície, impedindo a dissolução do oxigênio e outros gases do ar na água. Obviamente, ao entrar em corpos hídricos naturais, o petróleo causa a morte de microrganismos e animais, levando a desastres ambientais e até catástrofes. Existem bactérias que podem utilizar os componentes do óleo como alimento, convertendo-o em produtos inofensivos de sua atividade vital. Fica claro que o uso de culturas dessas bactérias é a forma mais segura e promissora ambientalmente para combater a poluição por óleo no processo de sua produção, transporte e processamento.

Na natureza, o petróleo e o gás de petróleo associado, que serão discutidos a seguir, preenchem as cavidades do interior da Terra. Sendo uma mistura de várias substâncias, o óleo não tem um ponto de ebulição constante. É claro que cada um de seus componentes mantém suas propriedades físicas individuais na mistura, o que possibilita a separação do óleo em seus componentes. Para fazer isso, ele é purificado de impurezas mecânicas, compostos contendo enxofre e submetido à chamada destilação fracionada ou retificação.

A destilação fracionada é um método físico para separar uma mistura de componentes com diferentes pontos de ebulição.

A destilação é realizada em instalações especiais - colunas de destilação, nas quais são repetidos os ciclos de condensação e evaporação de substâncias líquidas contidas no óleo (Fig. 9).

Os vapores formados durante a ebulição de uma mistura de substâncias são enriquecidos com um componente de ebulição mais leve (isto é, com uma temperatura mais baixa). Esses vapores são coletados, condensados ​​(resfriados abaixo do ponto de ebulição) e levados de volta à ebulição. Nesse caso, formam-se vapores ainda mais enriquecidos com uma substância de baixo ponto de ebulição. Pela repetição repetida desses ciclos, é possível obter uma separação quase completa das substâncias contidas na mistura.

A coluna de destilação recebe óleo aquecido em um forno tubular a uma temperatura de 320-350°C. A coluna de destilação possui divisórias horizontais com orifícios - as chamadas placas, nas quais as frações de óleo se condensam. As frações de ponto de ebulição leve se acumulam nas mais altas, as frações de alto ponto de ebulição nas mais baixas.

No processo de retificação, o óleo é dividido nas seguintes frações:

Gases de retificação - uma mistura de hidrocarbonetos de baixo peso molecular, principalmente propano e butano, com ponto de ebulição de até 40 ° C;

Fração de gasolina (gasolina) - hidrocarbonetos de composição de C 5 H 12 a C 11 H 24 (ponto de ebulição 40-200 ° C); com uma separação mais fina desta fração, obtém-se gasolina (éter de petróleo, 40-70 ° C) e gasolina (70-120 ° C);

Fração de nafta - hidrocarbonetos de composição de C8H18 a C14H30 (ponto de ebulição 150-250 ° C);

Fração de querosene - hidrocarbonetos de composição de C12H26 a C18H38 (ponto de ebulição 180-300 ° C);

Combustível diesel - hidrocarbonetos de composição de C13H28 a C19H36 (ponto de ebulição 200-350 ° C).

Resíduo da destilação do óleo - óleo combustível- contém hidrocarbonetos com número de átomos de carbono de 18 a 50. A destilação sob pressão reduzida do óleo combustível produz óleo solar (C18H28-C25H52), óleos lubrificantes (C28H58-C38H78), vaselina e parafina - misturas fusíveis de hidrocarbonetos sólidos. Os resíduos sólidos da destilação de óleo combustível - alcatrão e seus produtos de processamento - betume e asfalto são utilizados para a fabricação de pavimentos rodoviários.

Os produtos obtidos como resultado da retificação de óleo são submetidos a processamento químico, que inclui uma série de processos complexos. Um deles é o craqueamento de derivados de petróleo. Você já sabe que o óleo combustível é separado em componentes sob pressão reduzida. Isso se deve ao fato de que, à pressão atmosférica, seus componentes começam a se decompor antes de atingir o ponto de ebulição. Isso é o que está por trás do cracking.

Rachaduras - decomposição térmica de produtos petrolíferos, levando à formação de hidrocarbonetos com menor número de átomos de carbono na molécula.

Existem vários tipos de craqueamento: craqueamento térmico, craqueamento catalítico, craqueamento de alta pressão, craqueamento de redução.

O craqueamento térmico consiste na divisão de moléculas de hidrocarbonetos com uma longa cadeia de carbono em mais curtas sob a influência de alta temperatura (470-550 ° C). No processo dessa divisão, juntamente com os alcanos, os alcenos são formados.

Em geral, esta reação pode ser escrita da seguinte forma:

C n H 2n+2 -> C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k
alcano alcano alqueno
corrente longa

Os hidrocarbonetos resultantes podem novamente sofrer craqueamento para formar alcanos e alcenos com uma cadeia ainda mais curta de átomos de carbono na molécula:

Durante o craqueamento térmico convencional, muitos hidrocarbonetos gasosos de baixo peso molecular são formados, que podem ser usados ​​como matéria-prima para a produção de álcoois, ácidos carboxílicos e compostos de alto peso molecular (por exemplo, polietileno).

craqueamento catalítico ocorre na presença de catalisadores, que são usados ​​como aluminossilicatos naturais da composição

A implementação do craqueamento usando catalisadores leva à formação de hidrocarbonetos com uma cadeia ramificada ou fechada de átomos de carbono na molécula. O teor de hidrocarbonetos de tal estrutura no combustível para motores melhora significativamente sua qualidade, principalmente a resistência à detonação - o número de octanas da gasolina.

O craqueamento de produtos petrolíferos ocorre em altas temperaturas, de modo que os depósitos de carbono (fuligem) são frequentemente formados, contaminando a superfície do catalisador, o que reduz drasticamente sua atividade.

A limpeza da superfície do catalisador dos depósitos de carbono - sua regeneração - é a principal condição para a implementação prática do craqueamento catalítico. A maneira mais simples e barata de regenerar um catalisador é a sua torrefação, durante a qual os depósitos de carbono são oxidados pelo oxigênio atmosférico. Os produtos gasosos da oxidação (principalmente dióxido de carbono e dióxido de enxofre) são removidos da superfície do catalisador.

O craqueamento catalítico é um processo heterogêneo envolvendo substâncias sólidas (catalisador) e gasosas (vapor de hidrocarboneto). É óbvio que a regeneração do catalisador - a interação dos depósitos sólidos com o oxigênio atmosférico - também é um processo heterogêneo.

reações heterogêneas(gás - sólido) flui mais rápido à medida que a área da superfície do sólido aumenta. Portanto, o catalisador é esmagado e sua regeneração e craqueamento de hidrocarbonetos são realizados em um "leito fluidizado", familiar para você da produção de ácido sulfúrico.

A matéria-prima de craqueamento, como o gasóleo, entra no reator cônico. A parte inferior do reator tem um diâmetro menor, então a vazão de vapor de alimentação é muito alta. O gás que se move em alta velocidade captura as partículas do catalisador e as transporta para a parte superior do reator, onde, devido ao aumento de seu diâmetro, a vazão diminui. Sob a ação da gravidade, as partículas de catalisador caem na parte inferior e mais estreita do reator, de onde são novamente transportadas para cima. Assim, cada grão do catalisador está em constante movimento e é lavado de todos os lados por um reagente gasoso.

Alguns grãos de catalisador entram na parte externa e mais larga do reator e, sem encontrar resistência ao fluxo de gás, afundam na parte inferior, onde são apanhados pelo fluxo de gás e levados para o regenerador. Também lá, no modo "leito fluidizado", o catalisador é queimado e devolvido ao reator.

Assim, o catalisador circula entre o reator e o regenerador, e os produtos gasosos do craqueamento e da torrefação são removidos deles.

O uso de catalisadores de craqueamento permite aumentar ligeiramente a taxa de reação, reduzir sua temperatura e melhorar a qualidade dos produtos craqueados.

Os hidrocarbonetos obtidos da fração gasolina têm principalmente uma estrutura linear, o que leva a uma baixa resistência à detonação da gasolina obtida.

Consideraremos o conceito de “resistência à detonação” mais adiante, por enquanto apenas notamos que os hidrocarbonetos com moléculas ramificadas têm uma resistência à detonação muito maior. É possível aumentar a proporção de hidrocarbonetos ramificados isoméricos na mistura formada durante o craqueamento adicionando catalisadores de isomerização ao sistema.

Os campos de petróleo contêm, em regra, grandes acumulações do chamado gás de petróleo associado, que se acumula acima do petróleo na crosta terrestre e se dissolve parcialmente nele sob a pressão das rochas sobrejacentes. Assim como o petróleo, o gás de petróleo associado é uma valiosa fonte natural de hidrocarbonetos. Ele contém principalmente alcanos, que possuem de 1 a 6 átomos de carbono em suas moléculas. Obviamente, a composição do gás de petróleo associado é muito mais pobre que a do petróleo. No entanto, apesar disso, também é amplamente utilizado tanto como combustível quanto como matéria-prima para a indústria química. Até algumas décadas atrás, na maioria dos campos de petróleo, o gás de petróleo associado era queimado como uma adição inútil ao petróleo. Atualmente, por exemplo, em Surgut, a despensa petrolífera mais rica da Rússia, a eletricidade mais barata do mundo é gerada usando gás de petróleo associado como combustível.

Como já observado, o gás de petróleo associado é mais rico em composição em vários hidrocarbonetos do que o gás natural. Dividindo-os em frações, obtém-se:

Gasolina natural - uma mistura altamente volátil composta principalmente de lentane e hexano;

Mistura propano-butano, constituída, como o nome indica, de propano e butano e facilmente se transforma em estado líquido quando a pressão aumenta;

Gás seco - uma mistura contendo principalmente metano e etano.

A gasolina natural, sendo uma mistura de componentes voláteis com baixo peso molecular, evapora bem mesmo em baixas temperaturas. Isso possibilita o uso de gasolina a gás como combustível para motores de combustão interna no Extremo Norte e como aditivo ao combustível para motores, o que facilita a partida dos motores em condições de inverno.

Uma mistura de propano-butano na forma de gás liquefeito é usada como combustível doméstico (cilindros de gás familiares para você no país) e para encher isqueiros. A transição gradual do transporte rodoviário para o gás liquefeito é uma das principais formas de superar a crise mundial dos combustíveis e resolver os problemas ambientais.

O gás seco, de composição próxima ao gás natural, também é amplamente utilizado como combustível.

No entanto, o uso do gás de petróleo associado e seus componentes como combustível está longe de ser a forma mais promissora de utilizá-lo.

É muito mais eficiente usar componentes de gás de petróleo associados como matéria-prima para a produção química. Hidrogênio, acetileno, hidrocarbonetos insaturados e aromáticos e seus derivados são obtidos a partir de alcanos, que fazem parte do gás de petróleo associado.

Os hidrocarbonetos gasosos podem não apenas acompanhar o petróleo na crosta terrestre, mas também formar acumulações independentes - depósitos de gás natural.

Gás natural - uma mistura de hidrocarbonetos gasosos saturados com um pequeno peso molecular. O principal componente do gás natural é o metano, cuja participação, dependendo do campo, varia de 75 a 99% em volume. Além do metano, o gás natural contém etano, propano, butano e isobutano, bem como nitrogênio e dióxido de carbono.

Assim como o gás de petróleo associado, o gás natural é utilizado tanto como combustível quanto como matéria-prima para a produção de várias substâncias orgânicas e inorgânicas. Você já sabe que hidrogênio, acetileno e álcool metílico, formaldeído e ácido fórmico e muitas outras substâncias orgânicas são obtidas a partir do metano, principal componente do gás natural. Como combustível, o gás natural é utilizado em usinas de energia, em sistemas de caldeiras para aquecimento de água de edifícios residenciais e industriais, na produção de altos-fornos e fornos abertos. Riscando um fósforo e acendendo o gás no fogão a gás de cozinha de uma casa da cidade, você "inicia" uma reação em cadeia de oxidação de alcanos que fazem parte do gás natural. Além do petróleo, gases naturais e derivados do petróleo, o carvão é uma fonte natural de hidrocarbonetos. 0n forma poderosas camadas nas entranhas da terra, suas reservas exploradas excedem significativamente as reservas de petróleo. Como o petróleo, o carvão contém uma grande quantidade de várias substâncias orgânicas. Além de orgânicos, também inclui substâncias inorgânicas, como água, amônia, sulfeto de hidrogênio e, claro, o próprio carbono - carvão. Uma das principais formas de processamento do carvão é a coqueificação - calcinação sem acesso ao ar. Como resultado do coqueamento, que é realizado a uma temperatura de cerca de 1000 ° C, são formados:

Gás de coqueria, que inclui hidrogênio, metano, monóxido de carbono e dióxido de carbono, impurezas de amônia, nitrogênio e outros gases;
alcatrão de carvão contendo várias centenas de substâncias orgânicas diferentes, incluindo benzeno e seus homólogos, fenol e álcoois aromáticos, naftaleno e vários compostos heterocíclicos;
supra-alcatrão, ou água de amônia, contendo, como o nome indica, amônia dissolvida, bem como fenol, sulfeto de hidrogênio e outras substâncias;
coque - resíduo sólido de coqueificação, carbono quase puro.

coque usado na produção de ferro e aço, amônia - na produção de nitrogênio e fertilizantes combinados, e a importância dos produtos orgânicos de coque dificilmente pode ser superestimada.

Assim, o petróleo e os gases naturais associados, o carvão não são apenas as fontes mais valiosas de hidrocarbonetos, mas também fazem parte da despensa única de recursos naturais insubstituíveis, cujo uso cuidadoso e razoável é condição necessária para o desenvolvimento progressivo da sociedade humana.

1. Liste as principais fontes naturais de hidrocarbonetos. Que substâncias orgânicas estão incluídas em cada um deles? O que eles têm em comum?

2. Descreva as propriedades físicas do óleo. Por que não tem um ponto de ebulição constante?

3. Após resumir as reportagens da mídia, descreva os desastres ambientais causados ​​pelo derramamento de óleo e como superar suas consequências.

4. O que é retificação? Em que se baseia este processo? Nomeie as frações obtidas como resultado da retificação do óleo. Como eles diferem um do outro?

5. O que é rachadura? Dê as equações de três reações correspondentes ao craqueamento de produtos petrolíferos.

6. Que tipos de rachaduras você conhece? O que esses processos têm em comum? Como eles diferem um do outro? Qual é a diferença fundamental entre os diferentes tipos de produtos craqueados?

7. Por que o gás de petróleo associado é assim chamado? Quais são seus principais componentes e seus usos?

8. Como o gás natural difere do gás de petróleo associado? O que eles têm em comum? Dê as equações das reações de combustão de todos os componentes do gás de petróleo associado que você conhece.

9. Dê as equações de reação que podem ser usadas para obter benzeno a partir do gás natural. Especifique as condições para essas reações.

10. O que é coque? Quais são seus produtos e sua composição? Dê as equações das reações típicas para os produtos de coqueificação de carvão que você conhece.

11. Explique por que a queima de petróleo, carvão e gás de petróleo associado está longe de ser a forma mais racional de usá-los.

Fonte natural de hidrocarbonetos	Suas principais características
Óleo	Mistura multicomponente constituída principalmente por hidrocarbonetos. Os hidrocarbonetos são representados principalmente por alcanos, cicloalcanos e arenos.
Gás de petróleo associado	Uma mistura composta quase exclusivamente por alcanos com uma longa cadeia de carbono de 1 a 6 átomos de carbono, é formada juntamente com a extração do óleo, daí a origem do nome. Há uma tendência: quanto menor o peso molecular do alcano, maior sua porcentagem em gás de petróleo associado.
Gás natural	Uma mistura consistindo predominantemente de alcanos de baixo peso molecular. O principal componente do gás natural é o metano. Sua porcentagem, dependendo do campo de gás, pode ser de 75 a 99%. Em segundo lugar em termos de concentração por uma ampla margem está o etano, o propano é ainda menos contido, etc. A diferença fundamental entre o gás natural e o gás de petróleo associado é que a proporção de propano e butanos isoméricos no gás de petróleo associado é muito maior.
Carvão	Mistura multicomponente de vários compostos de carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e enxofre. Além disso, a composição do carvão inclui uma quantidade significativa de substâncias inorgânicas, cuja proporção é significativamente maior do que no petróleo.

Refinaria de oléo

O petróleo é uma mistura multicomponente de várias substâncias, principalmente hidrocarbonetos. Esses componentes diferem uns dos outros em pontos de ebulição. A esse respeito, se o óleo for aquecido, os componentes de ebulição mais leves evaporarão primeiro, depois os compostos com um ponto de ebulição mais alto etc. Com base nesse fenômeno refino de petróleo primário , consistindo em destilação (retificação) óleo. Esse processo é chamado de primário, pois se supõe que durante seu curso não ocorrem transformações químicas de substâncias, e o óleo é separado apenas em frações com diferentes pontos de ebulição. Abaixo está um diagrama esquemático de uma coluna de destilação com uma breve descrição do próprio processo de destilação:

Antes do processo de retificação, o óleo é preparado de maneira especial, ou seja, é removido da água impura com sais dissolvidos nela e das impurezas mecânicas sólidas. O óleo assim preparado entra no forno tubular, onde é aquecido a uma temperatura elevada (320-350 o C). Após ser aquecido em um forno tubular, o óleo em alta temperatura entra na parte inferior da coluna de destilação, onde frações individuais evaporam e seus vapores sobem pela coluna de destilação. Quanto mais alta for a seção da coluna de destilação, menor será sua temperatura. Assim, as seguintes frações são tomadas em diferentes alturas:

1) gases de destilação (retirados do topo da coluna e, portanto, seu ponto de ebulição não excede 40 ° C);

2) fração gasolina (ponto de ebulição de 35 a 200 o C);

3) fração nafta (pontos de ebulição de 150 a 250 o C);

4) fração querosene (pontos de ebulição de 190 a 300 o C);

5) fração diesel (ponto de ebulição de 200 a 300 o C);

6) óleo combustível (ponto de ebulição acima de 350 o C).

Ressalta-se que as frações médias isoladas durante a retificação do óleo não atendem aos padrões de qualidade do combustível. Além disso, como resultado da destilação do óleo, forma-se uma quantidade considerável de óleo combustível – longe de ser o produto mais demandado. Nesse sentido, após o processamento primário do petróleo, a tarefa é aumentar o rendimento das frações mais caras, em particular da gasolina, bem como melhorar a qualidade dessas frações. Essas tarefas são resolvidas usando vários processos. Refinaria de oléo , como quebrando ereformando .

Cabe destacar que o número de processos utilizados no processamento secundário de petróleo é muito maior, e abordamos apenas alguns dos principais. Vamos agora entender qual é o significado desses processos.

Craqueamento (térmico ou catalítico)

Este processo é projetado para aumentar o rendimento da fração de gasolina. Para isso, frações pesadas, como o óleo combustível, são submetidas a forte aquecimento, na maioria das vezes na presença de um catalisador. Como resultado dessa ação, moléculas de cadeia longa que fazem parte das frações pesadas são rasgadas e são formados hidrocarbonetos de menor peso molecular. Na verdade, isso leva a um rendimento adicional de uma fração de gasolina mais valiosa do que o óleo combustível original. A essência química deste processo é refletida pela equação:

Reformando

Este processo desempenha a função de melhorar a qualidade da fração gasolina, em particular, aumentando sua resistência à detonação (octano). É esta característica das gasolinas que é indicada nos postos de gasolina (92º, 95º, 98º gasolina, etc.).

Como resultado do processo de reforma, a proporção de hidrocarbonetos aromáticos na fração gasolina aumenta, que entre outros hidrocarbonetos tem um dos maiores índices de octanas. Tal aumento na proporção de hidrocarbonetos aromáticos é obtido principalmente como resultado das reações de desidrociclização que ocorrem durante o processo de reforma. Por exemplo, quando aquecido o suficiente n-hexano na presença de um catalisador de platina, ele se transforma em benzeno e n-heptano de maneira semelhante - em tolueno:

Processamento de carvão

O principal método de processamento de carvão é coque . Coqueificação a carvão chamado o processo em que o carvão é aquecido sem acesso ao ar. Ao mesmo tempo, como resultado desse aquecimento, quatro produtos principais são isolados do carvão:

1) coque

Uma substância sólida que é quase carbono puro.

2) Alcatrão de carvão

Contém um grande número de vários compostos predominantemente aromáticos, como benzeno, seus homólogos, fenóis, álcoois aromáticos, naftaleno, homólogos de naftaleno, etc.;

3) Água de amônia

Apesar do nome, essa fração, além de amônia e água, também contém fenol, sulfeto de hidrogênio e alguns outros compostos.

4) gás de coqueria

Os principais componentes do gás de coqueria são hidrogênio, metano, dióxido de carbono, nitrogênio, etileno, etc.