Fontes naturais de hidrocarbonetos e o problema do meio ambiente. Fontes naturais de hidrocarbonetos. I. Momento organizacional

– consiste (principalmente) de metano e (em menor quantidade) de seus homólogos mais próximos - etano, propano, butano, pentano, hexano, etc.; observado no gás de petróleo associado, ou seja, gás natural que está na natureza acima do óleo ou dissolvido nele sob pressão.

Óleo

- é um líquido combustível oleoso, composto por alcanos, cicloalcanos, arenos (predominam), bem como compostos contendo oxigênio, nitrogênio e enxofre.

Carvão

- mineral combustível sólido de origem orgânica. Contém pouco grafite a e muitos compostos cíclicos complexos, incluindo os elementos C, H, O, N e S. Há antracito (quase anidro), carvão (-4% de umidade) e lenhite (50-60% de umidade). Por coqueificação, o carvão é convertido em hidrocarbonetos (gasosos, líquidos e sólidos) e coque (grafite bastante pura).

Coqueificação a carvão

O aquecimento do carvão sem acesso ao ar a 900-1050 ° C leva à sua decomposição térmica com a formação de produtos voláteis (alcatrão de carvão, água de amônia e gás de coqueria) e um resíduo sólido - coque.

Principais produtos: coque - 96-98% de carbono; gás de coqueria - 60% hidrogênio, 25% metano, 7% monóxido de carbono (II), etc.

Subprodutos: alcatrão de carvão (benzeno, tolueno), amônia (do gás de coqueria), etc.

Refino de petróleo pelo método de retificação

O óleo pré-purificado é submetido à destilação atmosférica (ou vácuo) em frações com certas faixas de ponto de ebulição em colunas de destilação contínua.

Principais produtos: gasolina leve e pesada, querosene, gasóleo, óleos lubrificantes, fuelóleo, alcatrão.

Refino de petróleo por craqueamento catalítico

Matérias-primas: frações de óleo de alto ponto de ebulição (querosene, gasóleo, etc.)

Materiais auxiliares: catalisadores (aluminossilicatos modificados).

O principal processo químico: a uma temperatura de 500-600 ° C e uma pressão de 5 10 5 Pa, as moléculas de hidrocarbonetos são divididas em moléculas menores, o craqueamento catalítico é acompanhado por aromatização, isomerização, reações de alquilação.

Produtos: mistura de hidrocarbonetos de baixo ponto de ebulição (combustível, matéria-prima para petroquímica).

C 16. H 34 → C 8 H 18 + C 8 H 16
C 8 H 18 → C 4 H 10 + C 4 H 8
C 4 H 10 → C 2 H 6 + C 2 H 4

FONTES NATURAIS DE HIDROCARBONETOS

Os hidrocarbonetos são todos tão diferentes -
Líquido, sólido e gasoso.
Por que existem tantos deles na natureza?
É um carbono insaciável.

De fato, este elemento, como nenhum outro, é “insaciável”: ele se esforça para formar cadeias, retas e ramificadas, depois anéis, depois grades de uma multidão de seus átomos. Daí os muitos compostos de átomos de carbono e hidrogênio.

Os hidrocarbonetos são gás natural - metano e outro gás combustível doméstico, que é preenchido com cilindros - propano C 3 H 8. Os hidrocarbonetos são petróleo, gasolina e querosene. E também - um solvente orgânico C 6 H 6, parafina, da qual são feitas as velas de Ano Novo, vaselina de uma farmácia e até um saco plástico para embalagens de alimentos ...

As fontes naturais mais importantes de hidrocarbonetos são minerais - carvão, petróleo, gás.

CARVÃO

Mais conhecido no mundo 36 mil bacias e depósitos de carvão, que juntos ocupam 15% territórios do globo. Campos de carvão podem se estender por milhares de quilômetros. No total, as reservas geológicas gerais de carvão no globo são 5 trilhões 500 bilhões de toneladas, incluindo jazidas exploradas - 1 trilhão 750 bilhões de toneladas.

Existem três tipos principais de carvões fósseis. Ao queimar carvão marrom, antracito, a chama é invisível, a combustão é sem fumaça e o carvão faz um estalo alto ao queimar.

Antraciteé o carvão fóssil mais antigo. Difere na grande densidade e brilho. Contém até 95% carbono.

Carvão- contém até 99% carbono. De todos os carvões fósseis, é o mais utilizado.

Carvão marrom- contém até 72% carbono. Tem uma cor marrom. Como o carvão fóssil mais jovem, muitas vezes retém traços da estrutura da árvore da qual foi formado. Difere em alta higroscopicidade e alto teor de cinzas ( de 7% para 38%), por isso, é usado apenas como combustível local e como matéria-prima para processamento químico. Em particular, tipos valiosos de combustíveis líquidos são obtidos por hidrogenação: gasolina e querosene.

O carbono é o principal constituinte do carvão 99% ), carvão marrom ( até 72%). A origem do nome carbono, ou seja, “carvão portador”. Da mesma forma, o nome latino "carboneum" na base contém a raiz carbo-carvão.

Assim como o petróleo, o carvão contém uma grande quantidade de matéria orgânica. Além de substâncias orgânicas, 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 aéreo. Como resultado do coqueamento, que é realizado a uma temperatura de 1000 0 C, é formado o seguinte:

gás de coqueria- é constituído por hidrogénio, metano, monóxido de carbono e dióxido de carbono, impurezas de amoníaco, azoto e outros gases.

Alcatrão de carvão - contém várias centenas de substâncias orgânicas diferentes, incluindo benzeno e seus homólogos, fenol e álcoois aromáticos, naftaleno e vários compostos heterocíclicos.

Top-tar ou água de amônia - contendo, como o nome indica, amônia dissolvida, bem como fenol, sulfeto de hidrogênio e outras substâncias.

Coca– resíduo sólido de coque, carbono praticamente puro.

O coque é usado na produção de ferro e aço, a amônia é usada na produção de nitrogênio e fertilizantes combinados, e a importância dos produtos orgânicos de coque não pode ser superestimada. Qual é a geografia de distribuição desse mineral?

A parte principal dos recursos de carvão cai no hemisfério norte - Ásia, América do Norte, Eurásia. Que países se destacam em termos de reservas e produção de carvão?

China, EUA, Índia, Austrália, Rússia.

Os países são os principais exportadores de carvão.

EUA, Austrália, Rússia, África do Sul.

principais centros de importação.

Japão, Europa ultramarina.

É um combustível muito ambientalmente sujo. Explosões e incêndios de metano ocorrem durante a mineração de carvão, e surgem certos problemas ambientais.

Poluição ambiental - trata-se de qualquer mudança indesejável no estado deste ambiente como resultado de atividades humanas. Isso também acontece na mineração. Imagine uma situação em uma área de mineração de carvão. Juntamente com o carvão, uma enorme quantidade de estéril sobe à superfície, que, como desnecessária, é simplesmente enviada para lixões. Formado gradualmente montes de lixo- enormes montanhas de estéril, com dezenas de metros de altura, em forma de cone, que distorcem a aparência da paisagem natural. E todo o carvão levantado à superfície será necessariamente exportado para o consumidor? Claro que não. Afinal, o processo não é hermético. Uma enorme quantidade de pó de carvão se deposita na superfície da Terra. Como resultado, a composição dos solos e das águas subterrâneas muda, o que inevitavelmente afetará a flora e a fauna da região.

O carvão contém carbono radioativo - C, mas depois que o combustível é queimado, a substância perigosa, junto com a fumaça, entra no ar, na água, no solo e é cozida em escória ou cinza, que é usada para produzir materiais de construção. Como resultado, em edifícios residenciais, paredes e tetos “brilham” e representam uma ameaça à saúde humana.

ÓLEO

O petróleo é conhecido pela humanidade desde os tempos antigos. Nas margens do Eufrates, foi extraído

6-7 mil anos aC uh . Era usado para iluminar habitações, preparar argamassas, como remédios e unguentos, e para embalsamar. O petróleo no mundo antigo era uma arma formidável: rios de fogo derramavam sobre as cabeças daqueles que invadiram as muralhas da fortaleza, flechas ardentes mergulhadas em óleo voaram para as cidades sitiadas. O petróleo era parte integrante do agente incendiário que entrou na história com o nome "fogo grego" Na Idade Média, era usado principalmente para iluminação pública.

Mais de 600 bacias de petróleo e gás foram exploradas, 450 estão sendo desenvolvidas , e o número total de campos de petróleo chega a 50 mil.

Distinguir entre óleo leve e pesado. O óleo leve é ​​extraído do subsolo por bombas ou pelo método da fonte. Principalmente gasolina e querosene são feitos de tal óleo. Graus pesados ​​de petróleo às vezes são extraídos até mesmo pelo método de mina (na República Komi), e betume, óleo combustível e vários óleos são preparados a partir dele.

O petróleo é o combustível mais versátil, de alto teor calórico. Sua extração é relativamente simples e barata, pois ao extrair o petróleo, não há necessidade de rebaixar as pessoas no subsolo. O transporte de petróleo através de oleodutos não é um grande problema. A principal desvantagem deste tipo de combustível é a baixa disponibilidade de recursos (cerca de 50 anos ) . As reservas geológicas gerais são iguais a 500 bilhões de toneladas, incluindo 140 bilhões de toneladas exploradas .

NO 2007 Cientistas russos provaram à comunidade mundial que as cordilheiras submarinas de Lomonosov e Mendeleev, localizadas no Oceano Ártico, são uma zona de plataforma do continente e, portanto, pertencem à Federação Russa. O professor de química falará sobre a composição do óleo, suas propriedades.

O petróleo é um "pacote de energia". Com apenas 1 ml, você pode aquecer um balde inteiro de água em um grau e, para ferver um balde de samovar, você precisa de menos de meio copo de óleo. Em termos de concentração de energia por unidade de volume, o petróleo ocupa o primeiro lugar entre as substâncias naturais. Mesmo minérios radioativos não podem competir com ele nesse aspecto, pois o conteúdo de substâncias radioativas neles é tão pequeno que 1mg pode ser extraído. combustível nuclear deve ser processado toneladas de rochas.

O petróleo não é apenas a base do complexo de combustível e energia de qualquer estado.

Aqui, as famosas palavras de D. I. Mendeleev estão no lugar “Queimar óleo é o mesmo que aquecer uma fornalha notas". Cada gota de óleo contém mais de 900 vários compostos químicos, mais da metade dos elementos químicos da Tabela Periódica. Este é realmente um milagre da natureza, a base da indústria petroquímica. Aproximadamente 90% de todo o petróleo produzido é usado como combustível. Apesar de “ possuir 10%” , A síntese petroquímica fornece muitos milhares de compostos orgânicos que satisfazem as necessidades urgentes da sociedade moderna. Não é à toa que as pessoas respeitosamente chamam o petróleo de “ouro negro”, “o sangue da Terra”.

O óleo é um líquido oleoso marrom escuro com um tom avermelhado ou esverdeado, às vezes preto, vermelho, azul ou claro e até transparente com um odor pungente característico. Às vezes, o petróleo é branco ou incolor, como a água (por exemplo, no campo Surukhanskoye no Azerbaijão, em alguns campos na Argélia).

A composição do óleo não é a mesma. Mas todos eles geralmente contêm três tipos de hidrocarbonetos - alcanos (principalmente estrutura normal), cicloalcanos e hidrocarbonetos aromáticos. A proporção desses hidrocarbonetos no petróleo de diferentes campos é diferente: por exemplo, o óleo de Mangyshlak é rico em alcanos e o petróleo na região de Baku é rico em cicloalcanos.

As principais reservas de petróleo estão no hemisfério norte. Total 75 países do mundo produzem petróleo, mas 90% de sua produção recai sobre a parcela de apenas 10 países. Aproximar ? reservas mundiais de petróleo estão em países em desenvolvimento. (A professora chama e mostra no mapa).

Principais países produtores:

Arábia Saudita, EUA, Rússia, Irã, México.

Ao mesmo tempo mais 4/5 o consumo de petróleo recai sobre a participação dos países economicamente desenvolvidos, que são os principais países importadores:

Japão, Europa ultramarina, EUA.

O óleo em sua forma bruta não é usado em nenhum lugar, mas são usados ​​produtos refinados.

Refinaria de oléo

Uma planta moderna consiste em um forno de aquecimento de óleo e uma coluna de destilação onde o óleo é separado em facções - misturas individuais de hidrocarbonetos de acordo com seus pontos de ebulição: gasolina, nafta, querosene. O forno tem um longo tubo enrolado em uma bobina. O forno é aquecido pelos produtos de combustão de óleo combustível ou gás. O óleo é continuamente fornecido à bobina: lá é aquecido a 320 - 350 0 C na forma de uma mistura de líquido e vapor e entra na coluna de destilação. A coluna de destilação é um aparelho cilíndrico de aço com uma altura de cerca de 40m. Tem no seu interior várias dezenas de divisórias horizontais com furos - as chamadas placas. Os vapores de óleo, entrando na coluna, sobem e passam pelos orifícios das placas. À medida que esfriam gradualmente à medida que se movem para cima, eles se liquefazem parcialmente. Hidrocarbonetos menos voláteis são liquefeitos já nas primeiras placas, formando uma fração de gasóleo; hidrocarbonetos mais voláteis são coletados acima e formam uma fração de querosene; ainda maior - fração nafta. Os hidrocarbonetos mais voláteis saem da coluna como vapores e, após a condensação, formam a gasolina. Parte da gasolina é realimentada na coluna para "irrigação", o que contribui para um melhor modo de operação. (Inserir em um caderno). Gasolina - contém hidrocarbonetos C5 - C11, destilando na faixa de 40 0 ​​​​C a 200 0 C; nafta - contém hidrocarbonetos C8 - C14 com ponto de ebulição de 120 0 C a 240 0 C; querosene - contém hidrocarbonetos C12 - C18, com ponto de ebulição de 180 0 C a 300 0 C; gasóleo - contém hidrocarbonetos C13 - C15, destilados a uma temperatura de 230 0 C a 360 0 C; óleos lubrificantes - C16 - C28, ferver a uma temperatura de 350 0 C e acima.

Após a destilação de produtos leves do petróleo, permanece um líquido preto viscoso - óleo combustível. É uma valiosa mistura de hidrocarbonetos. Os óleos lubrificantes são obtidos a partir do óleo combustível por destilação adicional. A parte não destilada do óleo combustível é chamada de alcatrão, que é usada na construção e na pavimentação de estradas (demonstração de um fragmento de vídeo). A fração mais valiosa da destilação direta do petróleo é a gasolina. No entanto, o rendimento desta fração não excede 17-20% em peso de petróleo bruto. Surge o problema: como atender às necessidades cada vez maiores da sociedade em combustível automotivo e de aviação? A solução foi encontrada no final do século 19 por um engenheiro russo Vladimir Grigorievich Shukhov. NO 1891 ano, ele realizou pela primeira vez uma quebrando fração de querosene do petróleo, o que possibilitou aumentar o rendimento da gasolina para 65-70% (calculado como petróleo bruto). Somente para o desenvolvimento do processo de craqueamento térmico de produtos petrolíferos, a humanidade agradecida inscreveu o nome dessa pessoa única na história da civilização com letras douradas.

Os produtos obtidos como resultado da retificação de petróleo são submetidos a processamento químico, que inclui uma série de processos complexos, um deles é o craqueamento de produtos petrolíferos (do inglês "Cracking" - splitting). Existem vários tipos de craqueamento: craqueamento térmico, catalítico, craqueamento de alta pressão, redução. O craqueamento térmico consiste na divisão de moléculas de hidrocarbonetos de cadeia longa em mais curtas sob a influência de alta temperatura (470-550 0 C). No processo dessa divisão, juntamente com os alcanos, os alcenos são formados:

Atualmente, o craqueamento catalítico é o mais comum. É realizado a uma temperatura de 450-500 0 C, mas a uma velocidade mais alta e permite obter gasolina de maior qualidade. Nas condições de craqueamento catalítico, juntamente com as reações de clivagem, ocorrem reações de isomerização, ou seja, a transformação de hidrocarbonetos de estrutura normal em hidrocarbonetos ramificados.

A isomerização afeta a qualidade da gasolina, pois a presença de hidrocarbonetos ramificados aumenta muito seu índice de octanas. O craqueamento é referido aos chamados processos secundários de refino de petróleo. Vários outros processos catalíticos, como a reforma, também são classificados como secundários. Reformando- esta é a aromatização de gasolinas aquecendo-as na presença de um catalisador, por exemplo, platina. Nestas condições, os alcanos e cicloalcanos são convertidos em hidrocarbonetos aromáticos, pelo que o índice de octanas da gasolina também aumenta significativamente.

Ecologia e campo petrolífero

Para a produção petroquímica, o problema do meio ambiente é especialmente relevante. A produção de petróleo está associada a custos de energia e poluição ambiental. Uma fonte perigosa de poluição dos oceanos é a produção de petróleo offshore, e os oceanos também são poluídos durante o transporte de petróleo. Cada um de nós viu na TV as consequências dos acidentes com petroleiros. Costas negras cobertas de óleo, ondas negras, golfinhos engasgados, pássaros cujas asas estão em óleo combustível viscoso, pessoas em trajes de proteção coletando óleo com pás e baldes. Gostaria de citar os dados de um grave desastre ambiental ocorrido no Estreito de Kerch em novembro de 2007. 2.000 toneladas de derivados de petróleo e cerca de 7.000 toneladas de enxofre entraram na água. O Tuzla Spit, localizado na junção dos mares Negro e Azov, e o Chushka Spit foram os que mais sofreram com o desastre. Após o acidente, o óleo combustível se depositou no fundo, o que matou uma pequena concha em forma de coração, principal alimento dos habitantes do mar. Levará 10 anos para restaurar o ecossistema. Mais de 15 mil aves morreram. Um litro de óleo, ao cair na água, se espalha sobre sua superfície em pontos de 100 m2. O filme de óleo, embora muito fino, forma uma barreira intransponível ao caminho do oxigênio da atmosfera para a coluna d'água. Como resultado, o regime de oxigênio e o oceano são perturbados. "sufocar". O plâncton, que é a espinha dorsal da cadeia alimentar do oceano, está morrendo. Atualmente, cerca de 20% da área do Oceano Mundial está coberta por derramamentos de óleo, e a área afetada pela poluição por óleo está crescendo. Além do fato de o Oceano Mundial estar coberto por uma película de óleo, também podemos observá-lo em terra. Por exemplo, nos campos de petróleo da Sibéria Ocidental, mais petróleo é derramado por ano do que um navio-tanque pode conter - até 20 milhões de toneladas. Cerca de metade desse petróleo acaba no solo em decorrência de acidentes, o restante são fontes “planejadas” e vazamentos durante partidas de poços, perfurações exploratórias e reparos de dutos. A maior área de terra contaminada por petróleo, de acordo com o Comitê para o Meio Ambiente do Okrug Autônomo de Yamalo-Nenets, cai no distrito de Purovsky.

GÁS DE PETRÓLEO NATURAL E ASSOCIADO

O gás natural contém hidrocarbonetos de baixo peso molecular, os principais componentes são metano. Seu conteúdo no gás de vários campos varia de 80% a 97%. Além de metano - etano, propano, butano. Inorgânico: nitrogênio - 2%; CO2; H2O; H2S, gases nobres. Quando o gás natural é queimado, muito calor é liberado.

Em termos de suas propriedades, o gás natural como combustível supera até mesmo o petróleo, é mais calórico. Este é o ramo mais jovem da indústria de combustíveis. O gás é ainda mais fácil de extrair e transportar. É o mais econômico de todos os combustíveis. É verdade que também há desvantagens: o complexo transporte intercontinental de gás. Petroleiros - estrume de metano, transportando gás em estado liquefeito, são estruturas extremamente complexas e caras.

É utilizado como: combustível eficaz, matéria-prima na indústria química, na produção de acetileno, etileno, hidrogênio, fuligem, plásticos, ácido acético, corantes, medicamentos, etc. O gás de petróleo contém menos metano, mas mais propano, butano e outros hidrocarbonetos superiores. Onde o gás é produzido?

Mais de 70 países do mundo têm reservas de gás comercial. Além disso, como no caso do petróleo, os países em desenvolvimento têm reservas muito grandes. Mas a produção de gás é realizada principalmente por países desenvolvidos. Eles têm oportunidades de usá-lo ou uma forma de vender gás para outros países que estão no mesmo continente que eles. O comércio internacional de gás é menos ativo que o comércio de petróleo. Cerca de 15% do gás produzido no mundo entra no mercado internacional. Quase 2/3 da produção mundial de gás é fornecida pela Rússia e pelos EUA. Sem dúvida, a principal região produtora de gás não só em nosso país, mas também no mundo é o Okrug Autônomo Yamalo-Nenets, onde esta indústria vem se desenvolvendo há 30 anos. Nossa cidade Novy Urengoy é legitimamente reconhecida como a capital do gás. Os maiores depósitos incluem Urengoyskoye, Yamburgskoye, Medvezhye, Zapolyarnoye. O campo Urengoy está incluído no Guinness Book of Records. As reservas e a produção do depósito são únicas. As reservas exploradas ultrapassam 10 trilhões. m 3 , 6 trilhões. m 3. Em 2008 a JSC "Gazprom" planeja produzir 598 bilhões de m 3 de "ouro azul" no campo de Urengoy.

Gás e ecologia

A imperfeição da tecnologia de produção de petróleo e gás, seu transporte provoca a queima constante do volume de gás nas unidades de calor das estações compressoras e nos flares. As estações compressoras respondem por cerca de 30% dessas emissões. Cerca de 450.000 toneladas de gás natural e associado são queimadas anualmente em instalações de queima, enquanto mais de 60.000 toneladas de poluentes entram na atmosfera.

Petróleo, gás e carvão são matérias-primas valiosas para a indústria química. Em um futuro próximo, eles encontrarão um substituto no complexo de combustíveis e energia do nosso país. Atualmente, os cientistas estão procurando maneiras de usar energia solar e eólica, combustível nuclear, a fim de substituir completamente o petróleo. O hidrogênio é o combustível mais promissor do futuro. A redução do uso do petróleo na engenharia termoelétrica é o caminho não só para seu uso mais racional, mas também para a preservação dessa matéria-prima para as gerações futuras. As matérias-primas de hidrocarbonetos devem ser usadas apenas na indústria de processamento para obter uma variedade de produtos. Infelizmente, a situação ainda não está mudando e até 94% do petróleo produzido é usado como combustível. D. I. Mendeleev sabiamente disse: “Queimar óleo é o mesmo que aquecer a fornalha com notas”.

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 uma série de 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 parafinas. 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.

Bibliografia

1. Rudzitis G.E. Química. Fundamentos de Química Geral. 10ª série: livro didático para instituições de ensino: nível básico / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14ª edição. - M.: Educação, 2012.

2. Química. Grau 10. Nível do perfil: livro didático. para educação geral instituições / V.V. Eremin, N. E. Kuzmenko, V. V. Lunin e outros - M.: Drofa, 2008. - 463 p.

3. Química. Grau 11. Nível do perfil: livro didático. para educação geral instituições / V.V. Eremin, N. E. Kuzmenko, V. V. Lunin e outros - M.: Drofa, 2010. - 462 p.

4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Coleção de problemas em química para quem ingressa nas universidades. - 4ª edição. - M.: RIA "New Wave": Editora Umerenkov, 2012. - 278 p.

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?

As fontes naturais mais importantes de hidrocarbonetos são óleo , gás natural e carvão . Eles formam ricos depósitos em várias regiões da Terra.

Anteriormente, os produtos naturais extraídos eram usados ​​exclusivamente como combustível. Atualmente, métodos para seu processamento foram desenvolvidos e amplamente utilizados, o que permite isolar hidrocarbonetos valiosos, que são usados ​​tanto como combustível de alta qualidade quanto como matéria-prima para várias sínteses orgânicas. Processamento de fontes naturais de matérias-primas indústria petroquímica . Analisemos os principais métodos de processamento de hidrocarbonetos naturais.

A fonte mais valiosa de matérias-primas naturais - óleo . É um líquido oleoso de cor marrom escuro ou preto com odor característico, praticamente insolúvel em água. A densidade do óleo é 0,73–0,97 g/cm3. O petróleo é uma mistura complexa de vários hidrocarbonetos líquidos em que hidrocarbonetos gasosos e sólidos são dissolvidos, e a composição do petróleo de diferentes campos pode diferir. Alcanos, cicloalcanos, hidrocarbonetos aromáticos, bem como compostos orgânicos contendo oxigênio, enxofre e nitrogênio podem estar presentes em várias proporções na composição do óleo.

O petróleo bruto praticamente não é usado, mas é processado.

Distinguir refino de petróleo primário (destilação ), ou seja, separando-o em frações com diferentes pontos de ebulição, e reciclando (quebrando ), durante o qual a estrutura dos hidrocarbonetos é alterada

dov incluído em sua composição.

Refinação primária de petróleo Baseia-se no fato de que o ponto de ebulição dos hidrocarbonetos é tanto maior quanto maior for sua massa molar. O óleo contém compostos com pontos de ebulição de 30 a 550°C. Como resultado da destilação, o óleo é separado em frações que destilam a diferentes temperaturas e contêm misturas de hidrocarbonetos com diferentes massas molares. Essas frações encontram uma variedade de usos (ver tabela 10.2).

Tabela 10.2. Produtos do refino primário de petróleo.

Fração	Ponto de ebulição, °C	Composto	Inscrição
Gás liquefeito	<30	Hidrocarbonetos С 3 -С 4	Combustíveis gasosos, matérias-primas para a indústria química
Gasolina	40-200	Hidrocarbonetos C 5 - C 9	Combustível de aviação e automotivo, solvente
Nafta	150-250	Hidrocarbonetos C 9 - C 12	Combustível para motores diesel, solvente
Querosene	180-300	Hidrocarbonetos С 9 - С 16	Combustível para motores diesel, combustível doméstico, combustível para iluminação
óleo de gás	250-360	Hidrocarbonetos С 12 - С 35	Combustível diesel, matéria-prima para craqueamento catalítico
óleo combustível	> 360	Hidrocarbonetos superiores, substâncias contendo O-, N-, S-, Me	Combustível para caldeiras e fornos industriais, matéria-prima para destilação posterior

A participação do óleo combustível representa cerca de metade da massa de óleo. Portanto, também é submetido a processamento térmico. Para evitar a decomposição, o óleo combustível é destilado sob pressão reduzida. Neste caso, várias frações são obtidas: hidrocarbonetos líquidos, que são usados ​​como óleos lubrificantes ; mistura de hidrocarbonetos líquidos e sólidos - petrolato usado na preparação de pomadas; uma mistura de hidrocarbonetos sólidos - parafina , passando para a produção de graxa para sapatos, velas, fósforos e lápis, bem como para a impregnação de madeira; resíduo não volátil alcatrão usado para produzir betume de estradas, construção e telhados.

Refinaria de oléo inclui reações químicas que alteram a composição e a estrutura química dos hidrocarbonetos. Sua variedade

ty - craqueamento térmico, craqueamento catalítico, reforma catalítica.

Craqueamento térmico geralmente submetido a óleo combustível e outras frações de óleo pesado. A uma temperatura de 450-550°C e uma pressão de 2-7 MPa, o mecanismo de radicais livres divide as moléculas de hidrocarbonetos em fragmentos com um número menor de átomos de carbono, e compostos saturados e insaturados são formados:

C 16 N 34 ¾® C 8 N 18 + C 8 N 16

C 8 H 18 ¾®C 4 H 10 + C 4 H 8

Desta forma, a gasolina automotiva é obtida.

craqueamento catalítico realizado na presença de catalisadores (geralmente aluminossilicatos) à pressão atmosférica e a uma temperatura de 550 - 600°C. Ao mesmo tempo, a gasolina de aviação é obtida a partir de frações de querosene e gasóleo do petróleo.

A separação de hidrocarbonetos na presença de aluminossilicatos ocorre de acordo com o mecanismo iônico e é acompanhada por isomerização, ou seja, a formação de uma mistura de hidrocarbonetos saturados e insaturados com um esqueleto de carbono ramificado, por exemplo:

CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3

gato., t||

C 16 H 34 ¾¾® CH 3 -C -C-CH 3 + CH 3 -C \u003d C - CH-CH 3

reforma catalítica realizado a uma temperatura de 470-540°C e uma pressão de 1-5 MPa usando catalisadores de platina ou platina-rênio depositados sobre uma base de Al 2 O 3 . Nestas condições, a transformação de parafinas e

cicloparafinas de petróleo em hidrocarbonetos aromáticos

gato., t, p

¾¾¾¾® + 3H 2

gato., t, p

C 6 H 14 ¾¾¾¾® + 4H 2

Os processos catalíticos permitem obter gasolina de melhor qualidade devido ao alto teor de hidrocarbonetos ramificados e aromáticos na mesma. A qualidade da gasolina é caracterizada por sua classificação de octanagem. Quanto mais a mistura de combustível e ar for comprimida pelos pistões, maior será a potência do motor. No entanto, a compressão só pode ser realizada até um certo limite, acima do qual ocorre a detonação (explosão).

mistura de gases, causando superaquecimento e desgaste prematuro do motor. A menor resistência à detonação em parafinas normais. Com uma diminuição no comprimento da cadeia, um aumento na sua ramificação e o número de duplas

ny conexões, aumenta; é especialmente rico em carboidratos aromáticos.

antes de dar à luz. Para avaliar a resistência à detonação de vários tipos de gasolina, eles são comparados com indicadores semelhantes para uma mistura isooctano e n-heptano com diferentes proporções de componentes; o índice de octano é igual à percentagem de isooctano nesta mistura. Quanto maior, maior a qualidade da gasolina. O índice de octano também pode ser aumentado pela adição de agentes antidetonantes especiais, por exemplo, chumbo tetraetila Pb(C 2 H 5) 4 , no entanto, essa gasolina e seus produtos de combustão são tóxicos.

Além dos combustíveis líquidos, hidrocarbonetos menos gasosos são obtidos em processos catalíticos, que são então utilizados como matéria-prima para a síntese orgânica.

Outra importante fonte natural de hidrocarbonetos, cuja importância está em constante aumento - gás natural. Contém até 98% em volume de metano, 2–3% em volume. seus homólogos mais próximos, bem como impurezas de sulfeto de hidrogênio, nitrogênio, dióxido de carbono, gases nobres e água. Gases liberados durante a produção de petróleo ( passagem ), contêm menos metano, mas mais de seus homólogos.

O gás natural é usado como combustível. Além disso, hidrocarbonetos saturados individuais são isolados por destilação, bem como gás de síntese , consistindo principalmente de CO e hidrogênio; eles são usados ​​como matéria-prima para várias sínteses orgânicas.

Extraído em grandes quantidades carvão - material sólido não homogêneo de cor preta ou cinza-preta. É uma mistura complexa de vários compostos macromoleculares.

O carvão é usado como combustível sólido e também está sujeito a coque – destilação seca sem acesso ao ar a 1000-1200°С. Como resultado desse processo são formados: Coca , que é uma grafite finamente dividida e é usada na metalurgia como agente redutor; alcatrão de carvão , que é submetido a destilação e hidrocarbonetos aromáticos (benzeno, tolueno, xileno, fenol, etc.) tom , passando para a preparação de coberturas de cobertura; água de amônia e gás de coqueria contendo cerca de 60% de hidrogênio e 25% de metano.

Assim, as fontes naturais de hidrocarbonetos fornecem

a indústria química com matérias-primas diversas e relativamente baratas para sínteses orgânicas, que possibilitam a obtenção de inúmeros compostos orgânicos que não são encontrados na natureza, mas são necessários ao homem.

O esquema geral para o uso de matérias-primas naturais para as principais sínteses orgânicas e petroquímicas pode ser representado da seguinte forma.

Arenas Syngas Acetileno AlcenosAlcanos

Síntese orgânica e petroquímica básica

Tarefas de controle.

1222. Qual é a diferença entre refino primário de petróleo e refino secundário?

1223. Quais compostos determinam a alta qualidade da gasolina?

1224. Sugira um método que permita, a partir do óleo, obter álcool etílico.

Lembre-se: a destilação (destilação) é um método de separação de uma mistura de líquidos voláteis por evaporação gradual seguida de condensação.

Óleo. Refinaria de oléo

Muitas das substâncias orgânicas com as quais você lida na vida cotidiana — plásticos, tintas, detergentes, drogas, vernizes, solventes — são sintetizadas a partir de hidrocarbonetos. Existem três fontes principais de hidrocarbonetos na natureza - petróleo, gás natural e carvão.

O petróleo é um dos minerais mais importantes. É impossível imaginar nossa vida sem petróleo e seus derivados. Não é à toa que os países ricos em petróleo desempenham um papel importante na economia global.

O petróleo é um líquido escuro e oleoso encontrado na crosta terrestre (Figura 29.1). É uma mistura homogênea de várias centenas de substâncias - principalmente hidrocarbonetos saturados com o número de átomos de carbono na molécula de 1 a 40.

Ambos os métodos físicos e químicos são usados ​​para processar esta mistura. Primeiro, o óleo é separado em misturas simples - frações - por destilação (destilação ou retificação), com base no fato de que várias substâncias na composição do óleo fervem em diferentes temperaturas (Tabela 12). A destilação ocorre em uma coluna de destilação com aquecimento significativo (Fig. 29.2). As frações com os pontos de ebulição mais altos, que se decompõem a altas temperaturas, são destiladas sob pressão reduzida.

Tabela 12. Frações de destilação de óleo

	Número de átomos de carbono nas moléculas	Ponto de ebulição, °C	Inscrição
		Acima de 200ºC
			Combustível automotivo
			Combustível, matérias-primas para síntese
			Gasolina de aviação
			combustível diesel
Gasóleo pesado (óleo combustível)			Combustível para usinas termelétricas
		Decompõe-se quando aquecido, destilado sob pressão reduzida	Produção de asfalto, betume, parafina, lubrificantes, combustível para caldeiras

A Ucrânia é bastante rica em reservas de petróleo. Os principais depósitos estão concentrados em três regiões de petróleo e gás: leste (regiões de Sumy, Poltava, Chernihiv e Kharkiv), oeste (regiões de Lviv e Ivano-Frankivsk) e sul (região do Mar Negro, plataformas dos mares Azov e Negro). As reservas de petróleo na Ucrânia são estimadas em cerca de 2 bilhões de toneladas, mas uma parte significativa delas está concentrada em grandes profundidades (5-7 km). A produção anual de petróleo na Ucrânia é de cerca de 2 milhões de toneladas, enquanto a demanda é de 16 milhões de toneladas, portanto, infelizmente, a Ucrânia ainda é forçada a importar volumes significativos de petróleo.

Processamento químico de produtos petrolíferos

Alguns produtos da destilação de óleo podem ser usados ​​imediatamente sem processamento adicional - são gasolina e querosene, mas representam apenas 20 a 30% do óleo. Além disso, após a destilação, a gasolina é de baixa qualidade (com baixo índice de octanas, ou seja, quando comprimida no motor, explode e não queima). Um motor funcionando com esse combustível faz uma batida característica e falha rapidamente. Para melhorar a qualidade da gasolina e aumentar seu rendimento, o óleo é submetido a processamento químico.

Um dos métodos mais importantes de refino químico de petróleo é o craqueamento (do inglês crack - split, break, pois o craqueamento ocorre quando as cadeias de carbono são quebradas) (Fig. 29.3). Quando aquecido a 500 ° C sem acesso ao ar na presença de catalisadores especiais, longas moléculas de alcano são divididas em menores. Durante o craqueamento, os hidrocarbonetos saturados formam uma mistura de hidrocarbonetos saturados leves e insaturados, por exemplo:

Este processo aumenta o rendimento de gasolina e querosene. Essa gasolina às vezes é chamada de gasolina craqueada.

Uma das características que determinam a qualidade da gasolina é o índice de octanas, que indica a possibilidade de detonação (explosão) da mistura ar-combustível no motor. Quanto maior o número de octanas, menor a probabilidade de detonação e, portanto, maior a qualidade da gasolina. O heptano é inadequado como combustível para motores, é mais provável que detone, enquanto o isooctano (2,2,4-trimetilpentano) tem propriedades opostas - quase não detona em um motor. Essas duas substâncias tornaram-se a base de uma escala para determinar a qualidade da gasolina - a escala do número de octanas. Nessa escala, o heptano é 0 e o isooctano é 100. De acordo com essa escala, a gasolina 95 octanas tem as mesmas propriedades de detonação que uma mistura de 95% de isooctano e 5% de heptano.

O refino de petróleo ocorre em empresas especiais - refinarias de petróleo. Tanto a retificação do petróleo bruto quanto o processamento químico dos derivados de petróleo resultantes são realizados lá. Existem seis refinarias de petróleo na Ucrânia: em Odessa, Kremenchug, Kherson, Lisichansk, Nadvornyansk e Drohobych. A capacidade total de todas as refinarias de petróleo ucranianas excede 52 milhões de toneladas por ano.

Gás natural

A segunda fonte mais importante de matérias-primas de hidrocarbonetos é o gás natural, cujo principal componente é o metano (93-99%). O gás natural é usado principalmente como um combustível eficiente. Quando queimado, nem cinzas nem monóxido de carbono venenoso são formados, então o gás natural é considerado um combustível ecologicamente correto.

Uma grande quantidade de gás natural é utilizada pela indústria química. O processamento de gás natural é reduzido principalmente à produção de hidrocarbonetos insaturados e gás de síntese. O etileno e o acetileno são formados pela eliminação do hidrogênio dos alcanos inferiores:

O gás de síntese - uma mistura de óxido de carbono (II) e hidrogênio - é obtido aquecendo o metano com vapor:

A partir desta mistura, usando vários catalisadores, são sintetizados compostos contendo oxigênio - álcool metílico, ácido acético, etc.

Quando passado por um catalisador de cobalto, o gás de síntese é convertido em uma mistura de alcanos, que é a gasolina sintética:

Carvão

Outra fonte de hidrocarbonetos é o carvão. Na indústria química, é processado por coqueificação - aquecimento a 1000 ° C sem acesso ao ar (Fig. 29.5, p. 170). Nesse caso, coque e alcatrão de carvão são formados, cuja massa é apenas uma pequena porcentagem da massa de carvão. O coque é usado como agente redutor na metalurgia (por exemplo, para obter ferro a partir de seus óxidos).

O alcatrão de carvão contém várias centenas de compostos orgânicos, principalmente hidrocarbonetos aromáticos, que são obtidos por destilação.

O carvão duro também é usado como combustível, no entanto, existem grandes problemas ambientais. Em primeiro lugar, o carvão contém impurezas não combustíveis, que se transformam em escórias durante a combustão do combustível; em segundo lugar, o carvão contém pequenas quantidades de compostos de Enxofre e Nitrogênio, cuja combustão produz óxidos que poluem a atmosfera. Em termos de reservas de carvão, a Ucrânia ocupa um dos primeiros lugares do mundo. No território igual a 0,4% do mundo, cerca de 5% das reservas mundiais de matérias-primas energéticas estão concentradas na Ucrânia, 95% das quais são hulha (cerca de 54 bilhões de toneladas). Em 2015, a produção de carvão totalizou 40 milhões de toneladas, quase a metade da de 2011. Hoje existem 300 minas de carvão na Ucrânia, e 40% delas produzem carvão de coque (que pode ser processado em coque). A produção está concentrada principalmente nas regiões de Donetsk, Lugansk, Dnepropetrovsk e Volyn.

Tarefa linguística

Em grego, pyro significa "fogo" e lysis significa "decomposição". Por que você acha que os termos "cracking" e "pirólise" são frequentemente usados ​​como sinônimos?

Ideia chave

As principais fontes de hidrocarbonetos para a indústria são petróleo, carvão e gás natural. Para uso mais eficiente, esses recursos naturais devem ser processados ​​para isolar substâncias ou misturas individuais.

perguntas do teste

334. Cite as principais fontes naturais de hidrocarbonetos.

335. Qual é a base do método físico de separação do óleo em frações?

336. Em que frações o óleo é separado durante a destilação? Descreva sua aplicação. Qual é o produto mais valioso do refino de petróleo para a sociedade moderna?

337. Qual é a diferença entre os produtos petrolíferos mais importantes em termos de composição química?

338. Usando as informações deste e dos parágrafos anteriores, descreva o uso de gás natural na indústria química.

339. Quais os principais produtos extraídos pelo carvão metalúrgico?

340. Por que o carvão é aquecido sem acesso ao ar durante o processamento?

341. Por que o gás natural é melhor que o carvão como combustível?

342. Que substâncias e materiais são obtidos pelo processamento de carvão e gás natural?

Tarefas para dominar o material

343. Durante o craqueamento do hidrocarboneto C 20 H 42, formam-se dois produtos com o mesmo número de átomos de carbono nas moléculas. Escreva uma equação para a reação.

344. Qual é a diferença fundamental entre craqueamento de óleo e retificação?

345. Por que você acha que não é possível converter óleo em gasolina em mais de 20% durante a destilação direta do óleo?

346. Analise a fig. 29.2 e descreva como o óleo é destilado.

347. Faça equações para as reações de obtenção de etileno e acetileno a partir de componentes do gás natural.

348. Um dos componentes da gasolina é o hidrocarboneto C 8 H 18 . Escreva uma equação para a reação de sua produção a partir de óxido de carbono(II) e hidrogênio.

349. Quando a gasolina é totalmente queimada, formam-se dióxido de carbono e água no motor. Escreva uma equação para a reação de combustão da gasolina, supondo que ela consiste em hidrocarbonetos da composição C 8 H 18 .

350. Os gases de escape dos automóveis contêm substâncias tóxicas: óxido de carbono(II) e óxido de azoto(N). Explique de quais reações químicas eles foram formados como resultado.

351. Quantas vezes o volume da mistura ar-combustível, composta por 40 ml de vapor de octano e 3 litros de ar, aumentará com a ignição? Ao calcular, assuma que o ar contém 20% de oxigênio (por volume).

352. A gasolina vendida em climas quentes contém hidrocarbonetos de maior peso molecular do que a gasolina vendida em climas frios. Sugira por que os refinadores fazem isso.

353*. O óleo contém tantas substâncias orgânicas valiosas que D. I. Mendeleev disse: “Queimar óleo em uma fornalha é quase o mesmo que queimar notas”. Como você entende essa afirmação? Sugerir formas de uso racional de fontes naturais de hidrocarbonetos.

354*. Em fontes adicionais, encontre informações sobre materiais e substâncias que são matérias-primas para petróleo, gás natural ou carvão. Eles podem ser feitos sem usar fontes naturais de hidrocarbonetos? A humanidade pode se recusar a usar esses materiais? Justifique a resposta.

355*. Usando o conhecimento adquirido nas aulas de geografia nas séries 8 e 9, descreva as bacias e áreas atuais e futuras de produção de carvão, petróleo e gás natural na Ucrânia. Se a localização das empresas para o processamento dessas fontes de hidrocarbonetos é coordenada com seus depósitos.

Este é um material didático.