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1. nascentes naturais hidrocarbonetos: gás, petróleo, carvão. Seu processamento e aplicação prática.
As principais fontes naturais de hidrocarbonetos são o petróleo, naturais e associados gás de petróleo s e 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 clara a preta 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 vários tipos 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. Gasóleo (tboil = 270 - 350°C) é usado como combustível diesel e sofre rachaduras 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 do alcatrão de carvão (contém muitas substâncias orgânicas diferentes, das quais o máximo de- aromáticos), 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).
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. Componente principal gás natural- 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 várias substâncias predominantemente 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. Este processoé chamado de primário, pois supõe-se que durante o seu fluxo não ocorram transformações químicas de substâncias, e o óleo só é separado em frações com temperaturas diferentes ebulição. Abaixo está diagrama de circuito coluna de destilação com descrição breve o 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. Por este motivo, após processamento primário O petróleo se depara com a tarefa de 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 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 possui 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, se o suficiente calor forte 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 praticamente carbono puro.
2) Alcatrão de carvão
Contém um grande número de vários compostos predominantemente aromáticos tais como homólogos de benzeno, 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.
Deve-se notar que os hidrocarbonetos são amplamente distribuídos na natureza. A maior parte da matéria orgânica vem de fontes naturais. Em processo de síntese compostos orgânicos gases naturais e acompanhantes, hulha e castanha, petróleo, turfa, produtos animais e origem vegetal.
Fontes naturais de hidrocarbonetos: gases naturais.
Os gases naturais são misturas naturais de hidrocarbonetos de várias estruturas e algumas impurezas gasosas (sulfeto de hidrogênio, hidrogênio, dióxido de carbono) que enchem as rochas em crosta terrestre. Esses compostos são formados como resultado da hidrólise de substâncias orgânicas em grandes profundidades na espessura da Terra. Eles são encontrados no estado livre na forma de enormes acumulações - gás, condensado de gás e campos de petróleo e gás.
Principal componente estrutural os gases naturais combustíveis são CH₄ (metano - 98%), С₂Н₆ (etano - 4,5%), propano (С₃Н₈ - 1,7%), butano (С₄Н₁₀ - 0,8%), pentano (С₅Н₁₂ - 0,6%). O gás de petróleo associado faz parte do óleo em estado dissolvido e é liberado devido à diminuição da pressão quando o óleo sobe à superfície. Nos campos de gás e petróleo, uma tonelada de petróleo contém de 30 a 300 sq. m de gás. As fontes naturais de hidrocarbonetos são um combustível valioso e matéria-prima para a indústria de síntese orgânica. O gás é fornecido para empresas de processamento de gás, onde pode ser processado (óleo, adsorção de baixa temperatura, condensação e retificação). Ele é dividido em componentes separados, cada um dos quais é usado para fins específicos. Por exemplo, do gás de síntese do metano, que são as matérias-primas básicas para a produção de outros hidrocarbonetos, acetileno, metanol, metanal, clorofórmio.
Fontes naturais de hidrocarbonetos: petróleo.
O petróleo é uma mistura complexa que consiste principalmente de hidrocarbonetos naftênicos, parafínicos e aromáticos. A composição do óleo inclui substâncias asfálticas-resinosas, mono e dissulfetos, mercaptanos, tiofeno, tiofano, sulfeto de hidrogênio, piperidina, piridina e seus homólogos, além de outras substâncias. Com base nos produtos, mais de 3.000 produtos diferentes são obtidos usando métodos de síntese petroquímica, incl. etileno, benzeno, propileno, dicloroetano, cloreto de vinil, estireno, etanol, isopropanol, butilenos, diversos plásticos, fibras químicas, corantes, detergentes, drogas, explosivos, etc.
A turfa é uma rocha sedimentar de origem vegetal. Esta substância é usada como combustível (principalmente para usinas termelétricas), matérias-primas químicas (para a síntese de muitas substâncias orgânicas), cama anti-séptica em fazendas, especialmente em granjas avícolas, e um componente de fertilizantes para jardinagem e plantações.
Fontes naturais de hidrocarbonetos: xilema ou madeira.
O xilema é um tecido de plantas superiores através do qual a água e nutrientes provêm do rizoma do sistema até as folhas, assim como outros órgãos da planta. É constituído por células de casca rígida, que possuem um sistema de condução vascular. Dependendo do tipo de madeira, contém diferentes quantidades de pectina e compostos minerais (principalmente sais de cálcio), lipídios e óleos essenciais. A madeira é usada como combustível; álcool metílico, ácido acético, celulose e outras substâncias podem ser sintetizadas a partir dela. De alguns tipos de madeira, obtêm-se corantes (sândalo, madeira de tronco), taninos (carvalho), resinas e bálsamos (cedro, pinheiro, abeto), alcalóides (plantas da erva-moura, papoula, ranúnculo, família guarda-chuva). Alguns alcalóides são usados como medicamentos(quitina, cafeína), herbicidas (Anabasin), inseticidas (nicotina).
As fontes naturais de hidrocarbonetos são os combustíveis fósseis - petróleo e
gás, carvão e turfa. Os depósitos de petróleo e gás bruto surgiram há 100-200 milhões de anos
de volta de plantas e animais marinhos microscópicos que acabaram por ser
incluídos nas rochas sedimentares formadas no fundo do mar, ao contrário
que carvão e turfa começaram a se formar há 340 milhões de anos a partir de plantas,
crescendo em terra seca.
O gás natural e o petróleo bruto são geralmente encontrados junto com a água em
camadas contendo óleo localizadas entre camadas de rochas (Fig. 2). Prazo
"gás natural" também se aplica a gases que são formados em
condições como resultado da decomposição do carvão. Gás natural e petróleo bruto
desenvolvido em todos os continentes, exceto na Antártida. o maior
produtores de gás natural do mundo são Rússia, Argélia, Irã e
Estados Unidos. Os maiores fabricantes petróleo bruto são
Venezuela, Arábia Saudita, Kuwait e Irã.
O gás natural consiste principalmente em metano (Tabela 1).
O petróleo bruto é um líquido oleoso, cuja cor pode
ser os mais diversos - de marrom escuro ou verde a quase
incolor. Contém grande número alcanos. Entre eles estão
alcanos de cadeia linear, alcanos ramificados e cicloalcanos com o número de átomos
carbono cinco a 40. O nome industrial desses cicloalcanos é numerado. NO
óleo bruto, além disso, contém aproximadamente 10% de aromáticos
hidrocarbonetos, bem como uma pequena quantidade de outros compostos contendo
enxofre, oxigênio e nitrogênio.
Tabela 1 Composição do gás natural
O carvão é fonte antiga energia com a qual você está familiarizado
humanidade. É um mineral (Fig. 3), que se formou a partir de
matéria vegetal durante o metamorfismo. Metamórfico
chamadas rochas, cuja composição sofreu alterações nas condições
altas pressões, assim como temperaturas altas. O produto da primeira fase em
processo de formação do carvão é a turfa, que é
matéria orgânica decomposta. O carvão é formado a partir de turfa após
está coberto de rochas sedimentares. Essas rochas sedimentares são chamadas de
sobrecarregado. A precipitação sobrecarregada reduz o teor de umidade da turfa.
Três critérios são usados na classificação de carvões: pureza (determinada por
teor relativo de carbono em porcentagem); tipo (definido
a composição da matéria vegetal original); grau (dependendo
grau de metamorfismo).
Tabela 2 Teor de carbono em alguns tipos de combustível e seu poder calorífico
habilidade
Os carvões fósseis de menor qualidade são linhita e
lenhite (Tabela 2). Eles estão mais próximos da turfa e são caracterizados por
caracterizado por um menor teor de umidade e é amplamente utilizado em
indústria. O tipo de carvão mais seco e duro é o antracite. Dele
usado para aquecimento doméstico e cozinhar.
NO recentemente Graças aos avanços tecnológicos, cada vez mais
gaseificação econômica do carvão. Os produtos de gaseificação de carvão incluem
monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrogênio, metano e nitrogênio. Eles são usados em
como combustível gasoso ou como matéria-prima para a produção de diversos
químicos e fertilizantes.
O carvão, como discutido abaixo, é uma importante fonte de matérias-primas para
compostos aromáticos. Carvão representa
uma mistura complexa substancias químicas contendo carbono,
hidrogênio e oxigênio, bem como pequenas quantidades de nitrogênio, enxofre e outras impurezas
elementos. Além disso, a composição do carvão, dependendo do seu teor, inclui
quantidades variáveis de umidade e vários minerais.
Os hidrocarbonetos ocorrem naturalmente não apenas em combustíveis fósseis, mas também em
em alguns materiais origem biológica. borracha natural
é um exemplo de um polímero de hidrocarboneto natural. molécula de borracha
consiste em milhares de unidades estruturais, que são metilbuta-1,3-dieno
(isopreno);
borracha natural. Aproximadamente 90% de borracha natural, que
atualmente minerados em todo o mundo, obtidos junto ao
seringueira Hevea brasiliensis, cultivada principalmente em
países equatoriais da Ásia. A seiva desta árvore, que é látex
(uma solução aquosa coloidal de polímero), coletada de incisões feitas com uma faca
latido. O látex contém aproximadamente 30% de borracha. Seus pequenos pedaços
suspenso em água. O suco é despejado em recipientes de alumínio, onde é adicionado ácido,
fazendo com que a borracha coagule.
Muitos outros compostos naturais também contêm isopreno estrutural
fragmentos. Por exemplo, o limoneno contém duas porções de isopreno. Limoneno
é o homem parte integralóleos extraídos de casca de frutas cítricas,
como limões e laranjas. Esta ligação pertence classe de conexão,
chamados terpenos. Os terpenos contêm 10 átomos de carbono em suas moléculas (C
10-compostos) e incluem dois fragmentos de isopreno conectados um ao outro
a outra sequencialmente (“cabeça a cauda”). Compostos com quatro isoprenos
fragmentos (compostos C 20) são chamados diterpenos, e com seis
fragmentos de isopreno - triterpenos (compostos C 30). Esqualeno
encontrado no óleo de fígado de tubarão é um triterpeno.
Tetraterpenos (compostos C 40) contêm oito isopreno
fragmentos. Tetraterpenos são encontrados nos pigmentos de gorduras vegetais e animais.
origem. Sua coloração se deve à presença de um longo sistema conjugado
ligações duplas. Por exemplo, o β-caroteno é responsável pela característica laranja
coloração de cenouras.
Tecnologia de processamento de petróleo e carvão
No final do século XIX. Sob a influência do progresso no campo da engenharia de energia térmica, transporte, engenharia, militar e várias outras indústrias, a demanda aumentou imensamente e há uma necessidade urgente de novos tipos de combustíveis e produtos químicos.
Nesta época, a indústria de refino de petróleo nasceu e progrediu rapidamente. Um grande impulso para o desenvolvimento da indústria de refino de petróleo foi dado pela invenção e rápida disseminação do motor combustão interna operando com derivados de petróleo. A técnica de processamento do carvão, que não é apenas um dos principais tipos de combustível, mas que merece destaque, tornou-se uma matéria-prima essencial para a indústria química no período em análise, também desenvolvida de forma intensiva. Um grande papel neste assunto pertencia à química do coque. As coquerias, que antes forneciam coque para a metalurgia ferrosa, transformaram-se em empresas coquequímicas, que também produziam vários produtos químicos valiosos: gás de coqueria, benzeno bruto, alcatrão de carvão e amônia.
A produção de substâncias e materiais orgânicos sintéticos começou a se desenvolver com base em produtos de processamento de petróleo e carvão. Eles são amplamente utilizados como matérias-primas e produtos semi-acabados em várias indústrias indústria química.
Bilhete número 10