Основные источники углеводородов - нефть, природный и попутный нефтяной газы, уголь. Запасы их не безграничны. По оценкам ученых, при современных темпах добыч и потреблений их хватит: нефти – 30 - 90 лет, газа - на 50 лет, угля - на 300 лет.
Нефть и ее состав:
Нефть- маслянистая жидкость от светло - коричневого до темно - бурого, почти черного цвета с характерным запахом, в воде не растворяется, образует на поверхности воды пленку, не пропускающую воздух. Нефть- маслянистая жидкость светло-коричневого до темно –бурого, почти черного цвета, с характерным запахом, в воде не растворяется, образует на поверхности воды пленку, не пропускающую воздух. Нефть-это сложная смесь насыщенных и ароматических углеводородов, циклопарафином, а также некоторых органических соединений, содержащих гетероатомы - кислород, серу, азот и тр. Каких только восторженных имен не давали люди нефти: и «Черное золото», и «Кровь земли». Нефть и в самом деле заслуживает нашего восхищения и благородности.
По составу нефть бывает: парафиновая- состоит из алканов с прямой и разветвленной цепью; нафтеновая - содержит предельные циклические углеводороды; ароматическая - включает в ароматические углеводороды (бензол и его гомологи). Несмотря на сложный компонентный состав, элементный состав нефтей более - менее одинаков: в среднем 82- 87 % углеводорода, 11-14 % водорода, 2- 6 % др.элементов (кислород, сера, азот).
Немного истории .
В 1859 г. В США, в штате Пенсильвания 40-летний Эдвин Дрейк с помощью собственного упорства, денег нефтяной копании и старого парового двигателя пробурил скважину глубиной 22 метра и извлек из нее первую нефть.
Приоритет Дрейка как пионера в области бурения нефтяных скважин оспаривается, однако его имя все равно связано с началом нефтяной эры. Нефть обнаружили во многих частях света. Человечество наконец приобрело в большом количестве превосходный источник искусственного освещения….
Каково происхождение нефти?
В среде ученых доминировали две основные концепции: органическая и неорганическая. Согласно первой концепции, органические остатки, захороненные в осадочных породах, с течением времени разлагаются, превращаясь в нефть, уголь и природный газ; более подвижные нефть и газ затем скапливаются в верхних пластах осадочных пород, имеющих поры. Другие ученые утверждают, что нефть образуется на «больших глубинах в мантии Земли».
Русский ученый - химик Д.И Менделеев был сторонником неорганической концепции. В 1877 г. Он предложил минеральную (карбидную) гипотезу, согласно которой возникновение нефти связано с проникновением воды в глубь Земли по разломам, где под воздействием ее на «углеродистые металлы» и получаются углеводороды.
Если бы была гипотеза космического происхождения нефти – из углеводородов, содержавшихся в газовой оболочке Земли еще во время ее звездного состояния.
Природный газ- «голубое золото».
Наша страна занимает первое место в мире по запасом природного газа. Важнейшие месторождения этого ценного топлива находятся в Западной Сибири (Уренгойское, Заполярное), в Волго - Уральском бассейне (Вуктыльское, Оренбургское), на Северном Кавказе (Ставропольское).
Для добычи природного газа обычно применяется фонтанный способ. Чтобы газ начал поступать на поверхность, достаточно открыть скважину, пробуренную в газоносном пласте.
Природный газ используется без предварительного разделения, потому что подвергается очистке еще до транспортировке. Из него удаляют в частности: механические примеси, водяные пары, сероводород и др. агрессивные компоненты…..А также большую часть пропана, бутана и более тяжелых углеводородов. Оставшийся практически чистый метан расходуется, во- первых, как топливо: высокая теплота сгорания; экологично;удобно добывать, транспортировать, сжигать, потому что агрегатное состояние- газ.
Во-вторых, метан становится сырьем для получения ацетилена, сажи и водорода; для производства непредельных углеводородов, в первую очередь этилена и пропилена; для органического синтеза: метилового спирта, формальдегида, ацетона, уксусной кислоты и многое другое.
Попутный нефтяной газ
Попутный нефтяной газ по своему происхождению тоже является природным газом. Особое название он получил потому, что находится в залежах вместе с нефтью – он растворен в ней. При извлечении нефти на поверхность он вследствие резкого падения давления отделяется от нее. Россия занимает одно из первых мест по запасам попутного газа и его добычи.
Состав попутного нефтяного газа отличается от природного газа- в нем гораздо больше этана, пропана, бутана и др. углеводородов. Кроме того, в его состав входят такие редкие на Земле газы, как аргон и гелий.
Попутный нефтяной газ - ценное химическое сырье, из него можно получить больше веществ, чем из природного газа. Извлекают для химической переработки и индивидуальные углеводороды: этан, пропан, бутан и др. Из них получают непредельные углеводороды реакцией дегидрирования.
Каменный уголь
Запасы каменного угля в природе значительно превышаю запасы нефти и газа. Уголь- сложная смесь веществ, состоящая из различных соединений углерода, водорода, кислорода, азота и серы. В состав угля входят такие минеральные вещества содержащие соединения многих др. элементов.
Каменные угли имеют состав: углерод- до 98%, водород- до 6%, азот, сера, кислород- до 10%. Но в природе бывают еще и бурые угли. Их состав: углерод- до 75%, водород- до 6%, азот, кислород- до 30%.
Основной способ переработки углей- пиролиз (кокосование)- разложение органических веществ без доступа воздуха при высокой температуре (около 1000 С). При этом получаются следующие продукты: кокс (искусственное твердое топливо повышенной прочности, широко используется в металлургии); каменноугольная смола (используется в химической отрасли промышленности); кокосовый газ (используется в химической отрасли промышленности и в качестве топлива.)
Коксовый газ
Летучие соединения (коксовый газ), образующиеся при термическом разложении каменного угля, поступают в общий сборник. Здесь коксовый газ охлаждают и пропускают через электрофильтры для отделения каменноугольной смолы. В газосборнике одновременно со смолой конденсируется и вода, в которой растворяются аммиак, сероводород, фенол и др. вещества. Из несконденсировавшегося коксового газа выделяют водород для различных синтезов.
После перегонки каменноугольной смолы остается твердое вещество – пек, которое используется для приготовления электродов и кровельного толя.
Переработка нефти
Переработка нефти, или ректификация, - это процесс термического разделения нефти и нефти продуктов на фракции по температуре кипения.
Перегонка- это физический процесс.
Существует два метода переработки нефти: физический (первичная переработка) и химический (вторичная переработка).
Первичную переработку нефти осуществляет в ректификакционной колонне- аппарате для разделения жидких смесей веществ, различающихся по температуре кипения.
Фракции нефти и основные области их использования:
Бензин- автомобильная топливо;
Керосин- авиационное топливо;
Лигроин- производство пластмасс, сырье для вторичной переработки;
Газойль- дизельное и котельное топливо, сырье для вторичной переработки;
Мазут- заводское топливо, парафины, смазочные масла, битумы.
Способы очистки от нефтяных пятен :
1)Поглощение- Всем вам известны солома и торф. Они поглощают нефть, после чего можно аккуратно собрать и вывезти с последующим уничтожением. Этот метод годится лишь в условиях штиля и только для не больших пятен. Способ весьма популярен в последнее время из-за своей дешевизны и высокой эффективности.
Итог: Метод дешевый, зависимый от внешних условий.
2) Самоликвидация: -этот метод применяют в том случае, если нефть разлита далеко от берегов и пятно небольшое (в этом случаи пятно лучше совсем не трогать). Постепенно оно раствориться в воде и частично испарится. Иногда нефть не исчезает и через несколько лет, мелкие пятна достигают побережья в виде кусочков скользкой смолы.
Итог: не используется химические препараты; нефть держится на поверхности длительное время.
3) Биологическая: Технология, в основе которой лежит использование микроорганизмов, способных окислять углеводороды.
Итог: минимальный ущерб; удаление нефти с поверхности, но метод трудоемок и длителен.
Цель. Обобщить знания о природных источниках органических соединений и их переработке; показать успехи и перспективы развития нефтехимии и коксохимии, их роль в техническом прогрессе страны; углубить знания из курса экономической географии о газовой отрасли промышленности, современных направлениях переработки газа, сырьевой и энергетической проблемах; развивать самостоятельность в работе с учебником, справочной и научно-популярной литературой.
ПЛАН
Природные источники углеводородов. Природный газ. Попутные нефтяные газы.
Нефть и нефтепродукты, их применение.
Термический и каталитический крекинг.
Коксохимическое производство и проблема получения жидкого топлива.
Из истории развития ОАО «Роснефть – КНОС».
Производственные мощности завода. Выпускаемая продукция.
Связь с химлабораторией.
Охрана окружающей среды на заводе.
Планы завода на будущее.
Природные источники углеводородов.
Природный газ. Попутные нефтяные газы
До Великой Отечественной войны промышленные
запасы природного газа
были известны в
Прикарпатье, на Кавказе, в Заволжье и на Севере
(Коми АССР). Изучение запасов природного газа
было связано только с разведкой нефти.
Промышленные запасы природного газа в 1940 г.
составляли 15 млрд м 3 . Затем месторождения
газа были обнаружены на Северном Кавказе, в
Закавказье, на Украине, в Поволжье, Средней Азии,
Западной Сибири и на Дальнем Востоке. На
1 января 1976 г. разведанные запасы природного газа
составляли 25,8 трлн м 3 , из них в европейской
части СССР – 4,2 трлн м 3 (16,3%), на Востоке – 21,6
трлн м 3 (83,7%), в том числе
18,2 трлн м 3 (70,5%) – в Сибири и на Дальнем
Востоке, 3,4 трлн м 3 (13,2%) – в Средней Азии и в
Казахстане. На 1 января 1980 г. потенциальные запасы
природного газа составляли 80–85 трлн м 3 ,
разведанные – 34,3 трлн м 3 . Причем запасы
увеличились главным образом благодаря открытию
месторождений в восточной части страны –
разведанные запасы там были на уровне около
30,1 трлн м 3 , что составляло 87,8% от
общесоюзных.
На сегодняшний день Россия обладает 35% от мировых
запасов природного газа, что составляет более 48
трлн м 3 . Основные районы залегания
природного газа по России и странам СНГ
(месторождения):
Западно-сибирская нефтегазоносная провинция:
Уренгойское, Ямбургское, Заполярное, Медвежье, Надымское, Тазовское – Ямало-Ненецкий АО;
Похромское, Игримское – Березовская газоносная область;
Мельджинское, Лугинецкое, Усть-Сильгинское – Васюганская газоносная область.
Волго-Уральская нефтегазоносная провинция:
наиболее значительное – Вуктылское, в Тимано-Печорской нефтегазоносной области.
Средняя Азия и Казахстан:
наиболее значительное в Средней Азии – Газлинское, в Ферганской долине;
Кызылкумское, Байрам-Алийское, Дарвазинское, Ачакское, Шатлыкское.
Северный Кавказ и Закавказье:
Карадаг, Дуванный – Азербайджан;
Дагестанские Огни – Дагестан;
Северо-Ставропольское, Пелачиадинское – Ставропольский край;
Ленинградское, Майкопское, Старо-Минское, Березанское – Краснодарский край.
Также месторождения природного газа известны
на Украине, Сахалине и Дальнем Востоке.
По запасам природного газа выделяется Западная
Сибирь (Уренгойское, Ямбургское, Заполярное,
Медвежье). Промышленные запасы здесь достигают 14
трлн м 3 . Особо важное значение сейчас
приобретают ямальские газоконденсатные
месторождения (Бованенковское, Крузенштернское,
Харасавейское и др.). На их основе идет
осуществление проекта «Ямал – Европа».
Добыча природного газа отличается высокой
концентрацией и ориентирована на районы с
наиболее крупными и выгодными по эксплуатации
месторождениями. Только пять месторождений –
Уренгойское, Ямбургское, Заполярное, Медвежье и
Оренбургское – содержат 1/2 всех промышленных
запасов России. Запасы Медвежьего оцениваются в
1,5 трлн м 3 , а Уренгойского – в 5 трлн м 3 .
Следующая особенность заключается в
динамичности размещения мест добычи природного
газа, что объясняется быстрым расширением границ
выявленных ресурсов, а также сравнительной
легкостью и дешевизной вовлечения их в
разработку. За короткий срок главные центры по
добыче природного газа переместились из
Поволжья на Украину, Северный Кавказ. Дальнейшие
территориальные сдвиги вызваны освоением
месторождений Западной Сибири, Средней Азии,
Урала и Севера.
После распада СССР в России
происходило падение объема добычи природного
газа. Спад наблюдался в основном в Северном
экономическом районе (8 млрд м 3 в
1990 г. и 4 млрд м 3 в 1994 г.), на Урале (43
млрд м 3 и 35 млрд м 3), в
Западно-Сибирском экономическом районе (576 и
555 млрд м 3) и в Северо-Кавказском (6 и
4 млрд м 3). Добыча природного газа
оставалась на прежнем уровне в Поволжском
(6 млрд м 3) и в Дальневосточном
экономических районах.
В конце 1994 г. наблюдалась тенденция к росту
уровня добычи.
Из республик бывшего СССР Российская Федерация
дает больше всего газа, на втором месте –
Туркмения (более 1/10), далее идут Узбекистан и
Украина.
Особое значение приобретает добыча природного
газа на шельфе Мирового океана. В 1987 г. на морских
месторождениях было добыто 12,2 млрд м 3 , или
около 2% газа, добытого в стране. Добыча попутного
газа в том же году составила 41,9 млрд м 3 . Для
многих районов одним из резервов газообразного
топлива служит газификация угля и сланцев.
Подземная газификация угля осуществляется в
Донбассе (Лисичанск), Кузбассе (Киселевск) и
Подмосковном бассейне (Тула).
Природный газ был и остается важным продуктом
экспорта в российской внешней торговле.
Основные центры переработки природного газа
расположены на Урале (Оренбург, Шкапово,
Альметьевск), в Западной Сибири (Нижневартовск,
Сургут), в Поволжье (Саратов), на Северном Кавказе
(Грозный) и в других газоносных провинциях. Можно
отметить, что комбинаты газопереработки
тяготеют к источникам сырья – месторождениям и
крупным газопроводам.
Важнейшее использование природного газа – в
качестве топлива. Последнее время идет тенденция
к увеличению доли природного газа в топливном
балансе страны.
Наиболее ценится природный газ с
высоким содержанием метана – это ставропольский
(97,8% СН 4), саратовский (93,4%), уренгойский (95,16%).
Запасы природного газа на нашей планете очень
велики (примерно 1015 м 3). У нас в России
известно более 200 месторождений, они находятся в
Западной Сибири, в Волго-Уральском бассейне, на
Северном Кавказе. По запасам природного газа
первое место в мире принадлежит России.
Природный газ является ценнейшим видом топлива.
При сгорании газа выделяется много теплоты,
поэтому он служит энергетически эффективным и
дешевым топливом в котельных установках,
доменных, мартеновских и стекловаренных печах.
Использование на производстве природного газа
дает возможность значительно повысить
производительность труда.
Природный газ – источник сырья для химической
отрасли промышленности: получение ацетилена,
этилена, водорода, сажи, различных пластмасс,
уксусной кислоты, красителей, медикаментов и
других продуктов.
Попутный нефтяной газ – это газ, существующий вместе с нефтью, он растворен в нефти и находится над ней, образуя «газовую шапку», под давлением. На выходе из скважины давление падает, и попутный газ отделяется от нефти. Этот газ в прошлые времена не использовался, а просто сжигался. В настоящее время его улавливают и используют как топливо и ценное химическое сырье. Возможности использования попутных газов даже шире, чем природного газа, т.к. состав их богаче. В попутных газах содержится меньше метана, чем в природном газе, но в них значительно больше гомологов метана. Чтобы использовать попутный газ более рационально, его разделяют на смеси более узкого состава. После разделения получают газовый бензин, пропан и бутан, сухой газ. Извлекают и индивидуальные углеводороды – этан, пропан, бутан и другие. Дегидрированием их получают непредельные углеводороды – этилен, пропилен, бутилен и др.
Нефть и нефтепродукты, их применение
Нефть – это маслянистая жидкость с резким
запахом. Она встречается во многих местах
земного шара, пропитывая пористые горные породы
на различной глубине.
По мнению большинства ученых, нефть представляет
собой геохимически измененные остатки некогда
населявших земной шар растений и животных. Эта
теория органического происхождения нефти
подкрепляется тем, что в нефти содержатся
некоторые азотистые вещества – продукты распада
веществ, присутствующих в тканях растений. Есть и
теории о неорганическом происхождении нефти:
образовании ее в результате действия воды в
толщах земного шара на раскаленные карбиды
металлов (соединения металлов с углеродом) с
последующим изменением получающихся
углеводородов под влиянием высокой температуры,
высокого давления, воздействия металлов,
воздуха, водорода и др.
При добыче из нефтеносных пластов, залегающих в
земной коре иногда на глубине нескольких
километров, нефть либо выходит на поверхность
под давлением находящихся на нем газов, либо
выкачивается насосами.
Нефтяная отрасль промышленности
сегодня – это крупный народно-хозяйственный
комплекс, который живет и развивается по своим
законам. Что значит нефть сегодня для народного
хозяйства страны? Нефть – это сырье для
нефтехимии в производстве синтетического
каучука, спиртов, полиэтилена, полипропилена,
широкой гаммы различных пластмасс и готовых
изделий из них, искусственных тканей; источник
для выработки моторных топлив (бензина, керосина,
дизельного и реактивных топлив), масел и смазок, а
также котельно-печного топлива (мазут),
строительных материалов (битумы, гудрон,
асфальт); сырье для получения ряда белковых
препаратов, используемых в качестве добавок в
корм скоту для стимуляции его роста.
Нефть – наше национальное богатство, источник
могущества страны, фундамент ее экономики.
Нефтяной комплекс России включает 148 тыс.
нефтяных скважин, 48,3 тыс. км магистральных
нефтепроводов, 28 нефтеперерабатывающих заводов
общей мощностью более 300 млн т/год нефти, а также
большое количество других производственных
объектов.
На предприятиях нефтяной отрасли промышленности
и обслуживающих ее отраслей занято около 900 тыс.
работников, в том числе в сфере науки и научного
обслуживания – около 20 тыс. человек.
За последние десятилетия в структуре топливной
отрасли промышленности произошли коренные
изменения, связанные с уменьшением доли угольной
отрасли промышленности и ростом отраслей по
добыче и переработке нефти и газа. Если в 1940 г. они
составляли 20,5%, то в 1984 г. – 75,3% от суммарной
добычи минерального топлива. Теперь на первый
план выдвигается природный газ и уголь открытой
добычи. Потребление нефти для энергетических
целей будет сокращено, напротив, расширится ее
использование в качестве химического сырья. В
настоящее время в структуре
топливно-энергетического баланса на нефть и газ
приходится 74%, при этом доля нефти сокращается, а
доля газа растет и составляет примерно 41%. Доля
угля 20%, оставшиеся 6% приходятся на
электроэнергию.
Переработку нефти впервые начали братья
Дубинины на Кавказе. Первичная переработка нефти
заключается в ее перегонке. Перегонку производят
на нефтеперерабатывающих заводах после
отделения нефтяных газов.
Из нефти выделяют разнообразные
продукты, имеющие большое практическое значение.
Сначала из нее удаляют растворенные
газообразные углеводороды (преимущественно
метан). После отгонки летучих углеводородов
нефть нагревают. Первыми переходят в
парообразное состояние и отгоняются
углеводороды с небольшим числом атомов углерода
в молекуле, имеющие относительно низкую
температуру кипения. С повышением температуры
смеси перегоняются углеводороды с более высокой
температурой кипения. Таким образом можно
собрать отдельные смеси (фракции) нефти. Чаще
всего при такой перегонке получают четыре
летучие фракции, которые затем подвергаются
дальнейшему разделению.
Основные фракции нефти следующие.
Газолиновая фракция
, собираемая от 40
до 200 °С, содержит углеводороды от С 5 Н 12
до С 11 Н 24 . При дальнейшей перегонке
выделенной фракции получают газолин
(t
кип
= 40–70 °С), бензин
(t
кип = 70–120 °С) – авиационный,
автомобильный и т.д.
Лигроиновая фракция
, собираемая в
пределах от 150 до 250 °С, содержит углеводороды
от С 8 Н 18 до С 14 Н 30 . Лигроин
применяется как горючее для тракторов. Большие
количества лигроина перерабатывают в бензин.
Керосиновая фракция
включает
углеводороды от С 12 Н 26 до С 18 Н 38
с температурой кипения от 180 до 300 °С. Керосин
после очистки используется в качестве горючего
для тракторов, реактивных самолетов и ракет.
Газойлевая фракция
(t
кип >
275 °С), по-другому называется дизельным
топливом
.
Остаток после перегонки нефти – мазут
– содержит углеводороды с большим числом атомов
углерода (до многих десятков) в молекуле. Мазут
также разделяют на фракции перегонкой под
уменьшенным давлением, чтобы избежать
разложения. В результате получают соляровые
масла
(дизельное топливо), смазочные масла
(автотракторные, авиационные, индустриальные и
др.), вазелин
(технический вазелин
применяется для смазки металлических изделий с
целью предохранения их от коррозии, очищенный
вазелин используется как основа для
косметических средств и в медицине). Из некоторых
сортов нефти получают парафин
(для
производства спичек, свечей и др.). После отгонки
летучих компонентов из мазута остается гудрон
.
Его широко применяют в дорожном строительстве.
Кроме переработки на смазочные масла мазут также
используют в качестве жидкого топлива в
котельных установках. Бензина, получаемого при
перегонке нефти, не хватает для покрытия всех
нужд. В лучшем случае из нефти удается получить
до 20% бензина, остальное – высококипящие
продукты. В связи с этим перед химией стала
задача найти способы получения бензина в большом
количестве. Удобный путь был найден с помощью
созданной А.М.Бутлеровым теории строения
органических соединений. Высококипящие продукты
разгонки нефти непригодны для употребления в
качестве моторного топлива. Их высокая
температура кипения обусловлена тем, что
молекулы таких углеводородов представляют собой
слишком длинные цепи. Если расщепить крупные
молекулы, содержащие до 18 углеродных атомов,
получаются низкокипящие продукты типа бензина.
Этим путем пошел русский инженер В.Г.Шухов,
который в 1891 г. разработал метод расщепления
сложных углеводородов, названный впоследствии
крекингом (что означает расщепление).
Коренным усовершенствованием крекинга явилось внедрение в практику процесса каталитического крекинга. Этот процесс был впервые осуществлен в 1918 г. Н.Д.Зелинским. Каталитический крекинг позволил получать в крупных масштабах авиационный бензин. На установках каталитического крекинга при температуре 450 °С под действием катализаторов происходит расщепление длинных углеродных цепей.
Термический и каталитический крекинг
Основным способом переработки нефтяных
фракций являются различные виды крекинга.
Впервые (1871–1878) крекинг нефти был осуществлен в
лабораторном и полупромышленном масштабе
сотрудником Петербургского технологического
института А.А.Летним. Первый патент на установку
для крекинга заявлен Шуховым в 1891 г. В
промышленности крекинг получил распространение
с 1920-х гг.
Крекинг – это термическое разложение
углеводородов и других составных частей нефти.
Чем выше температура, тем больше скорость
крекинга и больше выход газов и ароматических
углеводородов.
Крекинг нефтяных фракций кроме жидких продуктов
дает первостепенно важное сырье – газы,
содержащие непредельные углеводороды (олефины).
Различают следующие основные виды крекинга:
жидкофазный
(20–60 атм, 430–550 °С),
дает непредельный и насыщенный бензины, выход
бензина порядка 50%, газов 10%;
парофазный
(обычное или пониженное давление,
600 °С), дает непредельно-ароматический бензин,
выход меньше, чем при жидкофазном крекинге,
образуется большое количество газов;
пиролиз
нефти (обычное или
пониженное давление, 650–700 °С), дает смесь
ароматических углеводородов (пиробензол), выход
порядка 15%, более половины сырья превращается в
газы;
деструктивное гидрирование
(давление водорода 200–250 атм, 300–400 °С в
присутствии катализаторов – железа, никеля,
вольфрама и др.), дает предельный бензин с выходом
до 90%;
каталитический крекинг
(300–500 °С
в присутствии катализаторов – AlCl 3 ,
алюмосиликатов, МоS 3 , Сr 2 О 3 и др.),
дает газообразные продукты и высокосортный
бензин с преобладанием ароматических и
предельных углеводородов изостроения.
В технике большую роль играет так называемый каталитический
риформинг
– превращение низкосортных
бензинов в высокосортные высокооктановые
бензины или ароматические углеводороды.
Основными реакциями при крекинге являются
реакции расщепления углеводородных цепей,
изомеризации и циклизации. Огромную роль в этих
процессах играют свободные углеводородные
радикалы.
Коксохимическое производство
и проблема получения жидкого топлива
Запасы каменного угля
в природе
значительно превышают запасы нефти. Поэтому
каменный уголь – важнейший вид сырья для
химической отрасли промышленности.
В настоящее время в промышленности используется
несколько путей переработки каменного угля:
сухая перегонка (коксование, полукоксование),
гидрирование, неполное сгорание, получение
карбида кальция.
Сухая перегонка угля используется для
получения кокса в металлургии или бытового газа.
При коксовании угля получают кокс,
каменноугольную смолу, надсмольную воду и газы
коксования.
Каменноугольная смола
содержит самые
разнообразные ароматические и другие
органические соединения. Разгонкой при обычном
давлении ее разделяют на несколько фракций. Из
каменноугольной смолы получают ароматические
углеводороды, фенолы и др.
Газы коксования
содержат преимущественно
метан, этилен, водород и оксид углерода(II).
Частично их сжигают, частично перерабатывают.
Гидрирование угля осуществляют при 400–600 °С
под давлением водорода до 250 атм в присутствии
катализатора – оксидов железа. При этом
получается жидкая смесь углеводородов, которые
обычно подвергают гидрированию на никеле или
других катализаторах. Гидрировать можно
низкосортные бурые угли.
Карбид кальция СаС 2 получают из угля (кокса, антрацита) и извести. В дальнейшем его превращают в ацетилен, который используется в химической отрасли промышленности всех стран во все возрастающих масштабах.
Из истории развития ОАО «Роснефть – КНОС»
История развития завода тесно связана с
нефтегазовой отраслью промышленности Кубани.
Начало добычи нефти в нашей стране уходит в
далекое прошлое. Еще в X в. Азербайджан торговал
нефтью с различными странами. На Кубани
промышленная разработка нефти началась в 1864 г. в
Майкопском районе. По просьбе начальника
Кубанской области генерала Кармалина
Д.И.Менделеев в 1880 г. дал заключение о
нефтеносности Кубани: «Здесь нефти надо ждать
много, здесь она расположена по длинной прямой
линии, параллельной хребту и идущей около
предгорий, примерно по направлению от Кудако на
Ильскую».
В годы первых пятилеток были произведены большие
поисковые работы и начата промышленная добыча
нефти. Попутный нефтяной газ частично
использовался как бытовое топливо в рабочих
поселках, а большая часть этого ценного продукта
сжигалась на факелах. Чтобы покончить с
расточительностью природных богатств,
Министерство нефтяной промышленности СССР в 1952
г. приняло решение построить в поселке Афипском
газобензиновый завод.
В течение 1963 г. был подписан акт ввода в
эксплуатацию первой очереди Афипского
газобензинового завода.
В начале 1964 г. началась переработка
газоконденсатов Краснодарского края с
получением бензина А-66 и дизельного топлива.
Сырьем служил газ Каневского, Березанского,
Ленинградского, Майкопского и других крупных
месторождений. Совершенствуя производство,
коллектив завода освоил выпуск авиационного
бензина Б-70 и автобензина А-72.
В августе 1970 г. введены в строй две новые
технологические установки по переработке
газоконденсата с получением ароматики (бензола,
толуола, ксилола): установка вторичной перегонки
и установка каталитического риформинга.
Одновременно были построены очистные сооружения
с биологической очисткой сточных вод и
товарно-сырьевая база завода.
В 1975 г. вошла в строй установка по производству
ксилолов, а в 1978 г. – установка деметилирования
толуола импортного исполнения. Завод стал одним
из ведущих в Миннефтепроме по выработке
ароматических углеводородов для химической
отрасли промышленности.
В целях совершенствования структуры управления
предприятия и организации производственных
подразделений в январе 1980 г. создано
производственное объединение
«Краснодарнефтеоргсинтез». В объединение вошли
три завода: Краснодарская площадка (действует с
августа 1922 г.), Туапсинский
нефтеперерабатывающий завод (действует с 1929 г.) и
Афипский нефтеперерабатывающий завод (действует
с декабря 1963 г.).
В декабре 1993 г. произошла реорганизация
предприятия, а в мае 1994 г. АООТ
«Краснодарнефтеоргсинтез» было переименовано в
ОАО «Роснефть – Краснодарнефтеоргсинтез».
Статья подготовлена при поддержке компании ООО «Мет С». Если вам нужно избавиться от чугунной ванны, раковины или прочего металлического хлама, то оптимальным решением станет обратиться в компанию «Мет С». На сайте, расположенном по адресу "www.Metalloloms.Ru", вы сможете, не отходя от экрана монитора, заказать демонтаж и вывоз металлолома , по выгодной цене. В компании «Мет С» работают только высококвалифицированные специалисты большим стажем работы.
Окончание следует
Наиболее важными источниками углеводородов являются природный и попутные нефтяные газы, нефть, каменный уголь.
По запасам природного газа первое место в мире принадлежит нашей стране. В природном газе содержатся углеводороды с низкой молекулярной массой. Он имеет следующий примерный состав (по объему): 80–98 % метана, 2–3 % его ближайших гомологов – этана, пропана, бутана и небольшое количество примесей – сероводорода Н 2 S, азота N 2 , благородных газов, оксида углерода(IV) CO 2 и паров воды H 2 O. Состав газа специфичен для каждого месторождения. Существует следующая закономерность: чем выше относительная молекулярная масса углеводорода, тем меньше его содержится в природном газе.
Природный газ широко используется как дешевое топливо с высокой теплотворной способностью (при сжигании 1м 3 выделяется до 54 400 кДж). Это один из лучших видов топлива для бытовых и промышленных нужд. Кроме того, природный газ служит ценным сырьем для химической промышленности: получения ацетилена, этилена, водорода, сажи, различных пластмасс, уксусной кислоты, красителей, медикаментов и других продуктов.
Попутные нефтяные газы находятся в залежах вместе с нефтью: они растворены в ней и находятся над нефтью, образуя газовую “шапку”. При извлечении нефти на поверхность газы вследствие резкого падения давления отделяются от нее. Раньше попутные газы не находили применения и при добыче нефти сжигались факельным способом. В настоящее время их улавливают и используют как топливо и ценное химическое сырье. В попутных газах содержится меньше метана, чем в природном газе, но больше этана, пропана, бутана и высших углеводородов. Кроме того, в них присутствуют в основном те же примеси, что и в природном газе: H 2 S, N 2 , благородные газы, пары Н 2 О, CO 2 . Из попутных газов извлекают индивидуальные углеводороды (этан, пропан, бутан и т.д.), их переработка позволяет получать путем дегидрирования непредельные углеводороды – пропилен, бутилен, бутадиен, из которых затем синтезируют каучуки и пластмассы. Смесь пропана и бутана (сжиженный газ) применяют как бытовое топливо. Газовый бензин (смесь пентана с гексаном) применяют как добавку к бензину для лучшего воспламенения горючего при запуске двигателя. Окислением углеводородов получают органические кислоты, спирты и другие продукты.
Нефть – маслянистая горючая жидкость темно-бурого или почти черного цвета с характерным запахом. Она легче воды ( = 0,73–0,97 г/ см 3), в воде практически нерастворима. По составу нефть – сложная смесь углеводородов различной молекулярной массы, поэтому у нее нет определенной температуры кипения.
Нефть состоит главным образом из жидких углеводородов (в них растворены твердые и газообразные углеводороды). Обычно это алканы (преимущественно нормального строения), циклоалканы и арены, соотношение которых в нефтях различных месторождений колеблется в широких пределах. Уральская нефть содержит больше аренов. Кроме углеводородов, нефть содержит кислородные, сернистые и азотистые органические соединения.
Сырая нефть обычно не применяется. Для получения из нефти технически ценных продуктов ее подвергают переработке.
Первичная переработка нефти заключается в ее перегонке. Перегонку производят на нефтеперерабатывающих заводах после отделения попутных газов. При перегонке нефти получают светлые нефтепродукты:
бензин (t кип = 40–200 °С) содержит углеводороды С 5 –С 11 ,
лигроин (t кип = 150–250 °С) содержит углеводороды С 8 –С 14 ,
керосин (t кип = 180–300 °С) содержит углеводороды С 12 –С 18 ,
газойль (t кип > 275 °С),
а в остатке – вязкую черную жидкость – мазут.
Мазут подвергают дальнейшей переработке. Его перегоняют под уменьшенным давлением (чтобы предупредить разложение) и выделяют смазочные масла: веретенное, машинное, цилиндровое и др. Из мазута некоторых сортов нефти выделяют вазелин и парафин. Остаток мазута после отгонки – гудрон – после частичного окисления применяется для получения асфальта. Главный недостаток перегонки нефти – малый выход бензина (не более 20 %).
Продукты перегонки нефти имеют различное применение.
Бензин в больших количествах используется как авиационное и автомобильное топливо. Он состоит обычно из углеводородов, содержащих в молекулах в среднем от 5 до 9 атомов С. Лигроин применяется как горючее для тракторов, а также как растворитель в лакокрасочной отрасли промышленности. Большие количества его перерабатывают в бензин. Керосин применяется как горючее для тракторов, реактивных самолетов и ракет, а также для бытовых нужд. Соляровое масло – газойль – используется как моторное топливо, а смазочные масла – для смазки механизмов. Вазелин используется в медицине. Он состоит из смеси жидких и твердых углеводородов. Парафин применяется для получения высших карбоновых кислот, для пропитки древесины в производстве спичек и карандашей, для изготовления свечей, гуталина и т.д. Он состоит из смеси твердых углеводородов. Мазут помимо переработки на смазочные масла и бензин используется в качестве котельного жидкого топлива.
При вторичных методах переработки нефти происходит изменение структуры углеводородов, входящих в ее состав. Среди этих методов большое значение имеет крекинг углеводородов нефти, проводимый с целью повышения выхода бензина (до 65–70 %).
Крекинг – процесс расщепления углеводородов, содержащихся в нефти, в результате которого образуются углеводороды с меньшим числом атомов С в молекуле. Различают два основных вида крекинга: термический и каталитический.
Термический крекинг проводится при нагревании исходного сырья (мазута и др.) при температуре 470–550 °С и давлении 2–6 МПа. При этом молекулы углеводородов с большим числом атомов С расщепляются на молекулы с меньшим числом атомов как предельных, так и непредельных углеводородов. Например:
(радикальный механизм),
Таким способом получают главным образом автомобильный бензин. Выход его из нефти достигает 70 %. Термический крекинг открыт русским инженером В.Г.Шуховым в 1891 г.
Каталитический крекинг проводится в присутствии катализаторов (обычно алюмосиликатов) при 450–500 °С и атмосферном давлении. Этим способом получают авиационный бензин с выходом до 80 %. Такому виду крекинга подвергается преимущественно керосиновая и газойлевая фракции нефти. При каталитическом крекинге наряду с реакциями расщепления протекают реакции изомеризации. В результате последних образуются предельные углеводороды с разветвленным углеродным скелетом молекул, что улучшает качество бензина:
Бензин каталитического крекинга обладает более высоким качеством. Процесс его получения протекает значительно быстрее, с меньшим расходом тепловой энергии. К тому же при каталитическом крекинге образуется относительно много углеводородов с разветвленной цепью (изосоединений), представляющих большую ценность для органического синтеза.
При t = 700 °С и выше происходит пиролиз.
Пиролиз – разложение органических веществ без доступа воздуха при высокой температуре. При пиролизе нефти основными продуктами реакции являются непредельные газообразные углеводороды (этилен, ацетилен) и ароматические – бензол, толуол и др. Поскольку пиролиз нефти – один из важнейших путей получения ароматических углеводородов, то этот процесс часто называют ароматизацией нефти.
Ароматизация – превращение алканов и циклоалканов в арены. При нагревании тяжелых фракций нефтепродуктов в присутствии катализатора (Pt или Mo) углеводороды, содержащие 6–8 атомов С в молекуле, превращаются в ароматические углеводороды. Эти процессы протекают при риформинге (облагораживание бензинов).
Риформинг – это ароматизация бензинов, осуществляемая в результате нагревания их в присутствии катализатора, например Pt. В этих условиях алканы и циклоалканы превращаются в ароматические углеводороды, вследствие чего октановое число бензинов также существенно повышается. Ароматизацию применяют для получения индивидуальных ароматических углеводородов (бензола, толуола) из бензиновых фракций нефти.
В последние годы углеводороды нефти широко используются как источник химического сырья. Различными способами из них получают вещества, необходимые для производства пластмасс, синтетического текстильного волокна, синтетического каучука, спиртов, кислот, синтетических моющих средств, взрывчатых веществ, ядохимикатов, синтетических жиров и т.д.
Каменный уголь так же, как природный газ и нефть, является источником энергии и ценным химическим сырьем.
Основной метод переработки каменного угля – коксование (сухая перегонка). При коксовании (нагревании до 1000 °С – 1200 °С без доступа воздуха) получаются различные продукты: кокс, каменноугольная смола, надсмольная вода и коксовый газ (схема).
Схема
Кокс используют в качестве восстановителя при производстве чугуна на металлургических заводах.
Каменноугольная смола служит источником ароматических углеводородов. Ее подвергают ректификационной перегонке и получают бензол, толуол, ксилол, нафталин, а также фенолы, азотсодержащие соединения и др. Пек – густая черная масса, оставшаяся после перегонки смолы, используется для приготовления электродов и кровельного толя.
Из надсмольной воды получают аммиак, сульфат аммония, фенол и др.
Коксовый газ применяют для обогревания коксовых печей (при сгорании 1м 3 выделяется около 18000 кДж), но в основном его подвергают химической переработке. Так, из него выделяют водород для синтеза аммиака, используемого затем для получения азотных удобрений, а также метан, бензол, толуол, сульфат аммония, этилен.
Углеводороды имеют большое народнохозяйственное значение, так как служат важнейшим видом сырья для получения почти всей продукции современной промышленности органического синтеза и широко используются в энергетических целях. В них как бы аккумулированы солнечное тепло и энергия, которые освобождаются при сжигании. Торф, каменный уголь, горючие сланцы, нефть, природные и попутные нефтяные газы содержат углерод, соединение которого с кислородом при горении сопровождается выделением тепла.
| каменный уголь | торф | нефть | природный газ |
 |  |
||
| твердый | твердый | жидкость | газ |
| без запаха | без запаха | резкий запах | без запаха |
| однородный состав | однородный состав | смесь веществ | смесь веществ |
| горная порода темного цвета с большим содержанием горючего вещества, возникшего вследствие захоронения в осадочных толщах скоплений различных растений | скопление полуперепревшей растительной массы, накопившейся на дне болот и заросших озер | природная горючая маслянистая жидкость, состоит из смеси жидких и газообразных углеводородов | смесь газов, образовавшихся в недрах Земли при анаэробном разложении органических веществ, газ относится к группе осадочных горных пород |
| Теплотворная способность - количество калорий, выделяемых при сжигании 1 кг топлива | |||
| 7 000 - 9 000 | 500 - 2 000 | 10000 - 15000 | ? |
Каменный уголь.
Уголь всегда являлся перспективным сырьем для получения энергии и многих химических продуктов.
Первым крупным потребителем угля с XIX века является транспорт, затем уголь стали использовать для производства электроэнергии, металлургического кокса, получения при химической переработке разнообразных продуктов, углеграфитовых конструкционных материалов, пластических масс, горного воска, синтетического, жидкого и газообразного высококалорийного топлива, высокоазотистых кислот для производства удобрений.
Каменный уголь - сложная смесь высокомолекулярных соединений, в состав которых входят следующие элементы: С, Н, N, О, S. Каменный уголь, как и нефть, содержит большое количество различных органических веществ, а также и неорганические вещества, такие, например, как вода, аммиак, сероводород и конечно же сам углерод – уголь.
Переработка каменного угля идет по трем основным направлениям: коксование, гидрирование и неполное сгорание. Одним из основных способов переработки каменного угля является коксование – прокаливание без доступа воздуха в коксовых печах при температуре 1000–1200°С. При этой температуре без доступа кислорода каменный уголь подвергается сложнейшим химическим превращениям, в результате которых образуется кокс и летучие продукты:
1. коксовый газ (водород, метан, угарный и углекислый газы, примеси аммиака, азота и других газов);
2. каменноугольная смола (несколько сотен различных органических веществ, в том числе бензол и его гомологи, фенол и ароматические спирты, нафталин и различные гетероциклические соединения);
3. надсмольная, или аммиачная, вода (растворенный аммиак, а также фенол, сероводород и другие вещества);
4. кокс (твердый остаток коксования, практически чистый углерод).
Остывший кокс отправляют на металлургические заводы.
При охлаждении летучих продуктов (коксовый газ) конденсируются каменноугольная смола и аммиачная вода.
Пропуская несконденсированные продукты (аммиак, бензол, водород, метан, СО 2 , азот, этилен и др.) через раствор серной кислоты выделяют сульфат аммония, который используется в качестве минерального удобрения. Бензол поглощают растворителем и отгоняют из раствора. После этого коксовый газ используется как топливо или как химическое сырье. Каменноугольная смола получается в незначительных количествах (3%). Но, учитывая масштабы производства, каменноугольная смола рассматривается как сырье для получения ряда органических веществ. Если от смолы отогнать продукты, кипящие до 350°С, то остается твердая масса – пек. Его применяют для изготовления лаков.
Гидрирование угля осуществляется при температуре 400–600°С под давлением водорода до 25 МПа в присутствии катализатора. При этом образуется смесь жидких углеводородов, которая может быть использована как моторное топливо. Получение жидкого топлива из угля. Жидкое синтетическое топливо - это высокооктановый бензин, дизельное и котельное топливо. Чтобы получить жидкое топливо из угля, необходимо увеличить в нем содержание водорода путем гидрирования. Гидрогенизацию проводят с использованием многократной циркуляции, которая позволяет превратить в жидкость и газы всю органическую массу угля. Достоинством этого метода является возможность гидрирования низкосортного бурого угля.
Газификация угля позволит использовать низкокачественные бурый и каменный угли на теплоэлектростанциях, не загрязняя окружающую среду соединениями серы. Это единственный метод получения концентрированного монооксида углерода (угарного газа) СО. Неполное сгорание угля дает оксид углерода (II). На катализаторе (никель, кобальт) при обычном или повышенном давлении из водорода и СО можно получить бензин, содержащий предельные и непредельные углеводороды:
nCO + (2n+1)H 2 → C n H 2n+2 + nH 2 O;
nCO + 2nH 2 → C n H 2n + nH 2 O.
Если сухую перегонку угля проводить при 500–550°С, то получают деготь, который наряду с битумом используется в строительном деле как связующий материал при изготовлении кровельных, гидроизоляционных покрытий (рубероид, толь и др.).
В природе каменный уголь находится в следующих регионах: Подмосковный бассейн, Южно-Якутский бассейн, Кузбасс, Донбасс, Печорский бассейн, Тунгусский бассейн, Ленский бассейн.
Природный газ.
Природный газ – смесь газов, основным компонентом которой является метан CH 4 (от 75 до 98% в зависимости от месторождения), остальное приходится на долю этана, пропана, бутана и небольшого количества примесей – азота, оксида углерода (IV), сероводорода и паров воды, и, практически всегда, – сероводород и органические соединения нефти - меркаптаны. Именно они сообщают газу специфический неприятный запах, а при сжигании приводят к образованию токсичного диоксида серы SO 2 .
Обычно чем выше молекулярная масса углеводорода, тем меньше его содержится в природном газе. Состав природного газа различных месторождений неодинаков. Средний состав его в процентах по объему следующий:
| СН 4 | С 2 Н 6 | С 3 Н 8 | С 4 Н 10 | N 2 и другие газы |
| 75-98 | 0,5 - 4 | 0,2 – 1,5 | 0,1 – 1 | 1-12 |
Метан образуется при анаэробном (без доступа воздуха) сбраживании растительных и животных остатков, поэтому образуется в донных отложениях и носит название "болотного" газа.
Залежи метана в гидратированной кристаллической форме, так называемый метангидрат, обнаружены под слоем вечной мерзлоты и на больших глубинах океанов. При низких температурах (−800ºC) и высоких давлениях молекулы метана размещаются в пустотах кристаллической решетки водяного льда. В ледовых пустотах одного кубометра метангидрата "законсервировано" 164 кубометра газа.
Куски метангидрата выглядят как грязный лед, но на воздухе сгорают желто-синим пламенем. По приблизительным оценкам, на планете хранится от 10 000 до 15 000 гигатонн углерода в виде метангидрата ("гига" равен 1 миллиарду). Такие объемы во много раз превышают все известные на сегодняшний день запасы природного газа.
Природный газ является возобновляемым природным ресурсом, так как синтезируется в природе непрерывно. Его еще называют "биогазом". Поэтому перспективы благополучного существования человечества многие ученые-экологи связывают сегодня именно с использованием газа в качестве альтернативного топлива.
В качестве горючего природный газ имеет большие преимущества перед твердым и жидким топливом. Теплота сгорания его значительно выше, при сжигании он не оставляет золы, продукты сгорания значительно более чистые в экологическом отношении. Поэтому около 90% всего объема добываемого природного газа сжигается в качестве топлива на тепловых электростанциях и в котельных, в термических процессах на промышленных предприятиях и в быту. Около 10% природного газа используют как ценное сырье для химической промышленности: для получения водорода, ацетилена, сажи, различных пластмасс, медикаментов. Из природного газа выделяют метан, этан, пропан и бутан. Продукты, которые можно получить из метана, имеют важное промышленное значение. Метан используется для синтеза многих органических веществ − синтез-газа и дальнейшего синтеза на его основе спиртов; растворителей (четыреххлористого углерода, хлористого метилена и др.); формальдегида; ацетилена и сажи.
Природный газ образует самостоятельные месторождения. Основные месторождения природных горючих газов расположены в Северной и Западной Сибири, Волго-Уральском бассейне, на Северном Кавказе (Ставрополе), в Республике Коми, Астраханская область, Баренцево море.