Онлайн-урок №23 "Природні джерела вуглеводнів та їх переробка"

Переработка нефти

Около 90% энергии, потребляемой современной цивилизацией, образуется при сжигании природных горючих ископаемых – природного газа, нефти и каменного угля.

Природный газ

Природный газ состоит в среднем по объему на 95% из метана. 
Кроме метана, в природном газе разных месторождений содержатся азот, углекислый газ, гелий, сероводород, а также другие легкие алканы – этан, пропан и бутаны.
Природный газ добывают из подземных месторождений, где он находится под большим давлением. Метан и другие углеводороды образуются из органических веществ растительного и животного происхождения при их разложении без доступа воздуха. Метан образуется постоянно и в настоящее время в результате деятельности микроорганизмов. 
Метан обнаружен на планетах Солнечной системы и их спутниках. 
Чистый метан не имеет запаха. Однако используемый в быту газ имеет характерный неприятный запах. Так пахнут специальные добавки – меркаптаны. Запах меркаптанов позволяет вовремя обнаружить утечку бытового газа. Смеси метана с воздухом взрывоопасны широком диапазоне соотношений – от 5 до 15% газа по объему. Поэтому при ощущении запаха газа в помещении нельзя не только зажигать огонь, но и пользоваться электрическими выключателями. Малейшая искра способна вызвать взрыв.

Состав нефти

Нефть – густая жидкость, похожая на масло. Цвет ее – от светло-желтой до коричневой и черной. 
Нефть разных месторождений сильно различается по составу. Основная часть нефти – углеводороды, содержащие 5 и более атомов углерода. В основном эти углеводороды относятся к предельным, т.е. алканам.

В состав нефти входят также органические соединения, содержащие серу, кислород, азот, Нефть содержит воду и неорганические примеси.
В нефти растворены газы, которые выделяются при ее добыче – нефтяные попутные газы. Это метан, этан, пропан, бутаны с примесями азота, углекислого газа и сероводорода.

Каменный уголь

Каменный уголь, как и нефть, представляет собой сложную смесь. На долю углерода в нем приходится 80-90%. Остальное – водород, кислород, сера, азот и некоторые другие элементы. В буром угле доля углерода и органических веществ ниже, чем в каменном. Еще меньше органики в горючих сланцах. 
В промышленности каменный уголь нагревают до 900-11000С без доступа воздуха. Этот процесс называется коксованием. В результате получается необходимый для металлургии кокс с высоким содержанием углерода, коксовый газ и каменноугольная смола. Из газа и смолы выделяют много органических веществ.

Продукты переработки нефти

Природный газ и нефть являются важнейшими источниками сырья для химической промышленности. Нефть в том виде, как ее добывают, или «сырую нефть», трудно использовать даже в качестве топлива. Поэтому сырую нефть разделяют на фракции (от англ. fraction – часть), используя различия в температурах кипения составляющих ее веществ. 
Способ разделения нефти, основанный на разных температурах кипения составляющих ее углеводородов, называется перегонкой или дистилляцией.

Фракцию, которая перегоняется примерно от 50 до 1800С, называют бензином. 
Керосин кипит при температурах 180 - 3000С. 
Густой черный остаток, не содержащий легколетучих веществ, называется мазутом.

Существует и ряд промежуточных фракций, кипящих в более узких диапазонах – петролейные эфиры (40-700С и 70-1000С), уайт-спирит (149-204°С), а также газойль (200-5000С). Они используются в качестве растворителей. Мазут можно перегнать при пониженном давлении, таким путем из него получают смазочные масла и парафин. Твердый остаток от перегонки мазута – асфальт. Его используют для производства дорожных покрытий. 
Переработка попутных нефтяных газов является отдельной отраслью и позволяет получить ряд ценных продуктов.

Бензин. Октановое число.Способы повышения октанового числа

Органические соединения, входящие в состав бензина, должны быть устойчивы к преждевременному воспламенению и детонации. Эта устойчивость характеризуется октановым числом бензина. 
Шкала октановых чисел основана на двух алканах: н – гептане (t кип.98,50) и 2,2,4-триметилпентане (изооктане) (t кип.99,20). У этих алканов почти одинаковые температуры кипения, но разное строение. Разветвленный изооктан гораздо более устойчив к детонации, чем «линейный» гептан. 

н - гептан(t кип.98,5 0С)

Изооктан ( 2,2,4 триметилпентан) t кип. 99,20 С
Для н-гептана принято октановое число 0, а для изооктана – 100. Бензины сравнивают по устойчивости к детонации со смесью н-гептана и изооктана. 
Перспективным считается использование в качестве моторного топлива этилового спирта (октановое число 105), однако он пока дороже бензина.