Походження нафти вугілля газу. Походження природних джерел енергії

1. Природні джерела вуглеводнів: газ, нафту, кам'яне вугілля. Їх переробка та практичне застосування.

Основними природними джерелами вуглеводнів є нафта, природний та попутний нафтовий газ та кам'яне вугілля.

Природний та попутний нафтовий газ.

Природний газ – суміш газів, основним компонентом якої є метан, решта припадає на частку етану, пропану, Бутану, та невеликої кількості домішок – азоту, оксиду вуглецю (IV), сірководню та парів води. 90% його витрачається як паливо, інші 10% використовують як сировину для хімічної промисловості: одержання водню, етилену, ацетилену, сажі, різний пластмас, медикаментів та ін.

Попутний нафтовий газ – це теж природний газале він зустрічається разом з нафтою – знаходиться над нафтою або розчинений у ній під тиском. Попутний газ містить 30 – 50% метану, решта посідає його гомологи: етан, пропан, бутан та інші вуглеводні. Крім того, в ньому присутні ті ж домішки, що й у природному газі.

Три фракції попутного газу:

1. Газовий бензин; його додають до бензину для покращення запуску двигуна;

2. Пропан-бутанова суміш; застосовується як побутове паливо;

3. Сухий газ; використовують для одержання ацителену, водню, етилену та інших речовин, з яких у свою чергу виробляють каучуки, пластмаси, спирти, органічні кислоти тощо.

Нафта.

Нафта - масляниста рідина від жовтого або світло-бурого до чорного кольору з характерним запахом. Вона легша за воду і в ній практично нерозчинна. Нафта є сумішшю приблизно 150 вуглеводнів з домішками інших речовин, тому в неї немає певної температури кипіння.

90% нафти, що видобувається, використовується як сировина для виробництва різних видівпалива та мастильних матеріалів. Натомість нафта – цінна сировина для хімічної промисловості.

Нафту, що видобувається із земних надр, називаю сирою. У сирому вигляді нафту не застосовують, її переробляють. Сиру нафту очищають від газів, води та механічних домішок, а потім піддають фракційній перегонці.

Перегонка – процес поділу сумішей окремі компоненти, чи фракції, виходячи з відмінності їх температур кипіння.

При перегонці нафти виділяють кілька фракцій нафтопродуктів:

1. Газова фракція (tкіп = 40°С) містить нормальні та розгалужені алкани СН4 – С4Н10;

2. Бензинова фракція (tкіп = 40 - 200°С) містить вуглеводні З 5 Н 12 - З 11 Н 24; при повторній перегонці із суміші виділяють легкі нафтопродукти, що киплять у нижчих інтервалах температур: петролейний ефір, авіаційний та автомобільний бензин;

3. Лігроїнова фракція (важкий бензин, tкіп = 150 - 250 ° С), містить вуглеводні складу З 8 Н 18 - З 14 Н 30, застосовують як паливо для тракторів, тепловозів, вантажних автомобілів;

4. Гасова фракція (tкіп = 180 - 300°С) включає вуглеводні складу З 12 Н 26 - З 18 Н 38 ; її використовують як паливо для реактивних літаків, ракет;

5. Газойль (tкип = 270 - 350 ° С) використовують як дизельне паливо і у великих масштабах піддається крекінгу.

Після відгону фракцій залишається темна в'язка рідина - мазут. З мазуту виділяють солярові олії, вазелін, парафін. Залишок від перегонки мазуту – гудрон, його застосовують під час виробництва матеріалів для дорожнього будівництва.

Вторинна переробка нафти ґрунтується на хімічних процесах:

1. Крекінг – розщеплення великих молекул вуглеводнів більш дрібні. Розрізняють термічний і каталітичний крекінг, який найпоширеніший нині.

2. Риформінг (ароматизація) - це перетворення алканів та циклоалканів на ароматичні сполуки. Цей процес здійснюють шляхом нагрівання бензину при підвищеному тиску у присутності каталізатора. Риформінг застосовують для одержання з бензинових фракцій ароматичних вуглеводнів.

3. Піроліз нафтопродуктів проводять нагріванням нафтопродуктів до температури 650 - 800°С, основними продуктами реакції є ненасичені газоподібні та ароматичні вуглеводні.

Нафта – сировина для не лише палива, а й багатьох органічних речовин.

Кам'яне вугілля.

Кам'яне вугілля також є джерелом енергії та цінною хімічною сировиною. До складу кам'яного вугілля в основному органічні речовини, а також вода, мінеральні речовини, що при спалюванні утворюють золу.

Одним із видів переробки кам'яного вугілля є коксування – це процес нагрівання вугілля до температури 1000°С без доступу повітря. Коксування вугілля проводять у коксових печах. Кокс складається із практично чистого вуглецю. Його використовують як відновник при доменому виробництві чавуну на металургійних заводах.

Летючі речовини при конденсації кам'яновугільну смолу (містить багато різних органічних речовин, з них більша частина – ароматичні), аміачну воду (містить аміак, солі амонію) та коксовий газ (містить аміак, бензол, водень, метан, оксид вуглецю (II), етилен , азот та інші речовини).

Бюджетна професійна освітня установа

Воронезькій області

Россошанський медичний коледж

Тема: «Нафта, природний та попутний нафтовий газ та кам'яне вугілля»

Виконала студентка 101 групи

Ковальської Вікторії

Перевірила викладач: Гриньова Н. А.

м. Росошь 2015

Вступ

Нафта, природні та попутні гази, кам'яне вугілля.

Основними джерелами вуглеводнів є природне та попутні нафтові гази, нафта та кам'яне вугілля.

крекінгу нафту газ вугілля

Нафта - рідка палива копалини темно-бурого кольору із щільністю 0,70 - 1,04 г/см³. Нафта є складною сумішшю речовин - переважно рідких вуглеводнів. За складом нафти бувають парафіновими, нафтеновими та ароматичними. Однак найчастіше зустрічається нафта змішаного типу. Крім вуглеводнів, до складу нафти входять домішки органічних кисневих та сірчистих сполук, а також вода<#"justify">Природний та попутний нафтовий гази

Природний газ. До складу природного газу входить переважно метан (близько 93%). Крім метану<#"justify">Кам'яне вугілля

Кам'яне вугілля. Переробка кам'яного вугілля відбувається за трьома основними напрямками: коксування, гідрування та неповне згоряння. Коксування відбувається у коксових печах за нормальної температури 1000-1200 °З. За цієї температури без доступу кисню кам'яне вугілля піддається найскладнішим хімічним перетворенням, у яких утворюється кокс і леткі продукти. Охолоджений кокс відправляють на металургійні заводи. При охолодженні летких продуктів (коксовий газ) конденсуються кам'яновугільна смола та аміачна вода<#"justify">+ (2n+1)H2 → CnH2n+2 + nH2O;

nCO + 2nH2 → CnH2n + nH2O.

Якщо суху перегонку вугілля проводити при 500-550 ° С, то отримують дьоготь, який поряд з бітумом використовується в будівельній справі як сполучний матеріал при виготовленні покрівельних, гідроізоляційних покриттів (руберойд, толь та ін.).

Природна нафта завжди містить воду, мінеральні солі та різного роду механічні домішки. Тому, перш ніж вступити на переробку, природна нафта зазнає зневоднення, знесолення та інших попередніх операцій.

Особливості перегонки нафти:

.Спосіб отримання нафтопродуктів шляхом відгону з нафти однієї фракції за іншою подібно до того, як це здійснюється в лабораторії, для промислових умов неприйнятний.

.Він дуже непродуктивний, вимагає великих витрат і не забезпечує достатньо чіткого розподілу вуглеводнів по фракціях відповідно до їхньої молекулярної маси.

Всіх цих недоліків позбавлений спосіб перегонки нафти на трубчастих установках, що безперервно діють:

1.Установка складається з трубчастої печі для нагрівання нафти та ректифікаційної колони, де нафта поділяється на фракції (дистиляти) окремі суміші вуглеводнів відповідно до їх температур кипіння - бензин, лігроїн, гас і т. д.;

2.У трубчастій печі розташований у вигляді змійовика довгий трубопровід;

.Піч обігрівається мазутом або газом, що горить;

.По трубопроводу безперервно подається нафта, в ньому вона нагрівається до 320-350 ° C і у вигляді суміші рідини та пари надходить у колону ректифікації.

Особливості газу.

Основна складова частинаприродного газу – метан.

Крім метану, у природному газі присутні етан, пропан, бутан.

Зазвичай, чим вище молекулярна маса вуглеводню, тим менше його міститься в природному газі.

Склад природного газу різних родовищ неоднаковий. Середній складйого (у відсотках за обсягом) наступний: а) СН4 – 80-97; б) С2Н6 – 0,5-4,0; в) С3Н8 – 0,2-1,5.

Як паливо природний газ має великі переваги перед твердим та рідким паливом.

Теплота згоряння його значно вища, при спалюванні він не залишає золи.

Продукти згоряння значно чистіші в екологічному відношенні.

Природний газ широко використовується на теплових електростанціях, заводських котельних установках, різних промислових печах.

Способи застосування природного газу

Спалювання природного газу в доменних печах дозволяє скоротити витрату коксу, знизити вміст сірки в чавуні та значно підвищити продуктивність печі.

В даний час він починає застосовуватися в автотранспорті (у балонах під високим тиском), що дозволяє заощаджувати бензин, знижувати знос двигуна та завдяки більш повного згорянняпалива зберігати чистоту повітряного басейну.

Природний газ - важливе джерело сировини для хімічної промисловості, і роль його у цьому відношенні зростатиме.

З метану одержують водень, ацетилен, сажу.

Особливості попутного нафтового газу:

.попутний нафтовий газ за своїм походженням теж є природним газом;

.особливу назву він отримав тому, що перебуває у покладах разом із нафтою - він розчинений у ній і знаходиться над нафтою, утворюючи газову «шапку»; 3) при вилучення нафти на поверхню він внаслідок різкого падіння тиску відокремлюється від неї.

Способи застосування попутного нафтового газу.

Насамперед попутний газ не знаходив застосування і тут же на промислі спалювався.

В даний час його все більшою мірою вловлюють, так як він, як і природний газ, є гарним паливом і цінною хімічною сировиною.

Можливості використання попутного газу навіть значно ширші, ніж природного; поряд з метаном у ньому містяться значні кількості інших вуглеводнів: етану, пропану, бутану, пентану.

Кам'яне вугілля:

Кам'яне вугілля - один із найцінніших паливно-енергетичних ресурсів людства. Його називають іноді скам'янілим сонячним світлом. Внаслідок тривалого розкладання та хімічного перетворення гігантських мас відмерлих дерев і трав, що відбувалося у так званий кам'яновугільний період-210-280 млн. років тому, у надрах накопичилася переважна частина сьогоднішніх запасів цієї сировини. Світові запаси його перевищують 15 трлн тонн. Кам'яного вугілля на нашій планеті витягують набагато більше, ніж будь-якої іншої корисної копалини: приблизно 2,5 млрд. т на рік, або близько 700 кг на кожного жителя Землі.

Застосування кам'яного вугілля дуже різноманітне та широко. Його використовують для вироблення електроенергії на теплових електростанціях, а також спалюють і для інших енергетичних цілей; з нього отримують кокс для металургійного виробництва, а за хімічної переробки роблять ще близько 300 різних продуктів промисловості. У Останнім часомзростає споживання кам'яного вугілля для нових цілей – отримання гірського воску, пластмас, газоподібного висококалорійного палива, високовуглецевих вуглеграфітових композиційних матеріалів, рідкісних елементів – германію та галію.

Багато століть кам'яне вугілля було і залишається одним з основних видів технологічного та енергетичного палива, а його значення як сировини для хімічної промисловості дедалі більше зростає. Тому розвідуються нові родовища вугілля, будуються кар'єри та шахти для його видобутку.

Список літератури

1.Олена Ігорівна Титаренко. Шпаргалка з органічної хімії

Природні джерела вуглеводнів

Нафта, газ та кам'яне вугілля

11.11.2011

МОУ ПСШ №1

Отінова Валентина Андріївна 10(4)кл

1. Нафта

a) Фізичні властивості:

фракційна перегонка

б) Хімічні властивості:

крекінг, термічний, каталітичний крекінг

в) Отримання

г) Застосування

2. Газ

a) Отримання

б) Застосування

3. Кам'яне вугілля

a) Кам'яне вугілля, коксування

б) Застосування

Висновок

Нафта

Фізичні властивості

Нафта - це масляниста горюча рідина, що володіє специфічним.

запахом, зазвичай коричневого кольоруіз зеленуватим або іншим відтінком,

іноді майже чорна, дуже рідко безбарвна.

Найголовнішою властивістю нафти, що принесла їм світову славу виняткових

енергоносіїв, є їх здатність виділяти при згорянні значне

кількість теплоти. Нафта та її похідні мають найвищу серед усіх

видів палив теплотою згоряння. Теплота згоряння нафти – 41 МДж/кг, бензину

- 42 МДж / кг. Важливим показником для нафти є температура кипіння,

яка залежить від будови вуглеводнів, що входять до складу нафти і

коливається від 50 до 550 °С.

Нафта, як і будь-яка рідина, за певної температури закипає і

перетворюється на газоподібний стан. Різні компоненти нафти переходять у

газоподібний стан за різної температури. Так, температура кипіння

метану –161,5°С, етану –88°С, бутану 0,5°С, пентану 36,1°С. Легкі нафти

киплять при 50-100 ° С, важкі - при температурі більше 100 ° С.

Нафту можна поділити на її складові, для цього її очищають від механічних домішок або піддають так званій фракційній перегонці.

Фракційна перегонка - фізичний спосіб поділу суміші компонентів із різними температурами кипіння.

Перегонка здійснюється у спеціальних установках – ректифікаційних колонах, у яких повторюють цикл конденсації та випаровування рідких речовин, які у нафти.

Схема промислової установки безперервної перегонки нафти

У колону ректифікації надходить нафта, нагріта в трубчастій печі до температури 320-350 °С. Ректифікаційна колона має горизонтальні перегородки з отворами - звані тарілки, у яких відбувається конденсація фракції нафти.

У процесі ректифікації нафти поділяється такі фракції:

• Ректифікаційні гази– суміш низькомолекулярних вуглеводнів (пропан, бутан)
• Газолінова фракція(бензин) вуглеводні від C 5 H 12 – С 11 H 24
• Лігроїнова фракція –вуглеводні від C 8 H 18 – C 14 H 30
• Гасова фракція– вуглеводні від C 12 H 26 – C 18 H 38
• Дизельне паливо– вуглеводні від C 13 H 28 – C 19 H 36

Залишок перегонки нафти мазут -містить вуглеводні з числом атомів вуглецю від 18 до 50. Перегонкою при зниженому тиску з мазут отримують солярове масло (C 18 H 28 - C 25 H 52), мастила (C 28 H 58 - C 38 H 78), вазелін і парафін - легкоплавкі суміші твердих вуглеводнів. Твердий залишок перегонки мазуту гудронта продукти його переробки – бітумі асфальтвикористовують для виготовлення дорожніх покриттів.

Хімічні властивості

Нафти складаються головним чином із вуглецю – 79,5 – 87,5 % та водню –

11,0 - 14,5% від маси нафти. Крім них у нафтах присутні ще три

елемента – сірка, кисень та азот. Їхня загальна кількість зазвичай становить 0,5

- 8%. У незначних концентраціях у нафтах зустрічаються елементи:

ванадій, нікель, залізо, алюміній, мідь, магній, барій, стронцій, марганець,

хром, кобальт, молібден, бір, миш'як, калій та ін. Їх загальний зміст не

перевищує 0,02 - 0,03% від маси нафти. Зазначені елементи утворюють

органічні та неорганічні сполуки, з яких складаються нафти.

Кисень і азот перебувають у нафтах лише у пов'язаному стані. Сірка може

зустрічатися у вільному стані або входити до складу сірководню.

В результаті отримані ректифікації нафти продукти піддаються хімічній переробці, що включає низку складних процесів. Один з них - крекінгнафтопродуктів.

Крекінг - Термічне розкладання нафтопродуктів, що призводить до утворення вуглеводнів з меншим числом атомів вуглецю в молекулі.

Існують кілька видів крекінгу: термічний, каталітичний крекінгу, крекінгу високого тиску, відновлювальний крекінгу.

Термічний крекінг - Розщеплення молекул вуглеводнів з довгим вуглецевим ланцюгом на більш короткі під дією високої температури (470-550 ° С). Алкани розпадаються за рахунок розриву зв'язків С-С (міцніші зв'язки С-Н при такій температурі зберігаються) і утворюються алкани та алкени з меншою кількістю вуглецевих атомів.

Наприклад:

C 6 H 14 C 2 H 6 + C 4 H 8

У загальному виглядіцей процес можна виразити схемою:

C n H 2n+2 C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k

При звичайному термічному крекінгу утворюється багато низькомолекулярних газоподібних вуглеводнів, які використовують як сировину для одержання спиртів, карбонових кислот, високомолекулярних сполук (поліетилен).

Каталітичний крекінг відбувається у присутності каталізаторів, як яких використовують природні алюмосилікати складу n Al 2 O 3 * m SiO 2 за температури 500°С. Здійснення крекінгу із застосуванням каталізаторів призводить до утворення вуглеводнів, що мають розгалужену або замкнуту ланцюг атомів вуглецю в молекулі.

Крекінг нафтопродуктів протікає за високих температур, тому часто утворюється нагар (сажа), що забруднює поверхню каталізатора, що різко знижує його активність. Очищення від нагару – його регенерація – основна умова практичного здійснення каталітичного крекінгу. Найбільш простим способомРегенерація каталізатора є його випал, при якому відбувається окислення нагару киснем повітря.

Каталітичний крекінг – гетерогенний процес, в якому беруть участь тверда (каталізатор) та газоподібні (пари вуглеводнів) речовини. Гетерогенні реакції (газ – тверда речовина) протікають швидше зі збільшенням площі поверхні твердої речовини. Тому каталізатор подрібнюють, а його регенерацію та крекінг вуглеводнів ведуть у «киплячому шарі», знайомому вам з виробництва сірчаної кислоти.

Сировина для крекінгу, наприклад газойль, надходить у реактор (схема). Нижня частина реактора має менший діаметр, тому швидкість потоку парів сировини дуже висока. Газ, що рухається з великою швидкістю, захоплює частинки каталізатора і відносить їх у верхню частину реактора, де через збільшення його діаметра швидкість потоку знижується. Під дією сили тяжіння частинки каталізатора падають у нижню, вужчу частину реактора, звідки знову виносяться вгору. Таким чином, кожна крупинка каталізатора знаходиться у постійному русі і з усіх боків омивається газоподібним реагентом.

Схема установки каталітичного крекінгу в киплячому шарі

Деякі зерна каталізатора потрапляють у зовнішню, ширшу частину реактора і, зустрічаючи опору потоку газу, опускаються в нижню частину, Де підхоплюються потоком газу і відносяться в регенератор. Використання каталізаторів крекінгу дозволяє дещо збільшити швидкість реакції, зменшити її температуру, підвищити якість продуктів крекінгу.

Отримані вуглеводні бензинової фракції в основному мають лінійну будову, що призводить до невисокої детонаційної стійкостіодержаного бензину.

Отримання

Родовище нафти містить, великі скупчення попутного нафтового газу, який збирається над нафтою в земної кориі частково розчиняється в ній під тиском порід, що лежать вище. Попутний нафтовий газ, як і нафту, є цінним природним джерелом вуглеводнів. За складом попутний нафтовий газ значно бідніший за нафту. Попутний нафтовий газ проти природним багатший за складом різними вуглеводнями. Розділяючи їх на фракції, одержують:

• Газовий бензин(пентан та гексан);
• Пропан - бутанова суміш(пропан та бутан);
• Сухий газ(Метан та етан).

Застосування

Газовий бензин використовують як паливо для двигунів внутрішнього згоряння і додатком до моторного палива, для полегшення запуску двигунів в зимових умовах. Пропан - бутанову суміш застосовують як побутове паливо та для заповнення запальничок. Сухий газ широко використовують як паливо. Нафтовий газ використовується як сировина для хімічних виробництв. З алканів до природного нафтового газу, що ходить до складу, отримують водень, ацетилен, ненасичені та ароматичні вуглеводні та їх похідні. Газоподібні вуглеводні можуть утворювати самостійні скупчення – родовище газу.

Природний газ

Природний газ - Суміш газоподібних граничних вуглеводнів з невеликою молекулярною масою. Основним компонентом газу є метан, частка якого, залежно від родовища, становить від 75 до 99% за обсягом. Також у природний газ входять етан, пропан, бутан, ізобутан, азот та вуглекислий газ.

Отримання

Родовища газу знаходяться в пористих гірських породах, що утворилися в результаті тектонічних зрушень. Шари, що покривають ці породи, не пропускають газ. Склад природного газу суттєво відрізняється від одного родовища до іншого. Тому перед використанням природний газ повинен проходити обробку, що дозволяє видалити непотрібні компоненти, наприклад сірчанокислу сіль, воду і т.д. Обробка зазвичай здійснюється на місці видобутку. При цьому особливу складність становить видалення сірчаних сполук, оскільки при їх спалюванні виділяється сірчистий токсичний газ (SO 2).

Застосування

Природний газ використовується як паливо, і як сировина для отримання різноманітних органічних і неорганічних речовин. З метану отримують водень, ацетилену та метилового спирту, формальдегід та мурашину кислоту. Як паливо природний газ використовують на електростанціях, у котельних системах водяного опалення житлових будинків та промислових будівель, у доменному та мартенівському виробництвах. Цінність природного газу як пального полягає ще й у тому, що це екологічно чисте мінеральне паливо. При його згорянні утворюється набагато менше шкідливих речовин, порівняно з іншими видами палива. Тому природний газ є одним із головних джерел енергії у людській діяльності.

У хімічній промисловості природний газ використовується як сировина для отримання різних органічних речовин, наприклад пластмас, каучуку, спирту, органічних кислот. Саме використання природного газу допомогло синтезувати багато хімічних речовин, що не існують у природі, наприклад, поліетилен.

Кам'яне вугілля

Кам'яне вугілля - осадова порода, що є продуктом глибокого розкладання залишків рослин (деревоподібних папоротей, хвощів і плаунів, а також перших голонасінних рослин). Кам'яне вугілля складається з органічних та неорганічних речовин, наприклад, як вода, аміак, сірководень та вуглець - вугілля.

Коксування – спосіб переробки кам'яного вугілля, прожарювання без доступу повітря. При температурі близько 1000°С у результаті коксування утворюються:

Короткий опис

Нафта - це масляниста горюча рідина, що володіє специфічним.
запахом, зазвичай коричневого кольору із зеленуватим або іншим відтінком,
іноді майже чорна, дуже рідко безбарвна.

Японці взялися за газове паливо майбутнього? January 13th, 2013

Японія сьогодні розпочала пробний видобуток гідрату метану – різновиди природного газу, запаси якого, за оцінкою низки експертів, можуть багато в чому вирішити енергетичні проблеми країни. Спеціальне дослідницьке судно "Тікю" / "Земля"/ почало буріння в Тихому океаніза 70 км на південь від півострова Ацумі поблизу міста Нагоя на східному узбережжіголовного японського острова Хонсю.
Протягом минулого року японські фахівці провели низку експериментів щодо буріння тихоокеанського дна у пошуках метаногідратів. На цей раз вони мають намір випробувати повномасштабний видобуток енергоресурсу та виділення з нього газу метану. У разі успіху промислову розробку родовища біля міста Нагоя розпочнуть у 2018 році.

Метаногідрат або гідрат метану - це з'єднання газу метану з водою, що нагадує по зовнішньому виглядусніг або пухкий підтанув лід. Цей ресурс поширений у природі - наприклад, у зоні вічної мерзлоти. Під дном океану є великі запаси метаногідратів, освоювати які досі вважалося невигідним. Проте японські фахівці запевняють, що знайшли щодо рентабельні технології.

Запаси метаногідратів лише в районі на південь від міста Нагоя оцінюються у 1 трлн кубометрів. Теоретично вони можуть повністю забезпечити потреби Японії у природному газі протягом 10 років. Усього ж, за прогнозами фахівців, покладів метаногідратів під океанським дному прилеглих районах країні вистачить приблизно 100 років. Проте вартість цього палива з урахуванням переробки, транспортування та інших витрат поки що перевищує ринкову ціну на звичайний природний газ.

В даний час Японія позбавлена ​​енергетичних ресурсів та повністю їх імпортує. Токіо, зокрема, є найбільшим у світі покупцем зрідженого газу. Останнім часом після аварії на АЕС "Фукусіма-1" і поступового відключення всіх атомних станційпотреби Японії в енергоресурсах зросли

Незважаючи на розвиток альтернативних джереленергії, викопні види палива, як і раніше, зберігають і, в найближчому майбутньому, зберігатимуть головну рольу паливному балансі планети. За прогнозами експертів ExxonMobil, споживання енергоресурсів протягом найближчих 30 років на планеті зросте наполовину. Так як продуктивність відомих родовищ вуглеводнів знижується, нові великі родовища відкриваються дедалі рідше, а використання вугілля завдає шкоди екології. Однак бідні запаси звичайних вуглеводнів можна компенсувати.
Ті самі експерти ExxonMobil не схильні драматизувати ситуацію. По-перше, технології видобутку нафти та газу розвиваються. Сьогодні в Мексиканській затоці, наприклад, нафту видобувають із глибини 2,5-3 км під поверхнею води, такі глибини були немислимі 15 років тому. По-друге, розвиваються технології переробки складних видіввуглеводнів (важких та високосірчистих нафт) і нафтових сурогатів (бітуми, нафтові піски). Це дозволяє повертатися до традиційних районів видобутку та відновлювати на них роботу, а також розпочинати видобуток у нових районах. Наприклад, у Татарстані, за підтримки компанії Shell, починається видобуток, так званої "важкої нафти". У Кузбасі розробляються проекти з видобутку метану із вугільних пластів.

Третій напрямок підтримки рівня видобутку вуглеводнів пов'язані з пошуком шляхів використання нетрадиційних їх видів. Серед перспективних нових видів вуглеводневої сировини вчені виділяють гідрат метану, запаси якого на планеті, за орієнтовними оцінками, становлять не менше 250 трильйонів кубічних метрів (за енергетичною цінністю це в 2 рази більше за цінність усіх наявних на планеті запасів нафти, вугілля і газу разом узятих) .

Гідрат метану - це супрамолекулярна сполука метану з водою. Нижче наведено модель гідрату метану на молекулярному рівні. Навколо молекули метану утворюється грати молекул води (льоду). З'єднання стійке при низькій температурі та підвищеному тиску. Наприклад, гідрат метану стабільний при температурі 0 °C і тиск близько 25 бар і вище. Такий тиск має місце на глибині океану близько 250 м. При атмосферному тиску гідрат метану зберігає стійкість за температури −80 °C.

Модель гідрату метану

Якщо гідрат метану нагрівається, або знижується тиск, з'єднання розпадається на воду та природний газ (метан). З одного кубічного метра гідрату метану при нормальному атмосферному тиску можна отримати 164 кубічних метраприродного газу.

За оцінками Департаменту Енергетики США, запаси гідрату метану на планеті величезні. Проте, досі ця сполука практично не використовується як енергетичний ресурс. Департамент розробив та реалізує цілу програму (програма R&D) з пошуку, оцінки та комерціалізації видобутку гідрату метану.

Пагорб із гідрату метану на морському дні

Невипадково саме США готові виділяти значні кошти на розробку технологій видобутку гідрату метану. Природний газ займає у паливному балансі країни майже 23%. Більшість природного газу США отримують газопроводами з Канади. У 2007 році споживання природного газу в країні становило 623 млрд. куб. м. До 2030 року воно може зрости на 18-20%. Використовуючи родовища звичайного природного газу в США, Канаді та на шельфі неможливо забезпечити такий рівень видобутку.

Але тут як то кажуть є інша проблема: разом із газом підніметься величезна маса води, від якої газ потрібно буде очищати з усією можливою старанністю. Немає таких двигунів, коротко було б байдуже навіть і 1% від маси палива у вигляді хлоридів та інших солей океану. Дизелі помруть першими, турбіни витримають трохи довше. Хіба що двигун ЗОВНІШНЬОГО згоряння Стірлінга?

Тож подавати в трубопровід газ прямо з придонного шару – не прокотить жодним чином. Головників при очищенні японці хлібануть вище за дах. А потім за них візьмуться зелені за забруднення в товщі океану його придонними верствами. Швидше за все струмінь піску та інших домішок тягтиметься за течією і буде видно з космосу. Приблизно як у Мармуровому морі струмінь із Босфору.

Дуже мені цей проект та його перспективи нагадує неоднозначний і багато в чому спірний проект із сланцевого газу.

джерела

Найбільш важливими джерелами вуглеводнів є природне та попутні нафтові гази, нафта, кам'яне вугілля.

За запасами природного газуперше місце у світі належить нашій країні. У природному газі містяться вуглеводні з низькою молекулярною масою. Він має наступний зразковий склад (за обсягом): 80–98 % метану, 2–3 % його найближчих гомологів – етану, пропану, бутану та невелику кількість домішок – сірководню Н 2 S, азоту N 2 , благородних газів, оксиду вуглецю (IV ) CO 2 і водяної пари H 2 O . Склад газу специфічний кожному за родовища. Існує наступна закономірність: що вище відносна молекулярна маса вуглеводню, то менше його міститься у природному газі.

Природний газ широко використовується як дешеве паливо з високою теплотворною здатністю (при спалюванні 1м 3 виділяється до 54400 кДж). Це один із кращих видівпалива для побутових та промислових потреб. Крім того, природний газ є цінною сировиною для хімічної промисловості: отримання ацетилену, етилену, водню, сажі, різних пластмас, оцтової кислоти, барвників, медикаментів та інших продуктів.

Попутні нафтові газиперебувають у покладах разом із нафтою: вони розчинені у ній і перебувають над нафтою, утворюючи газову “шапку”. При вилучення нафти на поверхню гази внаслідок різкого падіння тиску відокремлюються від неї. Раніше попутні гази не знаходили застосування і при видобутку нафти спалювалися смолоскипним способом. В даний час їх уловлюють і використовують як паливо та цінну хімічну сировину. У попутних газах міститься менше метану, ніж у природному газі, але більше етану, пропану, бутану та вищих вуглеводнів. Крім того, в них присутні в основному ті ж домішки, що і в природному газі: H 2 S, N 2 благородні гази, пари Н 2 О, CO 2 . З попутних газів вилучають індивідуальні вуглеводні (етан, пропан, бутан і т.д.), їх переробка дозволяє отримувати шляхом дегідрування ненасичені вуглеводні - пропілен, бутилен, бутадієн, з яких потім синтезують каучуки та пластмаси. Суміш пропану та бутану (скраплений газ) застосовують як побутове паливо. Газовий бензин (суміш пентану з гексаном) застосовують як добавку до бензину для кращого займання палива під час запуску двигуна. Окисленням вуглеводнів одержують органічні кислоти, спирти та інші продукти.

Нафта– масляниста горюча рідина темно-бурого або майже чорного кольору з характерним запахом. Вона легша за воду ( = 0,73–0,97 г/см 3 ), у воді практично нерозчинна. За складом нафта - складна суміш вуглеводнів різної молекулярної маси, тому вона не має певної температури кипіння.

Нафта складається головним чином рідких вуглеводнів (в них розчинені тверді і газоподібні вуглеводні). Зазвичай це алкани (переважно нормальної будови), циклоалкани і арени, співвідношення яких у нафтах різних родовищ коливається у межах. Уральська нафта містить більше аренів. Крім вуглеводнів, нафта містить кисневі, сірчисті та азотисті органічні сполуки.

Сира нафта зазвичай не застосовується. Для отримання з нафти технічно цінних продуктів її переробляють.

Первинна переробканафти полягає у її перегонці. Перегонку виробляють на нафтопереробних заводах після відокремлення попутних газів. При перегонці нафти одержують світлі нафтопродукти:

бензин ( tкип = 40-200 ° С) містить вуглеводні З 5 -З 11

лігроїн ( tкип = 150-250 ° С) містить вуглеводні З 8 -З 14

гас ( tкип = 180-300 ° С) містить вуглеводні З 12 -З 18

газойль ( tстос > 275 °С),

а в залишку – в'язку чорну рідину – мазут.

Мазут піддають подальшій переробці. Його переганяють під зменшеним тиском (щоб попередити розкладання) і виділяють мастила: веретенне, машинне, циліндричне та ін. З мазуту деяких сортів нафти виділяють вазелін та парафін. Залишок мазуту після відгону - гудрон - після часткового окислення застосовується для отримання асфальту. Головний недолік перегонки нафти – мінімальний вихід бензину (трохи більше 20 %).

Продукти перегонки нафти мають різне застосування.

Бензину великих кількостях використовується як авіаційне та автомобільне паливо. Він складається зазвичай з вуглеводнів, що містять у молекулах у середньому від 5 до 9 атомів С. Лігроїнзастосовується як пальне для тракторів, а також як розчинник у лакофарбовій галузі промисловості. Великі кількостійого переробляють у бензин. Гасзастосовується як пальне для тракторів, реактивних літаків та ракет, а також для побутових потреб. Солярова олія – газойль– використовується як моторне паливо, а мастила– для мастила механізмів. Вазелінвикористовується у медицині. Він складається з суміші рідких та твердих вуглеводнів. Парафінзастосовується для отримання вищих карбонових кислот, для просочення деревини у виробництві сірників та олівців, для виготовлення свічок, гуталіну тощо. Він складається із суміші твердих вуглеводнів. Мазуткрім переробки на мастила та бензин використовується як котельне рідке паливо.

При вторинних методів переробкинафти відбувається зміна структури вуглеводнів, що входять до її складу. Серед цих методів велике значеннямає крекінгу вуглеводнів нафти, що проводиться з метою підвищення виходу бензину (до 65-70%).

Крекінг- процес розщеплення вуглеводнів, що містяться в нафті, в результаті якого утворюються вуглеводні з меншим числом атомів в молекулі. Розрізняють два основні види крекінгу: термічний та каталітичний.

Термічний крекінгпроводиться при нагріванні вихідної сировини (мазуту та ін.) при температурі 470-550 ° С та тиску 2-6 МПа. При цьому молекули вуглеводнів з більшим числоматомів З розщеплюються на молекули з меншим числом атомів як граничних, і ненасичених вуглеводнів. Наприклад:

(радикальний механізм),

У такий спосіб отримують головним чином автомобільний бензин. Вихід його з нафти сягає 70%. Термічний крекінг відкритий російським інженером В.Г.Шуховим у 1891 р.

Каталітичний крекінгпроводиться в присутності каталізаторів (зазвичай алюмосилікатів) при 450-500 ° С та атмосферному тиску. Цим способом отримують авіаційний бензин із виходом до 80%. Такий вид крекінгу піддається переважно гасова та газойльова фракції нафти. При каталітичному крекінгу поряд з реакціями розщеплення протікають реакції ізомеризації. В результаті останніх утворюються граничні вуглеводні з розгалуженим вуглецевим скелетом молекул, що покращує якість бензину:

Бензин каталітичного крекінгу має більше високою якістю. Процес його одержання протікає значно швидше, з меншою витратою теплової енергії. До того ж при каталітичному крекінгу утворюється відносно багато вуглеводнів з розгалуженим ланцюгом (з'єднань), що становлять велику цінність для органічного синтезу.

При t= 700 °З вище відбувається піроліз.

Піроліз– розкладання органічних речовин без доступу повітря за високої температури. При піролізі нафти основними продуктами реакції є ненасичені газоподібні вуглеводні (етилен, ацетилен) та ароматичні – бензол, толуол та ін. Оскільки піроліз нафти – один з найважливіших шляхів отримання ароматичних вуглеводнів, цей процес часто називають ароматизацією нафти.

Ароматизація– перетворення алканів та циклоалканів на арени. При нагріванні важких фракцій нафтопродуктів у присутності каталізатора (Pt або Mo) вуглеводні, що містять 6-8 атомів С в молекулі, перетворюються на ароматичні вуглеводні. Ці процеси протікають при риформінгу (упорядкування бензинів).

Ріформінг– це ароматизація бензинів, що здійснюється внаслідок нагрівання їх у присутності каталізатора, наприклад, Pt. У цих умовах алкани і циклоалкани перетворюються на ароматичні вуглеводні, внаслідок чого октанове число бензинів також суттєво підвищується. Ароматизацію застосовують для отримання індивідуальних ароматичних вуглеводнів (бензолу, толуолу) з бензинових фракцій нафти.

У Останніми рокамиВуглеводні нафти широко використовуються як джерело хімічної сировини. Різними способамиїх отримують речовини, необхідні виробництва пластмас, синтетичного текстильного волокна, синтетичного каучуку, спиртів, кислот, синтетичних миючих засобів, вибухових речовин, отрутохімікатів, синтетичних жирів тощо.

Кам'яне вугіллятак само, як природний газ та нафта, є джерелом енергії та цінною хімічною сировиною.

Основний метод переробки кам'яного вугілля коксування(Суха перегонка). При коксуванні (нагріванні до 1000 ° С – 1200 ° С без доступу повітря) виходять різні продукти: кокс, кам'яновугільна смола, надсмольна вода та коксовий газ (схема).

Схема

Кокс використовують як відновник при виробництві чавуну на металургійних заводах.

Кам'яновугільна смола є джерелом ароматичних вуглеводнів. Її піддають перегонці ректифікації і отримують бензол, толуол, ксилол, нафталін, а також феноли, азотовмісні сполуки та ін. Пек - густа чорна маса, що залишилася після перегонки смоли, використовується для приготування електродів і покрівельного толю.

З надсмольної води одержують аміак, сульфат амонію, фенол та ін.

Коксовий газ застосовують для обігріву коксових печей (при згорянні 1м 3 виділяється близько 18000 кДж), але переважно його піддають хімічній переробці. Так, з нього виділяють водень для синтезу аміаку, який потім використовується для отримання азотних добрив, а також метан, бензол, толуол, сульфат амонію, етилен.