Природні джерела вуглеводнів

Views:
 
Category: Entertainment
     
 

Presentation Description

No description available.

Comments

Presentation Transcript

Коксування вугілля:

Природні джерела вуглеводнів

Коксування вугілля:

Природні джерела Вуглеводні є цінною сировиною для сучасної енергетики та хімічної промисловості. Основними джерелами вуглеводнів є природний та попутний нафтовий гази, нафта і кам’яне вугілля. Головною складовою частиною  природного газу  є метан, частка якого може сягати до 97 %, крім нього газ містить також інші газоподібні леткі алкани – етан, пропан, бутан, ізобутан. Природний газ розділяють на компоненти шляхом зрідження та наступною фракційною перегонкою при низькій температурі під тиском. Попутний нафтовий газ  зустрічається над покладами нафти, складається з метану (біля 40%) та інших газів. Раніше попутний газ спалювали на місці видобування, а тепер, паралельно з природним газом, його використовують як хімічну сировину або екологічно чисте паливо (при горінні не утворюється попіл, а лише СО 2  і Н 2 О).

Коксування вугілля:

Нафта і продукти її переробки Нафту використовували як паливо ще за 400 р. до н.е. шумери, древні римляни вводили її до складу “грецького вогню” (запалювальної суміші). Сьогодні нафта – одне з основних джерел палива для двигунів внутрішнього згоряння і цінна сировина для хімічної промисловості. Нафта –  масляниста, в’язка рідина темного кольору, з характерним “бензиновим” запахом, легша за воду і нерозчинна у ній. Поклади її розташовуються під землею або під морським дном. Утворилась нафта протягом мільйонів років з продуктів розкладу рослинних і тваринних решток під великим тиском у земній корі і тому є  невідновним природним ресурсом.

Коксування вугілля:

Нафта і продукти її переробки Нафта (“сира” нафта, “чорне золото”) – складна суміш вуглеводнів з різною молекулярною масою. Нафта з різних родовищ відрізняється за складом, основою нафти є алкани, починаючи з пентану, але є сорти нафти, у яких домінують циклічні вуглеводні – циклоалкани (5- і 6-ти членні – “нафтени”) або ароматичні вуглеводні. Нафта у великій кількості містить метан (у розчиненому вигляді). Відомі нафти, що містять гетероциклічні сполуки. Ненасичені сполуки (алкени, алкіни) у нафті практично не зустрічаються. Багато цінних продуктів одержують при переробці сирої нафти, основними процесами якої є  первинна перегонка (ректифікація) ,  крекінг (термічний і каталітичний) та риформінг .

Коксування вугілля:

Нафта і продукти її переробки Первинну або фракційну перегонку  проводять у  ректифікаційні колоні  (рис. 32.1) і використовують для розділення нафти на фракції.  Фракція  – суміш компонентів з близькими температурами кипіння.  Легкі фракції  мають низьку температуру кипіння і невелику молекулярну масу,  важкі  – навпаки.

Коксування вугілля:

Нафта і продукти її переробки Розглянемо принцип роботи ректифікаційної колони. Сиру нафту подають трубопроводом у нижню частину ректифікаційної колони, нижня частина якої нагріта до високої температури, що знижується при наближенні до вершини. Пари киплячої нафти піднімаються вгору, поступово охолоджуючись. Пари фракцій з найменшою молекулярною масою (а отже і з найнижчою температурою кипіння) підіймаються найвище. Чим вища молекулярна маса фракції, тим нижче вона підніметься. Коли фракція досягає тарілки, температура якої нижча, ніж температура кипіння фракції, остання конденсується на тарілці і відводиться трубою для подальшого використання. Для повнішого розділення компонентів використовують повторну перегонку фракції.

Коксування вугілля:

Нафта і продукти її переробки Найбільш леткою фракцією нафти є вуглеводні з температурами кипіння до 40  0 С. Основні компоненти – метан та його гомологи (до С 4 Н 10  включно). Цю фракцію зріджують і використовують як паливо і у хімічній промисловості. Наступна фракція кипить у діапазоні температур від 40 до 180  0 С і складається в основному з вуглеводнів С 5  – С 10 . Цю фракцію іноді називають  бензином , оскільки при її повторні перегонці одержують  петролейний ефір  ( r 0,65 г/мл, Т кип. 40 – 75  0 С),  авіаційний бензин  ( r 0,7 г/мл, Т кип. 70 – 100  0 С),  важкий (автомобільний) бензин  ( r 0,75 г/мл, Т кип. 100 – 120 0 С). Пряма перегонка нафти дає 5 – 15% бензину . Фракція , яка кипить при 180 – 270  0 С містить вуглеводні С 10  – С 16 . Продукти цієї фракції –  керосини  – паливо для ракетних двигунів . Раніше керосин використовували в побуті для освітлення ( керосинові лампи ).

Коксування вугілля:

Нафта і продукти її переробки Фракції, що переганяються без розкладу при температурі 270 – 360  0 С –  солярове масло  – містять вуглеводні С 12  – С 20 . З продуктів цієї фракції одержують мастила і різні види дизельного палива. При температурі 350 – 550  0 С відганяється  мазут  – суміш вуглеводнів з С 20  – С 36 . З мазуту одержують машинні та авіаційні мастила, вазелін і парафін. Також його використовують як паливо у теплоелектростанціях. Залишкові рідкі і тверді матеріали, що киплять при температурі понад 550  0 С –  нафтовий пек  або  гудрон (бітум) . Їх використовують при виготовленні асфальту. У зв’язку зі зростанням попиту на бензин, та кількість його, які одержують прямою перегонкою нафти є недостатньою. Тому для підвищення виходу бензину застосовують  вторинну переробку (крекінг)  деяких фракцій нафти, що містять висококиплячі компоненти.

Коксування вугілля:

Нафта і продукти її переробки Вперше промисловий крекінг-процес розробив інженер В.Г. Шухов (Росія, 1891 р.). При нагріванні вищих вуглеводнів до високих температур відбувається розщеплення зв’язків С–С та С–Н з утворенням суміші більш цінних нижчих вуглеводнів. Розрізняють термічний крекінг (відбувається при температурі понад 800 0  С) та каталітичний (проходить при температурі 450 – 550 0   C у присутності каталізатора та атмосферному тиску без доступу повітря). Крекінг-процес широко використовують у промисловості при переробці нафти для одержання різних вуглеводнів, а також для збільшення виходу низькокиплячих фракцій (зокрема, бензину, керосину) у тому числі і висококтанових бензинів.

Коксування вугілля:

Нафта і продукти її переробки Термічний крекінг призводить до розщеплення складних молекул вуглеводнів на менші , при цьому утворюється суміш насичених та ненасичених вуглеводнів : В умовах каталітичного крекінгу, поряд з розщепленням молекул вуглеводнів з великою молекулярною масою, відбувається ізомеризація (перетворення лінійних молекул у розгалужені) утворених продуктів.

Коксування вугілля:

Нафта і продукти її переробки Для підвищення якості бензину використовують каталітичний риформінг – процес ароматизації та ізомеризації бензинів. Проводять риформінг при 500  0 С за наявності каталізатора. Так, при каталітичному риформінгу н-гептану можливе утворення 2,2,3-трилбутану та толуену :

Коксування вугілля:

Моторне паливо Бензини різного походження по-різному ведуть себе у двигунах внутрішнього згоряння. Основною характеристикою якості бензинів є детонаційна стійкість. Чим вона вища, тим бензин якісніший. Експериментально встановлено, що найнижчу детонаційну стійкість мають бензини, що містять парафіни нормальної (нерозгалуженої будови). Бензини з високим вмістом розгалужених вуглеводнів (особливо тих, що містять третинні та четвертинні атоми карбону – неопарафіни – 2,2-диметилпропан, 2,2-диметилбутан тощо) мають високу детонаційну стійкість. Стандартом речовини з найнижчою детонаційною стійкістю є н-гептан, а з найвищою – 2,2,4-триметилпентан (його іноді невдало називають ізооктан) – рідина з Т. кип. 99,3  0 С, густиною 0,69 г/мл.

Коксування вугілля:

Моторне паливо Кількісно детонаційну стійкість бензинів характеризує октанове число. Для н-гептану октанове число прийнято рівним нулю, 2,2,4-триметилпентану – 100. Готуючи суміші з різним співвідношенням цих двох компонентів порівнюють їх детонаційну стійкість з певним видом бензину. Якщо досліджуваний бензин поводить себе так як суміш, що містить 76% 2,2,4-триметилпентану, то такому бензину приписують октанове число 76 (відома марка бензину А-76). Відомі речовини з октановими числами понад 100 .

Коксування вугілля:

Моторне паливо Збільшити октанове число бензину можна перетворивши насичені вуглеводні у ненасичені ( наприклад , н-пентан в пентан-1), або введенням різних присадок – тетраетилсвинцю Pb (C 2 H 5 ) 4  (ТЕС), метанолу, трет-бутилового спирту тощо . Найкращий ефект дає внесення 1 мл ТЕС на 1 л бензину, однак при згоранні такого бензину утворюються токсичні сполуки свинцю , і на сьогодні ТЕС заборонено до використання . За стандарт якісного дизельного палива (солярки) прийнято нерозгалужений парафін цетан С 16 Н 34  (Т пл. 18  0 С, густина 0,77 г/мл). Поведінку досліджуваного палива вивчають у порівнянні з сумішшю цетану та метилнафталену і характеризують цетановим числом. Очевидно, що найближчі гомологи цетану , що входять до складу дизельного палива при низьких температурах (особливо взимку ) замерзають , що унеможливлює їх використання як моторного палива . Для зниження температури плавлення дизельного палива , до його складу вводять різні присадки (“ зимова ” солярка).

Коксування вугілля:

Коксування вугілля Кокс – сіра, ледь срібляста пориста дуже тверда речовина, яка більш ніж на 96% складається з вуглецю. Кокс одержують у батареях для коксування без доступу повітря, які безперервно працюють при температурі понад 1000  0 С. Процес одержання коксу шляхом переробки природного палива – коксування. Коксування вперше виникло у XVIIІ ст., коли стали масово вирубувати ліси для одержання деревного вугілля і гостро постало питання його заміни іншим видом палива . У 1735 р. в Англії була проведена перша доменна плавка на коксі . Сьогодні понад 10% добутого у світі кам’яного вугілля перетворюють у кокс . Коксовий газ  містить Н 2 , СН 4 , СО, N 2 , С 2 Н 4 , СО 2 . Його розділяють на компоненти або використовують у синтезі чи як паливо .

Коксування вугілля:

Коксування вугілля При коксуванні кам’яного вугілля одержують кокс (використовують у металургії для виплавки чавуну) та леткі продукти(аміачна вода, коксовий газ, кам’яновугільна смола), які у подальшому переробляє хімічна промисловість. З 1 т кам’яного вугілля одержують майже 800 кг коксу, 150 кг коксового газу та 50 кг інших продуктів. В 1 т попелу, одержаного при спалюванні кам’яного вугілля міститься у вигляді оксидів майже 1000 г цинку, 400 г скандію , 60 г берилію, 10 г срібла та деяких інших металів . Кам’яновугільна смола – джерело аренів , фенолів, гетероциклічних сполук .

authorStream Live Help