Природные источники углеводородов: газ, нефть, каменный уголь и их практическое использование.

План ответа.

1. Природный газ: нахождение в природе, состав, применение.
2. Попутные нефтяные газы.
3. Нефть: нахождение в природе, состав, продукты получаемые из нефти.
4. Коксохимические производство.

Наиболее важными источниками углеводородов явля­ются природные и попутные нефтяные газы, нефть, ка­менный уголь.

 Природный газ

Нахождение в природе и состав.

Запасы природного газа на нашей планете очень велики (примерно 1015 м³). У нас в стране важнейшие месторождения этого ценного топлива находятся в Западной Сибири (Уренгойское, За­полярное), в Волго-Уральском бассейне (Вуктыльское, Оренбургское), в Средней Азии (Газли), на Украине (Щебелинское), на Северном Кавказе (Ставропольское).

Основным компонентом природного газа является метан. В нем содержатся также этан, пропан, бутан. Су­ществует следующая закономерность: чем выше относи­тельная молекулярная масса углеводорода, тем меньше его содержится в природном газе.

Применение.

При сгорании природного газа выделяется много теплоты, поэтому он служит энергетически эффек­тивным и дешевым топливом в котельных установках, до­менных, мартеновских и стекловаренных печах и т. д. Ис­пользование на производстве природного газа дает воз­можность значительно повысить производительность труда.

Природный газ — источник сырья для химической про­мышленности: получение ацетилена, этилена, водорода, сажи, различных пластмасс, уксусной кислоты, краси­телей, медикаментов и других продуктов.

 

 Попутные нефтяные газы

Попутные нефтяные газы находятся в природе над нефтью или растворены в ней под давлением. Еще недавно попутные нефтяные газы не находили применения и их сжи­гали. В настоящее время их улавливают и используют как топливо и ценное химическое сырье. В попутных газах содержится меньше метана, чем в природном газе, но в них значительно больше его гомологов.

Для практических целей попутные газы разделяют на смеси более узкого состава. Иногда их подвер­гают более тщательному разделению и извлекают из них индивидуальные углеводороды (этан, пропан и т. д.), из которых затем получают непредельные углеводороды.

 

Нефть

Нахождение в природе.

Залежи нефти находятся в недрах Земли на разной глубине, где нефть заполняет свободное пространство между некоторыми породами. Если она находится под давлением газов, то поднимается по скважине на поверхность Земли.

По запасам и добыче нефти наша страна занимает одно из ведущих мест в мире. Физические свойства.

Нефть — маслянистая жидкость от светло-бурого до черного цвета с характерным запахом. Она немного легче воды и практически в ней не растворя­ется. Так как нефть — смесь различных углеводородов, то у нее нет определенной температуры кипения.

Состав нефти.

 В зависимости от месторождения нефть имеет различный качественный и количественный состав. Так, например, бакинская нефть богата циклопарафинами и сравнительно бедна предельными углеводородами. Значи­тельно больше предельных углеводородов в грозненской и ферганской нефти. Пермская нефть содержит аромати­ческие углеводороды.

Продукты, получаемые из нефти, их применение.

Из нефти выделяют разнообразные продукты, имеющие большое практическое значение. Вначале 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 три ос­новные фракции, которые затем подвергаются дальней­шему разделению. Основные фракции нефти следую­щие:

1. Фракция, собираемая от 40 до 200 "С,— газолиновая фракция бензинов — содержит углеводороды от С₅Н₁₂ до С₁₁Н₂₄. При дальнейшей перегонке выделенной фракции
получают: газолин (от 40 до 70°С), бензин (от 70 до 120 °С) — авиационный, атомобильный и т. д.

2. Лигроиновая фракция, собираемая в пределах от 150 до 250 °С, содержит углеводороды от C₈H₁₈ до С₁₄Н₃₀. Лигроин применяется как горючее для тракторов.

3. Керосиновая фракция включает углеводороды от С₁₂Н₂₆ до С₁₈Н₃₈ с температурой кипения от 180 до 300 °С. Керосин после очистки используется в качестве горючего для тракторов, реактивных самолетов и ракет.

4. В следующей фракции получают газойль (выше 275 °С) — дизельное топливо.

5. Остаток после перегонки нефти — мазут — содержит углеводороды с большим числом атомов углерода (до многих десятков) в молекуле. Мазут также разделяют на фрак­ции: соляровые масла — дизельное топливо, смазочные масла (автотракторные, авиационные, индустриальные и др.), вазелин (основа для косметических средств и лекарств). Из некоторых сортов нефти получают парафин (для производства спичек, свечей и др.). После отгонки остается гудрон. Его широко применяют в дорожном строительстве.

 

 Коксохимическое производство

Одним из основных способов получения углеводоро­дов (в том числе и ароматических) является коксование (пиролиз) каменного угля. Подобным методом на коксохимическом производстве из камен­ного угля получают те же четыре основных продукта: кокс; каменная смола (бензол, гомологи бензола, фенол, гомологи фенола); водный раствор аммиака (аммиак, сульфат аммония, фенол); коксовый газ (водород, метан, аммиак, бензол, толуол, сульфат аммония, этилен).

При нагревании каменного угля сложные органиче­ские вещества, входящие в его состав, постепенно разла­гаются с образованием летучих продуктов. Последние по­ступают в общий газосборник, где из них конденсируется каменноугольная смола. Из нее путем фракционной дистилляции получают гомологи бензола, фенол и другие ве­щества.

В газосборнике одновременно со смолой конденсирует­ся и вода, в которой растворяются аммиак, сероводород, фенол и другие вещества. Из надсмольной воды в специальной колонне отгоняется аммиак, а затем и другие про­дукты.

Коксовый газ охлаждают и пропускают через электро­фильтры для отделения смолы. Затем из не сконденсировавшегося газа извлекают аммиак и ароматические угле­водороды (бензол). С целью извлечения аммиака газ про­пускают через раствор серной кислоты и получают сульфат аммония — азотное удобрение. Из коксового газа выделя­ются водород и этилен для различных синтезов. Газ после очистки используется в качестве топлива в промышлен­ности и в быту.