Способы химической переработки углеводородов

Природные источники углеводородов, их переработка

В природе углеводороды встречаются в виде нефти, природного газа, каменного угля.

Нефть — маслянистая жидкость от светло-бурого до черного цвета с характерным запахом природного происхождения, состоящая из смеси различных углеводородов.

Природный газ — бесцветный газ, состоящий из смеси различных углеводородов (преимущественно из метана).

Каменный уголь — твердое горючее полезное ископаемое, которое имеет сложный состав.

Состав нефти

В зависимости от месторождения нефть имеет различный состав. В неё могут входить: алканы, циклоалканы, ароматические углеводороды.

Фракции нефти

1. Фракция, собираемая от 40 до 200°С — фракция бензинов — содержит углеводороды от С₆Н₁₂ до С₁₁Н₂₄.
2. Лигроиновая фракция, собираемая в пределах от 150 до 250 °С, содержит углеводороды от С₈Н₁₈ до С₁₄Н₃₀.
3. Керосиновая фракция включает углеводороды от С₁₂Н₂₆ до С₁₈Н₃₈ с температурой кипения от 180 до 300°С.
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. После отгонки остается гудрон. Его применяют в дорожном строительстве.

Перегонка нефти

Перегонка – это разделение нефти на отдельные фракции по температуре кипения.

Перегонка нефти осуществляется в ректификационной колонне.

В печи нефть нагревается до 320-350 °С и поступает в ректификационную колонну.

Внутри она имеет горизонтальные перегородки с отверстиями, так называемые тарелки.

Пары нефти подаются в колонну и поднимаются вверх, при этом постепенно охлаждаются и сжижаются.

Менее летучие углеводороды конденсируются внизу, образуя газойлевую фракцию.

Выше собирается керосин, а затем — лигроин. Наиболее летучие углеводороды выходят в виде паров из колонны и сжижаются, образуя бензин.

Главный недостаток перегонки нефти — малый выход бензина (не более 20%).

Крекинг нефтепродуктов

Крекинг — расщепление углеводородов с длинной цепью на углеводороды с меньшей относительной молекулярной массой.

Такой процесс называется крекингом (по англ. crack – расщеплять). Промышленный метод крекинга был изобретен русским инженером В. Г. Шуховым в 1891 г.

Процесс крекинга происходит с разрывом углеродных цепей и образованием более простых предельных и непредельных углеводородов.

Например, при крекинге гексадекана образуются октан и октен:

Образовавшиеся вещества могут разлагаться далее. При крекинге октана могут образоваться бутан и бутен:

А при крекинге бутана образуются этан и этилен:

Различают два основных вида крекинга:

Термический крекинг:

Расщепление углеводородов производится при высокой температуре (470—550°С) и давлении.

Бензин термического крекинга содержит много непредельных углеводородов и обладает большей детонационной стойкостью, чем бензин прямой перегонки. Он менее устойчив при хранении, так как непредельные углеводороды легко окисляются и полимеризуются. Поэтому к бензину термического крекинга добавляют антиокислители.

Каталитический крекинг:

Расщепление углеводородов происходит при несколько более низкой температуре (450- 500°С) с применением катализаторов (алюмосиликатов). Процесс происходит с большей скоростью, чем при термическом крекинге. Бензин каталитического крекинга более высокого качества, чем бензин термического крекинга, так как наряду с реакциями расщепления идет изомеризация и образуются разветвленные углеводороды, которые еще более повышают детонационную стойкость бензина. В бензине каталитического крекинга непредельных углеводородов содержится меньше, и поэтому он более устойчив при хранении.

Ароматизация нефти

Превращение предельных углеводородов и циклоалканов нефти в ароматические углеводороды. Также ароматизацию называют риформингом.

Так как в нефти содержатся также производные циклогексана, например, метилциклогексан, то из него при этих же условиях образуется метилбензол (толуол):

При этих же условиях н-гексан тоже превращается в бензол:

Переработка каменного угля

Каменный уголь подвергают коксованию. Это нагревание без доступа воздуха при температуре 1000-1400 о С. При коксовании образуется кокс (почти чистый углерод), коксовый газ (состоит преимущественно из водорода и метана), аммиак, деготь, ароматические углеводорода и др.

Добавить комментарий Отменить ответ

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.

Источник

Природные источники углеводородов, их переработка

Содержание:

Углеводороды – это органические соединения, состоящие из атомов водорода и углерода. Основными источниками данных веществ являются горючие полезные ископаемые – нефть, природный и попутный газ, уголь.

Природные источники углеводородов

Нефть

Нефть – это природная маслянистая горючая жидкость, обладающая специфическим запахом, темно-коричневого (черного, красного, синего, белого) цвета или бесцветная, состоящая из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы (алканов, циклоалканов, аренов) и ряда других химических соединений.

из них: разведано

Различают два вида нефти, в зависимости от плотности и содержания серы:

1. Легкая – извлекается насосами или фонтанным способом. Массовая доля серы – незначительно, вследствие чего ценность продукта выше. Используется для производства горючих продуктов — бензина и керосина.
2. Тяжелая – добывается шахтным способом. Из-за содержания примесей данный вид горючего ископаемого требует дополнительной очистки. Применяется для изготовления различных масел, мазута.

К преимуществам применения топлива можно отнести – простоту, дешевизну добычи и беспроблемность транспортировки.

К недостаткам – низкую ресурсообеспеченность, то есть соотношение между количеством ресурсов и размерами их использования.

Природные источники углеводородов

Характеристики

Нефть

Смесь состоящая из большого количества компонентов, основными из которых являются алканы, циклоалканы и арены.

Попутный нефтяной газ

Смесь состоящая в основном из алканов. Большая часть состоит из пропана.

Природный газ

Смесь, состоящая из низкомолекулярных алканов. Основная составная часть – метан.

Каменный уголь

Смесь, состоящая из разного соотношения соединений углерода, водорода, серы. Неорганические вещества состоят наибольшую часть каменного угля.

Природный газ

Природный газ — это смесь газов, образовавшихся в недрах земли посредством анаэробного разложения органических веществ. Содержание углеводородов в природном ресурсе низкое, 80- 97% составляет метан и незначительный процент – пропан, бутан, этан.

Преимущества данного вида топлива – простота добычи и транспортировки, экономичность.

Недостатки – сложность межконтинентальной транспортировки с помощью дорогостоящих танкеров.

Природный газ не имеет запаха, но для обнаружения протечек вещества в быту, в него добавляют специальные компоненты – меркаптаны. Это связано с тем, что смесь метана с воздухом взрывоопасна, небольшая искра способна спровоцировать происшествие.

Попутный нефтяной газ

Попутный нефтяной газ – это смесь газообразных углеводородов, содержащихся в нефти и выделяющихся при ее добыче и подготовке. Чем ниже молекулярная масса алкана, тем выше его концентрация в природном ресурсе.

Смесь бутана и пропана образует сжиженный газ, который применяется в качестве бытового топлива.

В зависимости от содержания углеводорода попутный газ делится на следующие группы:

• чистый (95–100%);
• углеводородный с примесью углекислого газа 4-20%;
• углеводородный с примесью азота 3-15%;
• углеводородно-азотный, содержанием примесей до 50% соответственно.

Каменный уголь

Данный вид горючего ископаемого относится к твердым, и представляет собой многокомпонентную смесь углеводородов, азота, серы, кислорода и неорганических веществ. Доля углерода составляет 80 %, остальные 20% — органические и неорганические компоненты. Чем выше содержание газа, тем большей теплотворностью обладает вещество, чем ниже – тем дольше уголь может храниться.

Образование данного вида горючего ископаемого проходит в два этапа:

1. Появление торфа из остатков растений и живых организмов.
2. Формирование твердого угля.

Данный вид топлива является достаточно перспективным для получения ряда химических продуктов и энергии.

Их переработка

Полезные ископаемые требуют переработки для дальнейшего использования и получения необходимых продуктов.

Переработка нефти

В сыром виде данный ресурс не применяется. Переработка может быть первичной и вторичной.

1. Первичная переработка – заключается в ректификации нефти, путем ее нагревания, не приводящая к химическим изменениям вещества. В процессе повышения температуры улетучиваются сначала легкокипящие элементы, затем требующие более высокой температуры.

Схема ректификационной колонны

На подготовительном этапе требуется очитка нефти от воды, солей и твердых механических частиц. Далее вещество поступает в трубчатую печь, где подвергается нагреванию до 350 °С. Горячий состав перемещается в нижнюю часть ректификационной колонны, в которой осуществляется испарение отдельных фракций на разные уровни, в зависимости отих температуры кипения:

• ректификационные газы (верхняя часть, температура кипения не более 40 о С);
• бензиновая фракция (35 -200 о С);
• лигроиновая фракция (150 — 250 о С);
• керосиновая фракция (190 — 300 о С);
• дизельную фракцию (200 -300 о С);
• мазут (нижняя часть колонны, температура кипения более 350 о С).

2. Вторичная: крекинг и риформинг – необходимы для повышения выхода после переработки более дорогих и качественных фракций.

Крекинг – способ обработки мазута путем нагревания с совместным воздействием катализатора, для увеличения выхода бензиновой фракции.

Риформинг – направлен на улучшение качественных характеристик бензиновой фракции путем реакций дегидроциклизации.

Переработка природного газа

Содержание примесей в природном газе затрудняет его дальнейшую транспортировку и использование. В связи с этим он подвергается переработке:

1. Сушке – для удаления серы и воды.
2. Переработка производственным методом в целях придания товарного вида:
   • термохимическим способом – при высокой температуре и давлении;
   • физико-энергетическим – охлаждением или нагреванием ресурса для его сжатия и деления;
   • химико-каталитическим – методом парциального окисления или паровой, углекислой конверсии.

В результате процессов образуются вещества: источники энергии и химические продукты (аммиак, уксусная кислота, метонол и др.).

Обработка попутного нефтяного газа

Концентрация продуктов нефтепереработки негативно влияет на экологию и здоровье населения. В связи с этим возникла необходимость в переработке ПНГ и практическом применении.

Существуют несколько способов утилизации и переработки:

1. Фракционный метод – основан на разделении газа на компоненты.
2. Закачка в пласт нефти, для повышения давления и увеличения объемов добычи.
3. Мембранная очистка с дальнейшим сжижением и использованием для получения топлива и нефтехимического сырья.
4. Переработка в сжиженный газ.

Переработка каменного угля

Переработка данного вида ресурса называется коксованием, которое осуществляется путем накаливания угля до 900-1100°С без доступа воздуха.

В результате получаются следующие продукты:

• кокс с высоким содержанием углерода;
• коксовый газ;
• каменноугольная смола.

Более 90% всей энергии, потребляемой человечеством в настоящее время, добывается из ископаемых природных органических соединений. ПО своим свойствам газ превосходит нефть.

Источник