mozok.click » Хімія » Природний газ, нафта, кам'яне вугілля - природні джерела вуглеводнів
Інформація про новину
  • Переглядів: 10403
  • Автор: admin
  • Дата: 11-01-2018, 13:54
11-01-2018, 13:54

Природний газ, нафта, кам'яне вугілля - природні джерела вуглеводнів

Категорія: Хімія

— Я читав, що Д. І. Менделєєв сказав: «Спалювати нафту — однаково, що палити грубку асигнаціями».

Не розумію цього виразу.

— Асигнації — це гроші. Дмитро Іванович хотів сказати, що просто спалювати нафту — це вкрай невигідно. Її треба переробляти й одержувати безліч цінних продуктів.

— Думаю, це стосується й інших природних джерел вуглеводнів.

Природні гази, нафта й кам’яне вугілля — основні джерела вуглеводнів. Під час їх переробки можна одержати майже всі органічні сполуки, що використовуються людьми. Об’єми видобутку вуглеводнів збільшуються щороку, але ще швидше збільшується потреба в них. Якщо раніше основну їх частину використовували тільки у вигляді палива, то зараз акценти зміщаються в напрямку їх переробки й одержання нових органічних речовин: синтетичні волокна, штучне хутро, барвники, розчинники, різні види палива, лікарські препарати, мастила, пластмаси, каучуки, будівельні матеріали тощо. Просто спалювання газу, нафти, вугілля економічно вкрай невигідно. До того ж продукти спалювання природних вуглеводнів забруднюють атмосферу. Тому щороку дедалі активніше відбувається пошук альтернативних джерел енергії.

ГАЗ

Газ, який добувають, ділять на природний і супутній (рис. 68). Супутній газ теж, звичайно, природний, але він міститься в родовищах разом із нафтою — частково він у ній розчинений, а частково може розташовуватися над нафтою, утворюючи так звану «газову шапку».

Природний газ у родовищах міститься сам, без нафти.



Природний газ

У природному газі містяться вуглеводні з невеликою відносною молекулярною масою. Він має такий приблизний склад (за об’ємом): 80-90 % метану, 2-3 % його найближчих гомологів — етану, пропану, бутану й невеликий уміст домішок — гідроген сульфіду, азоту, інертних газів, карбон(^) оксиду й випарів води.

Супутній газ

У супутніх газах міститься менше метану, але більше етану, пропану, бутану й вищих вуглеводнів. Крім того, у них присутні, в основному, ті самі домішки, що й у інших природних газах, не пов’язаних з покладами нафти, а саме: гідроген сульфід, азот, інертні гази, випари води, вуглекислий газ.

Раніше супутні гази не використовували, тому під час видобутку нафти їх спалювали. Гігантські смолоскипи горіли роками, поки не вигорить увесь супутній газ і з’явиться можливість добувати нафту із цієї свердловини. На сьогодні їх намагаються вловлювати й використовувати як паливо та як цінну хімічну сировину.

Застосування газу

Газ широко використовують як паливо з високою теплотворною здатністю (під час спалювання 1 м3 виділяється до 54 400 кДж). Це один із кращих видів палива для побутових і промислових потреб. Крім того, природний газ є цінною сировиною для хімічної промисловості.

В останні роки значно збільшилося виробництво газів шляхом переробки кам’яного вугілля, торфу й сланців.

НАФТА

Нафта — оліїста рідина світло-бурого, темно-бурого або майже чорного кольору з характерним запахом (рис. 69).

Нафта легше води (густина 0,73-0,97 г/см3), у воді майже не розчинна.

Археологічні розкопки показали, що на березі Євфрату нафту добували ще 6-4 тис. років до н. е.


За складом нафта — складна суміш вуглеводнів різної молекулярної маси, головним чином рідких (у них розчинені тверді й газоподібні вуглеводні). Співвідношення вуглеводнів у нафті різних родовищ коливається в широких межах. Крім вуглеводнів нафта містить оксигено-, сульфуро-і нітрогеновмісні органічні сполуки.

Нафта, яку качають зі свердловини, називається сирою нафтою. Її зазвичай не застосовують. Для одержання з нафти технічно цінних продуктів її піддають переробці.

Переробка нафти починається з первинної перегонки.

До проведення перегонки від нафти відокремлюють гази — метан, етан, пропан і бутан.

Вуглеводні, які входять до складу нафти, відрізняються один від одного своїми хімічними й фізичними властивостями. Різну температуру кипіння цих вуглеводнів покладено в основу первинної перегонки нафти.

— Уявіть, що у вас змішано дві рідини з різними температурами кипіння, наприклад спирт і воду. Якщо ми будемо кип’ятити цю суміш, першим буде випаровуватися спирт як такий, що має більш низьку температуру кипіння, а вже потім — вода.

— Випари спирту можна зібрати й конденсувати. Це і є перегонка. Те саме відбувається й із нафтою, тільки склад нафти дуже різноманітний.

Власне перегонка здійснюється в ректифікаційній колоні, яка являє собою високий (50-60 м) циліндричний сталевий апарат (рис. 70).

Нафту нагрівають, і з неї в міру нагрівання починають виділятися вуглеводні. Спочатку більш легкі, з меншим числом атомів Карбону та, відповідно, з більш низькою температурою кипіння,

потім більш важкі, потім ще більш важкі тощо. Для більшої ефективності розділення в колону продувають гарячий водяний пар. Така установка діє безупинно.

Суть перегонки — розділення нафти на окремі суміші вуглеводнів (фракції) за температурами кипіння. Тому таку перегонку називають фракційною.

Під час перегонки нафти одержують нафтопродукти: бензин (їкип. = 40 до 150-200 °С), лігроїн (їкип. = 120 - 240 °С), гас (їкип = 150 - 300 °С), газойль — солярова олія (їкип вище 300 °С), а в залишку — в’язку чорну рідину — мазут. Мазут піддають подальшій переробці.

При цьому виділяють мастила: веретенне, машинне, циліндрове та ін., а також вазелін і парафін. Із нього одержують і бітум, що використовують для покрівельних робіт. Після переробки мазуту залишається тверда речовина, яку використовують для асфальтування доріг.

Дізнайтеся більше

Нафтогазова промисловість України має багатовікову історію: перші історичні дані про видобуток нафти на території західної України з’явилися ще в XIV столітті.

Промисловий видобуток нафти в Прикарпатті почався лише 1771 р., коли було відкрито нафтове родовище в сольовій шахті Слобода-Рунгурська (Івано-Франківська область) біля Калуша. А відомості про видобуток нафти в Бориславському районі (Львівська область) сягають 1792 року, коли в районі села Нагуєвичі (батьківщина письменника Івана Франка) з колодязів відрами добули 7 т нафти. Цікаво, що письменник присвятив цій темі свою повість «Борислав сміється», яка розповідає про страйк робочих нафтопромислів у місті Бориславі (Львівська обл.).

У 20-х роках XIX століття почався промисловий видобуток нафти в районі м. Борислав на Прикарпатті. У той час це був найбільший нафтовидобувний регіон у Європі. Уже на початку XX століття об’єм видобутку в цьому регіоні досяг 2 млн тонн на рік.

Саме з території України були здійснені перші у світі міждержавні поставки природного газу: 1945 року розпочато постачання з Дашавського й Опарського газових родовищ у Польщу.

Застосування продуктів переробки нафти

Продукти перегонки нафти мають різне застосування (рис. 71).

Дізнайтеся більше

1853 року в аптеці «Під золотою зіркою» у Львові по вулиці Коперника фармацевтами Йоганом Зегом та Ігна-цієм Лукасевичем було винайдено першу у світі гасову (нафтову) лампу. Вона працювала за схемою згоряння гасу й ґнота (шнура-провідника), який був просочений тим же гасом.

Дослідники на настійну вимогу свого шефа аптекаря Миколяша намагалися одержати з нафти спирт, однак зненацька винайшли найбільш раціональний

метод крекінгу нафти. Із цього часу гас стає найбільш уживаним у світі продуктом освітлення, яким навіть зараз, на початку XX! століття, ще користується третина людства.

Цю подію ознаменували не тільки письмовими згадками в історії, але й увічнили монументально: 2009 року поставили оригінальний пам’ятник двом винахідникам біля входу в однойменне кафе-музей «Гасова лампа» (рис. 72).

ВУГІЛЛЯ

Вугілля, так само як і природні гази й нафта, є джерелом енергії й цінною хімічною сировиною.

Вугілля — тверда горюча корисна копалина органічного походження, яка утворилася з відмерлих рослин і планктонів.

Утворення вугілля з рослинних решток відбувається в результаті їх біохімічного розкладу без доступу повітря.

Вугілля дешевше нафти, воно більш рівномірно розподілене в земній корі. Його природні запаси набагато перевершують запаси нафти й, за прогнозами вчених, не будуть вичерпані ще протягом століття.

Під час переробки вугілля одержують дуже багато різних продуктів, з яких виробляють барвники, розчинники, вибухові речовини, лікарські й ароматичні сполуки, пестициди і т. д. Після витягування з вугілля органічних речовин залишається вуглець із невеликою кількістю домішок — кокс. Його використовують у металургії, застосовують у виробництві кальцій карбіду.

Підсумуємо вивчене в параграфі:

Дізнайтеся більше

Енергетики активно шукають інші джерела енергії, прагнучи отримати її від сонця, вітру і води. У цій ситуації на передній план знову виходять відновлювані джерела вуглеводнів — біомаса. Це рослини, у тому числі й найдавніший вид палива — дерево. У багатьох країнах світу дедалі більший розвиток отримують енерго-станції, що працюють на деревній сировині.

Сучасне використання деревної енергії — це, звичайно, не спалювання зрубаних і розпиляних дерев. Сировиною для станцій є відходи лісової і деревообробної промисловості: тріска, неділова деревина, хмиз, пні тощо. Дедалі більшого поширення набувають паливні гранули (пелети) (англ. Pellets) — біопаливо, яке являє собою циліндричні гранули стандартного розміру. Сировиною для виробництва гранул можуть бути торф, балансова (неякісна) деревина та деревні відходи: кора, тирса, тріска та інші відходи лісозаготівлі, а також відходи сільського господарства: відходи кукурудзи, солома, відходи круп'яного виробництва, лушпиння соняшнику, шкаралупа горіхів і т. д.


ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

344. Як за складом природний газ відрізняється від супутнього?

345. Як ви вважаєте, який газ — природний або супутній — більш вигідний для переробки?

346. Які продукти одержують переробкою газу?

347. Де почали добувати нафту в промислових масштабах?

348. Які речовини входять до складу нафти?

349. У чому сутність фракційної перегонки нафти?

350. Які продукти одержують під час фракційної перегонки нафти?

351. Розкажіть про застосування продуктів, одержуваних із нафти.

352. Які продукти одержують під час переробки вугілля? Де їх використовують?

ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

353. Обчисліть об’єм повітря, необхідний для спалювання природного газу об’ємом 2 м3 (н. у.), до складу якого входять: метан — 94 %, етан — 2 %, по 1,5 % пропану й бутану, решта — негорючі домішки. Об’ємна частка кисню в повітрі — 21 %.

354. Природний газ одного з родовищ містить 92 % метану, 3 % етану, 1,6 % пропану, 0,4 % бутану, 2 % азоту, карбон(^) оксид, випари води й інші негорючі гази становлять 1 %. (Склад дано в об’ємних частках.) Який об’єм повітря буде потрібний для спалювання газу 5 м3 (за н. у.)? Об’ємна частка кисню в повітрі — 21 %.

Для допитливих

355. На горіння вуглеводню об’ємом 10 л витратили кисень об’ємом 50 л, і утворився вуглекислий газ об’ємом 30 л. Виведіть формулу вуглеводню й напишіть рівняння реакцій цієї сполуки з хлором. Чи буде він знебарвлювати розчин бромної води?

356. Виведіть формулу вуглеводню, якщо масова частка Карбону дорівнює 85,7 % і він має відносну густину за метаном 2,625. Як розпізнати експериментально цю речовину й метан?

357. У разі аварій на танкерах, які перевозять нафту, можливе її потрапляння в моря й океани. При цьому нафта утворює на поверхні води тонку плівку, яка осідає на крилах водоплавних птахів, забивається в травну й дихальну системи морських мешканців. Це призводить до їхньої загибелі. Нафтову плівку дуже важко зібрати. Оскільки нафта — горюча рідина, здавалося б, найпростіше спалити її. Однак нафтова плівка на поверхні води не горить. Чому? Запропонуйте свої способи збирання нафти.

 

Це матеріал з підручника Хімія 9 клас Гранкіна

 






^