Урок 5. Природные источники и переработка углеводородов
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: природный газ, попутный нефтяной газ, нефть и уголь — природные источники углеводородов. По содержанию все они являются смесью различных углеводородов. В чистом виде практически не используется, разделяются на составляющие. Нефть подвергается перегонке в ректификационной колонне на фракции. Вторичная переработка (термический и каталитический крекинг, пиролиз) увеличивают количество продуктов нефтепереработки, широко использующихся в промышленности.
Газойль – смесь жидких углеводородов, преимущественно с количеством атомов углерода от 10 до 40 (додекана, декана и других), и примесей, температура кипения 270 – 3500⁰С.
Гудрон – остаток, образующийся в результате перегонки нефти
Бензин – фракция нефтеперегонки, горючая смесь лёгких углеводородов (С5Н12 – С11Н24), температура кипения 40 – 2000⁰С.
Катализ – ускорение химических реакций под действием малых количеств веществ (катализаторов), которые сами в ходе реакции не изменяются.
Керосин – горючая смесь жидких углеводородов состава С12Н26 – С18Н38 (температура кипения 180 – 3000⁰С), прозрачная, бесцветная (или слегка желтоватая), слегка маслянистая на ощупь, получаемая путём прямой перегонки или ректификации нефти.
Крекинг – процесс термического или каталитического разложения углеводородов, в основе которого лежат реакции расщепления углеродной цепи крупных молекул на молекулы с меньшим числом атомов углерода. Чаще всего при этом образуются алкан и алкен.
Лигроин – горючая смесь жидких углеводородов, более тяжелая, чем бензин. Прозрачная желтоватая жидкость.
Мазут – жидкий продукт тёмно-коричневого цвета, остаток после выделения из нефти или продуктов её вторичной переработки бензиновых, керосиновых и газойлевых фракций, выкипающих до 350–360°С.
Парафин – воскоподобная смесь алканов преимущественно нормального строения состава от С18Н38 до С35Н72
Пиролиз – это разложение органических веществ без доступа воздуха при высокой температуре.
Ректификация – процесс разделения смесей на отдельные компоненты или фракции.
Риформинг – это промышленный процесс переработки бензиновых и лигроиновых фракций нефти с целью получения высококачественных бензинов и ароматических углеводородов.
Соляровое масло – фракция нефти, прошедшая щелочную очистку
Фракция – доля вещества, отбираемого при перегонке в определённых условиях.
Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.
Дополнительная литература:
1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.
2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс: учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение. – 2018. – 352 с.
Открытые электронные ресурсы:
- Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ
Углеводороды имеют большое народнохозяйственное значение, так как служат важнейшим видом сырья для получения почти всей продукции современной промышленности органического синтеза и широко используются в энергетических целях.
Наиболее важными источниками углеводородов являются: природный газ, попутные нефтяные газы, нефть, уголь, природный газ.
В качестве горючего природный газ имеет большие преимущества перед твердым и жидким топливом. Теплота сгорания его значительно выше, при сжигании он не оставляет золы, продукты сгорания значительно более чистые в экологическом отношении. При сгорании природного газа выделяется большое количество теплоты, поэтому 90 % его расходуется в качестве топлива (на теплоэлектростанциях, промышленных предприятиях, в быту). Остальные 10 % используют как сырье для химической промышленности для получения водорода, ацетилена, сажи, различных пластмасс, медикаментов.
Попутный нефтяной газ получил свое название потому, что находится в залежах вместе с нефтью – он растворен в ней и находится над нефтью, образуя газовую «шапку».
В попутных газах содержится меньше метана, чем в природном газе, но в них значительно больше 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), из которых затем получают непредельные углеводороды.
Нефть, добываемую из земных недр, называют сырой. В сыром виде нефть не применяют, ее подвергают переработке. Нефть – это смесь углеводородов различной молекулярной массы, имеющих различные температуры кипения, поэтому перегонкой ее разделяют на отдельные фракции. Перегонка (ректификация) – процесс разделения смесей на отдельные компоненты или фракции, на основании различия их температур кипения.
На нефтеперерабатывающих заводах выделяют несколько фракций нефтепродуктов: бензиновая, лигроиновая, керосиновая, газойль.
После перегонки остается темная вязкая жидкость – мазут. Его используют как топливо в котельных установках, но основную массу подвергают перегонке при низком давлении.
Одним из первых способов химической переработки является крекинг. Крекинг – процесс расщепления углеводородов, содержащихся в нефти, в результате которого образуются углеводороды с меньшим числом атомов углерода в молекуле. Промышленный крекинг предложен в 1891 году русским инженером В.Г. Шуховым.
Пиролиз – это разложение органических веществ без доступа воздуха при высокой температуре. Этот процесс протекает при температуре 650 – 8000С. В этих условиях основными продуктами реакции являются непредельные газообразные (этилен, ацетилен) и ароматические (бензол, толуол) углеводороды.
ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЙ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ
- Смесь газов, состоящую из 100 л (н.у.) метана, 10 л (н.у.) этана, 20 л (н.у.) пропана и 10 л (н.у.) бутана сожгли. Определите объем (н.у.) (л) израсходованного кислорода.
1.Запишем уравнения реакций
2.Рассчитаем количество вещества кислорода
Количество вещества соответствует коэффициентам в уравнении реакции (характерно для газов)
3.Определяем объем кислорода
Объем соответствует количеству молей в уравнении реакции, но с учетом количества углеводородов.
4. Определяем общий объем кислорода
газ — смесь газов, образовавшаяся в недрах Земли при анаэробном разложении органических остатков. Газы — смесь различных газообразных углеводородов, растворенных в нефти и выделяющихся в процессе добычи и подготовки нефти. 
– горючая маслянистая жидкость обычно темного цвета, иногда почти чёрного, хотя иногда встречается и слабо окрашенная в жёлто-зелёный цвет, и даже бесцветная, с резким своеобразным запахом, немного легче воды (плотность 0,73-0,97 г/см3), в воде нерастворима. 
– полезное ископаемое, вид топлива, образовавшийся как из частей древних растений, так и в результате геологических процессов на земле. 
был первым из используемых человеком видов ископаемого топлива.
2 газ – смесь газов, образовавшееся в недрах Земли при анаэробном разложении органических остатков. 1 газы — смесь различных газообразных углеводородов, растворенных в нефти и выделяющихся в процессе добычи и подготовки нефти. 3 – горючая маслянистая жидкость обычно темного цвета, иногда почти чёрного, хотя иногда встречается и слабо окрашенная в жёлто-зелёный цвет, и даже бесцветная, с резким своеобразным запахом, немного легче воды (плотность 0,73-0,97 г/см 3 ), в воде нерастворима. 4 – полезное ископаемое, вид топлива, образовавшийся как из частей древних растений, так и в результате геологических процессов на земле. 4 был первым из используемых человеком видов ископаемого топлива.
Источник
Добыча, переработка и использование природных ресурсов (минеральных)
Человек, создавая себе комфортные условия существования, должен добывать и перерабатывать природные ресурсы. Хотя эти процессы связаны с множеством экологических проблем.
Истощение природных ресурсов очевидно. Однако, оценивая природные ресурсы нужно принимать во внимание, что существует положения противоречащие тенденциям истощения:
1. Земля – замкнутая химическая система: её масса практически постоянна в составе Земли.
2. Все ресурсы, кроме тех, что идут на производство энергии, потенциально возобновляемы.
Таким образом, истощение ресурсов невозможно. Однако человечество ощущает это всё острее и острее. Причина в том, что происходит перераспределение ресурсов в пространстве и сфере превращения веществ. Например, существующая ныне технологическая схема получения многих металлов может быть выражена в следующей форме: оксид → металл→ окисленный отход. Таким образом, возникает задача создания методов рециркуляции, т.е. возвращения металлов из их окисленных форм.
Существующая сейчас в мире модель промышленного производства включает в себя следующие компоненты: извлечение и переработка сырья, производство изделий, выброс отходов. Причем, чем больше стадий в производстве, тем (как правило) больше отходов.
Конечно, отходы (или побочные продукты) большинства производств могут быть сырьём (или материалом) для других производств: CuS + O2 → CuO + SO2
Это напрвление открывает возможность создания другой модели использования ресурсов, где производства связаны друг с другом.
Все ресурсы Земли, используемые человеком можно объединить в три группы:
1. Топливные и энергетические (уголь, торф, газ, нефть, сланцы, торий, уран, вода).
При сопоставлении оценки резервов и масштабов потребления рассчитывают характеристику, получившую название индекс использования резервов (ИИР): потребление/запасы.
Исходя из ИИР, выделяют две группы ресурсов: с высокой скоростью истощения: ИИР ≥ 1,7 % (Au, Hg, Sn, Ag, Zn, Pb, W, U, Cu, Sb) и низкой скоростью истощения ≤ 1,3 % (Al, Mo, Mn, Co, Ni, Ti, Fe, P,K,C).
Проблемы, связанные с рециркуляцией (использованием вторичного сырья), чрезвычайно сложны, прежде всего, в технологическом аспекте. Например, сбор лома должен сопровождаться сортировкой, так как если железо будет содержать значительную часть меди – оно становится непригодным для производства листовой стали. Сортировка – дорога и тенологически трудоёмка.
В последние годы, в результате развития промышленного производства в конце ХХ века, появилось новое понятие – «техногенные месторождения». Они представляют скопления минеральных веществ на поверхности Земли или горных выработках пригодные по количеству и качеству для промышленного использования. Часто они обладают необычным минеральным составом и могут служить источником разнообразных полезных компонентов (редкоземельных и благородных металлов и т.д.).
Характеристика хвостохранилищ обогатительных фабрик, перерабатывающих руды цветных металлов на Урале показывает, что в «хвостах» 10 фабрик в массе 208,8 млн. тонн содержится 770,1 тыс. тонн меди, 620,5 тыс. тонн цинка и 45811 тыс. тонн серы.
Очевидно, что с развитием науки и техники, с совершенствованием технологий, отходы многих производств превратятся в аналогичные «техногенные месторождения». Так на Качканарском ГОК в отвалах 900 млн. тонн отходов производства титаномагнетитов, где много скандия, галлия, стронция, титана. Причем масса скандия превышает 100 000 тонн, это составляет 60% мировых запасов этого металла.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник