что относится к углеводородному сырью
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.
Различают два вида нефти, в зависимости от плотности и содержания серы:
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
Каменный уголь
Смесь, состоящая из разного соотношения соединений углерода, водорода, серы. Неорганические вещества состоят наибольшую часть каменного угля.
Природный газ
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:
Каменный уголь
Образование данного вида горючего ископаемого проходит в два этапа:
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:
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:
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:
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:
Более 90% всей энергии, потребляемой человечеством в настоящее время, добывается из ископаемых природных органических соединений. ПО своим свойствам газ превосходит нефть.
Природные источники углеводородов
Природные источники углеводородов.
Природные источники углеводородов: природный газ, попутный нефтяной газ, нефть, уголь, горючие сланцы и торф. Они же именуются горючими ископаемыми.
Природные источники углеводородов:
Углеводороды – органические соединения, состоящие из атомов углерода и водорода. Углеводороды служат фундаментальной основой органической химии – молекулы любых других органических соединений рассматривают как их производные.
Основными природными источниками углеводородов являются природный газ, попутный нефтяной газ, нефть, уголь, горючие сланцы и торф. Данные природные ресурсы также называют горючими ископаемыми. Горючие ископаемые являются невозобновляемым природным ресурсом (за исключением торфа), так как накапливались в земной коре миллионы лет в процессе разложения в анаэробных условиях под воздействием тепла и давления.
При нормальных условиях (1 атм. и 0 °C) природный газ находится только в газообразном состоянии.
Природный газ является самым чистым видом органического топлива. Но для того, чтобы использовать его в качестве топлива из него выделяют его составляющие для отдельного использования.
Природный газ представляет собой легковоспламеняющуюся смесь различных углеводородов и примесей.
Природный газ – это газообразная смесь, состоящая из метана и более тяжелых углеводородов, азота, диоксида углерода, водяных паров, серосодержащих соединений, инертных газов.
Природным он зовется, потому что не является синтетическим. Газ рождается под землей в толще осадочных пород из продуктов разложения органики.
Природный газ распространен в природе гораздо шире, чем нефть.
Качество природного газа как топлива, как энергоносителя зависит от содержания в нем метана. По содержанию в добываемом газе метана и тяжёлых углеводородов различают сухие (бедные, тощие) и жирные (сырые, богатые) газы.
ПНГ является побочным продуктом при добыче нефти. Так, только на одну тонну извлекаемой нефти в зависимости от района добычи и месторождения приходится от 25 до 800 м 3 извлекаемого ПНГ.
Долгое время его считали вредной примесью нефти, и ПНГ просто сжигался непосредственно в месте добычи нефти на нефтеносной скважине, загрязняя окружающую среду. Однако не так давно признали, что попутный нефтяной газ, хотя и сопутствует добыче нефти, является ценным сырьем для дальнейшей переработки. Поэтому нефтяные компании стали все больше уделять внимание рациональному использованию попутного газа.
В первозданном виде ПНГ практически не применяется (если не рассматривать его обратную закачку в нефтяной пласт). Используются продукты его переработки в качестве топлива и как ценное химическое сырье в химической, нефтехимической и фармацевтической промышленности.
Внешне нефть представляет собой легковоспламеняющуюся жидкость, цвет которой может быть черным, буро-коричневым, светло-коричневым, грязно-желтым, темно-коричневым, светлым жёлто-зелёным либо насыщенно-зелёным. Встречается нефть и совсем без цвета. Нефть имеет специфический запах, который может быть различным и варьируется от легкого приятного до тяжёлого и очень неприятного.
Представляет собой органическое вещество, образовавшееся под действием биохимических, физико-химических и физических процессов из остатков древних растений.
Различают три вида ископаемого угля: бурый уголь, каменный уголь и антрацит. Данная классификация основана на величине среднего показателя отражения витринита, высшей теплоты сгорания на влажное беззольное состояние и выхода летучих веществ на сухое беззольное состояние.
Бурый уголь – это уголь низкой стадии метаморфизма с показателем отражения витринита менее 0,60% при условии, что высшая теплота сгорания (на влажное беззольное состояние угля) составляет менее 24 МДж/кг.
Каменный уголь – это уголь средней стадии метаморфизма с показателем отражения витринита от 0,40% до 2,59% при условии, что высшая теплота сгорания (на влажное беззольное состояние угля) равна или выше 24 МДж/кг, а выход летучих веществ (на сухое беззольное состояние угля) равен 8% и более.
Антрацит – это уголь высокой стадии метаморфизма с показателем отражения витринита 2,20% и выше при условии, что выход летучих веществ (на сухое беззольное состояние угля) не менее 8%.
Горючие сланцы – это осадочная порода со слоистой (пластинчатой) структурой серого, тёмно-серого, черного, коричневого, желтого и оливкового цвета. Легко распадается на отдельные плитки, слои.
Горючие сланцы загораются от спички и при горении издают запах жженой резины, сильно коптят. Воспламеняются и горят в нем только органические вещества.
Залегает горючий сланец на глубине 80-200 метров.
По расчетам геологов запасов горючих сланцев на порядок больше, чем обычной нефти. Однако, залежи сланца не играют ведущей экономической роли. Он относится к альтернативным источникам тепла и химического сырья.
Торф – это возобновляемое полезное ископаемое и возобновляемый источник энергии.
Торф залегает на поверхности Земли или на глубине нескольких десятков метров под покровом минеральных отложений.
Что такое углеводородное сырье: определение
Прогнозы, разведка
Современные тенденции
Состав нефти
около 1 % кислорода;
около 1 % металлов (ванадия, никеля, железа кобальта, хрома, молибдена);
около 1 % солей (хлоридов магния, кальция, натрия).
Месторождения углеводородного сырья отличаются по глубине залегания и способам добычи. К примеру, на глубинах до 5-6 километров находится нефть и углеводородный газ, на больших глубинах можно обнаружить только газ, у поверхности — только нефть. Бо́льшая часть продуктивных пластов располагается между 1 и 6 километром, здесь газ и нефть могут встречаться в разных сочетаниях.
Происхождение нефти
Интересные факты
Использование углеводородного сырья уходит корнями в глубокую древность. Есть сведения о том, что больше 6500 лет назад жители территории, на которой сегодня находится Ирак, добывали цементирующий и строительный материал при возведении домов, защищая свои жилища от попадания влаги. В Древнем Египте собирали нефть с поверхности воды, применяли ее для освещения и в качестве строительного материала. Уникальное углеводородное сырье применялось для герметизации лодок и в качестве мумифицирующего вещества.
На Ближнем Востоке во время существования древнего Вавилона осуществлялась полноценная торговля «черным золотом».
Переработка углеводородного сырья в России началась только в XV веке. Ее собирали на реке Ухта с поверхности воды и применяли не только для хозяйственных нужд, но и в качестве лекарственного средства.
Лишь в 1864 году в Кубанской области перешли к механическому бурению скважин с помощью паровой машины. Мировая нефтедобыча началась с августа 1859 года на территории США. Благодаря бурению скважин появился дешевый доступ к требуемому сырью, стала активно развиваться нефтяная отрасль.
Востребованным углеводородным сырьем являются попутный и природный газы. Они могут находиться в трех типах залежей: газонефтяных, газовых, газоконденсатных. Для газовых залежей характерно естественное подземное скопление алканов, которое не имеет прямой связи с нефтяными месторождениями. Газонефтяные залежи характеризуются одновременным присутствием нефти и газа.
Газоконденсатные виды характеризуются высоким давлением и повышенными температурами в пласте. В таких условиях углеводороды переходят в газ, при понижении давления идет обратная конденсация.
Природные газы в большей части состоят из метана. Также в их составе есть пропан, этан, бутан, несущественное количество пентана и иных компонентов: азота, углекислого газа, инертных газов, сероводорода. На долю природного газа приходится 99,3 % метана, а гомологи составляют не больше 5 %.
Попутный газ — это газ, который растворен в нефти либо выделяется из нее в процессе добычи. По выходу из скважины нефть и попутный газ проходят через газогенераторы, здесь и начинается их разделение. Именно попутный газ является ценнейшим сырьем для нефтехимического промышленного синтеза.
Области применения
Среди основных областей использования углеводородного сырья необходимо упомянуть применение в виде топлива. Высокая температура сгорания, экономичность применения, все это сделало газ самым востребованным видом энергетических ресурсов. Кроме природного и попутного газа, прекрасным углеводородным сырьем является нефть. От рациональности добычи, комплексности переработки природных ресурсов, соблюдения мер безопасности, напрямую зависит экономическая и политическая мощь государства.
Природа создает и аккумулирует их в недрах Земли. Всем известные полезные ископаемые — нефть, природный газ, торф и каменный уголь — являются главными природными источниками углеводородов.
Разнообразие природных веществ
Естественные углеводороды очень распространены в природе. При этом они встречаются в твердом, жидком и газообразном состоянии. На это влияют условия, при которых образуется органическое соединение углерода и водорода.
Человечество активно использует основное качество, которым обладают углеводородные ископаемые — при сгорании выделять свет и тепло.
Производимая при этом энергия называется теплотворной способностью. У каждого ископаемого свое значение удельной теплоты сгорания.
Свойства углеводородов различаются в зависимости от их строения.
Поэтому их классифицируют по структуре:
Кратность углерод—углеродных связей влияет на дальнейшую классификацию. Алифатические углеводороды делятся на предельные и непредельные. Первые — алканы — также называют насыщенными, в них кратные связи отсутствуют, есть только простые. Во вторую подгруппу входят ненасыщенные углеводороды — алкены, алкадиены, алкины, в которых имеются одинарные, двойные или тройные связи.
Аналогично карбоциклические углеводороды также делятся на 2 подгруппы: алициклические (циклоалканы, циклоалкены, циклоалкины) и ароматические (арены).
Практическое применение
Наличие углеводородов в группе полезных ископаемых, относимых к горючим, предполагает использование последних в первую очередь в качестве топлива. Каждый из природных ресурсов имеет свои особенности залегания, добычи и переработки.
Нефть
Является главным источником углеводородов. Нефть представляет собой многокомпонентную жидкость маслянистого характера, состоящую преимущественно из жидких и газообразных углеводородов. В зависимости от преобладания в ее составе алканов, циклоалканов или аренов различают нефть парафиновую, нафтеновую и ароматическую. В чистом виде тот или иной вид встречается редко. В состав нефти входит много прочих соединений, механических примесей и вода.
Месторождения нефти располагаются глубоко в недрах земли, как правило, между слоями породы. Добыча осуществляется с помощью нефтяной вышки, которая выкачивает горючее ископаемое через пробуренную скважину.
Для получения топливных продуктов нефть доставляют на перерабатывающие заводы. Перед транспортировкой горючее ископаемое проходит сепарацию — первичную очистку, в процессе которой удаляются сопутствующие газы, вода и неорганические примеси.
Крекинг, коксование — основной этап переработки. Под воздействием атмосферного давления нефть делится на тяжелые и легкие фракции для выделения компонентов разных видов топлива.
Качество получаемых на этой стадии продуктов требует доработки, поэтому необходим и завершающий этап производства.
Риформинг, изомеризация, гидроочистка заключаются в смешении продуктов вторичной переработки, обогащении их различными компонентами или дополнительной очистке для повышения качественного состава.
Примером может служить повышение октанового числа бензина.
Из нефти производится множество разной продукции для различных сфер применения, к которым относятся: бензин, дизельное топливо, мазут, реактивное топливо, смазочные масла, асфальт, удобрения, спирты, ацетон.
Природный газ
Газ имеет превосходство перед нефтью по эффективности использования, простоте добычи и экономичности. Добыча заключается в бурении скважин на всей площади месторождения. Поскольку газ в чистом виде в природе встречается крайне редко, для отделения его от примесей породы или других химических соединений рядом с местом добычи разворачиваются перерабатывающие комплексы. Например, сопутствующий месторождениям нефти газ имеет большую взрывоопасность при добыче черного золота, поэтому его откачка является обязательным первичным условием.
Значительно экономить на транспортировке позволяет то, что сырье не требует такой очистки, как нефть, для перегонки по газопроводу. На химических заводах газ подвергается вторичной переработке, которая по принципу воздействия на природное сырье подразделяется на следующие виды:
Первый метод предполагает сильное нагревание или охлаждение газа, за счет чего происходит его сжатие и разделение на компоненты. Обычно именно этот способ используется на местах газодобычи.
Суть второй технологии заключается в образовании непредельных углеводородов под воздействием высоких температур и давления.
Третий способ заключается в трансформации метана в синтезированный газ и последующая его переработка. Для этого применяют паровую конверсию. Этот вариант — самый быстрый и экономичный, так как высокая скорость протекания химической реакции избавляет от использования дополнительных катализаторов.
В основном продукты переработки природного газа используют как топливо.
Из прочих составляющих также получают смолы, формальдегиды, аммиак, различные кислоты, которые находят дальнейшее применение в химической, оборонной, пищевой промышленности, в текстильном производстве и многих других отраслях.
Каменный уголь
Нашедший наиболее широкое применение вид ископаемого угля.
Твердое горючее вещество органического (растительного) происхождения, представляющее собой смесь соединений углерода, кислорода, водорода, серы и азота.
Неорганические примеси также присутствуют.
Промышленная добыча угля возможна тремя способами в зависимости от глубины залегания породы, ее твердости и доступности:
Наиболее качественный уголь получают из шахт, но вместе с тем это самый трудоемкий, дорогой и небезопасный способ добычи.
Способы переработки угля
Пиролиз (коксование) — основан на воздействии высоких температур в безвоздушном пространстве, в результате чего происходит разрушение и трансформация полимерных молекул. Полученный таким образом, кокс является сырьем для металлургической промышленности.
Газификация. Этот метод также применяет высокие температуры, но уже при наличии воздушной среды. Воздействие смеси газов и пара преобразует уголь из твердого состояния в газообразное. Конечным результатом переработки являются железо, никель, кобальт и другие металлы.
Полукоксование — за счет окисления с помощью катализатора при низкотемпературном режиме в 500 °C получают промежуточный продукт в виде смолы. В дальнейшем из нее изготавливают топливо или растворители.
Деструктивная гидрогенизация основана на химической реакции присоединения атомов водорода от молекул катализатора, коим является железосодержащая руда, к молекулам угля. Этот способ превращает твердое топливо в жидкое, так называемую синтетическую нефть.
Множество полезных веществ выполняют важную миссию, обеспечивая процесс жизнедеятельности людей.
В целом если нет технологии получения углеводородов, то и прогресс в развитии человечества как таковой невозможен. Ибо для любого действия нужна энергия, а если ее нет, то не будет и действия.