Какие существуют природные источники углеводородов, их переработка

Углеводороды являются одним из важнейших компонентов нефти и природного газа, играя ключевую роль в мировой энергетике и промышленности. Они представляют собой органические соединения, состоящие из атомов углерода и водорода, и широко используются как основной источник энергии, сырье для производства различных химических веществ, пластмасс, удобрений и других продуктов.

Природные источники углеводородов, такие как нефть и природный газ, располагаются в различных регионах мира и требуют специальных методов и технологий для их добычи, транспортировки и переработки. Процесс переработки углеводородов включает в себя ряд сложных технологических операций, направленных на разделение смесей углеводородов на компоненты различного состава и свойств, что позволяет получить разнообразные продукты с высокой степенью чистоты и качества.

В данной статье мы рассмотрим различные природные источники углеводородов, их особенности и методы переработки, а также значимость углеводородов в современной промышленности и энергетике.

Нефть

Нефть — это естественный источник маслянистой горючей жидкости с характерным запахом, окрашенной в разные оттенки от темно-коричневого до бесцветного, состоящей из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы и других химических соединений.

Нефтяные месторождения представляют собой значительные запасы нефти, которые могут быть разведаны и разработаны для дальнейшего использования. В мире существует более 600 известных нефтяных месторождений, из которых разрабатывается около 450.

Виды

Нефть делится на два основных вида в зависимости от плотности и содержания серы:

1. Легкая нефть, содержащая незначительное количество серы, используется для производства бензина и керосина.
2. Тяжелая нефть, требующая дополнительной очистки из-за высокого содержания примесей, применяется для производства масел и мазута.

Переработка

Переработка может быть первичной и вторичной.
Первичная переработка нефти, известная как ректификация, осуществляется путем нагревания сырой нефти без химических изменений вещества. Процесс начинается с очистки нефти от воды, солей и твердых частиц. Затем нефть подвергается нагреванию до 350 °C в трубчатой печи.

Подготовленный состав направляется в ректификационную колонну, где происходит испарение отдельных фракций на разные уровни, в зависимости от их температуры кипения:

1. Ректификационные газы (верхняя часть, температура кипения не более 40 °C).
2. Бензиновая фракция (35 — 200 °C).
3. Лигроиновая фракция (150 — 250 °C).
4. Керосиновая фракция (190 — 300 °C).
5. Дизельная фракция (200 — 300 °C).
6. Мазут (нижняя часть колонны, температура кипения более 350 °C).

Этот процесс позволяет разделить нефть на различные компоненты с разными температурами кипения, что делает возможным использование каждой фракции в различных промышленных и бытовых целях.

Вторичная переработка нефти, включающая крекинг и риформинг, играет ключевую роль в увеличении выхода более ценных и качественных фракций.

Крекинг — это процесс обработки мазута с применением катализатора и нагревания, направленный на повышение выхода бензиновой фракции.

Риформинг — это процесс, который направлен на улучшение качества бензиновой фракции путем проведения реакций дегидроциклизации.

Оба этих процесса позволяют оптимизировать процесс переработки нефти, повышая выход более ценных и качественных продуктов.

Использование нефти как топлива имеет свои преимущества, такие как простота добычи и транспортировки, однако существуют и недостатки, включая низкую ресурсообеспеченность.

Природный газ

Природный газ — это смесь газов, образовавшихся в недрах земли в результате анаэробного разложения органических веществ. Основной компонент этой смеси — метан (80-97%), а также небольшие количества пропана, бутана, этана.

Преимущества природного газа включают его простоту добычи и транспортировки, а также экономичность использования.

Однако природный газ имеет и недостатки, включая сложности в его межконтинентальной транспортировке с использованием дорогостоящих танкеров.

Особенность природного газа заключается в отсутствии у него запаха, поэтому для обнаружения утечек в быту в газ добавляют специальные ароматизаторы, такие как меркаптаны. Это необходимо из-за высокой взрывоопасности смеси метана с воздухом: даже небольшая искра может привести к серьезным происшествиям.

Состояния

Таблица для состояний природного газа:

Эта таблица показывает состояния, в которых природный газ может находиться в зависимости от условий окружающей среды.

Переработка

Переработка природного газа необходима для удаления примесей, облегчения транспортировки и обеспечения его товарного качества. Этот процесс включает в себя следующие этапы:

1. Сушка: устранение содержащейся в газе серы и воды.
2. Переработка с применением различных производственных методов:
   • Термохимический способ: обработка газа при высокой температуре и давлении.
   • Физико-энергетический метод: охлаждение или нагревание газа для сжатия и деления.
   • Химико-каталитический подход: использование парциального окисления или конверсии газа в углекислый газ.

В результате этих процессов образуются различные вещества, включая источники энергии и химические продукты, такие как аммиак, уксусная кислота, метанол и другие.

Попутный нефтяной газ

Попутный нефтяной газ представляет собой смесь газообразных углеводородов, которые выделяются при добыче и подготовке нефти. Его состав варьируется в зависимости от молекулярной массы алканов, при этом более легкие углеводороды имеют более высокую концентрацию в этой смеси.

Смесь бутана и пропана, содержащаяся в попутном нефтяном газе, может быть сжижена и использована в качестве бытового топлива.

Попутный нефтяной газ может быть классифицирован в следующие группы в зависимости от содержания различных примесей:

1. Чистый попутный газ, содержащий от 95 до 100% углеводородов.
2. Попутный газ с примесью углекислого газа, содержащий от 4 до 20% CO2.
3. Попутный газ с примесью азота, содержащий от 3 до 15% N2.
4. Углеводородно-азотный попутный газ, содержащий примеси вплоть до 50% азота.

Виды

Попутный нефтяной газ может содержать различные углеводороды, включая бутан, пропан, метан и этан. Вот основные виды попутного нефтяного газа в зависимости от преобладающих углеводородов:

Эта таблица предоставляет краткое описание каждого вида попутного нефтяного газа и его основных компонентов.

Переработка

Переработка попутного нефтяного газа становится все более актуальной в связи с негативным воздействием концентрации продуктов нефтепереработки на экологию и здоровье. Различные методы переработки помогают снизить негативные последствия и использовать газ эффективно:

1. Фракционный метод: разделение газа на компоненты для последующего использования.
2. Закачка в пласт нефти: увеличение давления и объемов добычи путем впрыснутого газа в пласт.
3. Мембранная очистка: удаление примесей с последующим сжижением газа для производства топлива и нефтехимических продуктов.
4. Переработка в сжиженный газ: превращение газа в сжиженное топливо для использования в различных областях.

Каменный уголь

Каменный уголь относится к твердым видам горючего ископаемого, представляя собой комплексную смесь углеводородов, азота, серы, кислорода и неорганических веществ. В его составе около 80% приходится на углерод, в то время как остальные 20% составляют органические и неорганические компоненты. Теплотворность угля зависит от содержания газов: чем оно выше, тем более теплотворным является вещество, и наоборот.

Процесс образования каменного угля происходит в два этапа:

1. Появление торфа из остатков растений и живых организмов.
2. Формирование твердого угля из торфа в результате процессов компрессии и термического разложения.

Каменный уголь может классифицироваться по различным видам в зависимости от его качественных характеристик. Этот вид топлива представляет значительный интерес для получения различных химических продуктов и производства энергии.

Виды

Основные виды каменного угля включают:

Эти виды каменного угля имеют различные применения в промышленности, включая использование в качестве топлива для производства электроэнергии, в качестве сырья для химической промышленности и в других отраслях.

Переработка

Переработка каменного угля происходит через процесс коксования, при котором уголь нагревается до 900-1100°C без доступа кислорода. В результате получаются три основных продукта:

1. Кокс с высоким содержанием углерода.
2. Коксовый газ.
3. Каменноугольная смола.

Более 90% всей энергии, используемой в настоящее время, добывается из ископаемых органических соединений. По своим характеристикам газ превосходит нефть.

В заключении можно подчеркнуть важность природных источников углеводородов и их переработки в современном мире. Углеводороды являются основным источником энергии и сырьем для различных отраслей промышленности. Переработка этих ресурсов позволяет получать широкий спектр продуктов, от нефтепродуктов до химических веществ, что имеет огромное значение для экономики и обеспечения потребностей человечества. Однако важно учитывать экологические аспекты переработки и использования углеводородов, стремясь к более эффективным и экологически безопасным методам добычи и переработки этих ценных природных ресурсов.

Рекомендуем по теме

Как происходит изменение свойств химических элементов

Таблицы «Качественные реакции органических и неорганических веществ»