Raffinage du pétrole

L'huile est un mélange à plusieurs composants diverses substances principalement des hydrocarbures. Ces composants diffèrent les uns des autres par leurs points d'ébullition. À cet égard, si vous chauffez de l'huile, les composants les plus facilement bouillants s'évaporeront en premier, puis les composés ayant un point d'ébullition plus élevé, etc. Basé sur ce phénomène raffinage du pétrole primaire , consistant à distillation (rectification) huile. Ce processus est appelé primaire, car on suppose qu'au cours de son déroulement, aucune transformation chimique des substances ne se produit et que l'huile n'est divisée qu'en fractions avec des points d'ébullition différents. Vous trouverez ci-dessous un diagramme schématique d'une colonne de distillation avec brève description le processus de distillation lui-même :

Avant le processus de rectification, l'huile est préparée d'une manière spéciale, à savoir qu'elle est éliminée des impuretés de l'eau contenant les sels dissous et des impuretés mécaniques solides. L'huile ainsi préparée entre dans un four tubulaire, où elle est chauffée à haute température (320-350 o C). Après chauffage dans un four tubulaire, l'huile à haute température pénètre dans le partie inférieure colonne de distillation, où l'évaporation des fractions individuelles se produit et leurs vapeurs montent dans la colonne de distillation. Plus la section de la colonne de distillation est élevée, plus sa température est basse. Ainsi, les fractions suivantes sont sélectionnées à différentes hauteurs :

1) les gaz de distillation (sélectionnés tout en haut de la colonne, et donc leur point d'ébullition ne dépasse pas 40 o C) ;

2) fraction essence (point d'ébullition de 35 à 200 o C) ;

3) fraction naphta (point d'ébullition de 150 à 250 o C) ;

4) fraction kérosène (point d'ébullition de 190 à 300 o C) ;

5) fraction diesel (point d'ébullition de 200 à 300 o C) ;

6) fioul (point d'ébullition supérieur à 350 o C).

Il est à noter que les fractions moyennes rejetées lors de la rectification de l'huile ne répondent pas aux normes de qualité du carburant. De plus, à la suite de la distillation du pétrole, une quantité considérable de fioul est formée - loin d'être le produit le plus populaire. À cet égard, après première transformation La production pétrolière est confrontée à la tâche d'augmenter le rendement des fractions les plus chères, notamment l'essence, ainsi que d'améliorer la qualité de ces fractions. Ces problèmes sont résolus à l'aide de divers processus raffinage du pétrole , par exemple, comme fissuration Etreformer .

Il convient de noter que le nombre de processus utilisés lors recyclage le pétrole, bien plus encore, et nous n’abordons que quelques-uns des principaux. Voyons maintenant quelle est la signification de ces processus.

Fissuration (thermique ou catalytique)

Ce procédé est conçu pour augmenter le rendement en fraction essence. A cet effet, les fractions lourdes, par exemple le fioul, sont soumises à un fort échauffement, le plus souvent en présence d'un catalyseur. En raison de cet effet, les molécules à longue chaîne qui composent les fractions lourdes sont déchirées et des hydrocarbures de poids moléculaire inférieur se forment. En effet, cela conduit à un rendement supplémentaire d'une fraction essence plus valorisée que le fioul d'origine. L'essence chimique de ce processus est reflétée par l'équation :

Réformer

Ce procédé a pour objectif d'améliorer la qualité de la fraction essence, en augmentant notamment sa résistance au cliquetis (indice d'octane). C'est cette caractéristique de l'essence qui est indiquée dans les stations-service (92e, 95e, 98e essence, etc.).

À la suite du processus de réforme, la part des hydrocarbures aromatiques dans la fraction essence, qui, entre autres hydrocarbures, possède certains des indices d'octane les plus élevés. Cette augmentation de la proportion d'hydrocarbures aromatiques est obtenue principalement grâce aux réactions de déshydrocyclisation se produisant lors du procédé de reformage. Par exemple, si le chauffage est suffisamment fort n-hexane en présence d'un catalyseur au platine, il se transforme en benzène, et le n-heptane de la même manière - en toluène :

Traitement du charbon

La principale méthode de traitement du charbon est cokéfaction . Cokéfaction du charbon est un processus dans lequel le charbon est chauffé sans accès à l'air. Dans le même temps, à la suite d'un tel chauffage, quatre produits principaux sont isolés du charbon :

1) Coca

Une substance solide qui est du carbone presque pur.

2) Goudron de houille

Contient un grand nombre de divers composés à prédominance aromatique, tels que le benzène, ses homologues, les phénols, les alcools aromatiques, le naphtalène, les homologues du naphtalène, etc.

3) Eau ammoniaquée

Malgré son nom, cette fraction, outre l'ammoniac et l'eau, contient également du phénol, du sulfure d'hydrogène et quelques autres composés.

4) Gaz de coke

Les principaux composants du gaz de cokerie sont l’hydrogène, le méthane, le dioxyde de carbone, l’azote, l’éthylène, etc.

Composés constitués uniquement d'atomes de carbone et d'hydrogène.

Les hydrocarbures sont divisés en cycliques (composés carbocycliques) et acycliques.

Les cycliques (carbocycliques) sont des composés qui contiennent un ou plusieurs cycles constitués uniquement d'atomes de carbone (contrairement aux composés hétérocycliques contenant des hétéroatomes - azote, soufre, oxygène, etc.). Les composés carbocycliques, à leur tour, sont divisés en composés aromatiques et non aromatiques (alicycliques).

Les hydrocarbures acycliques comprennent composés organiques, dont le squelette carboné des molécules est une chaîne ouverte.

Ces chaînes peuvent être formées de liaisons simples (alcanes), contenir une double liaison (alcènes), deux ou plusieurs doubles liaisons (diènes ou polyènes) ou une triple liaison (alcynes).

Comme vous le savez, les chaînes carbonées font partie de la plupart des matières organiques. Ainsi, l'étude des hydrocarbures revêt une importance particulière, puisque ces composés constituent la base structurelle d'autres classes de composés organiques.

De plus, les hydrocarbures, notamment les alcanes, sont les principales sources naturelles de composés organiques et la base des synthèses industrielles et de laboratoire les plus importantes (Schéma 1).

Vous savez déjà que les hydrocarbures sont le type le plus important matières premières pour l'industrie chimique. À leur tour, les hydrocarbures sont assez répandus dans la nature et peuvent être isolés de diverses sources naturelles : pétrole, pétrole et gaz naturel associés, charbon. Regardons-les de plus près.

Huile- un mélange complexe naturel d'hydrocarbures, principalement d'alcanes de structure linéaire et ramifiée, contenant de 5 à 50 atomes de carbone dans les molécules, avec d'autres substances organiques. Sa composition dépend fortement du lieu de son extraction (gisement) ; en plus des alcanes, il peut contenir des cycloalcanes et des hydrocarbures aromatiques.

Les composants gazeux et solides du pétrole sont dissous dans ses composants liquides, ce qui détermine sa état physique. L'huile est un liquide huileux de couleur foncée (brun à noir) avec une odeur caractéristique, insoluble dans l'eau. Sa densité est inférieure à celle de l'eau, par conséquent, lorsque le pétrole y pénètre, il se propage à la surface, empêchant la dissolution de l'oxygène et des autres gaz de l'air dans l'eau. Il est évident que lorsque le pétrole pénètre dans les plans d’eau naturels, il provoque la mort de micro-organismes et d’animaux, entraînant des désastres environnementaux, voire des catastrophes. Il existe des bactéries qui peuvent utiliser les composants pétroliers comme nourriture, les transformant en produits inoffensifs de leur activité vitale. Il est clair que l’utilisation de cultures de ces bactéries constitue le moyen le plus respectueux de l’environnement et le plus prometteur pour lutter contre la pollution. environnement le pétrole pendant sa production, son transport et sa transformation.

Dans la nature, le pétrole et le gaz de pétrole associé, dont il sera question ci-dessous, remplissent les cavités de l'intérieur de la Terre. Étant un mélange de diverses substances, l’huile n’a pas de point d’ébullition constant. Il est clair que chacun de ses composants conserve ses caractéristiques individuelles dans le mélange. propriétés physiques, qui permet de séparer l'huile en ses composants. Pour ce faire, il est purifié des impuretés mécaniques et des composés soufrés et soumis à une distillation dite fractionnée, ou rectification.

La distillation fractionnée est une méthode physique permettant de séparer un mélange de composants ayant des points d'ébullition différents.

La distillation est effectuée dans installations spéciales- les colonnes de distillation, dans lesquelles se répètent les cycles de condensation et d'évaporation des substances liquides contenues dans l'huile (Fig. 9).

Les vapeurs formées lorsqu'un mélange de substances bout sont enrichies d'un composant à point d'ébullition inférieur (c'est-à-dire à température plus basse). Ces vapeurs sont collectées, condensées (refroidies en dessous du point d'ébullition) et ramenées à ébullition. Dans ce cas, il se forme des vapeurs encore plus enrichies en une substance à bas point d'ébullition. En répétant ces cycles plusieurs fois, il est possible d'obtenir une séparation presque complète des substances contenues dans le mélange.

La colonne de distillation reçoit de l'huile chauffée dans un four tubulaire à une température de 320 à 350 °C. La colonne de distillation comporte des cloisons horizontales percées de trous - appelées plateaux, sur lesquels se produit la condensation des fractions pétrolières. Les fractions à bas point d'ébullition s'accumulent sur les fractions supérieures et celles à haut point d'ébullition - sur les fractions inférieures.

Au cours du processus de rectification, l'huile est divisée dans les fractions suivantes :

Les gaz de rectification sont un mélange d'hydrocarbures de faible poids moléculaire, principalement du propane et du butane, avec un point d'ébullition allant jusqu'à 40°C ;

Fraction essence (essence) - hydrocarbures de composition de C 5 H 12 à C 11 H 24 (point d'ébullition 40-200°C) ; avec une séparation plus fine de cette fraction, on obtient de l'essence (éther de pétrole, 40-70 °C) et de l'essence (70-120 °C) ;

Fraction naphta - hydrocarbures de composition C8H18 à C14H30 (point d'ébullition 150-250 °C) ;

Fraction kérosène - hydrocarbures de composition C12H26 à C18H38 (point d'ébullition 180-300 °C) ;

Carburant diesel - hydrocarbures de composition de C13H28 à C19H36 (point d'ébullition 200-350°C).

Le reste de la distillation du pétrole est du fioul- contient des hydrocarbures avec un nombre d'atomes de carbone de 18 à 50. Par distillation sous pression réduite à partir du fioul, on obtient du gazole (C18H28-C25H52), des huiles lubrifiantes (C28H58-C38H78), de la vaseline et de la paraffine - mélanges à bas point de fusion d'hydrocarbures solides. Les résidus solides issus de la distillation du fioul - le goudron et les produits de sa transformation - le bitume et l'asphalte sont utilisés pour la fabrication des revêtements routiers.

Les produits obtenus à la suite de la rectification de l'huile sont soumis à un traitement chimique qui comprend un certain nombre de processus complexes. L’un d’eux est le craquage des produits pétroliers. Vous savez déjà que le fioul est séparé en composants sous pression réduite. Cela s'explique par le fait que lorsque pression atmosphérique ses composants commencent à se décomposer avant d'atteindre le point d'ébullition. C’est précisément la base du cracking.

Fissuration - la décomposition thermique des produits pétroliers, conduisant à la formation d'hydrocarbures avec un plus petit nombre d'atomes de carbone dans la molécule.

Il existe plusieurs types de craquage : le craquage thermique, le craquage catalytique, le craquage haute pression et le craquage par réduction.

Le craquage thermique implique la division de molécules d'hydrocarbures à longue chaîne carbonée en plus courtes sous l'influence d'une température élevée (470-550°C). Au cours de ce clivage, des alcènes se forment avec les alcanes.

DANS vue générale cette réaction peut s'écrire comme suit :

C n H 2n+2 -> C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k
alcane alcane alcène
avec longue chaîne

Les hydrocarbures résultants peuvent être à nouveau craqués pour former des alcanes et des alcènes avec une chaîne d'atomes de carbone encore plus courte dans la molécule :

Lors du craquage thermique conventionnel, de nombreux hydrocarbures gazeux de faible poids moléculaire se forment, qui peuvent être utilisés comme matières premières pour la production d'alcools, d'acides carboxyliques et de composés de haut poids moléculaire (par exemple, le polyéthylène).

Craquage catalytique se produit en présence de catalyseurs qui utilisent des aluminosilicates naturels de composition rAl2O3" m8Iu2-

Le craquage utilisant des catalyseurs conduit à la formation d'hydrocarbures ayant une chaîne ramifiée ou fermée d'atomes de carbone dans la molécule. La teneur en hydrocarbures de cette structure dans le carburant augmente considérablement sa qualité, principalement la résistance à la détonation - l'indice d'octane de l'essence.

Le craquage des produits pétroliers se produit à des températures élevées, de sorte que des dépôts de carbone (suie) se forment souvent, contaminant la surface du catalyseur, ce qui réduit fortement son activité.

Nettoyer la surface du catalyseur des dépôts de carbone - sa régénération - est la condition principale pour la mise en œuvre pratique du craquage catalytique. Le moyen le plus simple et le moins coûteux de régénérer un catalyseur est de le griller, au cours duquel les dépôts de carbone sont oxydés par l'oxygène de l'air. Les produits gazeux d'oxydation (principalement le dioxyde de carbone et le dioxyde de soufre) sont éliminés de la surface du catalyseur.

Le craquage catalytique est un processus hétérogène auquel participent des substances solides (catalyseur) et gazeuses (vapeur d'hydrocarbures). Il est évident que la régénération du catalyseur – l’interaction de la suie solide avec l’oxygène de l’air – est également un processus hétérogène.

Des réactions hétérogènes(gaz - solide) s'écoulent plus rapidement à mesure que la surface du solide augmente. Par conséquent, le catalyseur est broyé, sa régénération et son craquage des hydrocarbures sont effectués dans un « lit fluidisé », familier à la production d'acide sulfurique.

La charge de craquage, telle que le gazole, entre dans un réacteur conique. La partie inférieure du réacteur a un diamètre plus petit, le débit de vapeur de matière première est donc très élevé. Se déplacer avec grande vitesse le gaz capte les particules de catalyseur et les entraîne vers la partie supérieure du réacteur où, du fait d'une augmentation de son diamètre, le débit diminue. Sous l'influence de la gravité, les particules de catalyseur tombent dans la partie inférieure et plus étroite du réacteur, d'où elles sont à nouveau transportées vers le haut. Ainsi, chaque grain de catalyseur est en mouvement constant et est lavé de toutes parts par un réactif gazeux.

Certains grains de catalyseur pénètrent dans la partie externe plus large du réacteur et, ne rencontrant pas de résistance au flux de gaz, tombent dans la partie inférieure, où ils sont captés par le flux de gaz et transportés dans le régénérateur. Là, en mode « lit fluidisé », le catalyseur est allumé et renvoyé vers le réacteur.

Ainsi, le catalyseur circule entre le réacteur et le régénérateur, et les produits gazeux de craquage et de grillage en sont éliminés.

L'utilisation de catalyseurs de craquage permet d'augmenter légèrement la vitesse de réaction, de réduire sa température et d'améliorer la qualité des produits de craquage.

Les hydrocarbures résultants de la fraction essence ont principalement une structure linéaire, ce qui conduit à une faible résistance à la détonation de l'essence résultante.

Nous examinerons le concept de « résistance aux chocs » plus tard, pour l'instant nous noterons seulement que les hydrocarbures avec des molécules de structure ramifiée ont une résistance à la détonation nettement plus élevée. Il est possible d'augmenter la proportion d'hydrocarbures ramifiés isomères dans le mélange formé lors du craquage en ajoutant des catalyseurs d'isomérisation au système.

Les champs de pétrole contiennent, en règle générale, de grandes accumulations de gaz de pétrole dit associé, qui s'accumulent au-dessus du pétrole dans la croûte terrestre et s'y dissout partiellement sous la pression des roches sus-jacentes. Comme le pétrole, le gaz de pétrole associé est une source naturelle précieuse d’hydrocarbures. Il contient principalement des alcanes, dont les molécules contiennent de 1 à 6 atomes de carbone. Il est évident que la composition du gaz de pétrole associé est bien plus pauvre que celle du pétrole. Cependant, malgré cela, il est également largement utilisé à la fois comme combustible et comme matière première pour industrie chimique. Il y a seulement quelques décennies, dans la plupart des champs de pétrole, le gaz de pétrole associé était brûlé comme complément inutile au pétrole. Actuellement, par exemple, à Surgut, la réserve pétrolière la plus riche de Russie, l'électricité la moins chère au monde est produite à partir du gaz de pétrole associé comme combustible.

Comme déjà indiqué, le gaz de pétrole associé, par rapport au gaz naturel, est plus riche en divers hydrocarbures. En les divisant en fractions, on obtient :

L'essence gazeuse est un mélange très volatil composé principalement de lenthane et d'hexane ;

Un mélange propane-butane, constitué, comme son nom l'indique, de propane et de butane et se transformant facilement en état liquide lorsque la pression augmente ;

Le gaz sec est un mélange contenant principalement du méthane et de l'éthane.

L'essence gazeuse, étant un mélange de composants volatils de faible poids moléculaire, s'évapore bien même à basses températures. Cela permet l'utilisation de gazole comme carburant pour les moteurs combustion interne dans le Grand Nord et comme additif au carburant, facilitant le démarrage du moteur en conditions hivernales.

Le mélange propane-butane sous forme de gaz liquéfié est utilisé comme combustible domestique (les bouteilles de gaz familières à la datcha) et pour remplir les briquets. La transition progressive du transport routier vers le gaz liquéfié est l'un des principaux moyens de surmonter la crise mondiale du carburant et de résoudre les problèmes environnementaux.

Le gaz sec, dont la composition est proche du gaz naturel, est également largement utilisé comme combustible.

Cependant, l’utilisation du gaz de pétrole associé et de ses composants comme carburant est loin d’être la manière la plus prometteuse de l’utiliser.

Il est beaucoup plus efficace d’utiliser les composants du gaz de pétrole associé comme matières premières pour la production chimique. À partir des alcanes qui composent le gaz de pétrole associé, on obtient de l'hydrogène, de l'acétylène, des hydrocarbures insaturés et aromatiques et leurs dérivés.

Les hydrocarbures gazeux peuvent non seulement accompagner le pétrole dans la croûte terrestre, mais également former des accumulations indépendantes - des gisements de gaz naturel.

Gaz naturel - un mélange de gaz hydrocarbures saturés avec un petit poids moléculaire. Le principal composant du gaz naturel est le méthane dont la part, selon les gisements, varie de 75 à 99 % en volume. Outre le méthane, le gaz naturel comprend l'éthane, le propane, le butane et l'isobutane, ainsi que l'azote et le dioxyde de carbone.

Tout comme le pétrole associé, le gaz naturel est utilisé à la fois comme combustible et comme matière première pour la production de diverses substances organiques et inorganiques. Vous savez déjà qu'à partir du méthane, principal composant du gaz naturel, de l'hydrogène, de l'acétylène et alcool méthylique, formaldéhyde et acide formique, de nombreuses autres substances organiques. Le gaz naturel est utilisé comme combustible dans les centrales électriques, dans les chaudières pour le chauffage de l'eau des bâtiments résidentiels et industriels, dans les hauts fourneaux et les industries à foyer ouvert. Allumez une allumette et allumez le gaz dans la cuisine cuisinière à gaz maison de ville, vous « déclenchez » une réaction en chaîne d’oxydation des alcanes qui composent le gaz naturel. , En plus du pétrole, naturel et associé gaz de pétrole, une source naturelle d'hydrocarbures est le charbon. 0n forme des couches épaisses dans les entrailles de la terre, ses réserves prouvées dépassent largement les réserves de pétrole. Comme le pétrole, le charbon contient une grande quantité de substances organiques diverses. En plus des substances organiques, il contient également des substances inorganiques, telles que l'eau, l'ammoniac, le sulfure d'hydrogène et, bien sûr, le carbone lui-même, le charbon. L'une des principales méthodes de traitement du charbon est la cokéfaction - calcination sans accès à l'air. À la suite de la cokéfaction réalisée à une température d'environ 1 000 °C, il se forme :

Gaz de cokerie, qui contient de l'hydrogène, du méthane, du dioxyde de carbone et du dioxyde de carbone, des mélanges d'ammoniac, d'azote et d'autres gaz ;
du goudron de houille contenant plusieurs centaines de fois des substances organiques personnelles, dont le benzène et ses homologues, le phénol et les alcools aromatiques, le naphtalène et divers composés hétérocycliques ;
la suprasine, ou eau ammoniacale, contenant, comme son nom l'indique, de l'ammoniac dissous, ainsi que du phénol, du sulfure d'hydrogène et d'autres substances ;
le coke est un résidu solide de cokéfaction, du carbone presque pur.

Le Coca est utilisé dans la production de fer et d'acier, d'ammoniac - dans la production d'azote et d'engrais combinés, et l'importance des produits de cokéfaction organiques ne peut guère être surestimée.

Ainsi, le pétrole et les gaz naturels associés au charbon sont non seulement les sources d'hydrocarbures les plus précieuses, mais font également partie d'un réservoir unique d'hydrocarbures irremplaçables. ressources naturelles, dont l'utilisation prudente et raisonnable est une condition nécessaire au développement progressif de la société humaine.

1. Énumérez les principales sources naturelles d’hydrocarbures. Quelles substances organiques sont incluses dans chacun d’eux ? Quel est le point commun de leurs compositions ?

2. Décrire les propriétés physiques du pétrole. Pourquoi n’a-t-il pas un point d’ébullition constant ?

3. En résumant les reportages médiatiques, décrivez les catastrophes environnementales causées par les fuites de pétrole et comment surmonter leurs conséquences.

4. Qu'est-ce que la rectification ? Sur quoi se base ce processus ? Nommez les fractions obtenues à la suite de la rectification de l’huile. En quoi sont-ils différents les uns des autres ?

5. Qu’est-ce que le cracking ? Donner les équations de trois réactions correspondant au craquage des produits pétroliers.

6. Quels types de fissures connaissez-vous ? Quel est le point commun entre ces processus ? En quoi sont-ils différents les uns des autres ? Quelle est la différence fondamentale entre les différents types de produits de craquage ?

7. Pourquoi le gaz de pétrole associé porte-t-il ce nom ? Quels sont ses principaux composants et leurs utilisations ?

8. En quoi le gaz naturel diffère-t-il du gaz de pétrole associé ? Quel est le point commun de leurs compositions ? Donnez les équations de réaction de combustion pour tous les composants du gaz de pétrole associé que vous connaissez.

9. Donnez les équations de réaction qui peuvent être utilisées pour obtenir du benzène à partir du gaz naturel. Précisez les conditions de ces réactions.

10. Qu'est-ce que la cokéfaction ? Quels sont ses produits et leur composition ? Donnez les équations de réactions caractéristiques des produits du charbon à coke que vous connaissez.

11. Expliquez pourquoi la combustion du pétrole, du charbon et des gaz de pétrole associés est loin d'être la manière la plus rationnelle de les utiliser.

Origine des énergies fossiles.

Outre le fait que tous les organismes vivants sont constitués de substances organiques, les principales sources de composés organiques sont : le pétrole, le charbon, les gaz de pétrole naturels et associés.

Le pétrole, le charbon et le gaz naturel sont des sources d'hydrocarbures.

Ces ressources naturelles sont utilisées :

· En tant que combustible (source d'énergie et de chaleur) – il s'agit d'une combustion conventionnelle ;

· Sous forme de matières premières destinées à une transformation ultérieure - c'est la synthèse organique.

Théories de l'origine des substances organiques :

1- Théorie de l'origine organique.

Selon cette théorie, les dépôts se seraient formés à partir des restes d’organismes végétaux et animaux disparus, qui se seraient transformés en un mélange d’hydrocarbures dans l’épaisseur de la croûte terrestre sous l’influence de bactéries. haute pression et la température.

2- Théorie de l'origine minérale (volcanique) du pétrole.

Selon cette théorie, le pétrole, le charbon et le gaz naturel se sont formés au cours de la première étape de la formation de la planète Terre. Dans ce cas, les métaux se combinent avec le carbone pour former des carbures. À la suite de la réaction des carbures avec la vapeur d'eau dans les profondeurs de la planète, des hydrocarbures gazeux se sont formés, notamment du méthane et de l'acétylène. Et sous l'influence de la chaleur, des radiations et des catalyseurs, d'autres composés contenus dans le pétrole se sont formés à partir d'eux. Dans les couches supérieures de la lithosphère, les composants liquides du pétrole se sont évaporés, le liquide s'est épaissi, s'est transformé en asphalte puis en charbon.

Cette théorie a été exprimée pour la première fois par D.I. Mendeleev, puis au XXe siècle, le scientifique français P. Sabatier a simulé le processus décrit en laboratoire et a obtenu un mélange d'hydrocarbures semblable au pétrole.

Composant principal gaz naturel est le méthane. Il contient également de l'éthane, du propane et du butane. Plus le poids moléculaire de l’hydrocarbure est élevé, moins il est contenu dans le gaz naturel.

Application: Lorsque le gaz naturel brûle, il dégage beaucoup de chaleur et constitue donc un combustible économe en énergie et bon marché dans l’industrie. Le gaz naturel est également une source de matières premières pour l'industrie chimique : production d'acétylène, d'éthylène, d'hydrogène, de suie, de plastiques divers, d'acide acétique, de colorants, de médicaments et autres produits.

Gaz de pétrole associés se trouvent dans la nature au-dessus du pétrole ou y sont dissous sous pression. Auparavant, les gaz de pétrole associés n'étaient pas utilisés ; ils étaient brûlés. Actuellement, ils sont capturés et utilisés comme combustible et comme matière première chimique précieuse. Les gaz associés contiennent moins de méthane que le gaz naturel, mais ils contiennent beaucoup plus de ses homologues. Les gaz de pétrole associés sont séparés en une composition plus étroite.

Par exemple : essence essence - un mélange de pentane, d'hexane et d'autres hydrocarbures est ajouté à l'essence pour améliorer le démarrage du moteur ; la fraction propane-butane sous forme de gaz liquéfié est utilisée comme combustible ; le gaz sec - de composition similaire au gaz naturel - est utilisé pour produire de l'acétylène, de l'hydrogène et également comme carburant. Parfois, les gaz de pétrole associés sont soumis à une séparation plus approfondie et des hydrocarbures individuels en sont extraits, à partir desquels des hydrocarbures insaturés sont ensuite obtenus.

L’un des types de combustibles et de matières premières les plus courants pour la synthèse organique reste le charbon. Quels types de charbon existe-t-il, d'où vient le charbon et quels produits est-il utilisé pour produire - telles sont les principales questions que nous examinerons dans la leçon d'aujourd'hui. Le charbon a commencé à être utilisé comme source de produits chimiques avant le pétrole et le gaz naturel.

Le charbon n'est pas une substance individuelle. Sa composition comprend : du carbone libre (jusqu'à 10 %), des substances organiques contenant, en plus du carbone et de l'hydrogène, de l'oxygène, du soufre, de l'azote, des minéraux qui restent sous forme de scories lors de la combustion du charbon.

Le charbon est un minéral combustible solide d'origine organique. Selon l'hypothèse biogénique, il s'est formé à partir de plantes mortes à la suite de l'activité vitale de micro-organismes au Carbonifère. ère paléozoïque(il y a environ 300 millions d'années). Le charbon est moins cher que le pétrole, il est réparti plus uniformément dans la croûte terrestre, ses réserves naturelles dépassent de loin celles du pétrole et, selon les scientifiques, ne seront pas épuisées avant un siècle.

La formation du charbon à partir de résidus végétaux (coalification) se déroule en plusieurs étapes : tourbe – lignite – houille – anthracite.

Le processus de carbonification consiste en une augmentation progressive de la teneur relative en carbone de la matière organique suite à son appauvrissement en oxygène et en hydrogène. La formation de tourbe et de lignite résulte de la décomposition biochimique de résidus végétaux sans accès à l'oxygène. La transition du lignite en pierre se produit sous l'influence de températures élevées et les pressions associées à la formation de montagnes et aux processus volcaniques.

Rappel : la distillation (distillation) est une méthode de séparation d'un mélange de liquides volatils par évaporation progressive suivie d'une condensation.

Huile. Distillation du pétrole

La plupart des substances organiques que vous traitez la vie quotidienne,—plastiques, peintures, détergents, médicaments, vernis, solvants - synthétisés à partir d'hydrocarbures. Il existe trois principales sources d’hydrocarbures dans la nature : le pétrole, le gaz naturel et le charbon.

Le pétrole est l’une des ressources minérales les plus importantes. Il est impossible d’imaginer notre vie sans pétrole et ses produits. Ce n’est pas pour rien que les pays riches en pétrole jouent un rôle important dans l’économie mondiale.

Le pétrole est un liquide sombre et huileux que l'on trouve dans la croûte terrestre (Fig. 29.1). Il s'agit d'un mélange homogène de plusieurs centaines de substances - principalement des hydrocarbures saturés avec un nombre d'atomes de carbone dans une molécule de 1 à 40.

Pour traiter ce mélange, à la fois physique et méthodes chimiques. Premièrement, l'huile est séparée en mélanges simples - fractions - par distillation (distillation ou rectification), sur la base du fait que diverses substances contenues dans l'huile bout à différentes températures (tableau 12). La distillation s'effectue dans une colonne de distillation sous chauffage important (Fig. 29.2). Les factions avec le plus températures élevées bouillant, se décomposant à haute température, distillé sous pression réduite.

Tableau 12. Fractions de distillation du pétrole

L'Ukraine est assez riche en réserves de pétrole. Les principaux gisements sont concentrés dans trois régions pétrolières et gazières : orientale (régions de Soumy, Poltava, Tchernihiv et Kharkov), occidentale (régions de Lviv et Ivano-Frankivsk) et méridionale (région de la mer Noire, plateaux de la mer d'Azov et de la mer Noire). Les réserves de pétrole de l'Ukraine sont estimées à environ 2 milliards de tonnes, mais une partie importante d'entre elles est concentrée à de grandes profondeurs (5 à 7 km). La production annuelle de pétrole en Ukraine est d'environ 2 millions de tonnes, pour une demande de 16 millions de tonnes. Malheureusement, l'Ukraine est toujours obligée d'importer des volumes importants de pétrole.

Raffinage chimique des produits pétroliers

Certains produits de distillation du pétrole peuvent être utilisés immédiatement, sans autre transformation, comme l’essence et le kérosène, mais ils ne représentent que 20 à 30 % du pétrole. De plus, après distillation, l'essence est de mauvaise qualité (avec un faible indice d'octane, c'est-à-dire que lorsqu'elle est comprimée dans le moteur, elle explose plutôt que de brûler). Un moteur fonctionnant avec un tel carburant émet un bruit de cognement caractéristique et tombe rapidement en panne. Pour améliorer la qualité de l'essence et augmenter son rendement, le pétrole est soumis à un traitement chimique.

L'un des les moyens les plus importants raffinage chimique du pétrole - craquage (de l'anglais to crack - fendre, casser, puisque lors du craquage les chaînes carbonées sont rompues) (Fig. 29.3). Lorsqu'elles sont chauffées à 500 °C sans accès à l'air et en présence de catalyseurs spéciaux, les longues molécules d'alcane sont divisées en molécules plus petites. Lors du craquage d'hydrocarbures saturés, il se forme un mélange d'hydrocarbures légers saturés et insaturés, par exemple :

Grâce à ce procédé, le rendement en essence et en kérosène augmente. Ce type d’essence est parfois appelé essence de craquage.

L'une des caractéristiques qui déterminent la qualité de l'essence est l'indice d'octane, qui indique la possibilité de détonation (explosion) du mélange air-carburant dans le moteur. Plus l'indice d'octane est élevé, plus le risque de détonation est faible et donc plus la qualité de l'essence est élevée. L'heptane ne convient pas comme carburant automobile ; il est plus susceptible d'exploser, tandis que l'isooctane (2,2,4-triméthylpentane) a les propriétés opposées : il n'explose presque pas dans le moteur. Ces deux substances sont devenues la base de l'échelle de détermination de la qualité de l'essence - l'échelle de l'indice d'octane. Sur cette échelle, l'heptane a reçu une valeur de 0 et l'isooctane - 100. Selon cette échelle, l'essence avec un indice d'octane de 95 a les mêmes propriétés de frappe qu'un mélange de 95 % d'isooctane et de 5 % d'heptane.

Le raffinage du pétrole a lieu dans des entreprises spéciales - les raffineries de pétrole. Là, ils effectuent à la fois la rectification du pétrole brut et le traitement chimique des produits pétroliers obtenus. Il existe six raffineries de pétrole en Ukraine : à Odessa, Kremenchug, Kherson, Lisichansk, Nadvornyansk et Drohobych. La capacité totale de toutes les entreprises ukrainiennes de raffinage du pétrole dépasse 52 millions de tonnes par an.

Gaz naturel

La deuxième source d'hydrocarbures la plus importante est le gaz naturel, dont le principal composant est le méthane (93 à 99 %). Le gaz naturel est principalement utilisé comme combustible efficace. Lorsqu'il est brûlé, ni cendre ni monoxyde de carbone toxique ne se forment, le gaz naturel est donc considéré comme un carburant respectueux de l'environnement.

De grandes quantités de gaz naturel sont utilisées par l'industrie chimique. La transformation du gaz naturel se réduit principalement à la production d'hydrocarbures insaturés et de gaz de synthèse. L'éthylène et l'acétylène sont formés par l'élimination de l'hydrogène des alcanes inférieurs :

Le gaz de synthèse - un mélange d'oxyde de carbone (II) et d'hydrogène - est produit en chauffant du méthane avec de la vapeur d'eau :

A partir de ce mélange, à l'aide de différents catalyseurs, des composés contenant de l'oxygène sont synthétisés - alcool méthylique, acide acétique etc.

Lorsqu'il est passé sur un catalyseur au cobalt, le gaz de synthèse est converti en un mélange d'alcanes, qui est de l'essence synthétique :

Charbon

Une autre source d'hydrocarbures est le charbon. Dans l'industrie chimique, il est traité par cokéfaction - chauffage à 1000°C sans accès à l'air (Fig. 29.5, p. 170). Dans ce cas, il se forme du coke et du goudron de houille, dont la masse ne représente que quelques pour cent de la masse du charbon. Le coke est utilisé comme agent réducteur en métallurgie (par exemple pour obtenir du fer à partir de ses oxydes).

Le goudron de houille contient plusieurs centaines de composés organiques, principalement des hydrocarbures aromatiques, qui en sont obtenus par distillation.

Le charbon est également utilisé comme combustible, mais cela crée d'importantes problèmes environnementaux. Premièrement, le charbon contient des impuretés ininflammables, qui se transforment en scories lors de la combustion du combustible ; Deuxièmement, le charbon contient de petites quantités de composés soufrés et azotés dont la combustion produit des oxydes qui polluent l'atmosphère. L'Ukraine est l'un des premiers au monde en termes de réserves de charbon. Sur un territoire égal à 0,4 % du monde, l'Ukraine contient environ 5 % des réserves mondiales de matières premières énergétiques, dont 95 % sont du charbon (environ 54 milliards de tonnes). En 2015, la production de charbon s'élevait à 40 millions de tonnes, soit près de la moitié de celle de 2011. Il existe aujourd’hui 300 mines de charbon en Ukraine, et 40 % d’entre elles produisent du charbon à coke (qui peut être transformé en coke). La production est concentrée principalement dans les régions de Donetsk, Lugansk, Dnepropetrovsk et Volyn.

Tâche linguistique

En grec, pyro signifie « feu » et lyse signifie « décomposition ». Pourquoi pensez-vous que les termes « craquage » et « pyrolyse » sont souvent utilisés de manière interchangeable ?

Idée clé

Les principales sources d'hydrocarbures pour l'industrie sont le pétrole, le charbon et le gaz naturel. Pour une utilisation plus efficace, ces ressources naturelles doivent être traitées pour isoler des substances ou des mélanges individuels.

Questions de sécurité

334. Nommer les principales sources naturelles d'hydrocarbures.

335. Sur quelle base est basée la méthode physique de séparation du pétrole en fractions ?

336. En quelles fractions le pétrole est-il divisé lors de la distillation ? Décrivez leur utilisation. Quel produit pétrolier est le plus précieux pour la société moderne ?

337. En quoi les produits pétroliers les plus importants diffèrent-ils par leur composition chimique ?

338. À l’aide des informations contenues dans ce paragraphe et dans les paragraphes précédents, décrivez l’utilisation du gaz naturel dans l’industrie chimique.

339. Quels sont les principaux produits issus du charbon à coke ?

340. Pourquoi le charbon est-il chauffé pendant le traitement sans accès à l'air ?

341. Pourquoi le gaz naturel est-il meilleur que le charbon comme combustible ?

342. Quelles substances et matériaux sont produits par la transformation du charbon et du gaz naturel ?

Devoirs pour maîtriser la matière

343. Lors du craquage de l'hydrocarbure C 20 H 42, deux produits se forment avec le même numéro atomes de carbone dans les molécules. Écrivez une équation pour la réaction.

344. Quelle est la différence fondamentale entre le craquage et la rectification du pétrole ?

345. Pourquoi pensez-vous que lors de la distillation directe du pétrole, il n'est pas possible d'en transformer plus de 20 % en essence ?

346. Analyser la fig. 29.2 et décrire comment se déroule la distillation du pétrole.

347. Écrivez les équations des réactions de production d'éthylène et d'acétylène à partir de composants du gaz naturel.

348. L'un des composants de l'essence est l'hydrocarbure C 8 H 18. Écrivez une équation pour la réaction de sa production à partir de l’oxyde de carbone (I) et de l’hydrogène.

349. Lorsque l'essence brûle complètement, du dioxyde de carbone et de l'eau se forment dans le moteur. Écrivez une équation pour la réaction de combustion de l'essence, en supposant qu'elle est constituée d'hydrocarbures de composition C 8 H 18.

350. Les gaz d’échappement des voitures contiennent substances toxiques: oxyde de carbone(N) et oxyde d'azote(^). Expliquez quelles réactions chimiques ont abouti à leur formation.

351. Combien de fois le volume du mélange air-carburant, composé de 40 ml de vapeur d'octane et de 3 litres d'air, augmentera-t-il lorsqu'il sera enflammé ? Lors des calculs, supposez que l'air contient 20 % d'oxygène (en volume).

352. Essence vendue dans les pays avec climat chaud, est constitué d’hydrocarbures ayant un poids moléculaire plus élevé que l’essence, vendue dans les pays aux climats froids. Devinez pourquoi les raffineurs de pétrole font cela.

353*. Le pétrole contient tellement de substances organiques précieuses que D.I. Mendeleïev a déclaré : « Brûler du pétrole dans un four est presque la même chose que brûler avec des billets de banque. » Comment comprenez-vous cette affirmation ? Suggérer des moyens utilisation rationnelle sources naturelles d’hydrocarbures.

354*. Dans des sources supplémentaires, trouvez des informations sur les matériaux et substances dont les matières premières sont le pétrole, le gaz naturel ou le charbon. Peuvent-ils être fabriqués sans utiliser de sources naturelles d’hydrocarbures ? Est-il possible pour l’humanité de cesser d’utiliser ces matériaux ? Justifiez votre réponse.

355*. À l'aide des connaissances acquises dans les cours de géographie des 8e et 9e années, décrivez les bassins et zones de production de charbon, de pétrole et de gaz naturel actuels et prometteurs en Ukraine. Les emplacements des usines de traitement de ces sources d’hydrocarbures sont-ils coordonnés avec leurs gisements ?

Ceci est du matériel de manuel