WĘGLOWODORY W PRZYRODZIE
Ø Podstawowymi źródłami węglowodorów w przyrodzie są: gaz ziemny, ropa naftowa i węgiel kamienny
Gaz ziemny
Ø mieszanina lekkich węglowodorów, której głównym składnikiem jest metan (w zależności od złoża od 50 - 98%). Pozostałe składniki to etan, propan, butan i niewielkie ilości wyższych węglowodorów.
Ø Towarzyszy zazwyczaj złożom ropy naftowej.
Ø Jest stosowany jako surowiec do wyrobu benzyny i metanolu.
Ø W wyniku skroplenia cięższych składników gazu ziemnego uzyskuje się tzw. gaz płynny, czyli mieszaninę propanu i butanu, służącą jako materiał opałowy dostarczany w butlach.
Ropa naftowa
[olej skalny]
Ø powstała w wyniku fermentacji gnilnej szczątków roślinnych i zwierzęcych.
Ø ciekła mieszanina węglowodorów oraz niewielkich ilości związków organicznych zawierających tlen, azot i siarkę. (skład ropy zależy od jej miejsca występowania: od 30 do 80% alkanów, zmienne ilości cykloalkanów i węglowodorów aromatycznych)
Ø jej składniki rozdziela się w wyniku destylacji (różne frakcje różniące się temperaturą wrzenia).
Węgiel kamienny
Ø należy do węgli kopalnych (skał osadowych powstałych w procesie uwęglenia szczątków roślinnych) utworzonych w permie i kredzie.
Ø zawiera od 80 do 95% węgla; 4 - 5,5% wodoru, 3 - 13% tlenu, 1,4 - 1,8% azotu, 0,3 - 0,7% siarki i 3 - 11% popiołu.
Ø Antracyt (najstarszy gatunek węgla kamiennego) zawiera do 97% węgla i minimalne ilości innych pierwiastków.
Ø poddaje się go procesowi koksowania.
PRZERÓBKA WĘGLA KAMIENNEGO
Proces koksowania
Ø polega na ogrzewaniu węgla w odpowiednich urządzeniach (bateriach koksowniczych) do temperatury około 1000 C bez dostępu powietrza.
Ø węgiel kamienny ulega rozkładowi dając główne produkty: koks, wodę pogazową, smołę węglową i gaz koksowniczy.
Koks
Ø czysty węgiel z niewielką ilością związków nieorganicznych (popiołu).
Ø stosowany jako środek opałowy, w syntezie związków organicznych
Woda pogazowa
Ø zawiera amoniak powstały z rozkładu związków azotowych
Ø wykorzystywana do produkcji nawozów azotowych (siarczanu (VI) amonu)
Smoła węglowa
Ø jest źródłem węglowodorów aromatycznych
Ø mieszanina kilku tysięcy związków, której składniki rozdziela się za pomocą destylacji frakcyjnej. Wyróżniamy składniki obojętne (węglowodory aromatyczne: benzen, toluen, ksyleny, naftalen); składniki kwaśne (fenole, krezole); składniki zasadowe (azotowe związki heterocykliczne: pirydyna)
Gaz koksowniczy
Ø składa się z wodoru, metanu i tlenku węgla
Ø ma wysoką wartość opałową
Ø jest cennym surowcem do syntez
DESTYLACJA ROPY NAFTOWEJ
Przemysł petrochemiczny - przemysł zajmujący się przerobem ropy naftowej.
Pierwszym etapem przeróbki wstępnie oczyszczonej ropy jest destylacja frakcyjna, polegająca na rozdzieleniu ropy na frakcje z wykorzystaniem różnicy temperatury wrzenia poszczególnych składników.
Składniki ropy naftowej:
Frakcja
Temp. destylacji (C)
Liczba atomów węgla
gaz
< 20C
C1 - C4
eter naftowy
20 - 60 C
C5 - C6
ligroina (lekka nafta)
60 - 100 C
C6 - C7
gazolina surowa (benzyna)
40 - 205 C
C5 - C10 i cykloalkany
nafta
175 - 325 C
C12 - C18 i związki aromatyczne
olej gazowy
> 275 C
C12 i wyższe
olej smarowy
nielotna ciecz
powyżej C18
asfalt lub koks naftowy
nielotne ciało stałe
związki wielopierścieniowe
benzyna lekka
40 - 160 C
benzyna ciężka
160 - 200 C
180 - 280 C
olej napędowy
280 - 350 C
mazut
> 350 C
Produkty przeróbki ropy naftowej:
Paliwa silnikowe:
Ø Benzyny (paliwa do silników z zapłonem iskrowym)
Ø Oleje napędowe (do silników Diesla)
Ø Paliwa do odrzutowych silników lotniczych
Benzyna
Ø mieszanina węglowodorów zawierająca od 5 do 10 atomów węgla w cząsteczce.
Ø Frakcja destylacyjna odbierana w temp wrzenia od 40 - 180 C.
Jakość benzyny określana jest przez tzw. liczbę oktanową: LOLO - miara odporności benzyny na tzw spalanie detonacyjne (zbyt gwałtowne spalanie benzyny w silniku powoduje nierównomierną pracę silnika tzw. stukanie i przedwczesne zużycie silnika)Przyjęto umownie, że LO = 100 ma 2,2,4-trimetylopentan (izooktan - antydetonacyjny) natomiast LO = 0 ma n-heptan.Jeżeli LO = 96 to izooktanu jest np. 96% a n-heptanu 4%.
Ø Jeśli LO = 94 - oznacza to, że benzyna ma taką samą szybkość spalania jak mieszanina 94% izooktanu i 6% n-heptanu.
Ø Liczbę oktanową można poprawić dodając do benzyny tzw. antydetonatorów (np. tetraetyloołowiu).
Ø Związki ołowiu dostają się do środowiska, podczas spalania benzyny zawierającej ołów (etyliny) . Frakcja benzynowa ma na ogół niską liczbę oktanową, ponieważ zawiera alkany o prostych łańcuchach. Aby poprawić jej właściwości stosuje się procesy reformingu.
Ø Kraking - metody otrzymywania benzyny z frakcji wyższych (nafty, olejów, mazutu). Wykorzystują one rozpad długich łańcuchów węglowych na mniejsze pod wpływem wysokiej temperatury i ciśnienia
Ø Otrzymane metodą krakingu alkany (propan i butan) używane są jako tzw. gaz płynny służący do napełniania butli turystycznych
Nafta
Ø dawniej używana do oświetlenia, obecnie używana jako paliwo do lotniczych silników odrzutowych
Ø pierwszą w świecie lampę naftową skonstruował Polak w 1853r. - Ignacy Łukasiewicz. On też pierwszy przeprowadził destylację ropy naftowej i wydzielił z niej naftę.
Olej napędowy
Ø służy jako paliwo do silników wysokoprężnych (silników Diesla) i jako surowiec do otzrymywania benzyny krakingowej
Ø mieszanina węglowodorów - alkanów (C14 - C20)
Ø produkt destylacji ropy naftowej w zakresie temperatur wrzenia 230 - 360 ...
xyzgeo