Матеріали для Нової української школи 1 клас - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Хімія - Золота колекція рефератів - 2018

НАФТА — БЕЗЦІННЕ ДЖЕРЕЛО СИРОВИНИ

ВСТУП

Нафта є одним з головних джерел сировини для виробництва синтетичних органічних сполук. Переваги нафти перед двома іншими джерелами сировини й енергії — кам’яним вугіллям і рослинними речовинами — полягають у тому, що в нафті споконвічно присутній водень і її легко транспортувати. Крім того, кількість синтетичних продуктів, одержуваних з нафти, у багато разів перевищує кількість речовин, що видобуваються з вугілля, і рослинних речовин.

Сьогодні особливо гостро стоїть проблема дефіциту сировини — видобуток нафти здійснюється в таких масштабах, що за найоптимістичнішими прогнозами вчених її запасів вистачить не більше ніж на сто років. Тому використання кожної краплі видобутої нафти має бути максимально повним і доцільним.

ХІМІЧНИЙ СКЛАД НАФТИ

Основними компонентами нафти є граничні вуглеводні (парафіни), нафтени (циклопарафіни) й ароматичні вуглеводні.

Склад нафти дозволяє розділити н на три основні типи: нафти метанової, нафтенової й ароматичної основи. Зрозуміло, всі три типи сполук присутні в нафті, але кількість якоїсь однієї з них завжди переважає. Це і є основним критерієм для класифікації нафти.

Основними елементами в складі нафти є Карбон і Гідроген. Кількість Карбону коливається в межах 83-87 %; практично всю іншу кількість складає Гідроген (12-14 %). З інших елементів, що складають нафту, слід назвати Сульфур, Нітроген і Оксиген.

Уміст Сульфуру в різних типах нафти може коливатися від тисячних часток відсотка до 6-8 %. Зі всіх гетероатомів Сульфур відіграє найважливішу роль, оскільки його кількість значно перевищує кількість Нітрогену й Оксигену в нафті. Сульфуру завжди приділяється особлива увага, оскільки якість продуктів нафтопереробки багато в чому залежить від сірчистих сполук, що утворюються в ході різних процесів.

Уміст Нітрогену в нафті зазвичай не перевищує 2 %; Оксиген міститься в кількості 0,05-4 %.

Якщо розглянути сполуки, що складають нафту, то виявиться, що основну масу нафти складають вуглеводні трьох гомологічних рядів: алкани, циклоалкани й арени. Найменше в нафті неграничних вуглеводнів (алкени, алкадини), їхня присутність зафіксована тільки в рідких випадках.

ОСНОВНІ СТАДІЇ ПОДІЛУ НАФТИ

Першим етапом поділу нафти є перегонка. На цьому етапі стає можливим відокремити кілька основних фракцій.

Фракції

Ткип., °С

Бензин

Гас

Газойль

Мастила

Мазут

Гудрон

20-200

75-275

200-400

300 і більше (у вакуумі)

-

-

Спрощена схема такої перегонки має вигляд, представлений на малюнку.

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image82.jpeg

Перша стадія перегонки полягає у видаленні з нафти пропану, етану, метану й частини бутанів. Якщо нього не зробити, у бензину, отриманого з такої нафти, буде занадто високий тиск нари. Цю стадію називають стабілізацією. У результаті одержують рідкий дистилят, у складі я кого знаходяться ізомери пентану й легших вуглеводнів. Стабілізацію нафти проводять при нормальній температурі й тиску 3-5 атм.

Подальшу перегонку проводять при атмосферному тиску. Її мета — відокремити фракції, здатні кипіти й відганятися. У результаті цього одержують ряд висококиплячих фракцій і важких неперегінних залишків (див. малюнок).

Зі всіх граничних вуглеводнів найлегше відганяються парафіни (до пентанів включно). Далі процес протікає складніше, оскільки у вуглеводнів із шістьма й більше атомами карбону різко збільшується кількість структурних ізомерів. Крім цього, поділ ускладнюється присутністю в суміші циклопарафінів і ароматичних вуглеводнів. В остаточному підсумку виявляється, що вуглеводні складної хімічної будови доцільніше синтезувати з простих сполук, ніж одержувати з нафти.

ОСНОВНІ ПРОДУКТИ НАФТОПЕРЕРОБКИ

Головним продуктом переробки нафти є парафін. Це суміш вуглеводнів, температура плавлення яких перевищує 34 °С. Узагалі, нафта є джерелом парафінів трьох видів — твердий парафін, нафтовий церезин і петролатум. Парафіни нафти являють собою граничні вуглеводні. Розглянемо кожний з них.

До складу твердого парафіну входять тверді вуглеводні, що мають 18-25 атомів карбону. Зазвичай температура плавлення твердого парафіну не перевищує 60 °С.

Нафтові церезини — тверді речовини з порівняно невисокою температурою плавлення (tпл. =70-95 °С). Виділяють їх з важких мазутів. Припускають, що тверді нафтові церезини є насиченими вуглеводнями з розгалуженими

ланцюгами. Це випливає з в’язкості розчинів і досить доброї розчинності цих сполук.

Одержання петролатуму здійснюється з важкого мазуту. Складається він з розгалужених вуглеводнів, однак на відміну від нафтових церезинів вуглеводні петролатуму мають більш розгалужені ланцюги.

ЗВІДКИ БЕРЕТЬСЯ НАФТА?

Нафта є не просто джерелом енергії — зараз це мірило багатства й впливу держави. Тому вчені багатьох країн докладно вивчають найважливіше питання — за яких умов відбувається утворення нафти і які вимоги пред’являє цей процес? Дотепер на ці питання немає відповіді, але можна точно сказати — тільки-но кому-небудь вона стане відома, людство попрощається з проблемою виснаження природних ресурсів нафти. Це звучить неймовірно, але нафту можна буде створювати штучно, і вона нічим не відрізнятиметься від природного аналога.

Людство знає кілька теорій появи нафти. Кожна з них має потужне обгрунтування й право на існування, але теорії, що пояснила б всі процеси без винятку, досі немає.

Перша гіпотеза про походження нафти належить геніальному російському вченому М. В. Ломоносову. Ще в XVIII ст. цей видатний дослідник припустив, що нафта є результатом перетворень похованих відкладень торфу. Згодом на базі теорії Ломоносова намітився теоретичний напрямок, умовно названий органічним. Його прихильники твердо переконані в тому, що нафта утворюється шляхом перетворення органічних речовин. Прихильники неорганічного напрямку стверджують, що нафта утворюється в результаті реакцій між неорганічними сполуками.

Сьогодні прихильники неорганічного напрямку в теоріях походження нафти перебувають у меншості. Однак ці теорії цікаві і їх слід роздивитися докладніше.

Уперше про неорганічне походження нафти заговорив Д. І. Менделєєв 1877 р. Ним була висунута карбідна гіпотеза, відповідно до якої вуглеводні нафти синтезуються в природних умовах з карбідів металів у результаті їхніх реакцій з водою й кислотами.

Космічна гіпотеза Соколова (1892) і вулканічна гіпотеза Коста (1902) були з ентузіазмом сприйняті сучасниками, однак до 30-40-х рр. XX ст. в них виявили стільки недоліків і неточностей, що вони були відкинуті.

Ідея органічного походження нафти знайшла величезну кількість підтверджень, тому більшість дослідників є її прихильниками. При цьому деякі з них упевнені, що в створенні нафти беруть участь деякі мікроорганізми. Це питання зараз всебічно досліджується.

Однією з базових теорій цього напрямку є теорія осадово-міграційного походження нафти, висунута в 70-х рр. XX ст. радянським ученим Вассоєвичем. Вассоєвич припустив, що в осадових гірських породах похована багата на вуглець неорганічна речовина, що і є основним джерелом нафти. Походження цієї речовини Вассоєвич пояснив так.

Відмерлий зоо- і фітопланктон солоних водойм випадає в осад. До нього приєднуються залишки більш високоорганізованої живої матерії. У результаті утворюється досить тонка суміш органічного матеріалу й мінеральної маси. Накопичуючись на дні водойми й поступово опускаючись дедалі глибше в надра землі, суміш утворює численні дрібні вкраплення органічної речовини в осадові гірські породи. Окремі компоненти органічної речовини згодом утворюють окремі фракції нафти, які змішуються під тиском нових шарів осадових порід.

На думку Вассоєвича, утворення компонентів нафти відбувається в два етапи. На першому (більш ранньому) етапі утворюються вуглеводні й кисневмісні сполуки. Ці процеси протікають у результаті життєдіяльності мікроорганізмів, що населяють придонну частину водойм. Процеси цього етапу протікають при невеликих температурах і можуть супроводжуватися полімеризацією негранич- них сполук і деяких кисневмісних сполук із утворенням нерозчинних речовин.

Однак у міру занурення осаду бактеріальні процеси змінюються високотемпературними, у яких важливу каталітичну дію виконують багато мінералів.

Реакції цього етапу характеризуються утворенням газоподібних продуктів — метану, оксиду карбону(ІІ), парів води й т. д., а також інтенсивним утворенням граничних вуглеводнів.

Процеси утворення нафти поступово припиняються, у міру того як витрачається та частина органічної речовини, з якої можливо генерувати компоненти нафти.

Теорія Вассоєвича також пояснює той факт, що в природі зустрічаються нафти різних типів. Відповідно до теорії, склад нафти залежить від складу вихідної органічної речовини, геохімічних умов процесу утворення нафти, а також від впливу біохімічних, хімічних і фізичних процесів, що відбуваються в нафтових покладах із часом.

Теорія Вассоєвича сьогодні є основною теорією появи нафти, однак це не означає, що вона не потребує доробки. Існує ще безліч питань, для яких потрібні додаткові дослідження, і вчені майбутнього ще мають пролити світло на багато таємниць цього дивного процесу.









загрузка...