Źródła węglowodorów w przyrodzie.

Źródła węglowodorów w przyrodzie.
Naturalnymi zródłami weglowodorów są:



gaz ziemny
ropa naftowa
węgle kopalne
Gaz ziemny
Gaz ziemny zawiera głównie metan. Częściej jednak jest to mieszanina zawierająca 95% metanu oraz wyższe alkany z
domieszkami H2S, N2, CO2 i helowców. Gaz ziemny wykorzystuje się jako tanie paliwo w instalacjach domowych i
przemysłowych.
Gaz spalany w kuchenkach gazowych mieszkań to głównie metan z domieszką różnych substancji gazowych. Do
celów użytkowych nawaniany substancją zapachową. Skrajnie łatwo palny gaz. Pali się bezbarwnym płomieniem.
Tworzy mieszaniny wybuchowe z powietrzem. Jest lżejszy od powietrza i gromadzi się w górnych partiach
pomieszczeń.
Ropa naftowa
Ropa naftowa jest mieszaniną węglowodorów zawierających związki węgla od C4 do C50. Skład ropy zależy od
pochodzenia. Głównym składnikiem są alkany o łańcuchu prostym. W ropie nie stwierdzono obecności węglowodorów
nienasyconych (olefin).
Poza tym występują cykloalkany, szczególnie cyklopentan i cykloheksan oraz alkilowe pochodne i węglowodory
aromatyczne jak benzen, ksylen, naftalen i alkilonaftaleny.
Proces przeróbki surowej ropy naftowej wykonuje się w rafineriach. Rafinowanie polega (po osuszeniu) na
rozdzieleniu ropy na różne frakcje w zależności od temperatur wrzenia w wyniku destylacji frakcjonowanej.
Najczęściej wydzielane frakcje podaje tablica 15.1
Tablica 15.1
Frakcje ropy naftowej
Długość łańcucha
węglowego
Zakres temp.
wrzenia
o
C
Typowe zastosowanie
C4 - C7
35 - 80
Rozpuszczalnik
C6 - C9
40 - 200
Benzyna ciężka
C8 - C12
70 - 215
Nafta
Lekkie oleje
smołowe
Parafina, wazelina
C10 - C16
175 - 300
Paliwo silnikowe
Rozpuszczalnik farb, tłuszczów,
kauczuku
Paliwo do lamp naftowych
C20 i wyżej
300
Smary
C20 i wyżej
300
Asfalt
Długie łańcuchy
-
Stała pozostałość
Długie łańcuchy
-
Świece, papier woskowy
Nawierzchnie drogowe, olej
opałowy
Paliwo do wielkich pieców, reduktor
w metalurgii
Nazwa frakcji
Eter naftowy
(gazolina)
Benzyna
Frakcja benzynowa służy jako paliwo do silników spalinowych.
Ilości benzyny otrzymywane z ropy nie wystarczają na pokrycie potrzeb. Dlatego opracowano metody przekształcania
węglowodorów niższych i wyższych w węglowodory wrzące w pożądanym zakresie temperatur. Wyższe frakcje
poddaje się krakowaniu a niższe polimeryzacji, izomeryzacji itp.
Kraking to rozkład związku na mniejsze cząsteczki. W produkcji paliw podstawowym procesem jest kraking, gdzie
wysokowrzące frakcje ropy naftowej (olej gazowy) w temperaturze 450 - 550oC poddaje się rozkładowi na mniejsze
cząsteczki.
W krakingu dąży się przez odpowiedni dobór warunków aby otrzymywane węglowodory miały budowę rozgałęzioną.
Węglowodory o nierozgałęzionych łańcuchach spalają się w sposób wybuchowy, co nie jest korzystne dla pracy
silników spalinowych. Najlepiej spalają się węglowodory rozgałęzione, np.izooktan.
Jako kryterium oceny benzyn (skala jakości paliwa) służy tzw. liczba oktanowa (L.O). Wykonując pomiary w specjalnie
skonstruowanym silniku ustalono, że najlepiej spalającym się paliwem jest izooktan. Założono, że liczba oktanowa
łańcuchowego n-heptanu wynosi 0, a rozgałęzionego izooktanu 100.
izooktan (2,2,4-trimetylopentan) LO = 100
Liczba oktanowa podaje procentową zawartość izooktanu w porównawczej mieszaninie izooktanu i n-heptanu. Jeżeli o
jakimś paliwie mówimy, że ma liczbę oktanową 98 np. etylina 98 tzn. że składa się w 98% z izooktanu i 2% z n-heptanu.
(lub zawiera 98% mieszanki spalającej się tak samo dobrze jak izooktan oraz 2% mieszanki spalającej się równie źle jak
n-heptan.
Celem podniesienia liczby oktanowej benzyny dodaje się nieraz tetraetylek ołowiu (C 2H5)4Pb, stąd nazwa etylina.
Węgiel kamienny
Węgiel wystepujący w przyrodzie jest mieszaniną różnych połączeń, w skład których jako pierwiastki podstawowe
wchodzą; węgiel, wodór, tlen, azot, siarka. W czasie ogrzewania (sucha destylacja) następuje zrywanie wiązań C-C, CH, C-O, itd. Przeróbkę węgla prowadzi się w koksowniach i gazowniach w temperaturze 900 - 1000oC.
Przy zgazowaniu 1000kg węgla otrzymuje się:




gaz koksowniczy 330m3 (20%) o przeciętnym składzie: 50% H2, 34% CH4, 80% CO, 4% olefin, 4% N2, 1% CO2
koks 650 kg (65%)
smołę węglową 42 kg (5%)
wodę pogazową (ok. 10%) (NH3 + H2SO4 --> (NH4)2SO4 )
Koks jest produktem twardym i porowatym, zawierający ok. 90% wegla. Wykorzystywany jest głównie w hutnictwie
żelaza.
Gaz koksowniczy jest zużywany jako opał do podgrzewania baterii koksowniczych oraz jako opał w sieci miejskiej i
surowiec do syntez.
Smołę poddaje się destylacji frakcjonowanej. Skład smoły zmienia się w zależności od temperatury suchej destylacji
węgla i gatunku węgla.
Produkty przeróbki smoły węglowej
Zakres
temp. Nazwa frakcji Wydajność
wrzenia
80 160oC
Olej lekki
1,4 - 5,8
160 240oC
Olej średni
3,5 - 12
240 Olej ciężki
270oC
270 Olej
370oC antracenowy
Pozostałość
370oC
(pak)
10 - 12
12 - 27
50 - 60
Składniki frakcji
cyklopentadien, benzen, toluen, ksyleny, etylobenzen,
pseudokumen, hemimeliten, duren, styren, inden, anilina,
acetonitryl, benzonitryl, pirol, pirydyna, pikolina,
dwusiarczek węgla, tiofen.
pięcio- i sześciometylobenzeny, naftalen, 1-i 2metylonaftaleny, fenol, krezole, ksylenole, toluidyny,
chinolina, inden
metylo- i dimetylonaftaleny, acenaftalen, dwufenyl, 1- i 2naftole, metylochinaliny, inden
antracen, metyloantracen, fenantren, fluoren, wayższe
fenole, akrydyna, karbozol
piren, chryzen i inne wyższe węglowodory o pierścieniach
skondensowanych
Woda pogazowa przerabiana jest głównie na nawozy azotowe.