Pobierz Chemia organiczna 2 Pozyskiwanie węglowodorów i więcej Schematy w PDF z Chemia tylko na Docsity! Chemia organiczna 2 Pozyskiwanie węglowodorów: Najbogatszymi naturalnymi źródłami węglowodorów są przede wszystkim tzw. „paliwa kopalne”: (i) ropa naftowa, (ii) gaz ziemny, (iii) węgle kopalne (inne nazwy: węgle opałowe, skała węglowa) Substancje te stosowane są często bezpośrednio jako paliwa (gaz ziemny, węgle) ale również jako surowce do produkcji innych substancji na drodze przemian chemicznych. Paliwa kopalne pod względem chemicznych składają się przede wszystkim z węglowodorów nasyconych, ale można je za pomocą reakcji chemicznych przeprowadzić do postaci węglowodorów nienasyconych (i dzięki takiej przemianie produkować np. różnorodne polimery). Gaz ziemny: skład chemiczny po wydobyciu: głównie CH4 ( raczej powyżej 90%) w mieszaninie z wyższymi gazowymi alkanami: etan, propan, butan, często też z azotem, siarkowodorem, gazami szlachetnymi (np. hel). Gaz ziemny komercyjny (kierowany do sieci) zawiera nawet 98% metanu (tzw. gaz wysokometanowy), pozostałe 2% wyższe gazowe węglowodory z grupy alkanów. Spośród paliw kopalnych gaz ziemny jest uważany za najmniej szkodliwe paliwo ((i) niższa emisja CO2 na jednostkę uzyskanej energii, (ii) możliwość oczyszczenia paliwa przed spalaniem (np. z azotu, siarkowodoru) powoduje, że po spalaniu nie emitowane są substancje takie jak np. tlenki azotu, tlenki siarki, (iii) spalanie paliwa gazowego bez emisji cząstek stałych) CNG –sprężony gaz ziemny (gaz w sieci gazowej), LNG – skroplony gaz ziemny (wygodny do transportu na duże odległości ze względu na 600 krotne zmniejszenie objętości gazu po przeprowadzeniu w stan ciekły) Węgle kopalne - skały pochodzenia roślinnego: torf, węgiel brunatny, kamienny, antracyt – kolejne fazy przeobrażenia węgli kopalnych, charakteryzujące się coraz wyższą zawartością pierwiastka węgla (i wodoru) w składzie (a coraz niższą zawartością pierwiastków takich jak: tlen, siarka, azot). Skład chemicznych węgli kopalnych jest bardzo skomplikowanych i różny w zależności od stopnia uwęglenia (przeobrażenia). Głównie jednak strukturę węgli kopalnych tworzą pierścienie aromatyczne: Oprócz składników organicznych w węglach kopalnych mogą występować różne minerały np.: węglany, siarczki, SiO2 (część niepalna) Ropa naftowa: ciekła kopalina = mieszanina węglowodorów gazowych, ciekłych i stałych (bituminów), z domieszkami N2, O2, związków siarki. W składzie chemicznym ropy naftowej zdecydowanie dominują węglowodory nasycone z grupy alkanów i cykloalkanów. Dodatkowo ropa może zwierać również węglowodory aromatyczne. Skład ropy naftowej bardzo silnie zmienia się wraz z miejscem jej pozyskiwania. W zależności od składu chemicznego ropę naftową można podzielić na ropę lekką (niska gęstość – wysoka zawartość węglowodorów o krótszych łańcuchach) i ropę ciężką (wysoka gęstość nawet powyżej 1 g/cm 3 , czyli o wyższej gęstości niż woda, wysoka zawartość węglowodorów o długich łańcuchach). Ropa lekka jest łatwiejsza w przerobie, można z niej Rysunek z prezentacji zamieszczonej na stronie: fluid.wme.pwr.wroc.pl › ~spalanie › dydaktyka › PALIWA › 4_Wegiel Liczba oktanowa benzyny – określa odporność mieszanki węglowodorów na samozapłon- który powoduje tzw. stuki silnika. Spalanie benzyny powinno być inicjowane iskrą od świecy zapłonowej. Jeśli skład mieszanki benzynowej jest nieodpowiedni (za niska tzw. liczba oktanowa) to pod wpływem wzrostu ciśnienia w komorze spalania dochodzi do lokalnego samoczynnego (niespowodowanego iskrą) zapłonu pewnych składników (pewnych węglowodorów) mieszaniny. Jak przekłada się skład chemiczny mieszaniny węglowodorów na odporność na spalanie stukowe? Węglowodory o prostych, nierozgałęzionych łańcuchach węglowych – mają tendencję do spalania stukowego. Przykład = n-heptan, który został wybrany za wzorzec paliwa o liczbie oktanowej równej zero. Węglowodory o rozgałęzionych łańcuchach węglowych – nie mają tendencji do spalania stukowego. Przykład = izooktan który został wybrany za wzorzec paliwa o liczbie oktanowej równej 100. Te dwa wzorce zostały wykorzystane do utworzenia skali (tzw. skali oktanowej) i do wyznaczania liczby oktanowej mieszanek benzynowych. Liczbę oktanową benzyny wyznacza się poprzez porównanie charakterystyki jej spalania z charakterystyką spalania mieszanek wzorcowych (mieszanki izooktanu i n-heptanu w zmiennym stosunku %). Jeśli mieszanka benzynowa komercyjna spala się w taki sam sposób jak np. mieszanina 95% izooktanu i 5%n- heptanu to taką komercyjną benzynę będziemy nazywać benzyną o liczbie oktanowej 95 (co przecież wcale nie oznacza, że zawiera ona 95%izooktanu i 5%n-heptanu, jej skład na pewno jest dużo bardziej skomplikowany). Liczbę oktanową można zwiększać poprzez stosowanie dodatków stukowych(kiedyś tetraetyloołów (TEO) Pb(C2H5)4 – wycofany, obecnie- alkohole) Ale najpierw w rafinerii przeprowadza się proces reformingu. Reforming katalityczny- wysokotemperaturowe ogrzewanie lekkich frakcji ropy naftowej pod zwiększonym ciśnieniem w celu otrzymania paliw o wysokiej liczbie oktanowej. Przykładowe reakcje zachodzące podczas reformingu: To oczywiście tylko przykład. Ogólnie reakcje mają przebiegać tak aby z węglowodorów o łańcuchach prostych otrzymać węglowodory o maksymalnie rozbudowanej strukturze (łańcuchy rozgałęzione, pierścienie cykliczne, aromatyczny). Ostatnim z najważniejszych procesów które są przeprowadzane w rafinerii to kraking katalityczny. Kraking - inicjowanie kontrolowanego rozkładu długich węglowodorów alifatycznych (z ciężkich frakcji), na związki o krótszych łańcuchach, takich jakie występują w benzynie i oleju napędowym. Proces ten ma na celu zwiększenie produkcji lekkich węglowodorów na które jest największe zapotrzebowanie. To oczywiście tylko przykładowa reakcja. Ogólnie kraking prowadzi do rozpadu długiego łańcucha z utworzeniem krótszych łańcuchów nasyconych (np. substraty do produkcji benzyny) oraz krótszych łańcuchów nienasyconych (np. substrat do produkcji polimerów) .